Вся экология | Реклама | Что такое экология? | О нас | Подписка | RSS

Вся экология | Экологические новости



Опубликовано 19/07/2017, в 11 ч. 47 мин., 349 просмотров

Где хранить накопленное

Объект окончательного захоронения ОЯТ. Источник: Довгуша В. В., Муратов О. Э., Тихонов М. Н. Проблемы обращения с радиоактивными отходами и облученным ядерным топливо м в условиях инновационного развития ядерной энергетики // Научные и технические аспекты охраны окружающей среды. 2012. No 1.

О вариантах обращения с накопленным ядерной энергетикой ОЯТ рассказывает Олег Муратов – ответственный секретарь Северо-Западного отделения Ядерного общества России, член Общественного совета Госкорпорации «Росатом».

Подходы

В начальные годы развития ядерной энергетики аспекты безопасности и экологических последствий приносились в жертву экономической и политической целесообразности, проблемы обращения с отработавшим ядерным топливом (ОЯТ) считались второстепенными, их решение не раз откладывалось, как в России, так и в других странах, использующих ядерную энергетику.

Существующая проблема обращения с ОЯТ обостряется с каждым годом, поскольку накопление продолжается и ежегодно увеличивается. Сегодня в мире эксплуатируется 449 ядерных энергоблоков, при средней наработке от 20 (легководные ВВЭР, PWR, BWR) до 140 т в год (тяжеловодные CANDU), из них ежегодно выгружается примерно 10,5 тыс. т ОЯТ. Учитывая, что к началу 2017 года в мире остановлено и находится в разных стадиях вывода из эксплуатации 143 ядерных энергоблока, бόльшая часть ОЯТ которых находится в пристанционных хранилищах, всего в мире накоплено приблизительно 400 тыс. тонн ОЯТ.

В обращении с ОЯТ принято три различных подхода:

  1. Размещение во временные хранилища (отложенное решение).
  2. Переработка.
  3. Прямое захоронение.

Международное агентство по атомной энергии не отдает предпочтений ни одному из указанных способов и не устанавливает каких-либо норм относительно способов и сроков хранения. Выбор стратегии обращения с ОЯТ в каждой стране определяется политическими и экономическими аспектами, проблемами гарантий нераспространения и защиты окружающей среды. Необходимо отметить, что ни одна страна в мире не рассматривает длительное наземное хранение ОЯТ как безопасное и долгосрочное (более 100 лет).

Окончательное захоронение

В настоящее время в мире отсутствуют объекты окончательного захоронения ОЯТ. Специалисты считают, что могильники ОЯТ должны размещаться в геологических хранилищах на глубинах в несколько сотен метров, а ОЯТ – в специальных контейнерах при контролируемых условиях. Однако во всех рассматриваемых вариантах геологического хранения остаются большие неопределенности, связанные с поведением ОЯТ в течение длительного времени.

Среди стран – приверженцев окончательного захоронения ОЯТ Финляндия и Швеция являются пионерами в строительстве долговременных подземных хранилищ для его окончательной изоляции. Могильники для хранения контейнеров с ОЯТ после его выдержки в течение 30 лет в пристанционных хранилищах будут располагаться в скальной породе на глубине более 500 м под дном Балтийского моря.

Разработанная система захоронения ОЯТ предусматривает несколько степеней защиты: отработавшие тепловыделяющие сборки (ОТВС) будут размещены в герметичном чугунном кожухе (для предотвращения их смещения), который будет помещен в медную капсулу для защиты от коррозии. Медные капсулы будут размещены в подземных штольнях, пространство между капсулами будет заполнено бентонитовой глиной. Допускается возможность последующего извлечения замурованного глубоко под землей ОЯТ.

Переработка

Первоначально переработку ОЯТ начали с целью получения оружейного плутония. Соответствующую радиохимическую технологию впервые создали США и СССР, позже – Франция и Великобритания, развивавшие производства в том числе и для нужд ядерной энергетики. Целью переработки ОЯТ для гражданских применений были перевод ОЯТ в безопасное состояние; возврат ядерных материалов в ядерно-топливный цикл; наработка изотопов для различных областей промышленности, науки, медицины.

В 1960-х годах во многих ядерных странах, развивающих ядерную энергетику, переработка ОЯТ рассматривалась главным образом как способ получения урана и плутония для производства нового топлива, однако непредвиденно высокая стоимость переработки, технические трудности в реализации радиохимической технологии и ужесточение требований к сбросам РАО приостановили дальнейшие работы, и большинство опытных производств были остановлены.

На сегодняшний день промышленная переработка ОЯТ ведется лишь в пяти странах – Франции, Великобритании, России и Индии. Китай планирует ввести в эксплуатацию завод по переработке ОЯТ в 2020 году.

По рекомендациям МАГАТЭ переработка ОЯТ с возвратом делящихся материалов в топливный цикл, фракционированием РАО и контролируемым хранением необходима, чтобы исключить накопление радионуклидов в геобиосфере. Поэтому ведущие ядерные державы придерживаются идеи «замыкания» ядерного топливного цикла с использованием выделенного при переработке ОЯТ плутония для изготовления смешанного уран-плутониевого топлива (МОКС-топлива). В настоящее время МОКС-топливо используется на 33-х реакторах во Франции, Бельгии, Германии и Японии. На заводах UP-2 и UP-3 во Франции перерабатывается не только топливо французских АЭС, переработчиками заключены многомиллиардные контракты с энергокомпаниями Германии, Японии, Швейцарии, Бельгии, Нидерландов и Тайваня. Зарубежное ОЯТ перерабатывается и на заводе THORP в Великобритании.

Общая проектная производительность заводов по переработке ОЯТ составляет приблизительно 5,6 тыс. т в год, но практически ни одно из действующих предприятий не достигает заявленной производительности, соответственно и общие объемы переработки меньше. Ежегодно в мире перерабатывается менее половины нарабатываемого ОЯТ – около 4 тыс. т, и к настоящему времени переработано всего примерно 100 тыс. т. Поэтому при современном уровне ядерной энергетики и ожидаемом росте ядерных мощностей проблема обращения с ОЯТ сохранится.

Одной из проблем современных технологий переработки ОЯТ (пожалуй, самой главной) является образование большого количества жидких радиоактивных отходов (ЖРО), и крупнейшие в мире перерабатывающие заводы сбрасывают их в северные моря. Французские UP-2 и UP-3 низкоактивные ЖРО, содержащие тритий и йод, сбрасывают в Ла-Манш, а британский THORP – в Ирландское море.

Несмотря на то что Россия является убежденным сторонником переработки ОЯТ, в настоящее время перерабатывается только около 12% нарабатываемого ОЯТ. Завод РТ-1 на ПО «Маяк», созданный на базе радиохимического завода по наработке оружейного плутония, был введен в эксплуатацию в 1977 году. На трех технологических линиях завода в промышленном масштабе перерабатывалось ОЯТ реакторов ВВЭР-440 и БН-600, транспортных и некоторых исследовательских реакторов.

До недавнего времени завод РТ-1 использовал устаревшие технологические решения и неоптимальные схемы по объему образующихся РАО. Низкая экономическая эффективность технологии обусловлена недостаточным масштабом производства и широкой специализацией по типам перерабатываемого топлива (около 20 видов). Как и зарубежные предприятия, РТ-1 никогда не достигал проектной производительности и ежегодно перерабатывал от 60 до 100 т.

Технология переработки ОЯТ на заводе РТ-1 аналогична технологиям, реализованным на перерабатывающих заводах Франции и Великобритании. После механического размельчения ОТВС растворяют в азотной кислоте и получают раствор, содержащий уран, плутоний, нептуний и продукты деления. Для выделения из раствора ценных компонентов, их разделения и очистки от примесей применяется водно-экстракционная технология с использованием в качестве экстрагента трибутилфосфата в органическом разбавителе.

Разделение и очистка осуществляются в несколько этапов. В результате получают диоксид урана, используемый для изготовления топлива для реакторов РБМК-1000; диоксид плутония, направляемый на склад для последующего изготовления МОКС-топлива; диоксид неп­туния, используемый для изготовления источников излучения 238Pu; концентраты цезия, стронция, прометия для изготовления радионуклидных источников.

Основным недостатком водно-экстракционной технологии, использующей различные минеральные и органические реагенты, является образование большого количества ЖРО. При переработке 1 т ОЯТ образуется 13 м3 высокоактивных отходов (ВАО), 78 м3среднеактивных отходов (САО) и 1875 м3 низкоактивных отходов (НАО). Жидкие ВАО начали перерабатывать в 1988 году путем остекловывания в электропечах, и за время эксплуатации комплекса было остекловано более 20 тыс. т отходов активностью ~1,8*1019 Бк. Таким образом, накопление ОЯТ продолжается и к январю 2016 года составило 21 841 т. Всего переработано около 5 тыс. т.

Федеральная программа

Решение проблем по обращению с ОЯТ началось с принятия Федеральной целевой программы «Обеспечение ядерной и радиационной безопасности России на 2008 год и на период до 2017 года» (ФЦП ЯРБ). Создание современной инфраструктуры по обращению с ОЯТ и решение накопившихся проблем являлось приоритетом программы. Основные принципы обращения с ОЯТ в России, определенные Концепцией по обращению с отработавшим ядерным топливом Госкорпорации «Росатом», предусматривают его переработку и контролируемое долговременное хранение.

В рамках ФЦП ЯРБ на заводе РТ-1 проведена глубокая модернизация производства для обеспечения возможности приема и переработки всех типов ОЯТ, включая наиболее проблемные виды (реакторы АМБ и ЭГП, облученные дисперсионно-алюминиевые высокообогащенные (ДАВ) блоки, дефектные сборки РБМК-1000, уран-циркониевое топливо и т. д.). Это позволило начать в 2016 году переработку до 30 т в год дефектного ОЯТ РБМК-1000, облученных блоков ДАВ и ОТВС (в том числе имеющих коррозионные повреждения) исследовательских реакторов из ряда НИИ и других организаций. Также была проведена опытная переработка ОТВС реакторов ВВЭР-1000, и годовой объем переработки ОЯТ на РТ-1 составил около 200 т топлива различных типов.

Таким образом, в результате модернизации технология РТ-1, используя многие апробированные в мировой практике процессы, обладает универсальностью, позволяющей на трех технологических линиях реализовывать схемы совместной переработки различных ОТВС.

Кроме расширения номенклатуры перерабатываемого ОЯТ усовершенствованы технологии обращения с РАО. Для остекловывания ВАО введена в эксплуатацию новая печь производительностью 500 л в час. Для переработки жидких низко- и среднеактивных РАО сооружены установки очистки вод спецканализации, и создан комплекс цементирования жидких и гетерогенных САО.

Временное хранение

На Горно-химическом комбинате в Железногорске в рамках ФЦП ЯРБ построены сухие хранилища ОЯТ реакторов РБМК-1000 и ВВЭР-1000, реконструировано централизованное мокрое хранилище топлива ВВЭР-1000, и введена первая очередь опытно-демонстрационного центра (ОДЦ) по переработке ОЯТ ВВЭР-1000.

Общая вместимость сухого хранилища ОЯТ реакторов РБМК-1000 составляет 25,2 тыс. т, что обеспечит размещение в нем всего наработанного ОЯТ этого типа. Хранилище представляет собой толстостенное (толщина стен более метра) здание из монолитного железобетона, которое выдерживает землетрясения 9,6 баллов по шкале MSK-64. ОТВС хранятся в герметичной ампуле в среде инертного газа, что полностью исключает коррозию. Охлаждение ячеек с ОЯТ осуществляется за счет естественной конвекции потока воздуха, обеспечивающей надежный теплоотвод. Поэтому хранилище полностью автономно – в случае потери источников энергоснабжения будут сохранены все условия безопасного хранения ОЯТ.

Для удаления основного объема ОЯТ реакторов РБМК-1000 с площадок станций на Ленинградской, Курской и Смоленской АЭС созданы комплексы по разделке ОТВС, предназначенные для приемки ОТВС из пристанционного мокрого хранилища и загрузки в многоцелевые контейнеры, предназначенные для временного хранения и транспортировки. Первая партия ОЯТ была вывезена с Ленинградской АЭС в 2012 году, и в настоящее время с Ленинградской и Курской АЭС ежегодный вывоз составляет около 750 т в год.

Мокрое хранилище ОЯТ реакторов ВВЭР-1000, введенное в эксплуатацию в 1986 году, было реконструировано. В результате реконструкции вместимость хранилища увеличена с 6000 до 8600 т ОЯТ, значительно повышена сейсмоустойчивость (усилены фундамент и строительные конструкции, облегчена кровля). Строительные конструкции мокрого хранилища сохраняют целостность до 8,0 баллов по шкале MSK-64. Кроме того, произведена замена кранов на новые с увеличением их грузоподъемности, увеличены производительность и надежность системы охлаждения, обеспечивающей возможность необходимого орошения ОЯТ в случае полной потери источников энергоснабжения в течение 72 часов.

Опытно-демонстрационный центр

Создаваемый ОДЦ по переработке ОЯТ ВВЭР-1000 предназначен для развития радиохимической промышленности и отработки в промышленном масштабе новых способов переработки ОЯТ с минимизацией образования ЖРО. ОДЦ в опытно-промышленном объеме в оптимальных условиях позволит отработать сразу несколько технологий многоуровневой радиохимической переработки ОЯТ нового поколения, позволяющих эффективно отделить на головных операциях тритий и йод для их исключения из сбросных потоков.

Помимо проверки инновационных технологий и оборудования будут определены критерии безопасности, экономические характеристики и новые компоновочные решения для создания крупномасштабного перерабатывающего производства нового поколения. Также будет изучена возможность переработки ОЯТ в режиме заказа, т. е. с задаваемыми заказчиком номенклатурой и качеством продуктов переработки.

В качестве базовой технологии переработки ОЯТ ВВЭР-1000 на ОДЦ положен разработанный в Радиевом институте им. В. Г. Хлопина (Санкт-Петербург) способ, все основные операции которого были проверены на образцах ОЯТ ВВЭР-1000 в лабораторных условиях. Конечными продуктами переработки ОЯТ по базовой технологии являются:

– порошок закиси-окиси урана U3O8. Коэффициент очистки урана от гамма-излучающих продуктов деления составит 10-7;

– порошок смешанных оксидов урана, плутония и нептуния. Коэффициент очистки плутония по базовой технологии от гамма-излучающих продуктов деления составит ~10-3.

Экологическая эффективность базовой технологии обеспечивается (в отличие от механической резки) термохимическим разрушением ОТВС при температуре ~500 °С. В этом случае кристаллическая решетка UO2 разрушается и окисляется до U3O8, топливо рассыпается, а тритий и йод еще до растворения ОТВС отгоняются с последующим улавливанием на операции газоочистки. Также базовая технология позволяет перевести САО за счет концентрирования и уменьшения их объема в категорию ВАО и затем отправить на остекловывание. Рециклируемая вода направляется в производственный цикл.

Испытания показали, что технология действует и может быть перенесена из лаборатории в опытно-промышленный масштаб на ОДЦ.

Таким образом, в отличие от применяемых технологий в этом случае исключается образование низкоактивных ЖРО, а технологию переработки ОЯТ на ОДЦ можно характеризовать как радиохимическую технологию поколения 3+, позволяющую исключить выбросы йода и трития в окружающую среду и избавиться от сбросов ЖРО.

Источник: Довгуша В. В., Муратов О. Э., Тихонов М. Н. Проблемы обращения с радиоактивными отходами и облученным ядерным топливо м в условиях инновационного развития ядерной энергетики // Научные и технические аспекты охраны окружающей среды. 2012. No 1.

По оценкам экспертов, в том числе и французских, базовая технология переработки ОЯТ позволит достичь высокой рентабельности производства. Новые технические решения, которые будут реализованы на ОДЦ, позволят снизить стоимость переработки до уровня около $600 за килограмм ОЯТ, в отличие от зарубежных конкурентов, где переработка ОЯТ в среднем обходится около $1200 за килограмм ОЯТ.

Единственный вид ОЯТ, для обращения с которым на настоящий момент не принято решения по завершающей стадии, – топливо реакторов ЭГП (Билибинская АЭС). Состав его топливной композиции близок к составу одной из модификаций топлива АМБ, поэтому данный вид ОЯТ можно переработать на ПО «Маяк».

В рамках ФЦП ЯРБ проработаны варианты вывоза ОЯТ с площадки Билибинской АЭС на переработку:

– автотранспортом в морской порт Черский, далее морским транспортом в Мурманск, затем железнодорожным транспортом на ПО «Маяк»;

– автотранспортом в аэропорт Кепервеем, далее воздушным транспортом в аэропорт Емельяново, затем железнодорожным транспортом на ПО «Маяк».

Однако большая удаленность Билибинской АЭС, отсутствие инфраструктуры для извлечения и удаления ОЯТ с площадки станции и необходимой транспортной инфраструктуры в районе расположения станции обусловливают крайне высокие затраты на реализацию данного проекта.

Другой вариант обращения с ОЯТ реакторов ЭГП-6 предусматривает сооружение в непосредственной близости от промплощадки Билибинской АЭС опытно-промышленного объекта, его подземной изоляции скважинного или штольневого типа. Вечная мерзлота в районе расположения Билибинской АЭС создает для организации пункта окончательной изоляции ОЯТ благоприятные условия, такие как:

– использование естественного теплофизического барьера;

– отсутствие во вмещающей геологической среде воды в свободном состоянии, что препятствует миграции радионуклидов в окружающую среду;

– замедление окислительно-восстановительных реакций в вечномерзлых породах, что увеличивает время работоспособности инженерных барьеров.

Окончательный всесторонне обоснованный выбор в пользу одного из вариантов обращения с ОЯТ реакторов ЭГП-6 должен быть принят экспертной комиссией с участием представителей Госкорпорации «Росатом», Чукотской администрации и НТЦ ЯРБ Ростехнадзора.

В заключение необходимо подчеркнуть, что переработка ОЯТ позволяет вовлечь в ядерный топливный цикл выделенные при переработке уран и плутоний и использовать в качестве сырья для радиоизотопной продукции, а также нарабатывать редкие и дефицитные элементы для различных отраслей промышленности. Создаваемая в России инфраструктура и разработанные новые радиохимические технологии обеспечат экологическую безопасность и экономическую эффективность переработки ОЯТ.

Источник Беллона




Комментарии:

На сайте (регистрация не требуется!):
Комментарии временно отключены
Вконтакте (необходима регистрация на сайте vk.com):

Популярные новости:

Архив новостей:

Экопортал не гарантирует достоверность материалов. Позиция Экопортала не всегда может совпадать с позицией, изложеной в материале. Экопортал не несет ответственности за какие-либо ошибки, также за какие-либо действия, предпринятые на основании этих материалов.

© ECOportal 2002-2012 гг.

Вся экология: Новости, Архив новостей, Пресс-релизы, Обсуждения новостей, Экспорт новостей, Каталог организациий, Экологические ссылки, Добавить ссылку, Календарь событий, Добавить событие в календарь, Статьи, Книги, Рефераты, Законы и документы, Составы отходов, Экологический словарь, Доска объявлений, Голосования, Реклама на сайте, Рассылка, RSS, Обучение

Авторские права на материалы принадлежат Всероссийскому Экологическому порталу, за исключением тех, где явно указан автор. При полном или частичном цитировании всех материалов ссылка на Всероссийский Экологический портал обязательна. Все предложения по работе сайта отправляйте на электронный ящик администратора.

RSS лента
Rambler's Top100
Rambler's Top100