Über die moderne Methode zur Lagerung abgebrannter Brennelemente
In diesem Artikel werde ich versuchen, den Leser mit der derzeit führenden Technologie zur Speicherung abgebrannter Brennelemente vertraut zu machen - der sogenannten „trockenen“ Lagerung. Und natürlich, um zu beweisen, warum die Lagerung abgebrannter Brennelemente keine "Müllkippe" und kein "nukleares Endlager" ist.Prolog
Derzeit hat sich in der Welt der Kernenergie eine Situation entwickelt, die vor 30 bis 40 Jahren kaum zu erwarten war.Die Schöpfer des „friedlichen Atoms“ glaubten nicht nur daran, mit einer ausreichend kleinen Brennstoffmenge eine große Wärmemenge zu gewinnen, sondern das „Highlight“ war auch die Möglichkeit, genau diesen Brennstoff in Züchterreaktoren herzustellen, oder die Trennung nützlicher Spaltprodukte von abgebrannten Brennelementen zur weiteren Wiedereinbeziehung sie in den Kernbrennstoffkreislauf. Nicht umsonst wurde der weltweit erste Strom (nicht verwechseln mit dem ersten Kernkraftwerk , das an das Stromnetz angeschlossen war) nur mit einem schnellen Neutronenreaktor gewonnen, der nicht nur Strom, sondern auch Brennstoff für nachfolgende Downloads erzeugen kann.Der erste Strom, der hinsichtlich der Nutzungsparameter geeignet war, wurde am 20. Dezember 1951 empfangen. Der EBR-1-Reaktor versorgte 4 200-Watt-Glühbirnen.Leider war in Wirklichkeit nicht alles so rosig wie in der Theorie. Unser EBR-1 war mit einigen Problemen konfrontiert , und die Entwicklung der Nuklearindustrie hat das Thema der schnellen Reaktoren weitgehend verlassen und den thermischen Neutronenreaktoren Platz gemacht.Die Wiederaufbereitung abgebrannter Brennelemente zur Gewinnung nützlicher Spaltprodukte und zur Verringerung der Restaktivität erlitt ebenfalls ein schwieriges Schicksal.Aus wirtschaftlicher Sicht ist die Wiederaufbereitung nur in großen Mengen vorteilhaft, und auch aufgrund der Komplexität des technologischen Prozesses und der Fragen der Kontrolle von Kernmaterial könnten dies letztendlich nur wenige Länder zulassen.
Insgesamt werden 2940 Tonnen / Jahr produziert, und dies trotz der Tatsache, dass etwa 10.000 Tonnen / Jahr aus allen in Betrieb befindlichen Reaktoren entladen werden.Angesichts der ständig wachsenden Ansammlung abgebrannter Brennelemente in vielen (fast allen) Ländern, die Kernenergie nutzen, stellte sich schnell die Frage, wie mit abgebrannten Brennelementen umgegangen und entsorgt werden soll.
Wie Sie sehen, nimmt die Menge abgebrannter Brennelemente, die vorübergehend gelagert werden müssen, stetig zu (IAEO ).Derzeit sind alle Länder, die Kernenergie nutzen, herkömmlicherweise in drei Lager unterteilt:- Länder, die SNF ganz oder teilweise wiederaufbereiten, um Spaltprodukte für die Herstellung von MOX-Kraftstoff zu verwenden.
- Länder, die ihren Wunsch bekundet haben, ihren SNF endgültig zu begraben, und aktiv an der Entwicklung von Projekten zur endgültigen Entsorgung beteiligt sind.
- Länder, die die endgültige Lösung des Problems der SNF-Bearbeitung auf einen späteren Zeitpunkt verschoben haben (Position „abwarten und sehen“).
Und die letzten Länder sind natürlich eine absolute Menge. Die mit der Speicherung von SNF verbundenen Probleme werden von Jahr zu Jahr globaler. Selbst wenn das Land weitere Pläne für die Entwicklung der Nuklearindustrie aufgibt, wird die Frage der Gewährleistung eines sicheren Managements abgebrannter Brennelemente für mindestens mehrere Jahrzehnte relevant sein.Ein bisschen Geschichte
Anfänglich war die überwiegende Mehrheit der Lagereinrichtungen für abgebrannte Brennelemente vom sogenannten Nass-Typ. Unter Berücksichtigung ihrer Mängel sowie des Fortschritts der Technik tauchten ab den 80er Jahren des letzten Jahrhunderts allmählich „trockene“ Lager auf.Sie haben erhebliche Vorteile, die als Impuls für die Entwicklung der gesamten Technologie dienten:«» ?
Grundsätzlich lassen sich folgende Arten von SNF-Trockenlagertechnologien unterscheiden: Containerlagertechnik und modulare Lagertechnik. Ich werde mich mit der Lagerung von Containern befassen.Die Geschichte der Containerspeicherung beginnt möglicherweise 1986, als die US-amerikanische Nuklearbehörde eine Lizenz für den Betrieb eines trockenen SNF-Containerspeichers im Kernkraftwerk Sarry in Virginia erteilte.Das allgemeine Prinzip der Containerlagerung abgebrannter Brennelemente besteht darin, dass unsere abgebrannten Brennelemente in versiegelten Metallkörben gelagert werden, die mit Inertgas, normalerweise Helium, gefüllt sind, und dass sich die Körbe selbst im Behälter des Schutzbehälters befinden. Die robuste Konstruktion des Behälterkörpers dient als Strahlenschutz und verhindert auch eine Beschädigung des Metallkorbs. Der Behälter kann wie seinBeton und Metall . Der Kühlkörper wird aufgrund der natürlichen Konvektion der Umgebungsluft ausgeführt.Die Arbeiten werden zuerst am KKW-Standort durchgeführt, und dann wird der Brennstoffbehälter (die Anzahl der Brennelemente hängt von der Art des Reaktors und der Behälterkonstruktion ab) an den Lagerort gesendet.Der Transport erfolgt entweder mit einem vertikalen Förderer (wenn sich das Lager vor Ort befindet) oder auf der Straße oder mit einem Sonderzug auf öffentlichen Eisenbahnen.
Der Korb wird mit abgebrannten Brennelementen beladen, dann wird der Korb geschweißt, getrocknet und mit Helium gefüllt und in einen Betonbehälter umgeladen.Derzeit ist es üblich, zwischen Systemcontainern für einen Zweck, Systemcontainern für zwei Zwecke und Systemcontainern für mehrere Zwecke zu unterscheiden. Der Unterschied besteht in der Anzahl der Operationen, für die dieser Container verwendet werden kann: Lagerung, Transport, Langzeitbestattung.
Ich werde eine allgemeine Ansicht eines Metallbehälters zur Lagerung abgebrannter Brennelemente am Beispiel eines Behälters für VVER 1000 SFAs präsentieren.
- Derselbe Korb, in den SFA geladen werden soll (Sie können die sechseckigen Abdeckungen sehen, in die der SFA eingelegt ist).
- Kanäle zur Installation eines Neutronenabsorbers (mit Bor dotierte Stahl- oder Aluminiumstäbe). Sie sind so eingestellt, dass das System unterkritisch ist, dh es besteht keine Möglichkeit einer Kettenreaktion der Spaltung.
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Temperaturregelungssensoren werden an Behältern mit SNF installiert, und die Behälter selbst werden an einem regulären Ort am Lagerort installiert.
Wie Sie sehen, ist sogar der Schritt zwischen den Containern speziell installiert. Dies geschieht, um die nukleare Sicherheit und die Strahlenschutzsicherheit des Personals zu gewährleisten.Die Standorte sind Umspannwerke und befinden sich getrennt von den Standorten von Kernkraftwerken. Der Kraftstoff wird dort in speziellen Transportbehältern angeliefert .Unser Kraftstoff hat sich also seit mehreren Jahrzehnten gelohnt (von 50 auf 100) und auf sein Schicksal gewartet (ob er verarbeitet oder entsorgt wird, jedes Land wird für sich selbst entscheiden).Sicherheit
Nach den IAEO- Standards ist das SNF-Lager ein Kernkraftwerk. Dementsprechend entsprechen die Sicherheitsanforderungen fast den Sicherheitsanforderungen von Kernkraftwerken.Bei der Auslegung von Containern werden Festigkeitsberechnungen für Notfälle (Fall eines Transportcontainers aus einer Höhe von 9 m), Berechnungen der thermischen Bedingungen für den normalen Betrieb und Unfälle durchgeführt. Natürlich wird neutronenphysikalischen Berechnungen große Aufmerksamkeit gewidmet, um Unterkritikalität und Berechnungen des biologischen Schutzes sicherzustellen.Container fällt aus einer Höhe von 9 Metern (nur ein Test).Mit der Entwicklung von technischen Berechnungsprogrammen nimmt das Volumen verschiedener Sicherheitsanalysen ständig zu. Ein separater Punkt sind Labortests und Feldtests.Simulation des Sturzes einer Boeing 767 auf eine Gruppe von Containern.Derzeit laufen Studien, um die Eigenschaften des Kraftstoffs während der Langzeitlagerung zu bestimmen und die Ressource von Containern für mehr als 100 Jahre zu rechtfertigen. Behälter sind unter Verwendung von Materialien und Geometrie konstruiert, um SFAs mit kürzeren Haltezeiten im Reaktorpool oder für MOX- Brennstoff entladen zu können . Transportcontainer sind für Eisenbahnen, Fahrzeuge und sogar Flugzeuge ausgelegt .Infolgedessen kann festgestellt werden, dass das SNF-Containerlager ein aus technischer Sicht komplexes Projekt ist und die Container selbst das Ergebnis langjähriger Ingenieurarbeit sind. Sicherheit ist ein Hauptanliegen beim Umgang mit abgebrannten Brennelementen. Folglich können moderne Lager- und Handhabungssysteme für abgebrannte Brennelemente nicht mit herkömmlichen Fässern verglichen werden.Source: https://habr.com/ru/post/de400511/
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