يعد الوقود النووي المستهلك (SNF) أحد المشاكل غير السارة ، وإلى حد ما ، نقطة ألم في الطاقة النووية. الوقود النووي المستنفد مميت للغاية - على بعد متر واحد من الوقود المستهلك الذي تم إزالته من مجموعة وقود المفاعل ، فإنك تخاطر بالحصول على جرعة مميتة في 10-20 ثانية. بعد 30 عامًا من استنفاد SNF ، يصبح أقل ضررًا من حيث الإشعاع ، ولكن سُميته الإشعاعية (أي السمية عندما يتم تشعيع أنسجة الجسم من الداخل) تظل على نفس المستوى - قطعة من 20-30 مجم من SNF مميتة.
موضوع آخر اليوم هو التخلص الجيولوجي من الوقود النووي المستهلك. المشروع الأكثر تقدمًا هو الفنلندي ، والذي يتضمن التخزين في هذه الآبار تحت الأرضومع ذلك ، يتم إنقاذ الصناعة النووية من خلال عدم الأهمية النسبية لحجم الوقود النووي المستهلك. إذا كانت محطة الطاقة الحرارية التي تعمل بالفحم جيجاوات تتعامل مع مئات الآلاف من أطنان الرماد سنويًا ، فإن محطة الطاقة النووية لديها 30 طنًا فقط من الوقود النووي المستهلك (~ 40 خرطوشة). ومع ذلك ، مع تشغيل 400 وحدة على مدى عقود من الوقود النووي المستهلك ، تراكم الكثير في العالم - حوالي 280 ألف طن ، ومئات الآلاف من مجموعات الوقود. بالطبع ، على مدى عقود عديدة ، كان هناك سؤال "ما يجب فعله مع هذا SNF" والعديد من خيارات الإجابة:
- لا تفعل شيئًا ، قم بالتخزين على المواقع ، اترك المشكلة للأجيال القادمة. تكنولوجية للغاية ومريحة ورخيصة ، ولكن في بعض الأحيان أخلاقية بشكل غير مريح.
- إعادة التدوير . اه! هنا هو حل المشكلة ليس بالفعل. إعادة المعالجة في هذه الحالة هي في الأساس تركيز / فرز النشاط الإشعاعي للوقود النووي المستهلك وفقًا لدرجة الضرر ، ولكن في نفس الوقت ، لا تختفي النويدات المشعة نفسها. كمكافأة - يتم تقليل أحجام التخلص
- مكان الدفن. عزل الوقود النووي المستهلك تحت الأرض بحيث يبقى على مدى 100-500 ألف سنة قادمة دون الدخول إلى العالم البشري. من الضروري أيضًا للخيار 2 ، على الرغم من وجود بعض الفروق الدقيقة هنا.
على الرغم من وضوح القرار 3 ، لم يتم وضع SNF على أساس صناعي حتى الآن في أي مكان في العالم. والسبب ، كما يبدو لي ، هو أنه مع انتهاء الدفن ، تأتي نهاية تغيير المسؤولية عن هذه الخطوة. المسؤولية هنا تكمن في المقام الأول في حقيقة أن المخزن قد يتبين أنه غير موثوق به ، ولا يتسرب بعد 600 ألف سنة ، ولكن بعد 10 آلاف. ولا يعني هذا أن الأمر سيهتم كثيرًا بإدارة مثل هذه المشاريع - فهم أكثر اهتمامًا بالأدلة على عدم موثوقية منشآت التخزين خلال فترة حياتهم. في الواقع ، فإن مبررات الموثوقية لمئات الآلاف من السنين تتطلب استقراءًا فائقًا - من الملاحظات التجريبية لموقع دفن محتمل لبضعة عقود إلى ، في الواقع ، مئات الآلاف ، تتعلق بمشاكل التآكل. في اللحظة الأخيرة ، يمكن أن تعني أخطاء التقريب في القياسات التجريبية الاختيار بين النتائج "تناول الطعام خلال 5000 عام" و "الوقوف الخامل 500000.
يقع معرض موقع مشروع Onkalo الفنلندي في الهياكل المرتفعة الأمامية ومدخل النفق مرئي. في الخلفية يوجد Olkiluoto NPP من ثلاث وحدات ، والذي ، بالمناسبة ، لديه موقع دفن خاص به تحت الأرض للنفايات المشعة ذات المستوى المتوسط والمنخفض
النقطة الثانية التي يدور حولها العذاب مع تنفيذ مشاريع التخلص النهائي هي قيمة الوقود النووي المستهلك. من المحتمل أن يحتوي كل طن من الوقود النووي المستهلك على واحد ونصف بالمائة من المواد الانشطارية (نظائر غريبة من البلوتونيوم واليورانيوم 235) ، بالإضافة إلى حوالي كيلوغرام من البلاديوم والروثنيوم - المعادن الثمينة. اليوم ، استخراج هذا من SNF لا يؤتي ثماره من الكيمياء الإشعاعية ، ولكن لبعض الوقت كان هناك شعور بأن البلوتونيوم الطاقة لا يزال مفيدا للغاية عند إطلاق برامج
دورة الوقود النووي الضخمة.
بينما يتم تخزين الوقود النووي المستهلك في محطات الطاقة النووية الفنلندية في أونكالو ولوفييسا في مرافق التخزين الرطبة ، كما في الصورةبشكل عام ، يوجد اليوم دولتان تبصقان على عمليات الرمي هذه وتنفذ برامج الدفن الجيولوجي النهائي - وهما فنلندا والسويد والعديد من البلدان التي تستثمر بجدية في دراسة مواقع محددة للتخلص النهائي من الوقود النووي المستهلك (هذه هي الولايات المتحدة وكوريا الجنوبية وتايوان و بعض قياس اليابان). في الوقت نفسه ، في البلدان التي تشارك فيها معالجة SNF بشكل جدي (فرنسا ، روسيا ، بريطانيا العظمى) ، يتطلعون إلى التخلص الجيولوجي من بقايا نشطة للغاية لإعادة معالجة SNF - وهي تقنية يمكن ، من حيث المبدأ ، "تغييرها" إلى التخلص المباشر من SNF إذا لزم الأمر.
بعد مقدمة طويلة قليلاً ، أقترح النظر في النهج الفنلندي للتخلص ، الذي نفذته Posiva Oy في موقع Onkalo على بعد بضعة كيلومترات من Olkiluoto NPP.
مخطط أعمال Onkalo تحت الأرض الموجودة اليوم. تقريبا من أنفاق مواقع "المرافق التقنية" سوف تتباعد لاستيعاب الوقود النووي المستهلكمن المفترض أن يتم الدفن في كتلة صخرية على عمق حوالي 420 مترًا خلال المشروع لمدة حوالي مائة عام (بداية التنسيب الفعلي - 2020 ، النهاية - ليس قبل 2120) ، والتي تنطوي على بناء مجمع كبير تحت الأرض. الآن تم بناء الخطط على محطات الطاقة النووية الحالية ، مما يعني نشر ~ 2800 علبة لأنواع تجميعات الوقود الثلاثة (التي تتوفر في فنلندا - VVER-440 ، ASEA BWR و EPR-1600 التي لم يتم إطلاقها بعد). من حيث المبدأ ، قد يكون هناك "مكب" كافٍ لجميع محطات الطاقة النووية الواعدة (بما في ذلك Hanhikivi) ، ولكن حتى الآن تم ترك الحجم بهذه الطريقة.
تم بناء أونكالو باستخدام طريقة التفجير. في الإطار مجرد آلة لحفر ثقوبسيتم تسليم تجميعات وقود SNF مع مدة تعرض لا تقل عن 20 عامًا إلى موقع الدفن ، مما يسهل العمل معهم. يبدو عمل التصميم مع تجميعات الوقود كما يلي: التفريغ من حاوية النقل ، ووضع دفعة في مجفف الفراغ مدفونة في علبة قلم رصاص واحدة (8 تجميعات وقود VVER أو BWR أو 5 تجميعات وقود EPR-1600) ، ثم إعادة التحميل في علبة. الحالة هي بناء من الحديد الزهر مع أخاديد لتجميع الوقود ، والذي يقع في غلاف من النحاس 50 مم (والذي ، في ظل ظروف خالية من الأكسجين ، هو الأكثر مقاومة للتآكل لفترات طويلة من المعادن الصناعية). بعد ذلك ، يتم إخلاء علبة الأقلام وملؤها بالأرجون ، ونقلها إلى محطة لحام الغطاء (النحاس). يتم تحضير الغطاء وتفتيشه ، وبعد ذلك يكون قلم الرصاص جاهزًا للدفن.
قلم رصاص من نوع OL-1 لتخزين الأشرطة من مفاعلات BWR. بعد التجميع ، سيتم لحام الغطاء النحاسي بلحام شعاع الإلكترون ، والروبوتات في فراغ - تشتهر فنلندا ، كما هو الحال دائمًا ، بفراغها ، والروبوتات وعوارض الإلكترون ...بعد الهبوط إلى أفق الدفن ، يتم نقل علبة القلم الرصاص إلى نفق وضع - بحجم 3.5x4 متر ، حيث يتم حفر كل 10 متر بئر بعمق 8 وقطر 1.8 متر. يبلغ وزن العلب نفسها من الحديد المصبوب 1052 مم ، وطول 4 إلى 6 أمتار (لأنواع مختلفة من مجموعات الوقود) ووزن 30-40 طنًا. تمتلئ المساحة الكاملة بين علبة القلم الرصاص وجدران البئر بكتل البنتونيت المضغوطة (التي ، كما يمكنك أن تفهم ، تلعب دور امتصاص الرطوبة) ، وبعد ذلك يجب ملء النفق نفسه بالبنتونيت الجاف ، وبعد استنفاد كامل للأماكن في بداية النفق ، يتم صب سدادة خرسانية كبيرة.
بشكل عام ، وفقًا لسماكة غطاء العلبة ، لن يكون توهين إشعاع غاما من الوقود النووي المستنفد بهذا الحجم ، لذا سيكون من الصعب جدًا تركيب عبوات تحت الأرض نظرًا لأن التحدي الهندسيلتحريك حافظات أقلام الرصاص وكتل البنتونيت ، يجري تطوير تقنية مناسبة تحت الأرض
يوضح هذا الفيديو تشغيل النظام لتثبيت سدادات البنتونيت. يشير تحديد المواقع بالليزر والميكنة الواسعة الانتشار إلى أن المتطلبات الفنية لحواجز عدم الانتشار (الكثافة والقوة ، بما في ذلك) صعبة للغاية.
آلة حفر آبار الدفن.في الوقت الحالي ، البنية التحتية الجوفية شبه كاملة وجاهزة ... لبدء تجربة الدفن - خلال العام المقبل سيتم إجراء الاختبار التجريبي لإجراء "الجنازة" ، ومن ثم ، من عام 2018 إلى 2023-27 ، سيتم إجراء تجربة محكومة لقياس الوضع الحقيقي حول العلبة ، من أجل التحقق من جميع أسباب السلامة التي طورتها Posiva على مدار الأربعين عامًا الماضية (نعم ، هذا هو عدد السنوات التي أجريت فيها الأبحاث حول هذا الموضوع) ، وقدمت STUK إلى الإشراف الذري الفنلندي. إذا سارت الأمور على ما يرام ، فسيتم الحصول على رخصة تشغيل وسيبدأ العمل الحقيقي في تقليل كمية الوقود النووي المستهلك في فنلندا.
أحجام الرفع المخطط لها مثيرة للإعجاببالمناسبة ، من بداية الثمانينيات إلى عام 1996 ، أرسلت فنلندا SNF من Loviisa NPP مع مفاعلات VVER-440 إلى اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية / روسيا لإعادة المعالجة ، وبقدر ما أفهم ، فإن HLW من إعادة المعالجة هذه لا تزال مخزنة في Mayak. ثم اعتبر الفنلنديون هذا النشاط غير مربح. من الصعب تحديد مقدار معالجة HLW بتكلفة Mayak في الثمانينيات ، ولكنها الآن تعمل عادةً بأرقام تتراوح بين 1000-1500 دولار لكل كيلوغرام من المعادن الثقيلة المجهزة. في نفس الوقت ، يتم الحصول على حوالي 150 كجم من النفايات المزججة النشطة للغاية من كل طن من SNF ، والتي يجب التخلص منها أيضًا.
Onkaloفي الوقت نفسه ، يقدر مشروع Onkalo الآن بـ 1.1 مليار يورو (ليس من الواضح ، لأي فترة) ، من المخطط دفن 1000 طن من الوقود النووي المستنفد في المستقبل القريب جدًا و 6500 طن من كل شيء ، الأمر الذي سيكلف أقل من إعادة المعالجة + التخلص. هناك أيضًا تقدير للتكاليف الإجمالية بقيمة 3.1 مليار يورو (من الواضح بأسعار اليوم) حتى عام 2114. سيتم تغطية التكاليف بخصومات من محطات الطاقة النووية الفنلندية بقيمة 0.17 سنتًا لكل كيلووات / ساعة (أي تشكل جزءًا صغيرًا من سعر بيع الطاقة الكهربائية).
تلخيصًا ، أود أن أقول إن بدء الدفن الحقيقي (في موعد لا يتجاوز عام 2024) يمكن أن يعطي زخمًا ملموسًا لهذا الاتجاه ويقلل من تكلفته في المستقبل. هذا أمر جيد ، لأنه جنبًا إلى جنب مع NFCF الإشكالية ، يتم بناء فرع بديل منخفض التكلفة للطاقة النووية - مع تعدين اليورانيوم في البحر بتكلفة حوالي 300-400 دولار لكل كيلوغرام (وربما أقل في المستقبل) ودفن SNF بالطريقة الموضحة أعلاه - بعيدًا عن العقل بعيد عن الأنظار. يمكن أن تكون تكلفة هذه الكهرباء قابلة للمقارنة مع التكلفة المتوقعة للكهرباء من مصادر الطاقة المتجددة مع موازنة ، في حين لن تكون هناك حاجة إلى تطورات ثورية.