Cómo termina el ciclo de vida de una central nuclear con el ejemplo de la estación de Ignalina

La central nuclear de dos unidades de Ignalina ubicada en Lituania es la segunda central nuclear completamente apagada con RBMK (después de Chernobyl). Los reactores finalmente se cerraron aquí el 31 de diciembre de 2004 y el 31 de diciembre de 2009, y desde entonces la central nuclear ha sido desmantelada (este eufemismo implica el desmantelamiento, el entierro de residuos radiactivos y la limpieza de instalaciones industriales para el "césped verde"). Este proyecto (salida) es en realidad un proyecto piloto para RBMK, y se basa en varias cadenas tecnológicas clave, de las cuales una de las más importantes es esta planta B234, cuyas pruebas comenzaron en mayo de 2017.


CN Ignalina

A diferencia de Ucrania, Lituania, y especialmente el que está detrás de la idea de desmantelar los reactores de 20 años de la Unión Europea, tienen dinero para retirar, al menos algunos de ellos. Sin embargo, el proceso de desmantelamiento de la central nuclear de Ingalinsky, bastante armonioso en el papel, ya se ha convertido en una telenovela. Dado que Rosatom tendrá que realizar un trabajo similar desde 2019 (la retirada de los bloques 1.2 de la central nuclear de Leningrado y luego todas las RBMK en secuencia), es interesante observar las tecnologías, soluciones y problemas que han surgido en torno a Ignalinka.


Transferencia SNF del almacenamiento húmedo al contenedor CONSTOR, central nuclear de Ignalina.

En general, el procedimiento de "análisis inmediato" (es decir, la estación comienza a desmantelarse, de hecho, uno o dos meses después de detenerse, utilizando el personal operativo de la estación) consta de las siguientes secciones importantes:

• Descarga de combustible del reactor, manteniendo piscinas en la instalación de almacenamiento de SNF para garantizar la seguridad nuclear del reactor y la sala del reactor con la capacidad de detener el suministro de agua de enfriamiento al reactor y BV. Además del SNF estándar, dicho trabajo debe llevarse a cabo con SNF dañado, que debe ser penalizado antes de moverlo y cualquier elemento radiactivo reemplazable del reactor, por ejemplo, absorbedores adicionales. Todo el procedimiento lleva de 2 a 3 años hasta el infinito si hay un problema con ISF.
  
  
• Paralelamente, el desmantelamiento de sistemas auxiliares de centrales nucleares, por ejemplo, estaciones de bombeo, talleres técnicos de gas, en el caso de RBMK, sigue siendo una gran construcción de un sistema de enfriamiento de emergencia de gas para el reactor, un generador con sistemas auxiliares.
  
  
• Al mismo tiempo, se está preparando la infraestructura para futuros desechos radiactivos de nivel medio (RAW): se trata de un almacenamiento in situ o remoto cerca de la superficie, que es una zanja de hormigón, cubierta de arcilla y tierra desde arriba. Habrá una gran cantidad de SAO de las centrales nucleares, esta es una parte notable del circuito primario y los sistemas conectados con el reactor.
  
  
• Una vez que la infraestructura esté lista, puede comenzar a desmontar los elementos de las plantas de energía nuclear que pueden transportar contaminación radiactiva o activación, ordenados por nivel de actividad e intentos de lavado de contaminantes superficiales. Lo que se puede lavar de acuerdo con los estándares va a la chatarra, lo que no es, al entierro. Hasta ahora, no se sabe exactamente cuánto será el CAO enterrado de RBMK, por lo que se determinará que es necesario desmontar al menos uno.

El proceso de monitoreo de los estándares de contaminación radiactiva de chatarra en la central nuclear de Ignalina después de la descontaminación (limpieza de la superficie).

Los principales problemas de RBMK y muchos otros reactores de grafito son el grafito. El grafito irradiado tiene una actividad específica de aproximadamente 0.3-1 gigabecquerel por kg, incluyendo ~ 130 MBq / kg del isótopo malo C14 con una vida media de 5700 años. Debido a C14, el límite anual de admisión en el cuerpo de acuerdo con los estándares de seguridad que se definen en 34 MBq de otras opciones, a excepción del entierro de miles de toneladas de grafito, no es particularmente visible, pero el costo de esta operación hace que uno todavía piense cómo se puede optimizar. En particular, para los primeros reactores productores de plutonio en Mayak, el MCC y el SCC decidieron llenar el núcleo de grafito con concreto, es decir. Organizar un repositorio justo en el sitio del reactor.


Algunos otros tipos de reactores con grafito, que también tienen problemas con su eliminación.

En la central nuclear de Ignalina, este enfoque teórico se implementó en la práctica 1 a 1, al menos en la etapa del proyecto. Junto con la decisión de cerrar los reactores, se desarrolló un programa de retiro, que recibió alrededor del 80% de las finanzas de la Unión Europea y el resto se comprometió a financiar la propia Lituania. El plan preveía la construcción de una nueva instalación de almacenamiento de SNF en contenedores B1 en el sitio de la central nuclear ( mi artículo sobre contenedores e instalaciones de almacenamiento de SNF húmedas), un nuevo taller de clasificación y compactación de residuos radiactivos B234 , así como dos sitios de residuos radiactivos: un vertedero de trincheras para isótopos de vida corta y residuos radiactivos de muy bajo nivel Almacenamiento en tierra B19 y B25 para desechos radiactivos de actividad media y baja con isótopos de "vida media" (estamos hablando de cientos de años a un nivel seguro).


Apariencia del complejo de reciclaje de residuos B34 (B2 es un edificio separado, no estaba incluido en el marco)

En el contexto de la construcción de una nueva infraestructura para trabajar con combustible nuclear gastado y desechos radiactivos (debe entenderse que las instalaciones de almacenamiento de combustible nuclear y las instalaciones de almacenamiento de desechos radiactivos ya existían en las plantas de energía nuclear, sin embargo, diseñadas solo para la operación y no para el desmantelamiento), los sistemas muy auxiliares de las plantas de energía nuclear debían ser desmantelados. Al mismo tiempo, se decidió posponer la solución del problema del grafito radiactivo para el futuro hasta que se retire del reactor y se almacene.


El almacenamiento ya cerca de la planta de energía nuclear está diseñado para 120 contenedores, cada uno para 51 conjuntos de combustible, y hoy está completamente lleno.

En 2005, las tecnologías alemanas de Nukem recibieron un contrato para el desarrollo y construcción de B1 y B234, varias empresas lituanas + Areva para el desarrollo de proyectos de entierro, y el personal operativo de la central nuclear se comprometió a desarmar los sistemas de central nuclear.


En particular, en las fotografías, resultado del desmantelamiento del SAOR en el edificio 117/2

Desde los primeros días, la práctica ha dejado de parecerse a una teoría. Los principales problemas surgieron alrededor de la instalación de almacenamiento SNF B1, por muchas razones a la vez. Nukem experimentó problemas organizativos y financieros en ese momento, la supervisión nuclear de Lituania no estaba lista (en términos de calificación de su personal) para analizar las decisiones de los ingenieros alemanes sobre el almacenamiento de SNF dañado, e incluso la información sobre el SNF dañado en la estación estaba fragmentada e incompleta. Originalmente planificado para su entrega en 2009 (para comenzar a cargar SNF 1 de la unidad después de 5 años de envejecimiento en las piscinas), la instalación de almacenamiento se completó solo en 2015 y ahora solo se está poniendo en funcionamiento (para comenzar a recargar en 2018). Todos estos retrasos llevaron a disputas repetidas entre la planta y Nukem.


En el plan de almacenamiento B1, el lugar donde se realizará el trabajo peligroso para la radiación está marcado con un marco morado: cierre (normalmente) y apertura (no estándar) de los contenedores.
El resto del trabajo se asignará al almacenamiento húmedo existente.

En términos generales, este plan no es infrecuente en la industria nuclear: muchos proyectos de construcción nuclear se retrasan monstruosamente (y, como resultado, son más caros) debido a dificultades de diseño, lo que a su vez está relacionado con la exhaustividad de los problemas que los desarrolladores y sus controladores atómicos deben monitorear. Un ejemplo típico, aparte de Nukem, cuyas instalaciones lituanas se ponen en funcionamiento con un retraso de 7 años (!) Y un aumento de 1,5 veces en el precio, es la unidad Olkiluoto con el reactor EPR-1600, que no es muy bueno, y donde la gestión del proyecto es deficiente y falta de comprensión cómo hacer un proyecto bajo los estrictos requisitos de la vigilancia atómica finlandesa STUK provocó demoras monstruosas y sobrecostos.


Más información sobre el proceso de desmontaje de centrales nucleares, en sentido horario: una instalación para el corte de chatarra, descontaminación manual de superficies, una instalación para limpiar líquidos de radionúclidos utilizando resinas de intercambio iónico, carnicería de un cilindro de turbina, sección de cilindros de alta presión, una cámara de chorro de arena.

Pero volvamos al objeto B1. Esta es una instalación de almacenamiento de contenedores SNF cubierta destinada a recargar conjuntos de combustible RBMK (más precisamente, sus mitades, ya que los conjuntos de combustible RBMK tienen 10 metros de largo, y en la parte de combustible son, de hecho, 2 FA consecutivos en una suspensión) en contenedores CONSTOR, cada uno de los cuales contiene 182 mitades de conjuntos de combustible. En total, se pueden entregar 201 contenedores en B1, diseñados para 34,200 "mitades" de tiempo completo y varios cientos de dañados, que se almacenarán en botes sellados adicionales.



Antes de transferir a B1 para almacenar todos los conjuntos de combustible retirados de los reactores (por cierto, solo la primera unidad ahora está libre de combustible en la planta de energía nuclear, en el segundo todavía hay más de 1000 conjuntos de combustible debido a la falta de espacio en las piscinas de almacenamiento) se mantienen durante al menos 5 años en un lugar centralizado almacenamiento húmedo ", también se cortan y empaquetan bajo el agua en contenedores CONSTOR allí, para lo cual, por cierto, la instalación de almacenamiento de ensamblaje de combustible debe modificarse: grúas, unidades de instalación de contenedores, equipos de manipulación (escribo esta frase para los fanáticos ucranianos de la idea de que SNF de cualquier planta de energía nuclear puede pero cargado en cualquier recipiente sin mucho esfuerzo).

En general, el almacenamiento en el contenedor se lleva a cabo de acuerdo con el esquema estándar: una canasta de acero inoxidable con ensambles de combustible en un contenedor sellado sellado lleno de nitrógeno seco, colocado en un contenedor externo de metal-concreto (para bioseguridad). Dado el hecho de que los últimos FA han estado cerrados por 8 años, las operaciones tecnológicas y de transporte involucradas en la recarga de FA entre múltiples sitios, penalizando el SNF dañado y minimizando la carga de dosis del personal durante estas operaciones son difíciles


Un marco poco interesante para los trabajadores rusos en las centrales nucleares con RBMK que muestra la dinámica del número de personal en la central nuclear de Ignalina durante el desmantelamiento

Sin embargo, esto es en teoría. Por ejemplo, la primera versión del contenedor CONSTOR para SNF B1 fue rechazada por sus características de bioseguridad, después de lo cual el fabricante (la empresa alemana GNS) se vio obligado a desarrollar y licenciar otra versión, lo que contribuyó a la demora en el lanzamiento de B1.

En total, en la central nuclear de Ignalina hoy hay alrededor de ~ 22,000 conjuntos de combustible gastado (es decir, 44,000 mitades) y la parte restante se almacenará en otra instalación de almacenamiento de combustible gastado seco construida en 1999.


Foto de la instalación de almacenamiento húmedo del OIEA. Ahora se almacenan 15,000 conjuntos de combustible aquí, aunque me parece que la foto no contiene conjuntos de combustible, sino absorbedores adicionales o barras CPS

Los lituanos están considerando la posibilidad de un entierro geológico final a una profundidad de> 500 metros (según lo recomendado por el OIEA), pero durante los próximos 50 años, con la posibilidad de extenderse a 100, es probable que el SNF se almacene en el SNF construido.


Sobre el tema de la vida útil: los valores calculados del contenido de radionucleidos en el grafito activado de la mampostería RBMK, en becquerels por gramo. Las líneas horizontales son los valores permisibles que se liberan de la categoría de desechos radiactivos, la línea rosa en la parte superior es el contenido total de radionucleidos. Se puede ver que después de varias décadas de exposición, la actividad está determinada principalmente por el isótopo C14

El segundo objeto importante, la planta de gestión de residuos radiactivos B234, se creó no solo para tratar los residuos de la construcción derivados del desmantelamiento de las centrales nucleares, sino también debido a la nueva clasificación de residuos radiactivos introducida en la UE, razón por la cual el volumen existente de residuos radiactivos ( Estos son filtros, ropa protectora usada, LRAO cementado, etc.) deben ser re-clasificados y determinados para su entierro o almacenamiento.


Vista general de la B34. A la izquierda hay una sala de inspección sanitaria, en el centro de la propia planta, a la que se unen los depósitos intermedios de desechos de bajo nivel (SLW) y de nivel intermedio (LLW).

El trabajo de esta planta se basa en los procesos de clasificación (no es sorprendente), incineración y cementación, compactación (es decir, prensado, principalmente chatarra) y envasado en contenedores, que se almacenarán en las instalaciones de almacenamiento RW intermedias (incluidas en B234) hasta que B19 esté listo y B25. Una característica interesante de la planta es su alta automatización, utilizando los robots familiares Brokk y los manipuladores Walischmiller.


Algunos equipos controlados a distancia B234


Vista de diseño de la unidad de compactación y clasificación de cenizas y la celda de clasificación para residuos de nivel medio y bajo.

El volumen total de desechos que pasa por esta planta es de cientos de miles de metros cúbicos, que se dividirán en 6 nuevas clases de desechos radiactivos (A, B, C, D, E, F), sin embargo, las estimaciones aún son preliminares.


Estimación de residuos totales y clases de RW.

A modo de comparación, las unidades con VVER en la salida producen volúmenes significativamente más bajos de desechos radiactivos y estructuras (a la cuestión de "bajo costo de los RBMK").


Comparación de centrales nucleares con 6hVVER-440 y 2 RBMK-1500 en términos del volumen de residuos generados en el proceso de eliminación.

En cuanto al proceso de desmantelamiento de los equipos de las centrales nucleares, hoy este proceso ha afectado principalmente a la primera unidad (en la que se elimina el estado de una instalación nuclear peligrosa), donde el equipo se está cortando a una tasa de ~ 5-8 mil toneladas por año. Según los planes de hoy, el desmantelamiento completo de la planta de energía nuclear debería completarse en 2038, sin embargo, este plazo ya se ha pospuesto dos veces. Curiosamente, la administración de la central nuclear estima los ingresos de la venta de materiales obtenidos durante el desmantelamiento de la central nuclear en solo 30 millones de euros.


El estado actual de desmantelamiento de la central nuclear es verde, lo que ya se ha completado, rojo es el proceso en progreso, amarillo es el diseño de las operaciones, el gris aún no se ve afectado.

La experiencia de la central nuclear de Ignalina es interesante por su aplicabilidad en Rusia, donde antes de 2030 comenzará el desmantelamiento de 8 unidades RBMK. Teniendo en cuenta que Nukem ha sido propiedad de Rosatom desde 2009, hemos ganado experiencia con dinero europeo, y ahora esta experiencia se está transfiriendo a otras estructuras de Rosatom que llevarán a cabo el desmantelamiento de RBMK. Esta experiencia también es interesante para el mercado potencial de contratos para el desmantelamiento de varias centrales nucleares, cuyo número aumentará.