Захоронение отработанного ядерного топлива

Раскрываем все подробности утилизации отработавшего ядерного топлива: варианты, основные сложности и разработки

Отработанное ядерное топливо (ОЯТ) является одной из неприятных проблем и в какой-то степени болевой точкой ядерной энергетики. Свежее ОЯТ предельно смертоносно - стоя в метре от извлеченной из реактора ТВС ОЯТ вы рискуете за 10-20 секунд получить смертельную дозу. Полежавшее лет 30 ОЯТ становится менее губительно с точки зрения излучения, но вот его радиотоксичность (т.е. токсичность при попадании внутрь) остается вполне на уровне - смертоносным является кусочек в 20-30 мг ОЯТ

10 фото и текст via

Тема сегодняшнего поста - геологическое захоронение ОЯТ. Наиболее продвинутый проект - финский, предполагает хранение в таких колодцах глубоко под землей

Атомную индустрию, впрочем, спасает относительная незначительность объемов ОЯТ. Если гигаваттная угольная ТЭЦ имеет дело с сотнями тысяч тонн золы за год, то АЭС - всего с 30 тоннами ОЯТ (~40 кассет). Тем не менее, при работе 400 блоков в течении десятилетий ОЯТ в мире накопилось весьма немало - порядка 280 тысяч тонн, сотни тысяч ТВС. Разумеется, уже много десятилетий существует вопрос "что же делать с этим ОЯТ" и столько же - несколько вариантов ответа:

Ничего не делать, хранить на площадках, оставить проблему потомкам. Очень технологично, удобно и дешево, но иногда как-то некомфортно морально.
Переработать. А! Вот наверное решение проблемы? Не совсем. Переработка - это в лучшем случае концентрация/сортировка радиоактивности ОЯТ по степени вредности, но при этом сами радионуклиды никуда не деваются. В лучшем случае сокращаются объемы под захоронение
Захоронение. Изоляция под землей ОЯТ таким образом чтобы за следующие 100-500 тысяч лет оно там и осталось, никак не попадая в человеческий мир. Нужно также и для варианта 2, хотя тут есть свои нюансы.

Не смотря на очевидность решения 3, до сих пор нигде в мире захоронение ОЯТ на индустриальную основу не поставлено. Причина тому, как мне кажется, в том, что вместе с окончательностью захоронения приходить и окончание перекладывания ответственности за этот шаг. Ответственность тут лежит прежде всего в том, что хранилище может оказаться ненадежным, и потечь не через 600 тысяч лет, а через 10 тысяч. И не то, что бы это сильно волновало менеджмент таких проектов - больше их волнует доказательства ненадежности хранилищ еще при их жизни. Ведь обоснования надежности на сотни тысяч лет требуют экстремальной экстраполяции - с экспериментальных наблюдений за потенциальной площадкой захоронения в пару десятков лет до, собственно, сотен тысяч, аналогично это касается вопросов коррозии. В последнем моменте ошибки округления при экспериментальных замерах могут означать выбор между результатами "проест через 5000 лет" и "простоит 500000.

Экспозиция площадки проекта Онкало - на переднем плане надземные сооружения и виден вход в туннель. На заднем плане трехблочная АЭС Олкилуото, которая, кстати, обладает своим подземным захоронением для средне и низкоактивных РАО.

Второй момент, вокруг которого крутиться мучения с реализацией проектов конечного захоронения - ценность ОЯТ. Потенциально каждая тонна ОЯТ содержит в себе полтора процента делящихся веществ (нечетных изотопов плутония и урана 235), а также порядка килограмма палладия и рутения - драгоценных металлов. На сегодня добыча этого из ОЯТ не окупает возни с радиохимией, но довольно долго существовало ощущение, что энергетический плутоний еще очень пригодится при запуске массовых програм ЗЯТЦ.

Пока хранение ОЯТ на финских АЭС Онкало и Ловииса осуществляется в мокрых хранилищах

В целом, на сегодня есть две страны, которые плюнули на эти метания и реализуют программы окончательного геологического захоронения - это Финляндия и Швеция и несколько стран, которые серьезно инвестируют в изучение конкретных площадок для окончательного захоронения ОЯТ (это США, Южная Корея,Тайвань и в какой-то мере Япония). В то же время в странах, где серьезно занимаются переработкой ОЯТ (Франция, Россия, Великобритания) присматриваются к геологическому захоронению высокоактивных остатков переработки ОЯТ - технологии, которую в принципе можно "переобуть" в прямое захоронение ОЯТ при надобности.

После слегка затянувшегося предисловия, предлагаю посмотреть на финский подход к захоронению, реализуемый компанией Posiva Oy на площадке Онкало в паре километров от АЭС Олкилуото.

Захоронение предполагается выполнять в гранитном массиве на глубине около 420 метров в ходе проекта примерно столетней длительности (начало реального размещения - 2020е, окончание - не ранее 2120), предполагающего строительство довольно грандиозного подземного комплекса. Сейчас планы построены на существующие АЭС, что подразумевает размещение ~2800 пеналов для трех типов ТВС (которые есть в Финляндии - ВВЭР-440, ASEA BWR и еще не пущенный EPR-1600). В принципе "площадей" захоронения может хватить и еще на все перспективные АЭС (в т.ч. Ханхикиви), но пока объем оставлен таким.

Схема существующих на сегодня подземных выработок Онкало. Примерно от позиции "Technical facilities" будут расходится туннели для размещения.

Захоронение предполагается выполнять в гранитном массиве на глубине около 420 метров в ходе проекта примерно столетней длительности (начало реального размещения - 2020е, окончание - не ранее 2120), предполагающего строительство довольно грандиозного подземного комплекса. Сейчас планы построены на существующие АЭС, что подразумевает размещение ~2800 пеналов для трех типов ТВС (которые есть в Финляндии - ВВЭР-440, ASEA BWR и еще не пущенный EPR-1600). В принципе "площадей" захоронения может хватить и еще на все перспективные АЭС (в т.ч. Ханхикиви), но пока объем оставлен таким.

Онкало построен буровзрывным методом. В кадре как раз машина для забуривания шпуров.

На захоронение будут поступать ТВС ОЯТ с минимальным сроком выдержки в 20 лет, что облегчает работу с ними. Проектно работа с ТВС выглядит так - выгрузка из транспортного контейнера, укладка в вакуумно-сушильное устройство захораниваемой в одном пенале партии (8 ТВС ВВЭР или BWR или 5 ТВС EPR-1600), затем перегрузка в пенал. Пенал представляет из себя литую чугунную конструкцию с пазами для ТВС, которая располагается в оболочки из 50-мм меди (которая в бескислородных условиях оказывается наиболее стойкой к длительной коррозии из промышленных металлов). Далее пенал вакуумируется и заполняется аргоном, перевозится в станцию заварки крышки (медной). Крышка заваривается, инспектируется, после чего пенал готов к захоронению.

Пенал типа OL-1 для хранения кассет от реакторов BWR. Медная крышка после сборки будет завариваться электронно-лучевой сваркой, роботами в вакууме - куда же без вакуума, роботов и электронного луча в Финляндии...

После спуска на горизонт захоронения пенал перевозят в туннель размещения - размерами 3,5х4 метра, в полу которого через каждые 10 метров высверлен колодец глубиной 8 и диаметром 1,8 метров. Сами пеналы имеют диаметр чугунной сердцевины в 1052 мм, длину от 4 до 6 метров (для разных видов ТВС) и вес 30-40 тонн. Все пространство между пеналом и стенками колодца заполняется прессованными блоками из бентонита (которые, насколько можно понять, выполняют роль поглотителя влаги), а в последствии и сам туннель должен быть заполнен сухим бентонитом, а по полному исчерпанию мест в начале туннеля заливается большая бетонная пробка.

Вообще, судя по толщине крышки пенала, ослабление гамма-излучения ОЯТ будет не таким и большим, поэтому установка пеналов под землей будет довольно непростой с т.з. инженерии задачей.

Для перемещения пеналов и бентонитовых блоков разрабатывается соответствующая подземная техника.

На этом видео демонстрируется работа системы по установке бентонитовых пробок. Лазерное позиционирование и повсеместная механизация подсказывает, что технические требования к барьерам нераспространения (плотности и прочности в т.ч.) весьма непросты.

В настоящее время подземная инфраструктура практически достроена и готова ... к началу эксперимента по захоронению - в течении следующего года будет проведена экспериментальная отработка процедуры "похорон", а затем, с 2018 по 2023-27 годы пойдет контролируемый эксперимент по измерению реальной ситуации вокруг пенала, для валидации всех обоснований безопасности, которые Posiva разработала за последние 40 лет (да-да, именно столько лет идут исследования по этой теме), и подала в финский атомнадзор STUK. Если все будет хорошо, то будет получена эксплуатационная лицензия и начнется реальная работа по сокращению количества ОЯТ в Финляндии.

Машина для сверления колодцев захоронения.

Кстати, начала 80х по 1996 года Финляндия отправляла ОЯТ АЭС Ловииса с реакторами ВВЭР-440 в СССР/Россию на переработку, и насколько я могу понять, ВАО от этой переработки до сих пор хранится на Маяке. Затем эта деятельность была оценена финами, как невыгодная. Сложно сказать, во сколько обходилась переработка ВАО на Маяке в 80х, но сейчас обычно оперируют цифрами в 1000-1500 долларов за кг переработанных тяжелых металлов. При этом с каждой тонны ОЯТ получается не меньше 150 кг высокоактивных остеклованных отходов, которые надо захоранивать.

Планируемые объемы подъемных выработок впечатляют.

В тоже время проект Онкало оценивается сейчас в 1,1 млрд евро (не ясно, впрочем, на какой период), планируется захоронить 1000 тонн ОЯТ в самой ближайшей перспективе и 6500 тонн всего, что дает затраты меньше, чем на переработку + захоронение. Существует так же оценка общих затрат в 3,1 млрд евро (очевидно в сегодняшних ценах) до 2114 года. Расходы будут покрываться отчислениями финских АЭС в размере 0,17 цента за кВт​*ч (т.е. составлять незначительную часть цены продажи э/э).

Подводя итог, хочется сказать, что старт реального захоронения (не раньше 2024 года, впрочем) может дать ощутимый толчок этому направлению и удешевлению его в будущем. Это хорошо, потому что наряду с проблематичным ЗЯТЦ выстраивается альтернативная, малозатратная ветка атомной энергетики - с добычей урана в море при его стоимости около 300-400 долларов за кг (а скорее меньше в будущем) и захоронением ОЯТ вышеописанным способом - из сердца вон и с глаз долой. Стоимость такой электроэнергии может быть сравнимой со перспективной стоимостью э/Э ВИЭ с балансировкой, при этом никаких революционных разработок не потребуется.

Онкало:, все!

Нахрена европе теперь такие сложности, если теперь все это дерьмо можно сплавить на 404? Пару лямов в зубы поросю или кому ещё и никто никогда ничего не узнает

У грузовой ракеты Энергия полезная нагрузка около 100 тонн. Загрузить ОЯТ в нее и пульнуть куда нибудь к хуям в сторону Альфа Центавра Дорого, зато навсегда

они иногда падают

А зачем к хуям, на солнце отправить. Контролировать попадание в солнце проще, чем к хуям!

Это сообщение отредактировал denisg2 - 27.06.2017 - 12:44

280 тысяч тонн = 280000000 кг
1 ракета = 100000 кг грузоподьемности

280000000 / 100000 = 2800 ракет

ТриТанкиста

Скорее всего, если бы не опасение "ебанет при взлете и пизда космодрому и всему вокруг на сотни километров (все засрется радиацией)" - то так бы и делали.

Наиболее продвинутый проект - это русский, который предполагает переработку...

Ferzin

В долгосрочной перспективе (ну это ж было бы лучше, чем 10 тыщь лет все хранить хуй знает где) - можно было бы десятилетиями спокойно запускать. Один хер дешевле будет, да и ракетостроение разовьет и массовое производство, удешевление. Одни плюсы. Вот только одна ебнула и все. Пиздец.

Никогда не понимал почему перерабатывать тонны руды, обогащать и т.д. ради 1 грамма урана выгоднее, чем получить тот же уран из отходов.
Отходы - это ведь тот же уран, только процентов на 10-20 засраный мусором?
Если кто в теме - поясните в чем я ошибаюсь.

vvv5

Не в теме, но самое банальное объяснение - экономический невыгодно. Наверняка переработка подразумевает кучу радиоактивных отходов (которые так же надо куда-то девать) и затраты энергии. Наверняка выходной материал получается просто заметно дороже и все.

Если энергия ебанет на стадии выхода на орбиту - весь мир в труху. Это будет самая грандиозная грязная бомба, которой хватит всей планете

руда почти не радиоактивна и с ней просто работать. От отходов даже роботы дохнут

Чем схемка Улей из Обители зла-1

Уран 235 использовать проще, поэтому и температура пониже. А использовать уран 238 из отходов можно только на реакторах с быстрыми нейтронами. Только вот много ли на свете АЭС с таким реактором кроме Белоярской? Проект "Прорыв" тоже рассчитан на более горячее топливо.