Sobre el método moderno para almacenar combustible nuclear gastado
En este artículo intentaré familiarizar al lector con la tecnología líder en la actualidad para almacenar combustible nuclear gastado, el denominado almacenamiento "seco". Y, por supuesto, para demostrar por qué el almacenamiento de combustible nuclear gastado no es un "basurero" y no un "depósito nuclear".Prologo
Por el momento, se ha desarrollado una situación en el mundo de la energía nuclear que apenas se esperaba que se viera hace 30-40 años.Los creadores del "átomo pacífico" creían no solo en obtener una gran cantidad de calor usando una cantidad suficientemente pequeña de combustible, sino que también lo más destacado era la posibilidad de producir este mismo combustible en reactores reproductores, o la separación de productos de fisión útiles del combustible nuclear gastado para una nueva participación ellos en el ciclo del combustible nuclear. No en vano, la primera electricidad del mundo (no la confunda con la primera planta de energía nuclear , que estaba conectada a la red eléctrica) se obtuvo simplemente usando un reactor de neutrones rápido, uno que no solo puede generar electricidad, sino también combustible para descargas posteriores.La primera electricidad, adecuada en términos de parámetros de uso, se recibió el 20 de diciembre de 1951. El reactor EBR-1 alimentaba 4 bombillas de 200 vatios.Pero, desafortunadamente, en realidad, no todo era tan optimista como en teoría. Nuestro EBR-1 se enfrentó a algunos problemas , y el desarrollo de la industria nuclear se ha alejado en gran medida del tema de los reactores rápidos, dando paso a los reactores de neutrones térmicos.El reprocesamiento del combustible nuclear gastado para extraer productos de fisión útiles y reducir la actividad residual también sufrió un destino difícil.Desde un punto de vista económico, el reprocesamiento es ventajoso solo en grandes volúmenes, y también debido a la complejidad del proceso tecnológico y los problemas de control del material nuclear, solo unos pocos países podrían permitirlo.
Se produce un total de 2940 toneladas / año, y esto a pesar del hecho de que se descargan alrededor de 10,000 toneladas / año de todos los reactores en funcionamiento.Dado el volumen cada vez mayor de acumulación de combustible gastado, en muchos (casi todos) países que utilizan energía nuclear, surgió rápidamente la cuestión de cómo manejar y desechar el combustible nuclear gastado.
Como puede ver, la cantidad de combustible nuclear gastado, que está sujeto a almacenamiento temporal, está en constante crecimiento (OIEA ).En este momento, todos los países que utilizan energía nuclear están divididos convencionalmente en tres campos:- Países que reprocesan total o parcialmente SNF con el objetivo de utilizar productos de fisión para la fabricación de combustible MOX.
- Países que declararon su deseo de enterrar finalmente su SNF y están activamente involucrados en el desarrollo de proyectos para su disposición final.
- Países que pospusieron la resolución final del problema del manejo de SNF para más adelante (posición "esperar y ver").
Y los últimos países, por supuesto, son una multitud absoluta. Los problemas asociados con el almacenamiento de SNF son cada vez más globales cada año. Incluso si el país abandona nuevos planes para el desarrollo de la industria nuclear, la cuestión de garantizar la gestión segura del combustible nuclear gastado será relevante durante al menos varias décadas.Un poco de historia
Inicialmente, la gran mayoría de las instalaciones de almacenamiento de combustible gastado eran del tipo llamado húmedo. Pero teniendo en cuenta sus deficiencias, así como el progreso de la ingeniería, gradualmente, a partir de los años 80 del siglo pasado, comenzaron a aparecer almacenamientos "secos".Tienen ventajas significativas, que sirvieron como impulso para el desarrollo de toda la tecnología:«» ?
Fundamentalmente, se pueden distinguir los siguientes tipos de tecnologías de almacenamiento en seco SNF: tecnología de almacenamiento de contenedores y tecnología de almacenamiento modular. Me detendré en el almacenamiento de contenedores.La historia del almacenamiento de contenedores probablemente comienza en 1986, cuando el regulador nuclear de EE. UU. Emitió una licencia para operar una instalación de almacenamiento de contenedores SNF secos en la Planta de Energía Nuclear Sarry en Virginia.El principio general del almacenamiento en contenedores de combustible nuclear gastado es que nuestro combustible gastado se almacena en cestas metálicas selladas llenas de gas inerte, generalmente helio, y las cestas mismas se encuentran en el contenedor del contenedor protector. La construcción robusta del cuerpo del contenedor sirve como protección contra la radiación y también evita daños a la canasta de metal. El contenedor puede ser comohormigón y metal . El disipador de calor se lleva a cabo debido a la convección natural del aire circundante.Las operaciones se realizan primero en el sitio de la central nuclear, y luego el contenedor de combustible (el número de conjuntos de combustible depende del tipo de reactor y diseño del contenedor) se envía al sitio de almacenamiento.El transporte se realiza mediante un transportador vertical (si el almacenamiento está en el sitio), o por carretera o en tren especial , viajando en ferrocarriles públicos.
La canasta se carga con conjuntos de combustible gastado, luego se suelda, se seca y se llena con helio y se vuelve a cargar en un contenedor de concreto.Actualmente, se acostumbra distinguir entre contenedores de sistema de propósito único, contenedores de sistema de propósito doble y contenedores de sistema de propósito múltiple. La diferencia está en la cantidad de operaciones para las cuales se puede usar este contenedor: almacenamiento, transporte, entierro a largo plazo.
Presentaré una vista general de un contenedor de metal para almacenar combustible nuclear gastado usando el ejemplo de un contenedor para VVER 1000 SFA.
- La misma canasta destinada a cargar SFA en ella (puede ver las cubiertas hexagonales en las que se coloca el SFA).
- Canales para instalar un absorbedor de neutrones (varillas de acero o aluminio dopadas con boro). Están configurados para que el sistema sea subcrítico, es decir, no hay posibilidad de una reacción en cadena de fisión.
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Los sensores de control de temperatura se instalan en contenedores con SNF, y los contenedores mismos se instalan en un lugar regular en el sitio de almacenamiento.
Como puede ver, incluso el paso entre los contenedores está especialmente instalado. Esto se hace para garantizar la seguridad nuclear y radiológica del personal.Los sitios son subestaciones y se encuentran separados de los sitios de las centrales nucleares. El combustible se entrega allí en contenedores especiales de transporte .Por lo tanto, nuestro combustible ha valido la pena durante varias décadas (de 50 a 100), esperando su destino (ya sea que se procese o elimine, cada país decidirá por sí mismo).Seguridad
De acuerdo con las normas del OIEA , la instalación de almacenamiento de SNF es una instalación nuclear. En consecuencia, los requisitos de seguridad son casi los mismos que los requisitos de seguridad de las centrales nucleares.Al diseñar contenedores, se realizan cálculos de resistencia para emergencias (caída de un contenedor de transporte desde una altura de 9 m), cálculos de condiciones térmicas para operación normal y accidentes. Por supuesto, se presta mucha atención a los cálculos físicos de neutrones para garantizar la subcriticidad y los cálculos de protección biológica.Contenedor que cae desde una altura de 9 metros (solo una prueba).Con el desarrollo de programas de cálculo de ingeniería, el volumen de varios análisis de seguridad aumenta constantemente. Un punto separado son las pruebas de laboratorio y las pruebas de campo.Simulación de la caída de un Boeing 767 sobre un grupo de contenedores.En esta etapa, se están realizando estudios para determinar las características del combustible durante el almacenamiento a largo plazo para justificar el recurso de los contenedores durante más de 100 años. Los contenedores están diseñados con materiales y geometría para poder descargar SFA con tiempos de retención más cortos en la piscina del reactor o para combustible MOX . Los contenedores de transporte están diseñados para ferrocarriles, vehículos e incluso aviones .Como resultado, se puede observar que la instalación de almacenamiento de contenedores SNF es un proyecto complejo desde el punto de vista de la ingeniería, y los contenedores en sí son el fruto de muchos años de trabajo de los ingenieros. La seguridad es una preocupación principal cuando se trata de combustible gastado. En consecuencia, los sistemas modernos de almacenamiento y manipulación del combustible nuclear gastado no se pueden comparar con los barriles convencionales.Source: https://habr.com/ru/post/es400511/
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