1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Геология рудных месторождений
  4. T. 65, № 5, 2023

Геология рудных месторождений, 2023, T. 65, № 5, стр. 450-462

Минеральные ресурсы атомной отрасли России и изоляция радиоактивных отходов

В. А. Петров a, *, С. В. Юдинцев a, **

a Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН
119017 Москва, Старомонетный пер., 35, Россия

* E-mail: vlad243@igem.ru
** E-mail: yudintsevsv@gmail.com

Поступила в редакцию 30.05.2023
После доработки 05.06.2023
Принята к публикации 10.06.2023

Аннотация

Рассмотрены задачи по обеспечению устойчивого развития атомной отрасли России, которые направлены на решение проблем начальных и завершающих стадий ядерного топливного цикла от воспроизводства минерально-сырьевой базы урана до обращения с жидкими высокоактивными отходами переработки отработавшего ядерного топлива. Проведен анализ тенденций развития минерально-сырьевого комплекса в связи с прогнозируемым ростом выработки электроэнергии на атомных станциях. На примере территории юго-восточного Забайкалья в рамках актуальных прогнозно-минерагенических исследований предложены новые подходы к выделению и обоснованию поисковых площадей на основе моделей минералообразующих систем урановых месторождений с использованием данных дистанционного зондирования Земли, ГИС-моделирования и нейросетевых технологий. Проведен детальный анализ тенденций в решении задач завершающих стадий ядерного топливного цикла. Для изоляции и последующего захоронения РЗЭ-актинидной фракции высокоактивных отходов предлагается использовать фосфатные стеклокерамики с монацитом.

Ключевые слова: ядерная энергетика, минерально-сырьевая база, урановые месторождения, высокоактивные отходы, иммобилизация

Список литературы

  1. Андреева О.В., Петров В.А., Полуэктов В.В. Мезозойские кислые магматиты Юго-Восточного Забайкалья: петрогеохимия, связь с метасоматизмом и рудообразованием // Геология рудн. месторождений. 2020. Т. 62. № 1. С. 76–104.

  2. Баторшин Г.Ш., Иванов И.А., Козлов П.В., Мокров Ю.Г. Основные стратегические решения по модернизации системы обращения с РАО на ФГУП “ПО "Маяк” // Вопросы радиационной безопасности. 2013. № 3. С. 3–11.

  3. Баторшин Г.Ш., Ремизов М.Б., Козлов П.В., Логунов М.В., Кустов С.В. Технология переработки ядерного наследия ФГУП “ПО "Маяк” – накопленных высокоактивных гетерогенных отходов // Вопросы радиационной безопасности. 2015. № 1. С. 3–10.

  4. Богатов С.А., Блохин П.А., Уткин С.С., Дорофеев А.Н., Киселёв А.И., Козлов П.В., Лукин С.А., Ремизов М.Б., Семёнов М.А. Усредненные оценки удельной активности и тепловыделения остеклованных высокоактивных отходов, накопленных на ФГУП “ПО "Маяк” // Вопросы радиационной безопасности. 2021. № 3. С. 1–12.

  5. Бортников Н.С., Петров В.А., Машковцев Г.А., Печенкин И.Г. Создание минерально-сырьевой базы атомной отрасли // Минеральное сырье. Серия геолого-экономическая. № 39. М.: ФГБУ “ВИМС”, 2021. 23 с.

  6. Бойцов А.В. Развитие мировой урановой промышленности – вызовы времени // Сборник докладов пятого международного симпозиума “Уран: геология, ресурсы, производство”. 23-24.11.2021. М.: ФГБУ “ВИМС”, 2021. С. 11–22.

  7. Вашман А.А., Демин А.В., Крылова Н.В., Кушников В.В., Матюнин Ю.И., Полуэктов П.П., Поляков А.С., Тетерин Э.Г. Фосфатные стекла с радиоактивными отходами. М.: ЦНИИатоминформ, 1997. 172 с.

  8. Власова Н.В., Ремизов М.Б., Козлов П.В., Беланова Е.А. Исследование химической устойчивости алюмофосфатных стекол, имитирующих отвержденные ВАО, подлежащие возврату зарубежным поставщикам ОЯТ // Вопросы радиационной безопасности. 2017. № 3. С. 32–37.

  9. Глаголенко Ю.В., Дзекун Е.Г., Ровный С.И., Сажнов В.К., Уфимцев В.П., Брощевицкий В.С., Лаптев Г.А., Основин В.И., Захаркин Б.С., Смелов В.С., Ненарокомов Э.А., Никипелов Б.В. Переработка отработавшего ядерного топлива на комплексе РТ-1: история, проблемы, перспективы // Вопросы радиационной безопасности. 1997. № 2. С. 3–12.

  10. ГОСТ Р 50926-96. Отходы высокоактивные отвержденные. Общие технические требования. М.: ИПК Изд-во стандартов, 1996. 6 с.

  11. Государственный доклад “О состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации в 2021 году”. М.: ФГБУ “ВИМС”, 2022. 626 с.

  12. Данилов С.С., Стефановский С.В., Стефановская О.И., Винокуров С.Е., Мясоедов Б.Ф., Тетерин Ю.А. Алюмо(железо)фосфатные стекла, содержащие редкоземельные и трансурановые элементы: фазовый состав, состояние окисления Np и Pu, гидролитическая устойчивость // Радиохимия. 2018. Т. 60. № 4. С. 371–375.

  13. Копырин А.А., Карелин А.И., Карелин В.А. Технология производства и радиохимической переработки ядерного топлива. М.: Атомиздат, 2006. 576 с.

  14. Лаверов Н.П. Геологические условия формирования урановых месторождений в областях континентального вулканизма (на примере Срединного Тянь-Шаня). Дис. … докт. г.-м.н. М.: ИГЕМ РАН, 1972.

  15. Лаверов Н.П., Канцель А.В., Лисицин А.К., Омельяненко Б.И., Пэк А.А., Сельцов Б.М., Филоненко Ю.Д. Основные задачи радиогеоэкологии в связи с захоронением радиоактивных отходов // Атомная энергия. 1991. Т. 71. Вып. 6. С. 523–534.

  16. Лаверов Н.П., Величкин В.И., Омельяненко Б.И., Юдинцев С.В., Петров В.А., Бычков А.В. Изоляция отработавших ядерных материалов: геолого-геохимические основы. М.: ИФЗ РАН, 2008. 280 с.

  17. Лаверов Н.П., Юдинцев С.В., Стефановский С.В., Омельяненко Б., Никонов Б.С. Муратаитовые матрицы актинидных отходов // Радиохимия. 2011. Т. 53. № 3. С. 196–207.

  18. Лаверов Н.П., Омельяненко Б.И., Юдинцев С.В., Стефановский С.В., Никонов Б.С. Стекла для иммобилизации отходов низкого и среднего уровней радиоактивности // Геология рудных месторождений. 2013. Т. 55. № 2. С. 87–113.

  19. Логунов М.В., Тананаев И.Г., Мясоедов Б.Ф. Фракционирование ВАО: основные подходы и современное состояние // Труды Российской конференции “Фундаментальные аспекты безопасного захоронения РАО в геологических формациях”. Москва, 15–16 октября 2013. М.: Граница, 2013. С. 94–96.

  20. Лопух Д.Б., Вавилов А.В., Хоршев А.А., Скриган И.Н., Мартынов А.П. Экспериментальные и теоретические исследования индукционных печей с холодными тиглями и донным нагревом для остекловывания радиоактивных отходов // Радиоактивные отходы. 2022. № 4 (21). С. 13–23.

  21. Матюнин Ю.И. Локализация компонентов жидких высокоактивных отходов (РЗЭ, U и Pu) в фосфатных и боросиликатных стеклоподобных материалах. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук. М.: ВНИИНМ, 2000. 25 с.

  22. Машковцев Г.А., Гребенкин Н.А., Петрин А.В., Прохоров Д.А. Основные направления геологоразведочных работ на уран // Сборник докладов. Пятый международный симпозиум “Уран: геология, ресурсы, производство”. 23–24.11.2021. М.: ФГБУ “ВИМС”, 2021. С. 71–90.

  23. Машковцев Г.А., Петров В.А. Пути совершенствования научно-методических основ поисковых работ на твердые полезные ископаемые // Сборник докладов научно-практической конференции “Актуальные проблемы поисковой геологии”. 22–24.11.2022. М.: ФГБУ “ВИМС”, 2023. С. 195–208.

  24. Мельникова И.М., Каленова М.Ю., Щепин А.С., Юдинцев С.В. Устойчивость в воде матриц редкоземельно-актинидной фракции высокорадиоактивных отходов // Докл. РАН. 2023. Т. 508. № 2. С. 275–282.

  25. НП-093-14. Критерии приемлемости радиоактивных отходов для захоронения // Ядерная и радиационная безопасность. 2015. № 3 (77). С. 59–82.

  26. НП-019-15. Сбор, переработка, хранение и кондиционирование жидких радиоактивных отходов. Требования безопасности. Приказ Ростехнадзора от 13.09.2021 года № 299.

  27. Омельяненко Б.И., Лившиц Т.С., Юдинцев С.В., Никонов Б.С. Природные и искусственные минералы – матрицы для иммобилизации актинидов // Геология рудн. месторождений. 2007. Т. 49. № 3. С. 173–193.

  28. Петров В.А., Андреева О.В., Полуэктов В.В., Коваленко Д.В. Ураноносные вулканогенные структуры: Стрельцовская (РФ), Сианшань (КНР) и МакДермитт (США). Сравнительный анализ петрологии кислых вулканитов и состава околорудных метасоматитов // Геология рудн. месторождений. 2022. Т. 64. № 1. С. 7–36.

  29. Полуэктов П.П., Суханов Л.П., Матюнин Ю.И. Научные подходы и технические решения в области обращения с жидкими высокоактивными отходами // Российский химический журнал. 2005. Т. XLIX. № 4. С. 29–41.

  30. Поляков А.С., Борисов Г.Б., Моисеенко Н.И., Основин В.И., Дзекун Е.Г., Медведев Г.М., Бельтюков В.А., Дубков С.А., Филиппов С.Н. Опыт эксплуатации керамического плавителя ЭП-500/1p по остекловыванию жидких высокоактивных отходов // Атомная энергия. 1994. Т. 76. Вып. 3. С. 183–188.

  31. Пэк А.А., Мальковский В.И., Петров В.А. Минеральная система урановых месторождений Стрельцовской кальдеры (Восточное Забайкалье) // Геология рудн. месторождений. 2020. Т. 62. № 1. С. 36–54.

  32. Ремизов М.Б., Козлов П.В., Борисенко В.П., Дементьева И.И., Блохин П.А., Самойлов А.А. Разработка алгоритма оценки радионуклидного состава остеклованных ВАО ФГУП “ПО “МАЯК” для цели их безопасного захоронения // Радиоактивные отходы. 2018. № 3 (4). С. 102–110.

  33. Смелова Т.В., Крылова Н.В., Юдинцев С.В., Никонов Б.С. Силикатная матрица актинид-содержащих отходов // Докл. РАН. 2000. Т. 374. № 2. С. 242–246.

  34. Стефановский С.В., Юдинцев С.В. Титанаты, цирконаты, алюминаты и ферриты – матрицы для иммобилизации актинидов // Успехи химии. 2016. Т. 85. № 9. С. 962–994.

  35. Стефановский С.В., Стефановская О.И., Семенова Д.В. Фазовый состав и структура стекломатериалов на натрий-алюмофосфатной основе, содержащих оксиды редкоземельных элементов // Радиоактивные отходы. 2018. № 1 (2). С. 97–101.

  36. Тарханов А.В., Бугриева Е.П. Современное состояние мировой и российской урановой промышленности // Сборник докладов пятого международного симпозиума “Уран: геология, ресурсы, производство”. 23–24.11.2021. М.: ФГБУ “ВИМС”, 2021. С. 32–40.

  37. Шестой национальный доклад Российской Федерации о выполнении обязательств, вытекающих из Объединенной конвенции о безопасности обращения с отработавшим топливом и о безопасности обращения с радиоактивными отходами. Москва, 2020. 167 с.

  38. Юдинцев С.В., Стефановский С.В., Каленова М.Ю., Никонов Б.С., Никольский М.С., Кощеев А.М., Щепин А.С. Матрицы для иммобилизации отходов редкоземельно-актинидной фракции, полученные методом индукционного плавления в холодном тигле // Радиохимия. 2015. Т. 57. № 3. С. 272–282.

  39. Юдинцев С.В., Мальковский В.И. Первичные коллоиды при гидротермальном изменении алюмофосфатного стекла с имитаторами радионуклидов // Радиохимия. 2020. Т. 62. № 3. С. 258–270.

  40. Юдинцев С.В. Изоляция фракционированных отходов ядерной энергетики // Радиохимия. 2021. Т. 63. № 5. С. 403–430.

  41. Юдинцев С.В., Мальковский В.И., Каленова М.Ю. Тепловое поле скважинного хранилища радиоактивных отходов // Докл. РАН. 2021. Т. 498. № 2. С. 92–100.

  42. Boatner L.A. Synthesis, structure, and properties of monazite, pretulite, and xenotime // Rev. Mineral. Geochem. 2002. V. 48 (1). P. 87–121.

  43. Dacheux N., Clavier N., Podor R. Versatile monazite: Resolving geological records and solving challenges in materials science. Monazite as a promising long-term radioactive waste matrix: Benefits of high-structural flexibility and chemical durability // Amer. Mineral. 2013. V. 98. P. 833–847.

  44. Demine A.V., Krylova N.V., Polyektov P.P., Shestoperov I.N., Smelova T.V., Gorn V.F., Medvedev G.M. High level liquid waste solidification using a “cold” crucible induction melter // MRS Symp. Proc. V. 663. 2001. https://doi.org/10.1557/PROC-663-27.

  45. Descriptive uranium deposit and mineral system models. Vienna: IAEA, 2020. 328 p.

  46. Donald I.W. Waste immobilization in glass and ceramic based hosts: radioactive, toxic, and hazardous wastes. Chichester, UK: John Wiley & Sons Ltd, 2010. 507 p.

  47. Energy, electricity and nuclear power estimates for the period up to 2050. Vienna: IAEA, 2022. 148 p.

  48. Frolova A.V., Danilov S.S., Vinokurov S.E. Corrosion behavior of some glasses immobilized with REE in simulated mineralized solutions // Ceram. International. 2022. V. 48. P. 19644–19654.

  49. Fuchs K., Müller B. World stress map of the Earth: a key to tectonic processes and technological applications // Naturwissenschaften. 2001. №. 88. P. 357–371.

  50. Geological Classification of Uranium Deposits and Description of Selected Examples. Vienna: IAEA, 2018. 417 p.

  51. Jaeger J.C., Cook N.G.W. Fundamentals of Rock Mechanics. 3rd edition. London: Chapman and Hall, 1979. 593 p.

  52. Jantzen C.M. Development of glass matrices for high level radioactive waste // In: Handbook of advanced radioactive waste conditioning technologies. M.I. Ojovan (Ed.). Cambridge, UK: Woodhead Publishing Limited, 2011. P. 230–292.

  53. Kushnikov V.V., Matyunin Yu.I., Smelova T.V., Demin A.V. Use of induction melter with a cold crucible (CCIM) for HLLW and plutonium immobilization // MRS Symp. Proc. V. 465. 1997. P. 55–64.

  54. Laverov N.P., Yudintsev S.V., Kochkin B.T., Malkovsky V.I. The Russian strategy of using crystalline rock as a repository for nuclear waste // Elements. 2016. V. 12. № 4. P. 253–256.

  55. Meeting climate change targets. The role of nuclear energy. Paris: NEA Publishing, 2022. 49 p.

  56. Merits and Viability of Different Nuclear Fuel Cycles and Technology Options and the Waste Aspects of Advanced Nuclear Reactors. Washington, DC: National Acad. Press. 2023. 314 p.

  57. Nafigin I.O., Ishmukhametova V.T., Ustinov S.A., Minaev V.A., Petrov V.A. Geological and mineralogical mapping based on statistical methods of remote sensing data processing of Landsat-8: a case study in the Southeastern Transbaikalia, Russia // Sustainability. 2022. V. 14. 9242. 25 p.

  58. Ojovan M.I., Yudintsev S.V. Glass, ceramic, and glass-crystalline matrices for HLW immobilisation // Open Ceramics. 2023. V. 14. 100355.

  59. Rovnyi S.I., Medvedev G.M., Aloy A.S., Koltsova T.I., Samoylov S.E. REE and TRU incorporation into monazite structure ceramics // MRS Symp. Proc. V. 824. 2004. P. 208–212.

  60. Skirrow R.G., Jaireth S., Huston D.L., Bastrakov E.N., Schofield A., van der Wielen S.E., Barnicoat A.C. Uranium mineral systems: Processes, exploration criteria and a new deposit framework // Geoscience Australia Record. 2009/20. 2009. 44 p.

  61. Smelova T.V., Krylova N.V., Shestoperov I.N. Synthetic mineral-like matrices for HLLW solidification: preparation by induction melter with a cold crucible (CCIM) // MRS Symp. Proc. V. 465. 1997. P. 425–431.

  62. Sobolev I.A., Stefanovsky S.V., Omelianenko B.I., Ioudintsev S.V., Vance E.R., Jostsons A. Comparative study of synroc-c ceramics produced by hot-pressing and inductive melting // MRS Symp. Proc. V. 465. 1997. P. 371–378.

  63. Status and trends in spent fuel and radioactive waste management. Vienna: IAEA, 2022. 88 p.

  64. Stefanovsky S.V., Yudintsev S.V., Vinokurov S.E., Myasoedov B.F. Chemical-technological and mineralogical-geochemical aspects of the radioactive waste management // Geochemistry International. 2016. V. 54. № 13. P. 1136–1156.

  65. Stefanovsky S.V., Stefanovsky O.I., Myasoedov B.F., Vinikurov S.E., Danilov S.S., Nikonov B.S., Maslakov K.I., Teterind Yu.A. The phase composition, structure, and hydrolytic durability of sodium-aluminum-(iron)-phosphate glassy materials doped with lanthanum, cerium, europium, and gadolinium oxides // J. of Non-Cryst. Solids. 2017. V. 471. P. 421–428.

  66. Stefanovskii S.V., Stefanovskaya O.I., Semenova D.V., Kadyko M.I., Danilov S.S. Phase composition, structure, and hydrolytic stability of sodium-aluminum(iron) phosphate glass containing rare-earth oxides // Glass and Ceramics. 2018. V. 75. № 3–4. P. 89–94.

  67. Stefanovsky S., Ptashkin A., Knyazev O., Stefanovsky O., Yudintsev S., Nikonov B., Myasoedov B.F. Cold crucible melting and characterization of titanate-zirconate pyrochlore as potential rare earth / actinide waste form // Ceram. International. 2019a. V. 45. P. 3518–3521.

  68. Stefanovsky S.V., Stefanovsky O.I., Danilov S.S., Kadyko M.I. Phosphate-based glasses and glass ceramics for immobilization of lanthanides and actinides // Ceram. International. 2019b. V. 45. P. 9331–9338.

  69. Uranium 2022: Resources, Production and Demand. OECD NEA, Rep. №. 7634. 2023. 561 p.

  70. Vlasov V.I., Kedrovsky O.L., Nikiforov A.S., Polyakov A.S. Shishtchitz I.Y. Handling of liquid radioactive waste in the concept of closed nuclear fuel // in the “Back End of the Nuclear Fuel Cycle: Strategies and Options”. Vienna, Austria: IAEA, 1987. P. 109–117.

  71. Wyborn L.A.I., Heinrich C.A., Jaques A.L. Australian Proterozoic mineral systems: essential ingredients and mappable criteria // AusIMM Publication Series 4/94. 1994. P. 109–115.

  72. Zoback M.D., Townend J., Rollimund B.G. Steady-state failure equilibrium and deformation of intraplate lithosphere // International Geology Review. 2002. V. 44. P. 383–401.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Геология рудных месторождений

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал