Rozvoj jadrovej energetiky si vyžiadal toľko katastrof a ľudských obetí, že stále nedokážeme posúdiť vyhliadky rozvoja jadrového priemyslu, pričom na jednu stranu škály kladieme jeho zjavný ekonomický prínos a na druhú nemenej zjavné nebezpečenstvo. Hoci odborníci, ktorí sú presvedčení, že alternatíva k jadrovej energii neexistuje, sa snažia urobiť všetko pre to, aby toto nebezpečenstvo minimalizovali. Dnes je na svete v prevádzke 440 blokov jadrových elektrární a väčšina krajín sa nechystá obmedziť ich jadrové programy. Netreba však zabúdať, že jadrové elektrárne okrem elektriny, ktorá je pre ľudstvo tak potrebná, produkujú aj rádioaktívny jadrový odpad... Ich spracovanie a likvidácia je jedným z hlavných problémov, ktoré postihujú nielen predstaviteľov jadrového priemyslu, ale aj environmentalistov, politikov a celkovo každého z nás. A aby sme tento problém aspoň čiastočne pochopili, obrátili sme sa na dva smerodajné, no dosť polárne názory. Prvý patrí prezidentovi Ruského vedeckého centra „Kurčatovov inštitút“, akademikovi Jevgenijovi Pavlovičovi Velikhovovi, a druhý patrí korešpondentovi Ruskej akadémie vied, podpredsedovi Medzinárodnej geografickej únie.
Nikita Fedorovič Glazovskij a doktor geografie, vedúci vedecký pracovník Ústavu geografie Ruskej akadémie vied Nikolaj Nikolajevič Klyuev.
V skratke ide o urán, ktorý pracoval v jadrovom reaktore a obsahuje produkty rádioaktívneho štiepenia. Preto sa nazýva aj ožiarené, alebo vyhorené jadrové palivo. V konvenčnom zmysle je palivo to, čo horí, teda drevo, uhlie, ropa, plyn. Horenie je chemická reakcia kombinácie látky s oxidačným činidlom (v uvedených príkladoch zlúčeniny uhľovodíkov s kyslíkom), pričom prebieha intenzívne uvoľňovanie tepla. Práve spaľovanie sa v technike využíva na výrobu tepla v peciach, peciach a spaľovacích komorách motorov. Moderná civilizácia je v podstate založená na tejto „ohňovej“ energii. Jadrové palivo „horí“ úplne inak. Urán uvoľňuje teplo v dôsledku nie chemickej, ale fyzikálnej reakcie – štiepenia, na priebeh ktorého nie je potrebný kyslík ani žiadne iné oxidačné činidlo. Pri každom štiepení ťažkého jadra uránu-235 iniciovanom absorpciou pomalého neutrónu sa vytvoria 2 a niekedy 3 ľahšie jadrá a niekoľko rýchlych neutrónov. Keďže sú tieto jadrá kladne nabité, rozptyľujú sa do nich veľkou rýchlosťou rôzne strany a pri zrážke s okolitými atómami prenášajú svoje Kinetická energia, to znamená, že látka sa zahrieva. Existujú dva druhy vyhoreného jadrového paliva (VJP). Prvým je prírodná zmes izotopov uránu, ktorá bola dlho ožarovaná v priemyselnom reaktore s cieľom akumulovať plutónium na zbrane. Druhou sú palivové kazety energetických reaktorov obsahujúce palivové tyče (palivové články) z obohateného uránu, ktorých vyhorenie v dôsledku akumulácie štiepnych produktov dosiahlo technologickú hranicu.
VJP vždy obsahuje tri zložky:
. Nespálený urán
. Produkty štiepenia uránu
. Transuránové prvky
Vyhorené alebo ožiarené jadrové palivo sa bežne nazýva urán, ktorý bol v jadrovom reaktore a prešiel štiepnou reakciou. V skutočnosti vyhorené jadrové palivo obsahuje rôzne produkty štiepenia, ako aj značné množstvo nespáleného uránu. Jedným z hlavných problémov nakladania s VJP je, že ide o zmes rôznych látok, z ktorých niektoré môžu byť stále užitočné a niektoré už nie sú vhodné na použitie. Tu vzniká pomerne široké pole na diskusiu - možno VJP považovať za rádioaktívny odpad (RW) alebo nie?
"Čerstvé" označuje jadrové palivo pred jeho naložením do reaktora, vyhorené - rovnaké palivo, ale po ožiarení. Hlavným rozdielom medzi VJP a „čerstvým“ palivom je obrovská rádioaktivita spôsobená nahromadenými štiepnymi produktmi. Veľmi nízka rádioaktivita je charakteristická pre „čerstvé“ jadrové palivo. Tak slabé, že pri výrobe blokov z liateho prírodného uránu nie je potrebné používať protiradiačnú ochranu personálu. Tu v Kurčatovovom inštitúte môžu návštevníci, ktorí navštívia prvý experimentálny reaktor F-1 v Európe a Ázii (ktorý mimochodom úspešne funguje od roku 1946), dokonca držať jeden z týchto blokov v rukách bez obáv z akékoľvek vystavenie žiareniu. Pravdaže, varujú: "Pozor!" Ale za týmto varovaním namiesto slova "žiarenie!" by malo byť "neklesať!" S hustotou asi 18 g/cm 3 je malý blok, ktorý sa pohodlne zmestí do dlane, nečakane masívny (jeho hmotnosť s priemerom 35 mm a výškou 100 mm je 1,7 kg). Ale naopak, VJP je jedným z najviac radiačne nebezpečných objektov jadrového palivového cyklu. Aj krátkodobý pobyt človeka v blízkosti VJP vykladaného z jadrového reaktora je nevyhnutne sprevádzaný veľmi vysokými dávkami žiarenia. Akékoľvek operácie s VJP sa preto vykonávajú len diaľkovo, s použitím výkonnej tieniacej ochrany proti prenikavému ionizujúcemu žiareniu.
Medzi „čerstvým“ a vyhoreným jadrovým palivom je veľa rozdielov. Ale v kontexte diskutovanej témy sa zdá byť hlavné, že palivo, ktoré v reaktore nebolo, samozrejme má rádioaktivitu, ale jeho úroveň je relatívne nízka. Jeho nebezpečenstvo pre životné prostredie a ľudské zdravie je neporovnateľne malé v porovnaní s vyhoretým jadrovým palivom, ktorého rádioaktivita je obrovská a môže spôsobiť mimoriadne vážne škody na prírode a tiež priamo ohrozuje zdravie a životy ľudí.
Tu je potrebné zdôrazniť, že pri manipulácii s VJP máme do činenia s veľmi nebezpečnou látkou a akákoľvek havarijná situácia alebo porušenie technológie pri jeho spracovaní bude nevyhnutne viesť k najvážnejším následkom. Preto pri rozhodovaní o vhodnosti dovozu VJP zo zahraničia a posudzovaní finančného prínosu tohto podniku by bolo správne brať do úvahy okrem iného aj možné ekonomické straty v prípade akejkoľvek mimoriadnej udalosti.
V diskutovanom probléme je jeden veľmi neočakávaný aspekt, ktorému sa venuje malá pozornosť. Toto je vzhľad nových izotopov, ktoré v prírode vôbec neexistujú. „Čerstvý“ urán, ktorý v reaktore nebol, je obsiahnutý v zemskej kôre. Vo všeobecnosti sa skúmala reakcia biosféry na zvýšenie alebo zníženie jej množstva. No predsa pri jadrovej fúzii v reaktore vznikajú transuránové prvky a umelé izotopy obyčajných látok - to je podľa mňa jeden z najväčších problémov jadrovej energetiky a nielen jej. Pred moderným ľudstvom v plnej výške vyvstáva otázka o znečistení biosféry tými prvkami a chemickými zlúčeninami, ktoré v nej nikdy neboli. Dovoľte mi vysvetliť svoju myšlienku: predtým bola soľ rozsypaná po uliciach miest, aby bojovala s ľadom. Z tohto dôvodu zomrela vegetácia, ale nedošlo k žiadnemu zvláštnemu znečisteniu biosféry ako celku, pretože sodík aj chlór (ktoré tvoria kuchynskú soľ) sú jedným z najbežnejších prvkov zemskej kôry. Určitá redistribúcia týchto látok vo všeobecnosti nie je tragická, hoci môže spôsobiť veľmi negatívne dôsledky pre túto konkrétnu verejnú záhradu. Úplne iná vec je, keď sa začnú hromadiť úplne nové chemické prvky a látky, ktoré sa v prírode nachádzajú v extrémne malých množstvách. Čo sa stane v tomto prípade, nikto jednoducho nevie, pretože stále nemáme relevantné skúsenosti. Zdá sa mi, že problém nových izotopov a chemických zlúčenín je možno ešte závažnejší ako problém rádioaktívnej kontaminácie, o ktorej sa naše poznatky v poslednom čase výrazne zvýšili. Vykonávanie aspoň dvojstupňového testovania konkrétnej látky je zároveň veľmi nákladné, a preto sa značná časť novovznikajúcich zlúčenín vôbec nehodnotí z hľadiska životného prostredia.
V prvom rade fakt, že VJP je hodnotný produkt obsahujúci 2 užitočné zložky – nespálený urán a transuránové prvky. Okrem toho štiepne produkty obsahujú rádionuklidy ( rádioaktívne izotopy), ktoré možno úspešne využiť v priemysle, medicíne, ako aj v vedecký výskum. Po oddelení aspoň dvoch užitočných zložiek, nespáleného uránu a transuránových prvkov, vrátane plutónia, z vyhoreného jadrového paliva, čo je neseparovaná zmes užitočných a nepotrebných produktov, sa zvyšok mení na špeciálny druh rádioaktívneho odpadu - odpad s vysokou špecifickou aktivitou.
Pojem „vyhorené jadrové palivo“ odborníci na jadrovú energiu navrhujú nezamieňať s pojmom „rádioaktívny odpad“. V zásade dôvody na to
existuje separácia - VJP obsahuje rôzne prvky, ktoré možno opätovne použiť, a to aj na výrobu energie. Odpad je niečo, čo sa nedá využiť. A predsa treba povedať, že medzi týmito pojmami je veľmi tenká hranica. Existuje výraz, že odpad je rovnaký Prírodné zdroje len na nesprávnom mieste, v nesprávnom čase a v nesprávnom množstve. Samotný pojem „odpad“ je veľmi relatívny a závisí od mnohých podmienok. Takže bez ohľadu na to, koľko užitočných zložiek odpad obsahuje, ak sú náklady na ich ťažbu príliš vysoké, potom odpad zostane odpadom.
Okrem toho treba povedať, že niektoré reaktory v skutočnosti pracujú na produkcii odpadu, napríklad pri vytváraní plutónia na zbrane. V takýchto reaktoroch vznikajú tie izotopy, ktoré sa potom dajú použiť v jadrových zbraniach a v tomto prípade je výroba energie vedľajším procesom a tým hlavným je produkcia odpadu (ak sa uvoľňuje jadrové zbrane ukončené). Ak bude výroba jadrových zbraní pokračovať alebo sa plutónium použije ako palivo pre jadrové elektrárne, potom produkty takýchto reaktorov automaticky prestanú byť odpadom.
Tento problém vznikol v plnom raste počas vytvárania domácich jadrových zbraní koncom štyridsiatych rokov minulého storočia. Úspešne bol vyriešený v dôsledku návrhu a výstavby prvého vysokokapacitného rádiochemického závodu (RCP) u nás na Urale, v meste Čeľabinsk-40, na základni č. 10, dnes známej ako závod Mayak. . Pôvodnou úlohou závodu bolo získavanie plutónia na zbrane, no celý reťazec chemických reakcií oddeľujúcich od seba rôzne prvky je samozrejme vhodný aj na spracovanie vyhoreného paliva z jadrových elektrární. Ostatné domáce RCP fungujú podobným spôsobom v Sibírskych a banských a chemických závodoch – v mestách Tomsk-7 (SGChE) a Krasnojarsk-26 (GCC). Rovnaký problém riešili RCP v USA, Veľkej Británii, Francúzsku a Číne.
S vysokou mierou pravdepodobnosti sa dá predpokladať, že podobné nízkoenergetické rádiochemické závody použili India a Pakistan pri získavaní plutónia pre národné jadrové nálože. V súčasnosti sa veľkou produktivitou vyznačujú anglický RHZ spoločnosti BNFL (Sellafield), ktorý sa nachádza na pobreží vnútrozemského Írskeho mora, a francúzsky RHZ spoločnosti Cogema na Cape Ag v Lamanšskom prielive.
S obmedzovaním programov jadrových zbraní a rastom počtu jadrových elektrární sa rádiochemické závody čoraz viac preorientovali na spracovanie vyhoreného jadrového paliva z energetických reaktorov. Najmä naše prvé RCW v Čeľabinsku-40 bolo na tento účel modernizované a odvtedy bolo premenované na RT-1. Postavený na kolaps Sovietsky zväz druhá rastlina - "RT-2" je zakonzervovaná.
Spojené štáty americké zvolili stratégiu oneskorenej (50-70 rokov) likvidácie vyloženého a vyloženého jadrového paliva zo 107 amerických jadrových elektrární, čím začali výstavbu hlbokého federálneho skladu vyhoreného jadrového paliva, ktorý je považovaný za strategickú štátnu rezervu. .
Krátko po vytvorení jadrových zbraní sa vyskytli aj ťažkosti s likvidáciou rádioaktívnych materiálov – vyhoreného jadrového paliva a rádioaktívny odpad. Diskutovaný problém je teda starý takmer šesť desaťročí. Vo verejnej mysli sa zakorenil stereotyp, že jadrová energia je niečo hrozné a, samozrejme,
škodlivé.
V tejto súvislosti prichádza na rad nasledujúca myšlienka: vo všeobecnosti väčšina technologických procesov bola vyvinutá bez toho, aby sa zohľadnil ich vplyv na prírodné prostredie. No práve v období vzniku jadrovej energetiky, keď bolo povedomie o hrozbe, ktorú predstavujú zariadenia jadrového priemyslu, sa snažili venovať veľkú pozornosť otázkam bezpečnosti. Ďalšou vecou je, že bezpečnostné hľadiská boli často (najmä v prvých rokoch jadrovej energetiky) obetované ekonomickým a politickým výhodám. Navyše najdôležitejšie otázky, ktoré sa zdali byť druhoradé, neboli pôvodne premyslené.
Ako nakladať s rádioaktívnym odpadom, čo robiť s vyhoreným jadrovým palivom, je možné demontovať zastarané jadrové elektrárne, ako uzavrieť cyklus jadrového paliva?
Všetky tieto „nepohodlné“ otázky si radšej nevšímali a ich rozhodnutie bolo odložené na neskôr. Problém nakladania s VJP je v súčasnosti v mnohých ohľadoch taký akútny práve preto, že sa hromadí desiatky rokov. A vo všeobecnosti tradícia rozhodovania bez premýšľania o zajtrajšku prežila dodnes.
Prepracovanie vyhoreného jadrového paliva pochádzajúceho z jadrových elektrární je samozrejmou budúcnosťou všetkých štátov rozvíjajúcich jadrovú energetiku. Takéto „uzavretie“ cyklu jadrového paliva (NFC) je ekonomicky realizovateľné z viacerých dôvodov. V prvom rade je výrazne znížený dopyt po prírodnom uráne (o 1/6), a to jednak v dôsledku návratu 235. izotopu uránu, ktorý nezhorel v reaktore, ako aj v dôsledku vzniku nového jadrového paliva - plutónium. Ako zdroj tepelnej energie, mimochodom, 1 gram plutónia zodpovedá približne 1 tone ropy. Upravené VJP je možné použiť na výrobu palivových tyčí vrátane tých na báze zmesi oxidov uránu a plutónia (tzv. palivo MOX). Uzavretie jadrového palivového cyklu okrem ekonomických výhod znižuje riziko šírenia jadrových zbraní v dôsledku „spálenia“ vzniknutého plutónia, ktoré musí byť skladované pod mimoriadne prísnou kontrolou v otvorenom cykle. Hoci sa vo svete nahromadilo asi 240 000 ton VJP, prepracovalo sa len 85 000 ton. Z 30 štátov rozvíjajúcich jadrovú energiu iba Spojené kráľovstvo, Francúzsko a Rusko vybudovali a prevádzkujú RCP na prepracovanie VJP z jadrových elektrární. Je to aj z ekonomických dôvodov, keďže výstavba RCC je ekonomicky realizovateľná len s ročnou kapacitou 1500 ton VJP, čo si vyžaduje prevádzku asi 50 veľkých jadrových elektrární. Preto Japonsko, ktoré má už 54 jadrových elektrární, ktoré vyrábajú 1/3 všetkej elektriny, tiež začalo s výstavbou RCP a plánuje ho uviesť do prevádzky o 2-3 roky. Potreba spracovania vyhoreného jadrového paliva zároveň podnietila majiteľov mnohých jadrových elektrární hľadať podnikateľov, ktorí sú pripravení túto prácu prevziať. Vznikajúci výklenok zaplnili už spomínané anglické a francúzske rádiochemické závody. Už niekoľko desaťročí na základe dlhodobých kontraktov prepracúvajú vyhorené jadrové palivo z jadrových elektrární v Belgicku, Nemecku, Švajčiarsku, Japonsku a ďalších krajinách. Nevyhnutnou podmienkou takýchto zmlúv je vrátenie všetkých troch vyššie uvedených zložiek VJP (vrátane vysokošpecifického odpadu) do krajiny, ktorá toto palivo dodáva. Mimochodom, podotýkame, že v súlade s už skôr uzatvorenými medzinárodnými dohodami Rusko prepracovalo aj VJP, ktorý pochádzal z jadrových elektrární vybudovaných podľa sovietskych projektov v Bulharsku, Maďarsku, NDR, Fínsku, Československu a naložených „čerstvým“ jadrovým palivom dodaným zo ZSSR a Ruska. V súčasnosti sa takéto operácie vykonávajú pre VJP z jadrových elektrární v Arménsku, Bulharsku a na Ukrajine. Zníženie prahu jadrovej konfrontácie je sprevádzané znížením pracovného zaťaženia spracovateľských závodov u nás aj v zahraničí. Je účelné využiť voľné kapacity RCP na prepracovanie VJP zo zahraničia. Iniciatíva Ministerstva pre atómovú energiu Ruskej federácie, dnes už právne zakotvená, je pokusom konkurovať na tomto vysoko ziskovom trhu.
Faktom je, že projektovanie, výstavba a prevádzka rádiochemického podniku je ekonomicky opodstatnená iba pre štáty s rozvinutým nezávislým jadrová energia. Okrem toho krajina, ktorá sa rozhodne postaviť rádiochemický závod, musí disponovať vhodnou technológiou a vysokokvalifikovaným personálom. Rusko má všetko.
Aj preto sa podarilo „pretlačiť“ zákon o dovoze cudzieho vyhoreného jadrového paliva. Netreba však zabúdať, že leví podiel na rádioaktivite, ktorej zdrojom je celý jadrový priemysel, pripadá na rádiochemické závody. A keďže sme sa rozhodli prepracovať VJP niekoho iného, musíme pochopiť, že značnú časť rádioaktivity si nechávame pre seba. Rádiochemické závody zatiaľ okrem Ruska fungujú aj vo Francúzsku a Veľkej Británii. Spojené štáty sa držia takzvaného oneskoreného rozhodnutia – uprednostňujú skladovanie vyhoreného jadrového paliva v špeciálnych skladovacích zariadeniach, aby ho mohli v budúcnosti spracovať alebo definitívne uložiť. V Japonsku je pilotný závod na prepracovanie VJP, no jeho kapacita je malá a táto krajina využíva najmä služby európskych spoločností.
Problém prepravy vyhoreného jadrového paliva, ktorý existuje už od vybudovania RCP za účelom separácie plutónia ako jadrovej výbušniny, sa vyostril po výstavbe prvých jadrových elektrární. Koniec koncov, priemyselné reaktory a RCW sa nachádzajú na rovnakom mieste alebo blízko seba (napríklad v Čeľabinsku-40 ich delia len 2 km), zatiaľ čo jadrové elektrárne boli postavené v regiónoch, ktoré nutne potrebujú elektrinu. a sú od RCZ vzdialené mnoho tisíc kilometrov. Pri preprave VJP z areálov JE bolo potrebné vyriešiť 3 úlohy: zabezpečiť radiačnú bezpečnosť personálu a verejnosti (aj v havarijných situáciách), vylúčiť prehriatie VJP počas prepravy a prijať opatrenia proti pokusom o krádež paliva narušiteľmi. . Stalo sa tak v dôsledku vývoja masívnych ochranných kontajnerov vyrobených z materiálov absorbujúcich žiarenie, ako je liatina, oceľ a betón, ktoré znižujú intenzitu žiarenia na prijateľné limity, a špecializovaných kontajnerových vlakov. Ročne prejde po cestách Ruska 30 transportov s radiačne nebezpečným nákladom a doteraz nebola zaznamenaná ani jedna nehoda. V Spojených štátoch sa na prepravu kontajnerov na VJP používajú prevažne ťažké návesy. Vo Švédsku, kde sa väčšina jadrových elektrární nachádza na pobreží Baltského mora, boli na tento účel vyvinuté a postavené špecializované lode. Preprava vyhoreného jadrového paliva z japonských jadrových elektrární do spracovateľských závodov vo Veľkej Británii a vo Francúzsku sa uskutočňuje aj po mori. Za 50 rokov prepravy vyhoretého jadrového paliva a iných zdrojov ionizujúceho žiarenia vysokej aktivity (najmä tých, ktoré sa používajú pri rádioterapii malígnych ochorení) sa nevyskytol ani jeden prípad nehôd s radiačnými následkami, hoci viac ako 1 mil. takéto prepravy sa už vo svete uskutočnili.
Hlavná preprava VJP sa u nás aj v zahraničí uskutočňuje v špeciálnych železničných vozňoch, ako aj na námorných plavidlách na to určených. Železničná aj námorná preprava VJP sa nevyhnutne vykonáva pod kontrolou bezpečnosti a samotné kontajnery vydržia veľké vonkajšie zaťaženie. Jaderní vedci tvrdia, že preprava vyhoreného jadrového paliva v takýchto podmienkach je absolútne bezpečná a nikdy nedošlo k žiadnym incidentom. Táto oblasť je však absolútne tajná a nemôžeme povedať, že máme o tejto problematike úplné informácie. Navyše vo svetle nedávne udalosti Vo svete sa preprava VJP z pohľadu teroristickej hrozby samozrejme stáva veľmi nebezpečným podnikom.
K vyššie uvedenému treba dodať, že v každom prípade pri preprave rádioaktívneho odpadu dochádzalo k nehodám, pričom takúto prepravu pravdepodobne sprevádzali aj zvýšené bezpečnostné opatrenia. A ešte niečo: napriek režimu utajenia sa trasy vlakov a lodí periodicky zverejňujú, čoho sme svedkami pri sledovaní protestov „zelených“. Takže problém prepravy VJP určite existuje, aj keď sa nás snažia presvedčiť o opaku.
Prevádzku domáceho RCP v prvých rokoch jeho prevádzky sprevádzala nadmerná radiačná záťaž nielen personálu, ale aj životného prostredia. Pri tvorbe projektu tohto unikátu priemyselný podnik nebolo možné spoľahnúť sa na nejaké skúsenosti. A hoci v elektrárni boli zabezpečené a vybudované sklady rádioaktívneho odpadu, početné havarijné situácie, najmä v prvom období jej prevádzky, rýchlo viedli k ich preplneniu. Už v roku 1949 musela byť úloha čistenia výpustí do hydroelektrickej siete, najmä do rieky Techa, stanovená v zadávacích podmienkach pre projekt RCP, stiahnutá z programu - vytvorenie takéhoto systému sa výrazne oneskorilo práce na získavaní plutónia pre prvý sovietsky atómová bomba. Jeden z veteránov Minatomu, A.K. Kruglov vo svojej knihe „Ako vznikol jadrový priemysel ZSSR“ píše, že „do konca roku 1949 bolo potrebné zvoliť si: buď pokračovať vo výrobe plutónia, alebo zastaviť elektráreň zastavením vypúšťania rádioaktívnej vody do rieka Techa. Rozhodnutie bolo prijaté. Produkcia plutónia pokračovala. Špeciálna komisia schválila návrh elektrárne, ktorý podporilo ministerstvo zdravotníctva ZSSR, využiť endorheické jazero Karachay na skládku rádioaktívnych roztokov. V dôsledku znečistenia rieky a pobrežnej oblasti bolo žiareniu vystavených 124 tisíc ľudí žijúcich v oblasti riečnej nivy v regiónoch Čeľabinsk a Kurgan. Veľké dávky žiarenia (až 170 rem) dostalo 28 tisíc ľudí. Zaevidovaných bolo 935 prípadov chronickej choroby z ožiarenia. Musel som presídliť asi 8 tisíc ľudí z 21 osád.
Samozrejme, dnes je situácia ďaleko od tej, ktorá bola charakteristická pre éru pretekov v jadrovom zbrojení. Desaťročia práce na znižovaní objemu a aktivity vznikajúcich odpadov, vytváraní a zdokonaľovaní metód a prostriedkov na čistenie kvapalných a zachytávacích plynných rádioaktívnych látok a optimalizácia doby zdržania vyloženého VJP nevyšli nazmar. V súčasnosti úniky a výpuste rádionuklidov z RCP neprekračujú prípustné hodnoty stanovené kontrolnými a dozornými orgánmi nezávislými od Ministerstva pre atómovú energiu Ruska, automatizované systémy rádiometrickej a spektrometrickej kontroly umožňujú rýchle prerušenie neprijateľných výpustí ich odoslaním do dodatočne vytvorených skladovacích priestorov, prípadne na zníženie produktivity závodu. Skúsenosti z prevádzky „mokrého“ skladu VJP v Krasnojarskom banskom a chemickom kombináte ukazujú, že v emisiách sa nachádza iba Cs-137, ktorého koncentrácia je 250-krát nižšia ako prípustná koncentrácia stanovená ruským ministerstvom zdravotníctva v r. v súlade s medzinárodnými odporúčaniami. Stojí za zmienku, že v Spojenom kráľovstve a Francúzsku sa kvapalný odpad RCP naďalej vypúšťa do mora, čo vedie k zvýšeným koncentráciám umelých rádionuklidov nielen v blízkosti Írskeho mora a Lamanšského prielivu, ale aj tisíce kilometrov ďaleko. Najmä výpuste z anglickej RCW sú hlavným zdrojom rádionuklidov s dlhou životnosťou, ako sú Sr-90 a Cs-137 s polčasmi rozpadu 28 a 30 rokov do Severného, Nórskeho, Barentsovho, Karského a dokonca aj Bieleho mora. V súlade s rozhodnutím krajín, ktoré sa zúčastňujú na Londýnskom dohovore, sa plánuje zastaviť takéto vypúšťanie do mora do roku 2018. V našej krajine bolo vypúšťanie kvapalného rádioaktívneho odpadu (hlavne z prevádzky jadrových ponoriek) zastavené v roku 1993.
Rádioekologické problémy využitia prepracovania VJP moderné technológie a nazbierané skúsenosti v podstate vyriešené. Vyššie uvedené sa, samozrejme, nevzťahuje na náročnú úlohu sanácie rádioaktívne kontaminovaných oblastí, najmä v blízkosti závodu Mayak, najmä jazera Karačaj a Tečenskej kaskády nádrží a území postihnutých haváriou v roku 1986 v r. Černobyľská jadrová elektráreň. To si vyžiada mnoho rokov práce a mnohomiliardové náklady. Na posúdenie ich rozsahu stojí za zmienku, že v Spojených štátoch sa na podobnú prácu ročne vyčlenia 2 miliardy dolárov. V súlade s nedávno prijatým zákonom „O osobitných environmentálnych programoch“ práve za účelom ozdravenia a návratu k normálnemu životu v rozsiahlych regiónoch, ktoré boli predtým v národnom hospodárstve vyradené z používania, sú prostriedky, ktoré Minatom dostane od pôjde spracovanie vyhoreného jadrového paliva zo zahraničných jadrových elektrární. Spracovanie a skladovanie 20 tis. ton VJP vedie podľa odhadov na základe skúseností nahromadených u nás a v zahraničí k zvýšeniu radiačnej dávky personálu RCP a obyvateľstva najbližšieho regiónu len o 1 % oproti k tomu prijatému od prírodné zdroježiarenia (tento prídavok je 10-krát menší ako žiarenie, ktoré dostávame ročne v zdravotnícke zariadenia). Prepracovanie VJP dnes nespôsobuje nadmerné ožiarenie personálu jadrových chemických podnikov a obyvateľov krajiny.
Posúdenie takýchto závažných a nebezpečných priemyselných odvetví by sa malo uskutočniť vo fáze návrhu. Predtým bol najúčinnejší a najreálnejší Inštitút ekologických expertíz. Teraz sa, žiaľ, pozície štátnej expertízy do značnej miery stratili a napriek tomu sa realizuje veľká časť nekvalitných projektov v environmentálnom zmysle. Preto nie je isté, že celý cyklus prepracovania VJP je pod prísnou environmentálnou kontrolou. Ak hovoríme o nedávno prijatom zákone, ktorý umožňuje dovoz zo zahraničia a spracovanie vyhoreného jadrového paliva v našom RCP, tak si myslím, že zhon a atmosféra, v ktorej bolo toto rozhodnutie prijaté, nepridávajú dôveru v jeho environmentálnu integritu.
Pri diskusii o tomto zákone sa veľa hovorilo o tom, že naša krajina pri implementácii tento projekt získa značné finančné prostriedky, vďaka ktorým bude možné vyriešiť mnohé environmentálne problémy. Ale zatiaľ ani VJP ani peniaze zo zahraničia neprišli, takže sa nedá povedať, ako bude prijatý zákon reálne implementovaný v praxi. Palivo, ktoré teraz ide na prepracovanie, je ten istý urán, ktorý sme dodávali do jadrových elektrární vybudovaných v zahraničí a ktorý sme povinní po odpracovaní odobrať. Preto dnes nemáme žiadne „jadrové“ peniaze, a teda ani rozhodnutie otázky životného prostredia Nie je potrebné hovoriť na úkor týchto prostriedkov. Hoci nemožno ignorovať skutočnosť, že Rusko nemá veľa konkurenčných „vysokých“ technológií svetovej úrovne. Jednou z nich je technológia spracovania VJP. Rozvoj odvetví jadrového palivového cyklu, vrátane rádiochemických, obohacuje technologickú kultúru celej spoločnosti, pretože si vyžaduje nové materiály, vysokokvalifikovaných odborníkov a pod. Rusko - jadrová energia(tu sa nehodnotí, či je to dobré alebo zlé, to je fakt), nahromadili sme rádioaktívne látky s celkovou aktivitou viac ako 4 miliardy Ku (Curie). Správanie sa týchto látok bude musieť byť kontrolované tisíce rokov, ak sa nenaučíme, ako ich spracovať a zneškodniť. Už len z tohto dôvodu je Rusko pevne späté s jadrovou energiou. Potenciál jadrovej energie krajiny preto musí byť zachovaný (aj keď nie nevyhnutne spracovaním vyhoreného jadrového paliva).
Samozrejme, v období pretekov v jadrovom zbrojení sa VJP prepracovávalo z politických, dokonca aj geopolitických dôvodov – bez RCP by naša krajina nebola schopná zabezpečiť strategickú paritu so Spojenými štátmi v studenej vojne. Splnenie stanovenej úlohy vyrobiť a otestovať prvú sovietsku atómovú bombu v mimoriadne krátkom čase sprevádzali vynútené rozhodnutia. Jedným z nich sú extrémne vysoké radiačné dávky personálu domáceho RCP. Podľa údajov zverejnených v 90. rokoch (predtým boli tajné) pri vtedajšej prípustnej hranici 30 rem za rok boli jednotlivé dávky v rokoch 1948-1958: pre dozimetristov - asi 150 rem, pre hlavný personál technologických predajní - od 170 do 270 rem. Posledná uvedená hodnota je viac ako 100-krát vyššia ako súčasná prípustná radiačná záťaž pre profesionálov! Takáto vysoká úroveň expozície nemohla ovplyvniť zdravie ľudí. Ochorenia z ožiarenia boli diagnostikované u 3 444 zamestnancov RCP. Našťastie, tieto pochmúrne stránky sú už ďaleko za nami. Zdokonaľovaním techniky, zlepšovaním prostriedkov automatizovanej kontroly a ochrany, dozimetrických systémov a radiačnej bezpečnosti sa pracovné podmienky pri spracovaní vyhoretého jadrového paliva priblížili k prijateľným, zdravotne nezávadným.
Pokračujú ďalšie práce na zlepšení spracovania vyhoreného jadrového paliva. Osobitná pozornosť sa v tejto oblasti venuje metódam znižovania celkovej aktivity odpadov. Tu sa perspektívne javí metóda „vyhorenia“ škodlivých zložiek dodatočným ožiarením a premena (transmutácia) rádionuklidov s dlhou životnosťou na kratšie. Takéto výskumné práce v rámci viacročných programov sa vykonávajú vo Francúzsku, Japonsku a Rusku v rámci Federálneho cieľového programu pre nakladanie s VJP a rádioaktívnym odpadom. Rovnako pozornosť sa upriamila na tuhnutie kvapalného odpadu s vysokou špecifickou aktivitou (HVLA), ktorý sa dlhé roky skladoval v nádržiach z nehrdzavejúcej ocele. Kvapalná OVUA je dnes efektívne vitrifikovaná u nás aj v zahraničí, čím sa výrazne znižuje riziko migrácie rádionuklidov s dlhou životnosťou z dočasných skladov. Kurčatov inštitút spolu s MosNPO Radon vytvorili metódu plazmového spracovania rádioaktívnych odpadov, ktorá prudko znižuje ich objem (nie však aktivitu!) a výrazne znižuje náklady na následné skladovanie. Vyvíjajú sa aj nové metódy protikoróznej ochrany chemických reaktorov a ich dekontaminácie, zdokonaľujú sa spôsoby zachytávania plynov a aerosólov (najmä rádioaktívneho jódu) a možnosti fluoridovej technológie na spracovanie vyhoreného jadrového paliva, ktorá prakticky vylučuje vznik kvapalného rádioaktívneho odpadu. Znižujú sa emisie a vypúšťanie rádioaktívnych látok do životného prostredia.
Podľa môjho názoru perspektíva prepracovania VJP závisí od zodpovedania niekoľkých veľmi dôležitých otázok. Jedným z hlavných je, nakoľko je nákladovo efektívne samotné prepracovanie a jadrový priemysel ako celok. Zjednodušene povedané, koľko stojí celý výrobný cyklus od rozvoja ložiska až po spracovanie a likvidáciu rádioaktívnych materiálov? Žiaľ, takéto spoľahlivé údaje neexistujú. Všetky údaje, ktoré dnes máme, sú veľmi neúplné av niektorých prípadoch sfalšované. Ak spočítame skutočné náklady na prevádzku jadrovej elektrárne, vyjde nám, že v mnohých prípadoch ide o cenovo výhodnú výrobu. Problém je v tom, že nebol vypočítaný úplný cyklus jadrového paliva. A dostupné výpočty ukazujú, že takmer všetky typy výroby elektriny si vyžadujú približne rovnaké náklady. V poslednom čase sa dokonca aj veterné a solárne zariadenia výrazne približujú k ziskovosti. A tu vzniká problém hodnotenia rizika ďalšieho rozvoja jadrovej energetiky.
Ak sme pripravení na to, že približne raz za storočie môže dôjsť v jadrových elektrárňach k vážnej havárii, tak takéto riziko vedome akceptujeme.
Tým sme sa dostali k ďalšej prvoradej otázke jadrovej energie – bezpečnosti priemyslu. Bez ohľadu na to, ako spracovávame vyhoreté jadrové palivo, stále vzniká určité množstvo látok, ktoré vzhľadom na ich extrémne vysokú rádioaktivitu musia byť veľmi bezpečne ukryté. Napríklad sklady tekutého odpadu v mnohých jadrových elektrárňach sú takmer plné. Najhoršia situácia je v jadrovej elektrárni Kursk – na tekutý odpad už takmer nezostalo miesto. Preto je v prvom rade potrebné pochopiť, či jadroví vedci majú stratégiu spracovania vyhoreného jadrového paliva a zakopania odpadu. Takúto jasnú, mimoriadne jasnú stratégiu zatiaľ nevidno. V každom prípade sú dnes používané spôsoby pochovávania dosť nebezpečné. A my teraz nastražujeme časovanú bombu, ak nie pre seba, tak pre našich potomkov. Vyhliadky na prepracovanie VJP teda závisia od ekonomickej efektívnosti jadrovej energetiky, správneho posúdenia akceptovateľnej miery rizika, ktoré toto odvetvie nesie, a možnosti bezpečného uloženia rádioaktívneho odpadu. Vzhľadom na to všetko je potrebné rozhodnúť o prioritnom spôsobe výroby energie. Stane sa jadrová energia takouto prioritou? veľká otázka. Ale, samozrejme, takéto rozhodnutie nemôže a nemalo by padnúť zo dňa na deň. Okrem toho je čas na diskusiu. Koniec koncov, iba preskúmané zásoby ropy budú stačiť asi 100 rokov, plyn - na 70 - 150, uhlie - na 500, pokiaľ, samozrejme, nedôjde k výraznému skoku v spotrebe energie. O čom som absolútne presvedčený je, že je jednoducho nevyhnutné zintenzívniť hľadanie nových zdrojov energie a vyvinúť technológie na úsporu energie. Pre Rusko je hlavnou úlohou v blízkej budúcnosti úspora energie. Koniec koncov, ak vypočítame, koľko HDP (hrubého domáceho produktu) v peňažnom vyjadrení sa vyprodukuje na joul energie, ukáže sa, že v Rusku je toto číslo 6-7 krát menšie ako v západnej Európe, to znamená, že účinnosť je veľmi vysoká. nízke a rezervy sú obrovské.
Ak hovoríme o čisto technickej stránke problematiky, tak musíme konštatovať, že v súčasnosti neexistujú zásadne nové osvedčené technológie v oblasti spracovania vyhoreného jadrového paliva. V mnohých krajinách sa práve začína vyvíjať úplne nová technológia transmutácia, ktorá umožňuje pod vplyvom žiarenia transformovať rádionuklidy s dlhou životnosťou na krátkodobé, ktoré možno považovať za bezpečnejšie. Najatraktívnejšie je v poslednej dobe aktívne diskutované vytvorenie uzavretého cyklu – kedy sa vyhoreté palivo opätovne využíva ako nosič energie. Napriek tomu nie je možné úplne uzavrieť cyklus jadrového paliva, ale je možné minimalizovať množstvo odpadu, a to je prvá úloha. A tu už vzniká problém materiálových nákladov na tieto opatrenia – prevýšia tieto náklady prínosy z využívania jadrovej energie?
V súčasnosti je nakladanie s vyhoretým jadrovým palivom limitujúcim stupňom, to znamená, že určuje perspektívy rozvoja jadrovej energetiky. Všetky krajiny s jadrovou energiou (snáď okrem Francúzska) nahromadili obrovské množstvo vyhoreného jadrového paliva a nevyriešená povaha tohto problému spochybňuje realizáciu ďalších plánov rozvoja jadrových projektov.
Ruskou črtou je rozsiahly sortiment nahromadeného paliva, ktorý je spojený s históriou rozvoja jadrovej energetiky u nás. Na vyriešenie problému VJP je preto potrebné vyvinúť množstvo unikátnych technológií a vytvoriť komplex infraštruktúrnych zariadení.
Existujúci systém nakladania s VJP v Rusku zahŕňa skladovanie, prepravu a spracovanie VJP. Skladovanie sa vykonáva v reaktorových a lokálnych skladoch pre jadrové elektrárne a výskumné reaktory, v bazénových skladoch v dvoch závodoch Štátnej korporácie Rosatom - FSUE MCC a FSUE PA Mayak - s kapacitou 8600 ton a 2 500 ton, ako aj na technologických obslužných plavidlách flotily jadrových ľadoborcov (VJP transportných reaktorov) a na pobrežných technických základniach.
Dnes sa v zariadeniach štátnej korporácie Rosatom nahromadilo 22 000 ton VJP. Z reaktorov ruských jadrových elektrární sa ročne vyloží približne 650 ton vyhoreného paliva, z tohto objemu sa prepracuje najviac 15 %.
Na vyriešenie problému nahromadeného a novovytvoreného VJP štátna korporácia Rosatom vytvára systém nakladania s vyhoreným palivom, ktorý zahŕňa regulačné, finančné, ekonomické a infraštruktúrne komponenty. Technologická schéma nakladania s VJP rôzne druhy za obdobie do roku 2030 je znázornené na obrázku 1.
V súčasnosti je hlavným finančným mechanizmom na riešenie nahromadených problémov v oblasti VJP, nakladania s RAO a vyraďovania jadrových zariadení Federálny cieľový program „Zabezpečenie jadrovej a radiačnej bezpečnosti na rok 2008 a na obdobie do roku 2015“ (FTP NRS) . Od roku 2015 sa začnú odpisy úspor do fondu nakladania s VJP od právnických osôb, ktoré vlastnia vyhoreté palivo (hlavne Rosenergoatom Concern OJSC).
Spomedzi veľkých projektov VJP, ktorých realizáciu zabezpečuje FTP NRS, treba uviesť:
Dnes je jediným rádiochemickým výrobným zariadením, ktoré funguje v Rusku, komplex RT-1 Mayak Production Association, kde sa prepracováva vyhorené palivo z reaktorov VVER-440, BN-600, výskumných a prepravných zariadení. Technologická schéma je modifikovaný proces PUREX. RT-1 je zároveň jediným rádiochemickým závodom na svete, ktorý emituje okrem uránu a plutónia aj neptúnium. Vitrifikované vysokoaktívne odpady určené na ďalšie zneškodnenie v Rusku tak v súčasnosti už neprijímajú rádionuklidy, ktoré celkovo najviac prispievajú k dlhodobej rádiotoxicite uloženého odpadu. Okrem toho RT-1 prevádzkuje jedinú jednotku na frakcionáciu vysokoaktívneho odpadu na svete na separáciu nuklidov na výrobu izotopových produktov. FTP NRS zabezpečuje implementáciu opatrení na zaistenie environmentálnej bezpečnosti, postupné znižovanie a zastavenie vypúšťania kvapalných rádioaktívnych odpadov FSUE PA Mayak. Medzi tieto činnosti patria:
Modernizačné práce sa vykonávajú v Mayak Production Association technologické schémy prepracovaním vyhoretého jadrového paliva za účelom zníženia objemu procesných odpadov, ako aj zabezpečenia možnosti príjmu a spracovania všetkých druhov vyhoretého paliva vrátane tých, ktoré sa v súčasnosti neprepracúvajú. V strednodobom horizonte by sa tu mali prepracovávať „najproblémovejšie“ typy nahromadeného VJP – SMB, EGP (ak sa rozhodne), DAW, chybné zostavy RBMK a pod.
Jedným z najakútnejších problémov v oblasti jadrovej a radiačnej bezpečnosti je nakladanie s VJP z reaktorov AMB. Dva reaktory AMB v Belojarskej JE boli odstavené v roku 1989. VJP bolo vyložené z reaktorov a v súčasnosti je skladované v bazénoch vyhoreného paliva Belojarskej JE a v „mokrom“ sklade v Majak Production Association.
Charakteristickými znakmi vyhoretých palivových kaziet AMB je prítomnosť asi 40 druhov zložení paliva a veľké celkové rozmery (dĺžka vyhoretých palivových kaziet je cca 13 m). Hlavným problémom pri ich skladovaní v Belojarskej JE je korózia plášťových rúr kaziet a obloženia bazénov vyhoreného paliva.
FTP NRS zabezpečuje súbor prác pre nakladanie s VJP z AMB, ktorý zabezpečuje jeho spracovanie v Majak Production Association. V súčasnosti sú vybrané a opodstatnené technológie na rádiochemické spracovanie VJP z AMB a technologické predpisy. V roku 2011 sa uskutočnilo pilotné prepracovanie AM paliva, obdoby AMB VJP. Bol vypracovaný projekt rezacieho a penalizačného oddelenia (CRP), prebehla súťaž na investičné práce na jeho vytvorení (vypracovanie pracovnej dokumentácie, konštrukčné práce a výroba zariadení CRP). Zároveň boli v JE Belojarsk prijaté opatrenia na bezpečné skladovanie AMB VJP: inštalácia kaziet K17u z uhlíkovej ocele do nerezových puzdier, príprava technické prostriedky na operatívne vyhľadávanie a odstraňovanie netesností obloženia ochladzovacích bazénov, rekonštrukcie vzduchotechnických systémov, príprava na utesnenie priestorov priľahlých k bazénom. Do roku 2015 je plánované ukončenie vývoja a testovania technologických riešení pre rezanie kaziet SFA v ORP a rádiochemické spracovanie VJP, ako aj inštalácia zariadení, uvedenie do prevádzky a uvedenie do prevádzky oddelenia rezania a penalizácie v Mayak Production Association.
Začiatok rezania a prepracovania AMB VJP je naplánovaný na rok 2016. Do roku 2018 by malo byť spracované VJP uskladnené v skladovacom bazéne Mayak, v roku 2020 sa plánuje úplné vyprázdnenie bazénov JE Belojarsk od tohto paliva a v roku 2023 ukončenie jeho spracovania.
Jediným typom vyhoreného jadrového paliva, o ktorom v súčasnej záverečnej fáze nebolo rozhodnuté, je palivo z reaktorov EGP (JE Bilibino). Rovnako ako AMB VJP je aj zdĺhavé, zloženie paliva je blízke zloženiu niektorej z modifikácií paliva AMB, preto tento druh VJP je možné prepracovať v PA Mayak po spustení prevádzky PIU, teda po roku 2016. Samotná odľahlosť JE Bilibino, chýbajúca infraštruktúra na ťažbu a odvoz vyhoreného jadrového paliva z areálu elektrárne a primeraná dopravná infraštruktúra v oblasti jej polohy však spôsobujú extrémne vysoké náklady na realizáciu tohto projektu. Permafrost v oblasti lokality JE Bilibino zároveň vytvára priaznivé podmienky pre organizáciu zariadenia na konečnú izoláciu RAO a VJP, ako napr.
V rámci FTP NRS boli spracované možnosti odvozu vyhoretého jadrového paliva z areálu JE Bilibino na prepracovanie:
Ďalšou možnosťou je vybudovanie poloprevádzkového zariadenia na podzemnú izoláciu typu vrtu alebo štôlne v bezprostrednej blízkosti areálu JE Bilibino („Bezpečnosť jadrových technológií a životného prostredia“, č. 2-2012, s. 133-139. ). Komplexne zdôvodnenú voľbu v prospech jednej z možností nakladania s VJP EGP by mala urobiť v priebehu roku 2012 pracovná skupina, v ktorej sú zástupcovia Štátnej korporácie Rosatom, Správy Čukotky, organizácií jadrového priemyslu - spracovateľov dopravných a technologických schém nakladania s VJP. EGP, expertná organizácia Rostekhnadzor (STC NRS).
V súčasnosti sa na Sibírskych chemických a banských a chemických kombinátoch nahromadil veľký objem ožiarených blokov DAV-90 obsahujúcich vysoko obohatený urán. Od roku 1989 sa skladujú v záchytných bazénoch reaktorových elektrární. Každoročné kontroly stavu plášťov blokov DAV-90 preukazujú prítomnosť koróznych defektov.
Štátna korporácia Rosatom sa rozhodla vyviezť bloky DAV-90 na spracovanie do Mayak Production Association. Bola vyvinutá a vyrobená séria prepravných a baliacich kontajnerov, ktoré spĺňajú všetky moderné bezpečnostné požiadavky, prebiehajú práce na príprave a vybavení nakladacích a vykladacích jednotiek v SCC, MCC a Mayak Production Association potrebným vybavením, aby sa dokončili série DAW blokov na prepravu na spracovanie. V roku 2012 by sa mali uskutočniť testy v plnom rozsahu prepravnej a technologickej schémy na odvoz DAV-90 združeniu Mayak Production Association, vrátane „horúcich“ testov.
Najväčšie množstvo akumulovaného VJP predstavuje palivo RBMK-1000, ktoré do roku 2011 nebolo z jadrových elektrární odstraňované. Na odstránenie väčšiny nahromadeného VJP RBMK-1000 z lokalít JE sa predpokladá:
V apríli 2012 bol prvý rad vyhoreného jadrového paliva RBMK prevezený do „suchého“ skladu.
V súčasnosti prebieha prevádzka demontážneho zariadenia SFA v JE Leningrad v normálnom režime.
Zariadenie na demontáž vyhoreného paliva je navrhnuté tak, aby prijímalo SFA zo skladu na mieste, oddeľovalo SFA do dvoch zväzkov palivových tyčí (FB), inštalovalo FB do ampuliek, vložilo ampulky do dištančného krytu MBK a vložilo kryt do nádobe. Prevádzková bezpečnosť je zabezpečená technológiou ampulovania jednotlivých zväzkov palivových tyčí pred naložením do kontajnera. Ampulka má jadrovo bezpečnú geometriu a je ochranným obalom pre PT, ktorý neumožňuje únik VJP z nej ako pri rezaní SFA v komore, tak aj pri dlhodobom skladovaní. Konštrukcia ampulky, ako aj schéma prepravy a skladovania PT v samostatnom obale poskytujú:
Vadné VJP RBMK, ktoré nie je možné umiestniť do „suchého“ skladu, bude v najbližších rokoch spracované v Združení výroby Mayak. V roku 2011 bol realizovaný „pilotný“ projekt, ktorý demonštroval možnosť dodávky a spracovania RBMK VJP štandardnou technológiou na získanie komerčných uránových produktov („Bezpečnosť jadrových technológií a životného prostredia“, č. 2-2012, s. 142-145 ).
Vzniknutý centralizovaný „suchý“ sklad VJP na Bansko-chemickom kombináte je komorového typu.
Konštrukčné riešenia komorového skladu zabezpečujú dve riadené fyzické bariéry:
Chladenie skladovacích jednotiek je zabezpečené prirodzenou konvekciou: RBMK-1000 VJP - s priečnym prívodom vzduchu, VVER-1000 VJP - s pozdĺžnym prívodom vzduchu.
V roku 2011 bolo uvedené do prevádzky spúšťacie zariadenie na skladovanie vyhoretých palivových článkov RBMK-1000 s kapacitou 9200 ton UO 2 . V roku 2015 bude spustený ďalší modul suchého skladu SFA RBMK-1000 s kapacitou 15 870 t UO 2 a suchý sklad SFA VVER-1000 s kapacitou 8 600 t UO 2 .
V súčasnosti sa VJP z reaktorov VVER-1000 po troch rokoch skladovania v bazénoch reaktorov umiestňuje do centralizovaného „mokrého“ skladu MCC, ktorého kapacita sa zvýšila na 8600 ton. kapacitou VVER-1000 VJP sa plánuje vytvorenie kontajnerového skladu.
V banskom a chemickom kombináte sa okrem centralizovaných skladov VJP vytvára závod na výrobu paliva MOX pre rýchly reaktor BN-800. Počíta sa s vybudovaním podzemného laboratória pre výskum v oblasti geologickej izolácie vysokoaktívnych a dlhožijúcich rádioaktívnych odpadov, ako aj experimentálneho demonštračného centra pre vývoj inovatívnych technológií na spracovanie vyhoretého jadrového paliva (v budúcnosti veľké rádiochemický spracovateľský závod).
V súčasnosti vytvárané pilotné demonštračné centrum (ODC) je navrhnuté tak, aby v priemyselnom meradle testovalo nové prístupy k prepracovaniu VJP s minimalizáciou tvorby kvapalného rádioaktívneho odpadu, efektívnu separáciu 3H a 129I v hlavových prevádzkach s cieľom vylúčiť tieto nuklidy z tokov odpadov, získavanie spoľahlivých počiatočných údajov pre veľký rozsah spracovateľský komplex. Budú sa študovať možnosti prepracovania VJP v režime "objednávka zákazníka", teda s rozsahom a kvalitou produktov prepracovania špecifikovanými odberateľom.
V procese rozvoja ODC sa rekonštruuje moderná vedecko-technologická základňa pre rozvoj rádiochemického priemyslu a zvyšovanie úrovne spôsobilosti projekčných a inžinierskych organizácií. Nové ODC sa budú využívať na vývoj inovatívnych technológií založených predovšetkým na vodných procesoch (zjednodušený proces PUREX, spracovanie pomocou kryštalizačného čistenia uránu, extrakčná frakcionácia vysokoaktívneho odpadu, iné vodné procesy), ako aj na nevodnom spôsobe spracovania. - extrakcia tekutiny. Technologická schéma hlavnej technologickej linky ODC zabezpečí uzatvorený technologický cyklus a zníženie objemov RW na zneškodňovanie. Vyvinutý ODC je multifunkčný a zahŕňa: „základné“ výrobná linka, ktorá zabezpečuje vývoj technológie pre celý cyklus spracovania vyhoretého jadrového paliva, s kapacitou 100 ton vyhoretého jadrového paliva ročne; výskumné komory na testovanie jednotlivých operácií nových technológií spracovania vyhoreného jadrového paliva s kapacitou 2 až 5 ton vyhoretého jadrového paliva ročne; analytický komplex; jednotka na spracovanie netechnologického odpadu; skladovanie produktov U-Pu-Np; sklad VAO; sklad NKÚ.
Z približne 1 000 jednotiek neštandardných zariadení vyvíjaných pre ODC je asi štvrtina úplne nových zariadení, ktoré nemajú obdobu. Pre nové typy zariadení sa pracuje na ich testovaní na maketách v plnom rozsahu na špeciálne vytvorených „studených“ stojanoch. V súčasnosti je vypracovaný projekt ODC, spracováva sa pracovná dokumentácia, pripravuje sa stavenisko, prebiehajú súťaže, pracuje sa na vytvorení neštandardného vybavenia a nákupe štandardného vybavenia. Do roku 2015 sa plánuje vytvorenie štartovacieho komplexu ODC s vybudovaním celej budovy a komunikácií v plnom rozsahu a vybavením výskumných komôr pre začiatok vývoja technológií v roku 2016.
Do roku 2025 sa na základe environmentálne a ekonomicky optimalizovaných inovatívnych technológií vybraných a testovaných v priemyselnom meradle plánuje vytvorenie rozsiahleho spracovateľského rádiochemického závodu. Tento podnik spolu s výrobou paliva pre rýchle reaktory a zariadením na konečnú izoláciu odpadov zo spracovania vyhoreného paliva poskytne možnosť riešiť problém akumulovaného paliva a vyhoretého jadrového paliva, ktoré bude vyložené z existujúcich a plánovaných jadrové elektrárne.
V pilotnom demonštračnom centre aj vo veľkovýrobe v Banskom a chemickom kombináte sa plánuje spracovanie VJP z reaktorov VVER-1000 a väčšiny vyhoretých palivových kaziet RBMK-1000. Produkty regenerácie sa využijú v jadrovom palivovom cykle, urán pri výrobe paliva pre tepelné neutrónové reaktory, plutónium (spolu s neptúniom) pre rýchle reaktory. Zároveň bude rýchlosť prepracovania VJP RBMK závisieť od dopytu po produktoch regenerácie (uránu aj plutónia) v cykle jadrového paliva.
Politika Štátnej korporácie Rosatom v oblasti nakladania s vyhoretým jadrovým palivom, stanovená v priemyselnej Koncepcii nakladania s VJP (2008), vychádza zo základného princípu - potreby recyklácie VJP pre zabezpečenie environmentálne prijateľného nakladania so štiepnymi produktmi a vrátiť regenerované jadrové palivo do cyklu jadrového paliva.materiály. Najvyššou prioritou pri nakladaní s VJP je zabezpečenie jadrovej a radiačnej bezpečnosti, fyzickej ochrany a bezpečnosti jadrových materiálov na všetkých stupňoch nakladania s palivom a nezaťažovanie budúcich generácií. Strategické smery v tejto oblasti sú:
Odvoz, spracovanie a likvidácia odpadov 1 až 5 triedy nebezpečnosti
Spolupracujeme so všetkými regiónmi Ruska. Platná licencia. Kompletná sada záverečných dokumentov. Individuálny prístup ku klientovi a flexibilná cenová politika.
Pomocou tohto formulára môžete zanechať požiadavku na poskytnutie služieb, požiadať o komerčnú ponuku alebo získať bezplatnú konzultáciu s našimi špecialistami.
V 20. storočí sa zdalo, že nonstop hľadaniu ideálneho zdroja energie je koniec. Týmto zdrojom boli jadrá atómov a reakcie v nich prebiehajúce – na celom svete sa začal aktívny vývoj jadrových zbraní a výstavba jadrových elektrární.
Ale planéta rýchlo čelila problému spracovania a likvidácie jadrového odpadu. energie jadrové reaktory nesie so sebou veľa nebezpečenstiev, ako aj odpad tohto odvetvia. Doteraz neexistuje žiadna starostlivo vyvinutá technológia spracovania, zatiaľ čo samotná sféra sa aktívne rozvíja. Bezpečnosť preto závisí predovšetkým od správnej likvidácie.
Jadrový odpad obsahuje rádioaktívne izotopy určitých chemických prvkov. V Rusku sa podľa definície uvedenej vo federálnom zákone č. 170 „o využívaní atómovej energie“ (z 21. novembra 1995) ďalšie využitie takéhoto odpadu nepredpokladá.
Hlavné nebezpečenstvo materiálov spočíva vo vyžarovaní gigantických dávok žiarenia, ktoré má škodlivý vplyv na živý organizmus. Následkami rádioaktívneho ožiarenia sú genetické poruchy, choroba z ožiarenia a smrť.
Hlavným zdrojom jadrových materiálov v Rusku je oblasť jadrovej energie a vojenského rozvoja. Všetok jadrový odpad má tri stupne žiarenia, ktoré mnohí poznajú z fyziky:
Prvé sú považované za najneškodnejšie, pretože na rozdiel od ostatných dvoch poskytujú neškodnú úroveň žiarenia. Pravda, to nebráni ich zaradeniu do triedy najnebezpečnejšieho odpadu. 
Klasifikačná mapa jadrového odpadu v Rusku ho vo všeobecnosti rozdeľuje do troch typov:
Mapa jadrového odpadu v Rusku tiež definuje nízkoúrovňový a vysokoúrovňový:
V súčasnosti existuje niekoľko spôsobov likvidácie jadrového odpadu. Všetky majú svoje výhody a nevýhody, ale čokoľvek by sa dalo povedať, úplne neodstraňujú nebezpečenstvo rádioaktívneho ožiarenia.
Likvidácia odpadu je najsľubnejšou metódou likvidácie, ktorá sa aktívne používa najmä v Rusku. Najprv nastáva proces vitrifikácie alebo „vitrifikácie“ odpadu. Použitá látka sa kalcinuje, potom sa do zmesi pridá kremeň a toto „tekuté sklo“ sa naleje do špeciálnych valcových oceľových foriem. Výsledný sklenený materiál je odolný voči vode, čo znižuje možnosť vstupu rádioaktívnych prvkov do prostredia.
Hotové valce sa uvaria a dôkladne umyjú, čím sa zbavia najmenšej kontaminácie. Potom idú do skladu na veľmi dlhú dobu. dlho. Úložisko je usporiadané v geologicky stabilných priestoroch tak, aby nedošlo k poškodeniu úložiska.
Geologická likvidácia sa vykonáva v hĺbke viac ako 300 metrov tak, aby odpad dlhodobo nepotreboval ďalšiu údržbu.
Časť jadrových materiálov, ako už bolo spomenuté vyššie, sú priamymi výsledkami výroby a akýmsi vedľajším odpadom v energetike. Ide o materiály vystavené žiareniu pri výrobe: odpadový papier, drevo, odevy, domový odpad.
To všetko sa spaľuje v špeciálne navrhnutých peciach, ktoré minimalizujú hladinu toxických látok v atmosfére. Popol sa okrem iných odpadov cementuje.
Likvidácia (jeden zo spôsobov) jadrového odpadu v Rusku cementovaním je jednou z najbežnejších praktík. Základom je umiestniť ožiarené materiály a rádioaktívne prvky do špeciálnych kontajnerov, ktoré sa následne naplnia špeciálnym roztokom. Zloženie takéhoto roztoku zahŕňa celý koktail chemických prvkov.
V dôsledku toho je prakticky neovplyvnený vonkajšie prostredie, čo umožňuje dosiahnuť takmer neobmedzený čas. Ale stojí za to urobiť výhradu, že takýto pohreb je možný len na likvidáciu odpadu s priemernou úrovňou nebezpečenstva. 
Dlhá a pomerne spoľahlivá prax zameraná na zakopanie a zníženie množstva odpadu. Nevzťahuje sa na spracovanie základných palivových materiálov, ale umožňuje spracovanie iných nízko nebezpečných odpadov. Táto technológia využíva hydraulické a pneumatické lisy s nízkou tlakovou silou.
Využitie rádioaktívneho materiálu v oblasti energetiky nie je plne implementované vzhľadom na špecifický charakter aktivity týchto látok. Po vyčerpaní odpad stále zostáva potenciálnym zdrojom energie pre reaktory.
V modernom svete a ešte viac v Rusku je situácia s energetickými zdrojmi dosť vážna, a preto sa recyklácia jadrových materiálov ako paliva pre reaktory už nezdá byť neuveriteľná.
Dnes existujú metódy, ktoré umožňujú využitie použitých surovín pre aplikácie v energetike. Rádioizotopy obsiahnuté v odpade sa využívajú na spracovanie potravín a ako „batéria“ na prevádzku termoelektrických reaktorov.
Ale zatiaľ čo technológia je stále vo vývoji a ideálny spôsob spracovania nebol nájdený. Spracovanie a ničenie jadrového odpadu však umožňuje čiastočne vyriešiť problém s takýmto odpadom a použiť ho ako palivo pre reaktory.
Žiaľ, v Rusku sa podobný spôsob zbavovania sa jadrových trosiek prakticky nevyvíja.
V Rusku na celom svete objemy jadrového odpadu odoslaného na zneškodnenie dosahujú desiatky tisíc metrov kubických ročne. Každý rok prijmú európske sklady asi 45 000 metrov kubických odpadu, kým v Spojených štátoch takýto objem pohltí iba jedna skládka v Nevade.
Jadrový odpad a práca s ním spojená v zahraničí a v Rusku je činnosťou špecializovaných podnikov vybavených kvalitnými strojmi a zariadeniami. V podnikoch sa odpad podrobuje rôznym spôsobom spracovania opísaným vyššie. Vďaka tomu je možné zmenšiť objem, znížiť mieru nebezpečenstva a dokonca využiť časť odpadu v energetike ako palivo pre jadrové reaktory.
Pokojný atóm už dávno dokázal, že všetko nie je také jednoduché. Energetický sektor sa rozvíja a bude sa rozvíjať aj naďalej. To isté možno povedať o vojenskej sfére. Ak však niekedy prižmúrime oči pred vypúšťaním iných odpadov, nesprávne zneškodnený jadrový odpad môže spôsobiť totálnu katastrofu pre celé ľudstvo. Preto je potrebné tento problém vyriešiť čo najskôr, kým nebude príliš neskoro.
Pôvodne sa VJP prepracovávalo výlučne na účely extrakcie plutónia pri výrobe jadrových zbraní. V súčasnosti sa výroba plutónia na zbrane prakticky zastavila. Následne vznikla potreba spracovania paliva z energetických reaktorov. Jedným z cieľov prepracovania paliva energetických reaktorov je opätovné použitie ako paliva pre energetické reaktory, vrátane ako súčasti paliva MOX alebo na realizáciu uzavretého palivového cyklu (CFFC). Do roku 2025 sa plánuje vybudovanie rozsiahleho spracovateľského rádiochemického závodu, ktorý poskytne príležitosť riešiť problém skladovaného paliva a vyhoreného jadrového paliva vyloženého z existujúcich a plánovaných jadrových elektrární. V Zheleznogorsk GCC sa plánuje spracovanie v experimentálnom demonštračnom centre (ODC), ako aj vo veľkovýrobe VJP z tlakovodných reaktorov VVER-1000 a väčšiny odpadu z kanálových reaktorov RBMK-1000. Produkty regenerácie sa využijú v jadrovom palivovom cykle, urán pri výrobe paliva pre tepelné neutrónové reaktory, plutónium (spolu s neptúniom) pre rýchle neutrónové reaktory, ktoré majú neutrónové vlastnosti umožňujúce efektívne uzavrieť cyklus jadrového paliva. Zároveň bude rýchlosť prepracovania VJP RBMK závisieť od dopytu po produktoch regenerácie (uránu aj plutónia) v cykle jadrového paliva. Takéto prístupy tvorili základ Programu tvorby infraštruktúry a nakladania s VJP na roky 2011-2020 a na obdobie do roku 2030, schváleného v novembri 2011.
V Rusku je Mayak Production Association, založená v roku 1948, považovaná za prvý podnik schopný spracovávať vyhorené jadrové palivo. Ďalšie veľké rádiochemické závody v Rusku sú Sibírsky chemický kombinát a Železnogorský banský a chemický kombinát. Veľké rádiochemické výroby fungujú v Anglicku (závod Sellafield), vo Francúzsku (závod Cogema (Angličtina) ruský); výroba je plánovaná v Japonsku (Rokkasho, 2010), Číne (Lanzhou, 2020), Krasnojarsk-26 (RT-2, 2020). Spojené štáty americké upustili od hromadného spracovania paliva vyloženého z reaktorov a uskladňujú ho v špeciálnych skladovacích zariadeniach.
Jadrové palivo je najčastejšie zapečatená nádoba zo zliatiny zirkónu alebo ocele, často označovanej ako palivový prvok (TVEL). Urán v nich je vo forme malých peliet oxidu alebo (oveľa menej často) iných tepelne odolných zlúčenín uránu, ako je nitrid uránu. Rozpadom uránu vzniká mnoho nestabilných izotopov iných chemických prvkov, vrátane plynných. Bezpečnostné požiadavky regulujú tesnosť palivového článku počas celej životnosti a všetky tieto produkty rozpadu zostávajú vo vnútri palivového článku. Okrem produktov rozpadu zostáva v reaktore aj značné množstvo uránu-238, malé množstvo nespáleného uránu-235 a plutónia.
Úlohou prepracovania je minimalizovať radiačné nebezpečenstvo vyhoretého jadrového paliva, bezpečne zneškodniť nepoužité komponenty, izolovať užitočné látky a zabezpečiť ich ďalšie využitie. Na tento účel sa najčastejšie používajú chemické separačné metódy. Väčšina jednoduché metódy sa spracovávajú v roztokoch, tieto metódy však dávajú najväčší počet kvapalný rádioaktívny odpad, takže takéto metódy boli populárne len na úsvite jadrového veku. V súčasnosti sa hľadajú spôsoby, ako minimalizovať množstvo odpadu, najlepšie pevného. Ľahšie sa likvidujú vitrifikáciou.
Jadrom všetkých moderných technologických schém na spracovanie vyhoreného jadrového paliva (VJP) sú extrakčné procesy, najčastejšie takzvaný Purex proces (z angl. Pu U Recovery EXtraction), ktorý spočíva v redukčnom stripovaní plutónia z spoločný extrakt s uránom a produktmi štiepenia. Špecifické schémy spracovania sa líšia v súbore použitých činidiel, postupnosti jednotlivých technologických stupňov a prístrojovom vybavení.
Plutónium oddelené z prepracovania sa môže použiť ako palivo, keď sa zmieša s oxidom uránu. Čo sa týka paliva po dostatočne dlhej kampani, takmer dve tretiny plutónia tvoria izotopy Pu-239 a Pu-241 a asi tretina je Pu-240, preto ho nemožno použiť na výrobu spoľahlivých a predvídateľných jadrových nábojov (izotop 240 je znečisťujúca látka).
Vyhoreté jadrové palivo z energetických reaktorov Počiatočný stupeň NFC za reaktorom je rovnaký pre otvorené a uzavreté NFC cykly.
Zahŕňa vybratie palivových tyčí s vyhoretým jadrovým palivom z reaktora, jeho uskladnenie v areáli bazéna („mokré“ skladovanie v podvodných bazénoch) na niekoľko rokov a následne prepravu do spracovateľského závodu. V otvorenej verzii NFC sa vyhorené palivo umiestňuje do špeciálne vybavených skladovacích priestorov („suché“ skladovanie v prostredí inertného plynu alebo vzduchu v kontajneroch alebo komorách), kde sa uchováva niekoľko desaťročí a následne sa spracuje do formy, ktorá zabráni krádežou rádionuklidov a pripravených na konečné uloženie.
V uzavretej verzii jadrového palivového cyklu sa vyhoreté palivo dostáva do rádiochemického závodu, kde sa prepracúva za účelom ťažby štiepnych jadrových materiálov.
Vyhoreté jadrové palivo (VJP) je špeciálny druh rádioaktívnych materiálov – surovina pre rádiochemický priemysel.
Ožiarené palivové články odstránené z reaktora po ich spotrebovaní majú významnú akumulovanú aktivitu. Existujú dva typy SNF:
1) VJP z priemyselných reaktorov, ktorý má chemickú formu samotného paliva aj jeho plášťa, čo je vhodné na rozpúšťanie a následné spracovanie;
2) Palivové články energetických reaktorov.
VJP z priemyselných reaktorov je povinné prepracovať, zatiaľ čo VJP nie je vždy prepracované. Energetické VJP je klasifikované ako vysokoaktívny odpad, ak nie je predmetom ďalšieho spracovania, alebo ako cenná energetická surovina, ak sa spracováva. V niektorých krajinách (USA, Švédsko, Kanada, Španielsko, Fínsko) je VJP plne klasifikovaný ako rádioaktívny odpad (RW). V Anglicku, Francúzsku, Japonsku - k energetickým surovinám. V Rusku sa časť VJP považuje za rádioaktívny odpad a časť sa posiela na spracovanie do rádiochemických závodov (146).
Vzhľadom na to, že nie všetky krajiny dodržiavajú taktiku uzavretého jadrového cyklu, vyhoreného jadrového paliva vo svete neustále pribúda. Prax krajín dodržiavajúcich uzavretý palivový cyklus uránu ukázala, že čiastočné uzavretie jadrového palivového cyklu ľahkovodných reaktorov je nerentabilné aj pri možnom 3-4 násobnom zvýšení ceny uránu v nasledujúcich desaťročiach. Napriek tomu tieto krajiny uzatvárajú cyklus jadrového paliva ľahkovodných reaktorov, pričom náklady pokrývajú zvýšením taríf za elektrinu. Naopak, Spojené štáty americké a niektoré ďalšie krajiny odmietajú spracovávať VJP vzhľadom na budúce konečné uloženie VJP a uprednostňujú jeho dlhodobé skladovanie, ktoré je lacnejšie. Napriek tomu sa očakáva, že do dvadsiatych rokov sa prepracovanie vyhoreného jadrového paliva vo svete zvýši.
Palivové kazety s vyhoretým jadrovým palivom vyťaženým z aktívnej zóny energetického reaktora sa skladujú v chladiacom bazéne jadrovej elektrárne na 5-10 rokov, aby sa znížilo uvoľňovanie tepla v nich a rozpad krátkodobých rádionuklidov. Prvý deň po jeho vyložení z reaktora obsahuje 1 kg vyhoreného jadrového paliva z jadrovej elektrárne od 26 000 do 180 000 Ci rádioaktivity. Po roku aktivita 1 kg VJP klesá na 1 tisíc Ci, po 30 rokoch na 0,26 tisíc Ci. Rok po ťažbe v dôsledku rozpadu rádionuklidov s krátkou životnosťou sa aktivita VJP zníži 11 - 12-krát a po 30 rokoch - 140 - 220-krát a potom pomaly klesá v priebehu stoviek rokov 9 ( 146).
Ak bol do reaktora pôvodne naložený prírodný urán, potom vo vyhoretom palive zostáva 0,2 – 0,3 % 235U. Opätovné obohatenie takéhoto uránu nie je ekonomicky realizovateľné, preto zostáva vo forme takzvaného odpadového uránu. Odpadový urán môže byť neskôr použitý ako úrodný materiál v rýchlych neutrónových reaktoroch. Pri použití na stiahnutie jadrové reaktory VJP nízko obohateného uránu obsahuje 1 % 235U. Takýto urán môže byť znovu obohatený na pôvodný obsah v jadrovom palive a vrátený do jadrového palivového cyklu. Reaktivitu jadrového paliva je možné obnoviť pridaním ďalších štiepnych nuklidov - 239Pu alebo 233U, t.j. sekundárne jadrové palivo. Ak sa 239Pu pridá do ochudobneného uránu v množstve ekvivalentnom obohateniu paliva 235U, potom sa zrealizuje palivový cyklus urán-plutónium. Zmes uránovo-plutóniového paliva sa používa v tepelných aj rýchlych neutrónových reaktoroch. Uránovo-plutóniové palivo poskytuje maximálne možné využitie zdrojov uránu a rozšírenú reprodukciu štiepneho materiálu. Pre technológiu regenerácie jadrového paliva sú mimoriadne dôležité vlastnosti paliva vykladaného z reaktora: chemické a rádiochemické zloženie, obsah štiepnych materiálov, úroveň aktivity. Tieto vlastnosti jadrového paliva sú určené výkonom reaktora, vyhorením paliva v reaktore, dobou trvania kampane, pomerom množenia sekundárnych štiepnych materiálov, časom stráveným palivom po jeho vyložení z reaktora a typ reaktora.
Vyhoreté jadrové palivo vyložené z reaktorov sa odovzdáva na prepracovanie až po určitej expozícii. Je to spôsobené tým, že medzi štiepnymi produktmi je veľké množstvo rádionuklidov s krátkou životnosťou, ktoré určujú veľkú časť aktivity paliva vyloženého z reaktora. Preto sa čerstvo vyložené palivo uchováva v špeciálnych skladoch po dobu dostatočnú na rozpad hlavného množstva krátkodobých rádionuklidov. To výrazne uľahčuje organizáciu biologickej ochrany, znižuje radiačný vplyv na chemikálie a rozpúšťadlá pri spracovaní spracovaného jadrového paliva a znižuje súbor prvkov, z ktorých sa musia čistiť hlavné produkty. Takže po dvoch až troch rokoch expozície je aktivita ožiareného paliva určená dlhodobými štiepnymi produktmi: Zr, Nb, Sr, Ce a ďalšími prvkami vzácnych zemín, Ru a α-aktívne transuránové prvky. 96% VJP tvorí urán-235 a urán-238, 1% plutónium, 2-3% rádioaktívne štiepne fragmenty.
Doba zdržania VJP je 3 roky pre ľahkovodné reaktory, 150 dní pre reaktory s rýchlymi neutrónmi (155).
Celková aktivita štiepnych produktov obsiahnutých v 1 tone VJP VVER-1000 po troch rokoch skladovania v bazéne vyhoretého paliva (VJP) je 790 000 Ci.
Pri skladovaní VJP v areáli úložiska jeho aktivita monotónne klesá (asi rádovo za 10 rokov). Keď činnosť klesne na normy, ktoré určujú bezpečnosť prepravy VJP železnice, vyberá sa zo skladovacích zariadení a presúva sa buď do dlhodobého skladu alebo do závodu na spracovanie paliva. V spracovateľskom závode sa zostavy palivových tyčí prekladajú z kontajnerov pomocou nakladacích a vykladacích mechanizmov do vyrovnávacieho zásobníka závodu. Tu sú zostavy uložené až do odoslania na spracovanie. Po držaní v bazéne počas zvoleného obdobia v tomto závode sú palivové kazety vyložené zo skladu a odoslané do oddelenia prípravy paliva na extrakciu pre operácie otvárania vyhorených palivových tyčí.
Prepracovanie ožiareného jadrového paliva sa vykonáva s cieľom získať z neho štiepne rádionuklidy (predovšetkým 233U, 235U a 239Pu), vyčistiť urán od nečistôt absorbujúcich neutróny, izolovať neptúnium a niektoré ďalšie transuránové prvky a získať izotopy pre priemyselné, vedecké alebo lekárske účely. účely. Pod spracovaním jadrového paliva sa rozumie spracovanie palivových tyčí energetických, vedeckých alebo dopravných reaktorov, ako aj spracovanie príkrovov množivých reaktorov. Rádiochemické prepracovanie vyhoretého jadrového paliva je hlavnou etapou uzavretej verzie jadrového palivového cyklu a povinnou etapou pri výrobe plutónia na zbrane (obr. 35).
Prepracovanie štiepneho materiálu ožiareného neutrónmi v palive jadrového reaktora sa vykonáva na riešenie takých problémov, ako napr.
Získavanie uránu a plutónia na výrobu nového paliva;
Získavanie štiepnych materiálov (urán a plutónium) na výrobu jadrových zbraní;
Získavanie rôznych rádioizotopov, ktoré sa používajú v medicíne, priemysle a vede;
Ryža. 35. Niektoré etapy prepracovania vyhoreného jadrového paliva v Mayaku. Všetky operácie sa vykonávajú pomocou manipulátorov a komôr chránených 6-vrstvovým oloveným sklom (155).
Poberanie príjmov z iných krajín, ktoré buď majú záujem o prvú a druhú, alebo nechcú skladovať veľké množstvo vyhoreného jadrového paliva;
Riešenie environmentálnych problémov súvisiacich s ukladaním rádioaktívneho odpadu.
V Rusku sa prepracúva ožiarený urán zo množivých reaktorov a palivové články reaktorov VVER-440, BN a niektorých lodných motorov; Palivové tyče hlavných typov energetických reaktorov VVER-1000, RBMK (akékoľvek typy) nie sú spracované av súčasnosti sú akumulované v špeciálnych skladovacích zariadeniach.
V súčasnosti sa množstvo VJP neustále zvyšuje a jeho regenerácia je hlavnou úlohou rádiochemickej technológie na spracovanie vyhoretých palivových tyčí. V procese prepracovania sa urán a plutónium oddeľujú a čistia od rádioaktívnych produktov štiepenia, vrátane nuklidov absorbujúcich neutróny (neutrónové jedy), ktoré pri opätovné použitieštiepne materiály môžu zabrániť rozvoju reťazovej jadrovej reakcie v reaktore.
Produkty rádioaktívneho štiepenia obsahujú veľké množstvo cenných rádionuklidov, ktoré možno využiť v oblasti malej jadrovej energetiky (rádioizotopové zdroje tepla pre generátory tepelnej energie), ako aj na výrobu zdrojov. ionizujúce žiarenie. Aplikácie sa nachádzajú pre transuránové prvky vznikajúce pri vedľajších reakciách jadier uránu s neutrónmi. Rádiochemická technológia prepracovania VJP by mala zabezpečiť extrakciu všetkých nuklidov, ktoré sú užitočné z praktického hľadiska alebo sú z vedeckého hľadiska zaujímavé (147 43).
Proces chemického prepracovania vyhoreného paliva je spojený s riešením problému izolácie veľkého množstva rádionuklidov, ktoré vznikajú v dôsledku štiepenia jadier uránu, od biosféry. Tento problém je jedným z najzávažnejších a ťažko riešiteľných problémov rozvoja jadrovej energetiky.
Prvá etapa rádiochemickej výroby zahŕňa prípravu paliva, t.j. pri jeho uvoľnení z konštrukčných častí zostáv a zničení ochranných plášťov palivových tyčí. Ďalšia etapa je spojená s presunom jadrového paliva do fázy, z ktorej bude prebiehať chemická úprava: do roztoku, do taveniny, do plynnej fázy. Premena na roztok sa najčastejšie uskutočňuje rozpustením v kyseline dusičnej. V tomto prípade urán prechádza do šesťmocného stavu a vytvára uranylový ión UO22+ a plutónium čiastočne v šesťmocnom a štvormocnom stave, PuO22+ a Pu4+. Prechod do plynnej fázy je spojený s tvorbou prchavých halogenidov uránu a plutónia. Po presune jadrových materiálov sa príslušná fáza uskutoční množstvom operácií priamo súvisiacich s izoláciou a čistením cenných komponentov a vydaním každého z nich vo forme komerčného produktu (obr. 36).
Obr.36. Všeobecná schéma cirkulácie uránu a plutónia v uzavretom cykle (156).
Spracovanie (prepracovanie) VJP spočíva v ťažbe uránu, akumulovaného plutónia a frakcií fragmentačných prvkov. V čase vybratia z reaktora obsahuje 1 tona VJP 950-980 kg 235U a 238U, 5,5-9,6 kg Pu, ako aj malé množstvo α-emitorov (neptúnium, amerícium, kúrium atď.) , ktorého aktivita môže dosiahnuť 26 tisíc Ci na 1 kg VJP. Práve tieto prvky je potrebné izolovať, koncentrovať, čistiť a premieňať na požadovanú chemickú formu v priebehu uzavretého jadrového palivového cyklu.
Technologický proces spracovania VJP zahŕňa:
Mechanická fragmentácia (rezanie) palivových kaziet a palivových článkov za účelom otvorenia palivového materiálu;
Rozpustenie;
Čistenie roztokov balastných nečistôt;
Extrakčná separácia a čistenie uránu, plutónia a iných komerčných nuklidov;
Izolácia oxidu plutónia, oxidu neptuničitého, hexahydrátu dusičnanu uranylu a oxidu uránu;
Spracovanie roztokov obsahujúcich iné rádionuklidy a ich izolácia.
Technológia separácie uránu a plutónia, ich separácie a čistenia zo štiepnych produktov je založená na procese extrakcie uránu a plutónia tributylfosfátom. Vykonáva sa na viacstupňových kontinuálnych extraktoroch. Výsledkom je, že urán a plutónium sa miliónkrát čistí od produktov štiepenia. Prepracovanie VJP je spojené so vznikom malého množstva pevných a plynných rádioaktívnych odpadov s aktivitou cca 0,22 Ci/rok (maximálny prípustný únik 0,9 Ci/rok) a veľkého množstva kvapalných rádioaktívnych odpadov.
Všetky konštrukčné materiály TVEL sú chemicky odolné a ich rozpúšťanie je vážny problém. Palivové tyče obsahujú okrem štiepnych materiálov rôzne akumulátory a povlaky pozostávajúce z nehrdzavejúcej ocele, zirkónu, molybdénu, kremíka, grafitu, chrómu atď. Pri rozpustení jadrového paliva sa tieto látky nerozpúšťajú v kyseline dusičnej a vytvárajú veľké množstvo suspenzií a koloidov vo výslednom roztoku.
Uvedené vlastnosti palivových tyčí si vyžiadali vývoj nových metód otvárania alebo rozpúšťania plášťov, ako aj objasňovania roztokov jadrového paliva pred spracovaním ťažby.
Spaľovanie paliva z reaktorov na výrobu plutónia sa výrazne líši od spaľovania paliva z energetických reaktorov. Na prepracovanie sa preto dodávajú materiály s oveľa vyšším obsahom rádioaktívnych fragmentačných prvkov a plutónia na 1 tonu U. To vedie k zvýšeným požiadavkám na procesy čistenia získaných produktov a na zabezpečenie jadrovej bezpečnosti v procese prepracovania. Ťažkosti vznikajú v dôsledku potreby spracovania a likvidácie veľkého množstva tekutého vysokoaktívneho odpadu.
Ďalej sa v troch extrakčných cykloch uskutočňuje izolácia, separácia a čistenie uránu, plutónia a neptúnia. V prvom cykle sa uskutoční spoločné čistenie uránu a plutónia z hlavnej hmoty štiepnych produktov a potom sa uskutoční separácia uránu a plutónia. V druhom a treťom cykle sa urán a plutónium podrobia ďalšiemu oddelenému čisteniu a koncentrácii. Výsledné produkty - dusičnan uranyl a dusičnan plutónium - sa umiestnia do vyrovnávacích nádrží predtým, ako sa prenesú do konverzných závodov. K roztoku dusičnanu plutónia sa pridá kyselina šťaveľová, výsledná suspenzia oxalátu sa prefiltruje a zrazenina sa kalcinuje.
Práškový oxid plutónia sa preoseje cez sito a umiestni do nádob. V tejto forme sa plutónium skladuje pred vstupom do závodu na výrobu nových palivových článkov.
Oddeľovanie materiálu plášťa palivového článku od plášťa paliva je jednou z najťažších úloh v procese regenerácie jadrového paliva. Existujúce spôsoby možno rozdeliť do dvoch skupín: spôsoby otvárania s oddelením materiálu plášťa a jadra palivových tyčí a spôsoby otvárania bez oddelenia materiálov plášťa od materiálu jadra. Prvá skupina zabezpečuje odstránenie plášťa palivového článku a odstránenie konštrukčných materiálov, kým sa jadrové palivo nerozpustí. Vodno-chemické metódy spočívajú v rozpúšťaní materiálov obalu v rozpúšťadlách, ktoré neovplyvňujú materiály jadra.
Použitie týchto metód je typické pre spracovanie palivových tyčí z kovového uránu v plášťoch vyrobených z hliníka alebo horčíka a jeho zliatin. Hliník sa pri zahrievaní ľahko rozpúšťa v hydroxide sodnom alebo kyseline dusičnej a horčík v zriedených roztokoch kyseliny sírovej. Po rozpustení obalu sa jadro rozpustí v kyseline dusičnej.
Palivové články moderných energetických reaktorov však majú plášte vyrobené z korózie odolných, málo rozpustných materiálov: zirkónium, zliatiny zirkónu s cínom (zirkálom) alebo nióbom a nehrdzavejúca oceľ. Selektívne rozpúšťanie týchto materiálov je možné len vo vysoko agresívnom prostredí. Zirkónium je rozpustené v kyseline fluorovodíkovej, v jej zmesiach s kyselinou šťaveľovou alebo dusičnou alebo v roztoku NH4F. Plášť z nehrdzavejúcej ocele s vriacou 4-6 M H 2 SO 4 . Hlavnou nevýhodou chemického spôsobu odstraňovania škrupín je tvorba veľkého množstva vysoko slaného kvapalného rádioaktívneho odpadu.
Aby sa znížilo množstvo odpadu z deštrukcie škrupín a tieto odpady sa okamžite získali v pevnom stave, vhodnejšom na dlhodobé skladovanie, začali sa procesy deštrukcie škrupín pod vplyvom nevodných činidiel pri zvýšených teplotách (pyrochemické metódy) sa vyvíjajú. Plášť zirkónu sa odstráni bezvodým chlorovodíkom vo fluidnom lôžku Al203 pri 350-800 °C. Zirkónium sa premení na prchavý ZrC14 a oddelí sa od materiálu jadra sublimáciou a potom sa hydrolyzuje za vzniku pevného oxidu zirkoničitého. . Pyrometalurgické metódy sú založené na priamom tavení škrupín alebo ich rozpúšťaní v taveninách iných kovov. Tieto metódy využívajú rozdiel v teplotách topenia materiálov plášťa a jadra alebo rozdiel v ich rozpustnosti v iných roztavených kovoch alebo soliach.
Mechanické metódy odstraňovania škrupín zahŕňajú niekoľko etáp. Najprv sa odrežú koncové časti palivového článku a rozložia sa na zväzky palivových článkov a na samostatné palivové články. Potom sa škrupiny mechanicky odstránia oddelene od každého palivového článku.
Otváranie palivových tyčí môže byť uskutočnené bez oddelenia obkladových materiálov od materiálu jadra.
Pri implementácii vodno-chemických metód sa obal a jadro rozpustia v rovnakom rozpúšťadle, aby sa získal spoločný roztok. Spoločné rozpúšťanie sa odporúča pri spracovaní palív s vysokým obsahom cenných zložiek (235U a Pu) alebo pri spracovaní v tom istom závode odlišné typy TVEL sa líšia veľkosťou a konfiguráciou. V prípade pyrochemických metód sa palivové články upravujú plynnými činidlami, ktoré ničia nielen plášť, ale aj jadro.
Ako úspešná alternatíva k metódam otvárania so súčasným odstránením škrupiny a metódam spoločnej deštrukcie škrupiny a jadier sa ukázala metóda "rezanie-lúhovanie". Spôsob je vhodný na spracovanie palivových tyčí v povlakoch, ktoré sú nerozpustné v kyseline dusičnej. Zostavy palivových tyčí sa rozrežú na malé kúsky, objavené jadro palivovej tyče sa sprístupní pôsobeniu chemických činidiel a rozpustí sa v kyseline dusičnej. Nerozpustené škrupiny sa umyjú zo zvyškov roztoku zachyteného v nich a odstránia sa vo forme šrotu. Rezanie palivových tyčí má určité výhody. Vzniknutý odpad – zvyšky škrupín – sú v pevnom stave, t.j. nedochádza k tvorbe kvapalného rádioaktívneho odpadu, ako v prípade chemického rozpúšťania škrupiny; nedochádza k významnej strate cenných komponentov, ako v prípade mechanického odstraňovania škrupín, pretože segmenty škrupín je možné umývať s vysokým stupňom úplnosti; konštrukcia rezacích strojov je v porovnaní s konštrukciou strojov na mechanické odstraňovanie plášťov zjednodušená. Nevýhodou metódy rezanie-lúhovanie je zložitosť zariadenia na rezanie palivových tyčí a nutnosť jeho diaľkovej údržby. V súčasnosti sa skúma možnosť nahradiť mechanické metódy rezania elektrolytickými a laserovými metódami.
Vyhorené palivové tyče reaktorov s vysokým a stredným spaľovaním akumulujú veľké množstvo plynných rádioaktívnych produktov, ktoré predstavujú vážne biologické nebezpečenstvo: trícium, jód a kryptón. V procese rozpúšťania jadrového paliva sa hlavne uvoľňujú a odchádzajú s prúdmi plynu, ale čiastočne zostávajú v roztoku a potom sú distribuované vo veľkom počte produktov pozdĺž celého reťazca prepracovania. Zvlášť nebezpečné je trícium, ktoré tvorí tríciovanú vodu HTO, ktorú je potom ťažké oddeliť od bežnej vody H2O. Preto sa v štádiu prípravy paliva na rozpúšťanie zavádzajú ďalšie operácie na uvoľnenie paliva z veľkého množstva rádioaktívnych plynov, pričom sa koncentrujú v malých objemoch odpadových produktov. Kusy oxidového paliva sa podrobia oxidačnému spracovaniu kyslíkom pri teplote 450-470 °C. Pri preskupení štruktúry palivovej mriežky v dôsledku prechodu UO 2 -U 3 O 8 sa uvoľňujú plynné produkty štiepenia - trícium , jód, vzácne plyny. Uvoľňovanie palivového materiálu pri uvoľňovaní plynných produktov, ako aj pri prechode oxidu uraničitého na oxid dusný urýchľuje následné rozpúšťanie materiálov v kyseline dusičnej.
Výber spôsobu premeny jadrového paliva na roztok závisí od chemickej formy paliva, spôsobu predbežnej prípravy paliva a potreby zabezpečiť určitý výkon. Kovový urán je rozpustený v 8-11 M HNO 3 a oxid uraničitý - v 6-8 M HNO 3 pri teplote 80-100 o C.
Deštrukcia zloženia paliva pri rozpustení vedie k uvoľneniu všetkých produktov rádioaktívneho štiepenia. V tomto prípade sa plynné produkty štiepenia dostávajú do systému vypúšťania výfukových plynov. Odpadové plyny sa pred vypustením do atmosféry čistia.
Izolácia a čistenie cieľových produktov
Urán a plutónium, oddelené po prvom extrakčnom cykle, sa podrobia ďalšiemu čisteniu od štiepnych produktov, neptúnia a navzájom od seba na úroveň, ktorá spĺňa špecifikácie NFC a následne sa prevedú do komoditnej formy.
Najlepšie výsledky ďalšieho čistenia uránu sa dosahujú kombináciou rôznych metód, ako je extrakcia a iónová výmena. V priemyselnom meradle je však ekonomickejšie a technicky jednoduchšie použiť opakovanie extrakčných cyklov s rovnakým rozpúšťadlom – tributylfosfátom.
Počet extrakčných cyklov a hĺbka čistenia uránu sú určené druhom a vyhorením jadrového paliva dodávaného na prepracovanie a úlohou separácie neptúnia. Na splnenie špecifikácií pre obsah α-emitorov nečistôt v uráne musí byť celkový čistiaci faktor z neptúnia ≥500. Urán sa po sorpčnom čistení reextrahuje do vodného roztoku, ktorý sa analyzuje na čistotu, obsah uránu a stupeň obohatenia v zmysle 235U.
Konečná etapa rafinácie uránu je určená na jeho premenu na oxidy uránu - buď zrážaním vo forme peroxidu uranylu, oxalátu uranylu, uhličitanu amónneho alebo uranátu amónneho s ich následnou kalcináciou, alebo priamym tepelným rozkladom hexahydrátu dusičnanu uranylu.
Plutónium sa po oddelení od hlavnej hmoty uránu podrobuje ďalšiemu čisteniu od štiepnych produktov, uránu a iných aktinoidov na vlastné pozadie z hľadiska γ- a β-aktivity. Ako konečný produkt majú továrne tendenciu vyrábať oxid plutónium a neskôr v kombinácii s chemickým spracovaním vyrábať palivové tyče, čo umožňuje vyhnúť sa nákladnej preprave plutónia, ktorá si vyžaduje špeciálne opatrenia, najmä pri preprave roztokov dusičnanu plutónia. Všetky stupne technologického procesu čistenia a koncentrácie plutónia si vyžadujú osobitnú spoľahlivosť systémov jadrovej bezpečnosti, ako aj ochranu personálu a zabránenie možnosti znečistenia životného prostredia toxicitou plutónia a vysokou úrovňou α- žiarenia. Pri vývoji zariadení sa berú do úvahy všetky faktory, ktoré môžu spôsobiť výskyt kritickosti: hmotnosť štiepneho materiálu, homogenita, geometria, odraz neutrónov, miera a absorpcia neutrónov, ako aj koncentrácia štiepneho materiálu v tomto procese, atď. Minimálna kritická hmotnosť vodného roztoku dusičnanu plutónia je 510 g (ak je tam vodný reflektor). Jadrová bezpečnosť pri vykonávaní operácií v plutóniovej vetve je to zabezpečené špeciálnou geometriou aparátov (ich priemerom a objemom) a limitovaním koncentrácie plutónia v roztoku, ktorá je v určitých bodoch kontinuálneho procesu neustále monitorovaná.
Technológia konečného čistenia a koncentrácie plutónia je založená na postupných cykloch extrakcie alebo iónovej výmeny a dodatočnej rafinačnej operácii zrážania plutónia s následnou jeho tepelnou premenou na oxid.
Oxid plutóniový vstupuje do úpravne, kde sa kalcinuje, drví, preosieva, dávkuje a balí.
Na výrobu zmesového uránovo-plutóniového paliva je účelný spôsob chemického koprecipitácie uránu a plutónia, ktorý umožňuje dosiahnuť úplnú homogenitu paliva. Takýto proces nevyžaduje separáciu uránu a plutónia počas prepracovania vyhoreného paliva. V tomto prípade sa zmiešané roztoky získajú čiastočnou separáciou uránu a plutónia spätnou extrakciou vytesnením. Týmto spôsobom je možné získať (U, Pu)O2 pre ľahkovodné tepelné reaktory s obsahom PuO2 3 %, ako aj pre reaktory s rýchlymi neutrónmi s obsahom PuO2 20 %.
Diskusia o vhodnosti regenerácie vyhoreného paliva má nielen vedecký, technický a ekonomický, ale aj politický charakter, keďže rozširovanie výstavby regeneračných zariadení predstavuje potenciálnu hrozbu pre šírenie jadrových zbraní. Ústredným problémom je zabezpečiť úplnú bezpečnosť výroby, t.j. poskytovanie záruk pre kontrolované používanie plutónia a environmentálnu bezpečnosť. Preto sa v súčasnosti vytvárajú efektívne systémy sledovania technologického procesu chemického spracovania jadrového paliva, ktoré poskytujú možnosť stanovenia množstva štiepnych materiálov v ktorejkoľvek fáze procesu. Na zabezpečenie nešírenia jadrových zbraní sa využívajú aj návrhy takzvaných alternatívnych technologických procesov, ako je proces CIVEX, pri ktorom nie je plutónium v žiadnej fáze procesu úplne oddelené od uránu a štiepnych produktov, čo značne komplikuje možnosť jeho použitia vo výbušných zariadeniach.
Civex - reprodukcia jadrového paliva bez separácie plutónia.
Pre zlepšenie environmentálnej šetrnosti prepracovania VJP sa vyvíjajú nevodné technologické postupy, ktoré sú založené na rozdieloch v prchavosti zložiek prepracovávaného systému. Výhodou nevodných procesov je ich kompaktnosť, absencia silných riedení a tvorba veľkých objemov kvapalného rádioaktívneho odpadu a menší vplyv procesov radiačného rozkladu. Výsledný odpad je v pevnej fáze a zaberá oveľa menší objem.
V súčasnosti sa pracuje na variante organizácie jadrovej elektrárne, v rámci ktorej nie sú v elektrárni postavené rovnaké bloky (napríklad tri bloky rovnakého typu na tepelných neutrónoch), ale rôzne typy (napr. dva tepelné a jeden rýchly reaktor). Najprv sa palivo obohatené o 235U spáli v tepelnom reaktore (za vzniku plutónia), následne sa palivo OTN presunie do rýchleho reaktora, v ktorom sa vďaka vzniknutému plutóniu spracuje 238U. Po ukončení cyklu využívania je VJP privádzané do rádiochemického závodu, ktorý sa nachádza priamo na území jadrovej elektrárne. Závod sa nezaoberá úplným prepracovaním paliva - obmedzuje sa na separáciu uránu a plutónia z vyhoreného jadrového paliva (destiláciou hexafluoridových fluoridov týchto prvkov). Vyseparovaný urán a plutónium sa využíva na výrobu nového zmiešaného paliva a zvyšné VJP putuje buď do závodu na separáciu užitočných rádionuklidov alebo na likvidáciu.
