Реактор-«утилизатор» для самых опасных отходов АЭС

Пока Россия готовит самый масштабный проект по переработке радиоактивного топлива, исследователь из Института высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук подготовил исследование по утилизации радиоактивных отходов.

Атомный реактор обычного типа — это твёрдые стержни с топливом, погружённые в воду. Но есть совсем другой тип — жидкосолевой реактор, топливо в нём не твёрдое, а растворено прямо в горячей соли. Такой реактор позволяет «дожигать» самые опасные радиоактивные отходы обычных АЭС.

❗️Представьте кастрюлю с очень горячей солёной водой при 700°C — только вместо поваренной соли там фториды лития и бериллия, а вместо воды — расплав. Именно в этой жидкости и идёт ядерная реакция.
Современные атомные станции оставляют после себя элементы (нептуний, америций, кюрий), которые сохраняют опасную активность десятки тысяч лет — это тот «хвост» отработанного топлива, который никто не знает, куда деть. Жидкосолевой реактор может загрузить их в свою «горячую соль» и превратить в гораздо менее опасные отходы. Это потенциально решает одну из главных головных болей ядерной энергетики - последствия работы ядерных реакторов.

🥄Главный технический подвох — расплавленная соль при 700°C очень агрессивна. Жаропрочный сплав, из которого сделаны стенки реактора, медленно растворяется в этой ванне — представьте металлическую ложку в кипящем крепком рассоле, только намного агрессивнее. Без защиты реактор просто не проживёт долго.
Решение давно известно концептуально: нужно поддерживать правильный «химический баланс» среды. Управляется этот баланс через уран в роли химического термостата. Уран в расплаве может существовать в двух разных формах. Меняя их соотношение, можно как ручкой регулировать, насколько среда агрессивна — сместил в одну сторону, соль стала «спокойнее», в другую — «злее».
Но чтобы реально настроить эту систему в работающем реакторе, нужны точные численные данные о том, как ведут себя в этом расплаве все ключевые металлы — никель, железо, хром (из них сделаны стенки) и сам уран. До сих пор таких данных не было: измерять что-то в раскалённом фторидном расплаве технически очень сложно.

Исследователь Института высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук, Степан Павлович Архипов этот пробел закрыл:
🔢 Разработал технологию приготовления чистого расплава. Это нетривиально: бериллий ядовит, фториды агрессивны, всё нужно делать в герметичных боксах с инертным газом.
🔢 Сделал работающие измерительные зонды для горячей соли. По сути — готовый прибор мониторинга для будущего реактора.
🔢 Впервые измерил поведение никеля, железа, хрома и урана в этом расплаве при рабочих температурах. Составил «иерархию металлов» — таблицу, по которой инженер сразу видит, кто кого в этой химической среде «вытесняет».
🔢 Определил конкретные настройки баланса, при которых популярные жаропрочные сплавы (Inconel, Hastelloy N) не будут «таять» в расплаве.

Бонусом — 6 патентов на оборудование и методики. Это уже не лабораторные гепотезы, а готовая база, на которой можно строить промышленную технологию. 👏

🇷🇺Кому это может быть интересно в России:
«Росатом» — главный заказчик такой технологии. В частности: Курчатовский институт (головная организация по реакторам нового поколения), НИКИЭТ им. Доллежаля (конструкторское бюро жидкосолевых реакторов, было ведущей организацией работы), ВНИИНМ им. Бочвара (материалы для ядерной техники) и ГНЦ НИИАР в Димитровграде (исследовательский центр с программой по этим реакторам) — прямые получатели результатов. ФГУП ПО «Маяк» — потенциальный пользователь технологии «дожигания» долгоживущих отходов, которая может разгрузить хранилища отработанного топлива. ИВТЭ УрО РАН (Екатеринбург), где работа выполнена, — научный партнёр для масштабирования.

🎓Архипов Степан Павлович, Кандидатская, 2.6.9. - Технология электрохимических процессов и защита от коррозии, Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской академии наук

🌱Зелёная химия для масел, БАДов и фармы

Обычно полезные вещества из растений извлекают с помощью органических растворителей — этанола, гексана, ацетона и других. Но после экстракции их приходится удалять из продукта, а сам процесс не всегда экологичен.
Поэтому всё чаще используют сверхкритический CO₂.

👆При высоком давлении углекислый газ приобретает свойства и газа, и жидкости одновременно: легко проникает внутрь растительного сырья и эффективно растворяет нужные вещества. После процесса давление снижают — CO₂ снова становится газом и полностью отделяется от экстракта.
Но есть сложность: даже небольшое изменение температуры или давления может сильно изменить состав получаемого продукта.

🥽Аслан Мурадалиевич из Дагенстанского федералььного исследовательского центра РАН исследовал, как параметры процесса влияют на экстракцию различных растений, и создал модели, которые позволяют заранее подобрать оптимальные условия.

Это помогает получать именно те вещества, которые нужны, без длительного подбора «методом проб и ошибок».

🇷🇺Работа особенно интересна производителям эфирных масел, растительных экстрактов, БАДов, косметики, фитопрепаратов и пищевых ингредиентов.
Новые модели позволяют быстрее разрабатывать технологии экстракции, экономить сырьё, повышать выход ценных компонентов и получать более стабильное качество продукции. А ещё — уменьшать использование органических растворителей, делая производство экологичнее.

🎓АЛИЕВ АСЛАН МУРАДАЛИЕВИЧ, кандидатская, 1.4.4. Физическая химия, Дагестанский федеральный исследовательский центр Российской академии наук

#физическая_химия

🌊Загрязнение вод вокруг Владивостока

Каждый раз, когда что-то горит — уголь на электростанции, бензин в машине или дрова — в воздух попадают опасные вещества, известные как полициклические ароматические углеводороды (ПАУ).
❗️Один из самых известных — бензопирен, который является канцерогеном и очень стойким загрязнителем.

ПАУ почти не разлагаются и накапливаются в организмах. 💨Они переносятся ветром и водой на большие расстояния и оседают в почве, реках и морепродуктах. В России особенно критична ситуация в северо-западной части Японского моря, где находятся Владивосток и Находка. Это важная рыбохозяйственная зона, но с 2022 года здесь увеличился грузопоток, что усилило загрязнение.

Исследователь из Тихоокеанского океанологического института им. В. И. Ильичева Дальневосточного отделения РАН Юлия Владимировна Кудряшова собрала пробы воды и осадков в разных местах дальневосточного района за несколько лет и выяснила следующее:

🛳️ Порты — главные источники загрязнений.
Наибольшее загрязнение зафиксировано в бухте Золотой Рог и заливе Находка. Здесь уровень ПАУ превышает допустимые нормы, что создает серьезный экологический риск.

🌊 ближайшая река Туманная приносит загрязнения из-за границы. Летом, во время паводков, уровень загрязнения резко возрастает из-за смыва химикатов с загрязненных территорий Китая и Северной Кореи.

😨 Даже если уровень отдельных ПАУ не превышает нормы, их сочетание может быть опасным для водных организмов и всей пищевой цепочки, включая рыбу, которую потом употребляют в пищу.

❄️ Зимой уровень ПАУ увеличивается из-за выбросов от отопления, а летом — из-за паводков и штормов, которые поднимают загрязнения со дна.

🗑️На глубине 300–500 метров в открытом море уровень ПАУ выше, чем на поверхности. Это происходит из-за океанической циркуляции, которая уносит загрязнённую воду вниз.

☝️В результате исследование предоставляет важную информацию о химическом загрязнении в этой ключевой акватории России. Это поможет перейти от реактивного мониторинга к превентивной охране окружающей среды, зная, где и когда риск наиболее высок.

🇷🇺 Кому это может быть интересно в России
Дальневосточное УГМС (Росгидромет) — оператор государственного мониторинга; результаты дают карту приоритетных точек и сезонов. Роспотребнадзор — контроль качества морепродуктов; синергетический риск отражается на пищевой цепочке. Порты Владивосток, Восточный, Находка и их операторы — реальные источники загрязнения и потенциальные субъекты природоохранных инвестиций. ТИНРО (Тихоокеанский рыбохозяйственный центр) — оценка влияния на рыбные запасы.

🎓 Кудряшова Юлия Владимировна, кандидатская, 1.5.15 - Экология, Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения РАН

#экология

🥔Как превратить грязную воду в удобрение прямо у себя в лаборатории

Аммиак (NH₃) — один из самых массово производимых в мире химикатов: без него не работает почти никакое сельское хозяйство. Сегодня его получают процессом Габера-Боша — реакцией азота и водорода при огромных давлениях и температурах под 400-500°C, что съедает колоссальное количество энергии. Ирина Игоревна Кузнецова из МГУ им. В.М. Ломоносова в своей диссертации исследовала альтернативу: получение аммиака из нитратов (NO₃⁻) — обычного загрязнителя сточных и сельскохозяйственных вод — с помощью электричества при комнатной температуре. Условно говоря, вместо того чтобы жечь тонны топлива на заводе, можно взять стакан грязной воды, электрод и немного электроэнергии — и получить тот же продукт.

Ключевая деталь процесса — катализатор на основе доступных металлов, кобальта и железа (а не дорогих платины или иридия). Автор опробовала несколько приёмов: поверхность с микроскопическими сотами, «протравленными» электротоком, — эффективность выросла в 7 раз за счёт большего числа активных точек для реакции; тонкий органический слой поверх наночастиц кобальта — как защитная плёнка, продлевающая службу катализатора; и простой сплав кобальта с кремнием, показавший лучший результат — 80,8% полезного выхода аммиака.

🇷🇺Кому это может быть интересно в России?

Прежде всего исследование интересно предприятиям водоочистки — например, «Росводоканалу» и другим операторам очистных сооружений, а также международным игрокам вроде Xylem/Evoqua и Veolia, уже предлагающим технологии денитрификации стоков, — оно даёт способ не просто нейтрализовать нитратное загрязнение, а получать из него полезный продукт. Также результаты значимы для крупных производителей аммиака и удобрений («ФосАгро», «ЕвроХим», «Уралхим», «Акрон», «Тольяттиазот»), которым интересна энергоэффективная альтернатива классическому Габеру-Бошу, и для игроков зарождающейся водородной энергетики (например, «Росатом» и «Центр водородной энергетики», продвигающие проекты «зелёного» аммиака). Разработчикам электрохимических сенсоров качества воды, таким как «Эконикс-Эксперт». Отдельный практический вывод касается инженеров, занимающихся электрокатализаторами в целом: сама методика создания наноструктур анодированием в ионной жидкости — универсальная и подходит для модификации поверхности других металлов и сплавов, не только кобальта.

🎓 Кузнецова Ирина Игоревна, кандидатская, 1.4.4. — Физическая химия, МГУ им.В.М. Ломоносова.

#физическая_химия

🧥 Солнечная панель на подкладке куртки — уже не фантастика

Представьте солнечную панель не в виде стеклянной плиты на крыше, а в виде тонкой наклейки на окне, теплице или куртке. Это органическая фотовольтаика — «пластиковые» батареи из полимеров, которые можно печатать как газету, а не выращивать в вакууме, как кремний. Проблема в том, что лучшие материалы для них слишком сложны в синтезе: эталонный Y6 готовят в 9 стадий с выходом всего 6% — рецепт вкусный, но не масштабируемый.

Елизавета Денисовна Благодарная из ИСПМ РАН в своей диссертационной работе разработала более простые «рецепты» таких материалов: заменила токсичное оловоорганическое кросс-сочетание по Стилле на прямое C–H-арилирование и получила материалы в 2–3 раза технологичнее Y6 — без потери эффективности. Один из её полимеров дал КПД 14,1% (в 14 раз больше низкомолекулярного аналога), а в тройной смеси — 17,7%, близко к рекорду.

🌱Переработка и долговечность

Кремниевые панели перерабатывают физически (разбор, пиролиз плёнки), уничтожая органику. Органический же активный слой наносится из раствора — а значит, теоретически растворителем его можно снять и обратно. В 2024 году в Joule именно так переработали деградировавшие ячейки PM6:Y6: донор и акцептор вернули с выходом 84% и 73,5%, а серебряные электроды — с чистотой 99%. Из них собрали новые рабочие ячейки. Правда, это пока лабораторный протокол, а не отраслевой стандарт.

☀️А деградируют такие батареи из-за света: как показал еще в 2022 году в своей диссертационной работе Илья Вячеславович Мартынов, фуллерены под светом слипаются в пары, а полимеры обрастают лишними связями-ловушками — батарея «мутнеет» изнутри. Его изобретение -добавка 1,8-нафталиндитиола гасит эти ловушки и заметно продлевает срок службы (испытано в пустыне Негев, в Израиле). Заодно выяснилось, что такие батареи отлично держат гамма-излучение — это больше 10 лет работы на орбите (!). Чем дольше батарея служит, тем реже встаёт вопрос ее переработки.

🇷🇺 Кому это может быть интересно в промышленности

Петербургская компания «ОрганикСолар» (резидент наноцентра РОСНАНО) уже делает органические фотоэлементы для фасадов и умного дома — для неё простой и дешёвый синтез акцептора напрямую определяет себестоимость продукта. «Хевелу», крупнейшему российскому производителю солнечных модулей, органическая фотовольтаика могла бы открыть новые ниши — окна, теплицы, гибкую электронику. А результаты по радиационной стойкости и стабилизирующим добавкам — прямой интерес для космической отрасли и любого, кто захочет давать на такие панели долгую гарантию.

🎓Благодарная Елизавета Денисовна, кандидатская, 1.4.7 – высокомолекулярные соединения; химические науки, ИСПМ РАН - защита 10.09.2026

🎓Мартынов Илья Вячеславович, кандидатская, 1.4.4. — Физическая химия, ФИЦ ПХФ и МХ РАН (ИПХФ РАН) - работа 2022 года

#физическая_химия

Пожелаем Елизавете Денисовне удачи на предстоящей защите 👏

📌 Навигация по каналу

🌱 Зелёная химия и возобновляемая энергетика
— Зелёная химия для масел, БАДов и фармы
— Как превратить грязную воду в удобрение
— Формула, которая экономит заводам месяцы экспериментов: термодинамика фосфатов
— Солнечная панель на подкладке куртки

⚛️ Атомная и водородная энергетика
— Реактор-«утилизатор» для самых опасных отходов АЭС
— Электромобиль, который не нужно долго ждать: топливные элементы нового поколения

💊 Фармацевтика и биоактивные молекулы
— Хлорофилл с GPS учится находить рак
— Лекарство от ВИЧ, замаскированное под еду
— Сахарный конструктор для вакцин
— Кандидат на лекарство против болезни Паркинсона
— Лакрица против глиобластомы: что химики нашли в обычной солодке

🔬 Материалы, оптика и электроника
— Как сфотографировать дефекты кристалла для фотоники
— Невидимый свет для интернета и медицины: редкоземельные металлы-антенны

⚡ Электрохимия и покрытия
— Как аптечный глицин делает антикоррозийное покрытие в 13 раз прочнее

🔍 Аналитическая химия
— Как проверить таблетки с помощью простого электрода

🛢️ Нефтехимия и промышленный катализ
— Геометрия атомов в цеолите, или сколько вы заработаете на нефти
— Опилки вместо нефти: катализатор делает растворители, пластик и топливо из мусора

🌍 Экология и мониторинг
— Загрязнение вод вокруг Владивостока

✅Примеры внедрения
— Как сделать шины прочнее и уменьшить загрязнение окружающей среды
— Взрывчатка, которая защищает воду

📚 Что почитать
— По химии
— По астрономии

🎥Что посмотреть


Если есть тема, на которую Вам было бы интересно почитать свежее исследование, пожалуйста, пишите в комментарии ☕️