Журнал Александра Быкова

Previous Entry Share Next Entry
Захоронение.
alex_bykov
От себя добавлю, что вариант захоронения ОЯТ - не единственный, но любой вариант обращения с ОЯТ обязательно включает в себя вопрос об окончательном захоронении радиоактивных отходов, так что и плюшки, и шишки, собранные финнами на этом пути, полезны будут не только финнам.

Оригинал взят у tnenergy в Захоронение.
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.


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:

  1. Ничего не делать, хранить на площадках, оставить проблему потомкам. Очень технологично, удобно и дешево, но иногда как-то некомфортно морально.

  2. 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

  3. 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.


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.


Машина для сверления колодцев захоронения.

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.


Планируемые объемы подъемных выработок впечатляют.

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.


Онкало

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.

  • 1
Интересная статья. Хотя, может быть, имело бы смысл упомянуть дожигание минорных актинидов как один из вариантов переработки, уменьшающий количество радионуклидов, требующих захоронения.

Как я уже писал в комментариях к статье,

дожигание миноров - это пока НИР, да ещё и в поисках финансирования. Думаю, что попутно с быстрой программой этот процесс не пойдёт - понадобится проектировать специализированный реактор-дожигатель. Здесь прорисовываются некие перспективы для ускорительной тематики, но вопрос встанет несколько иначе: на первый план выйдет окупаемость такого проекта, а она маловероятна.

на харьковском ускорителе дожигать можно?

В качестве "лабораторной работы" - да,

в качестве промышленного дожигателя - нереально.

Стыдно читать. Хоть бы попытались ознакомиться с текущим состоянием дел у мирового лидера в отрасли - России
http://geoenergetics.ru/atomx/ например, содержит весьма тщательно подобранные материалы

Вы о чём, собственно?..

О состоянии дел в моей отрасли и моей стране я в курсе. Здесь приведён пример иного решения, если Вам стыдно это описание читать, просто не читайте, а не гоните пургу.

В продолжение нашего обмена мнений на другой площадке.

Современная наука не в состоянии прогнозировать изменение геологии и климата на 1 000 лет вперед. Про 500 000 лет можно точно забыть. Это мое мнение.
По-этому только активный административный/государственный контроль в ближайщие 100 лет. А там видно будет. По-крайней мере , это честно к потомкам.

Просто зарыть в земле и говорить, что будет хорошо. БЕЗ КОНТРОЛЯ! Это безнравственно к последующим поколениям.


Edited at 2017-06-30 12:53 pm (UTC)

  • 1
?

Log in

No account? Create an account