El combustible nuclear gastado (SNF) es uno de los problemas desagradables y, hasta cierto punto, un punto crítico en la energía nuclear. El combustible nuclear gastado nuevo es extremadamente mortal: a un metro de distancia del combustible gastado extraído del conjunto de combustible del reactor, corre el riesgo de recibir una dosis letal en 10-20 segundos. Después de 30 años de SNF gastado, se vuelve menos perjudicial en términos de radiación, pero su radiotoxicidad (es decir, toxicidad cuando los tejidos del cuerpo se irradian desde el interior) permanece en el mismo nivel: una pieza de 20-30 mg de SNF es mortal.
El tema del post de hoy es la eliminación geológica del combustible nuclear gastado. El proyecto más avanzado es el finlandés, que implica el almacenamiento en dichos pozos subterráneosSin embargo, la industria nuclear se salva por la relativa insignificancia de los volúmenes de combustible nuclear gastado. Si una planta de energía térmica de carbón de gigavatios maneja cientos de miles de toneladas de cenizas por año, entonces una planta de energía nuclear tiene solo 30 toneladas de combustible nuclear gastado (~ 40 cartuchos). Sin embargo, con la operación de 400 unidades durante décadas de combustible nuclear gastado, se ha acumulado bastante en el mundo: alrededor de 280 mil toneladas, cientos de miles de conjuntos de combustible. Por supuesto, durante muchas décadas ha habido una pregunta "qué hacer con este SNF" y muchas otras opciones de respuesta:
- No haga nada, almacene en sitios , deje el problema a la posteridad. Muy tecnológico, conveniente y barato, pero a veces de alguna manera incómodamente moral.
- Reciclar Ah! Aquí está la solución al problema. En realidad no El reprocesamiento en este caso es esencialmente la concentración / clasificación de la radiactividad del combustible nuclear gastado de acuerdo con el grado de nocividad, pero al mismo tiempo, los radionucleidos en sí mismos no desaparecen. Como beneficio adicional: los volúmenes de eliminación se reducen
- Lugar de entierro Aislamiento del combustible nuclear gastado bajo tierra para que durante los próximos 100-500 mil años permanezca allí sin entrar en el mundo humano. También es necesario para la opción 2, aunque hay algunos matices aquí.
A pesar de lo obvio de la decisión 3, hasta ahora en ninguna parte del mundo se ha puesto a SNF a nivel industrial. La razón, me parece, es que junto con la finalidad del entierro, llega el final de la responsabilidad cambiante de este paso. La responsabilidad aquí radica principalmente en el hecho de que el almacén puede resultar poco confiable y filtrarse no después de 600 mil años, sino después de 10 mil. Y no es que esto afecte en gran medida a la gestión de tales proyectos: están más preocupados por la evidencia de la falta de fiabilidad de las instalaciones de almacenamiento durante su vida útil. De hecho, las justificaciones de confiabilidad por cientos de miles de años requieren una extrapolación extrema, desde observaciones experimentales de un sitio de entierro potencial de un par de décadas hasta, de hecho, cientos de miles, también se refiere a problemas de corrosión. En el último momento, los errores de redondeo en las mediciones experimentales pueden significar una elección entre los resultados "comer hasta 5000 años" y "permanecer inactivo 500,000.
La exposición del sitio del proyecto finlandés Onkalo se encuentra en primer plano en estructuras elevadas y la entrada al túnel es visible. En el fondo hay una central nuclear de Olkiluoto de tres unidades, que, por cierto, tiene su propio sitio de entierro subterráneo para desechos radiactivos de nivel medio y bajo.
El segundo punto en torno al cual gira el tormento con la implementación de proyectos de disposición final es el valor del combustible nuclear gastado. Potencialmente, cada tonelada de combustible nuclear gastado contiene uno y medio por ciento de materiales fisibles (isótopos extraños de plutonio y uranio 235), así como aproximadamente un kilogramo de paladio y rutenio, metales preciosos. Hoy en día, la extracción de este combustible nuclear gastado no compensa el problema con la radioquímica, pero durante bastante tiempo se tuvo la sensación de que el plutonio energético aún sería muy útil al lanzar programas masivos de
ciclo de combustible nuclear.
Mientras el almacenamiento de combustible nuclear gastado en las centrales nucleares finlandesas de Onkalo y Loviisa se lleva a cabo en instalaciones de almacenamiento húmedo, como en la imagenEn general, hoy hay dos países que escupieron sobre estos lanzamientos e implementaron programas de entierro geológico final: estos son Finlandia y Suecia y varios países que invierten seriamente en el estudio de sitios específicos para la disposición final del combustible nuclear gastado (estos son Estados Unidos, Corea del Sur, Taiwán y alguna medida de Japón). Al mismo tiempo, en países donde el reprocesamiento de SNF está seriamente involucrado (Francia, Rusia, Gran Bretaña), están considerando la eliminación geológica de residuos altamente activos del reprocesamiento de SNF, una tecnología que, en principio, se puede "transformar" en eliminación directa de SNF si es necesario.
Después de una introducción ligeramente prolongada, propongo analizar el enfoque finlandés para la eliminación, implementado por Posiva Oy en el sitio de Onkalo, a un par de kilómetros de la central nuclear de Olkiluoto.
Esquema de los trabajos subterráneos de Onkalo existentes hoy. Aproximadamente desde la posición de "Instalaciones técnicas", los túneles divergirán para acomodar el combustible nuclear gastadoSe supone que el entierro se llevará a cabo en un macizo de granito a una profundidad de aproximadamente 420 metros durante el proyecto de aproximadamente cien años de duración (el comienzo de la colocación real - 2020, el final - no antes de 2120), que implica la construcción de un gran complejo subterráneo bastante grande. Ahora los planes se basan en las centrales nucleares existentes, lo que implica el despliegue de ~ 2800 botes para los tres tipos de conjuntos de combustible (que están disponibles en Finlandia: VVER-440, ASEA BWR y el EPR-1600 aún no lanzado). En principio, puede haber suficiente "relleno sanitario" para todas las plantas de energía nuclear prometedoras (incluida Hanhikivi), pero hasta ahora el volumen se ha dejado así.
Onkalo fue construido utilizando el método de voladura. En el marco es solo una máquina para perforar agujerosLos conjuntos de combustible SNF con un tiempo mínimo de exposición de 20 años se entregarán al lugar de entierro, lo que facilita el trabajo con ellos. El trabajo de diseño con los conjuntos de combustible se ve así: descarga desde un contenedor de transporte, coloca en un secador de vacío un lote enterrado en una caja de lápices (8 FAs VVER o BWR o 5 FAs EPR-1600), luego vuelve a cargar en una caja de lápices. La caja es una construcción de hierro fundido con ranuras para conjuntos de combustible, que se encuentra en una carcasa de cobre de 50 mm (que en condiciones sin oxígeno es la más resistente a la corrosión a largo plazo de los metales industriales). A continuación, la caja de lápices se evacua y se llena con argón, transportada a la estación de soldadura de tapas (cobre). La tapa se prepara, se inspecciona, después de lo cual la caja de lápices está lista para el entierro.
Estuche tipo lápiz OL-1 para almacenar casetes de reactores BWR. Después del ensamblaje, la tapa de cobre se soldará con soldadura por haz de electrones, robots en el vacío: Finlandia, como siempre, es famosa por su vacío, robots y haces de electrones ...Después del descenso al horizonte de enterramiento, la caja de lápices se transporta a un túnel de colocación de 3.5x4 metros de tamaño, en el que cada 10 metros se perfora un pozo con una profundidad de 8 y un diámetro de 1.8 metros. Las cajas tienen un diámetro de núcleo de hierro fundido de 1052 mm, una longitud de 4 a 6 metros (para diferentes tipos de conjuntos de combustible) y un peso de 30-40 toneladas. Todo el espacio entre la caja de lápices y las paredes del pozo se llena con bloques de bentonita prensados (que, como puede entender, juegan el papel de un absorbente de humedad), y luego el túnel en sí debe llenarse con bentonita seca, y después de un agotamiento completo de los lugares al comienzo del túnel, se vierte un gran tapón de hormigón.
En general, a juzgar por el grosor de la cubierta del recipiente, la atenuación de la radiación gamma del combustible nuclear gastado no será tan grande, por lo que instalar recipientes bajo tierra será bastante difícil ya que desafío de ingenieríaPara mover cajas de lápices y bloques de bentonita, se está desarrollando una tecnología subterránea apropiada
Este video muestra el funcionamiento del sistema para instalar tapones de bentonita. El posicionamiento láser y la mecanización generalizada sugieren que los requisitos técnicos para las barreras de no proliferación (densidad y resistencia, incluso) son muy difíciles.
Máquina para la perforación de pozos funerarios.Actualmente, la infraestructura subterránea está casi completa y lista ... para el inicio del experimento de entierro: durante el próximo año se llevarán a cabo las pruebas experimentales del procedimiento de "funeral", y luego, de 2018 a 2023-27, se realizará un experimento controlado para medir la situación real alrededor del bote, para validación de todas las razones de seguridad que Posiva ha desarrollado en los últimos 40 años (sí, esa es la cantidad de años que se ha estado investigando sobre este tema), y ha presentado STUK a la supervisión atómica finlandesa. Si todo va bien, se obtendrá una licencia operativa y se comenzará a trabajar realmente para reducir la cantidad de combustible nuclear gastado en Finlandia.
Los volúmenes de elevación planificados son impresionantes.Por cierto, desde principios de los años 80 hasta 1996, Finlandia envió SNF desde la central nuclear de Loviisa con reactores VVER-440 a la URSS / Rusia para su reprocesamiento, y hasta donde puedo entender, el HLW de este reprocesamiento todavía se almacena en Mayak. Luego, esta actividad fue evaluada por los finlandeses como no rentable. Es difícil decir cuánto costó el procesamiento de HLW en Mayak en los años 80, pero ahora generalmente operan con cifras de 1000-1500 dólares por kg de metales pesados procesados. Al mismo tiempo, se obtienen aproximadamente 150 kg de residuos vitrificados altamente activos de cada tonelada de SNF, que también debe eliminarse.
OnkaloAl mismo tiempo, el proyecto Onkalo ahora se estima en 1.100 millones de euros (sin embargo, no está claro para qué período), se planea enterrar 1,000 toneladas de combustible nuclear gastado en un futuro muy cercano y 6,500 toneladas de todo, lo que costará menos que el reprocesamiento + eliminación. También hay una estimación de los costos totales de 3,1 mil millones de euros (obviamente a los precios actuales) hasta 2114. Los costos se cubrirán mediante deducciones de las centrales nucleares finlandesas por un monto de 0,17 centavos por kWh (es decir, representan una pequeña parte del precio de venta de la energía eléctrica).
En resumen, quiero decir que el inicio de un entierro real (no antes de 2024, sin embargo) puede dar un impulso tangible a esta dirección y reducir su costo en el futuro. Esto es bueno porque, junto con el problemático NFCF, se está construyendo una rama alternativa de energía nuclear de bajo costo, con la extracción de uranio en el mar a un costo de aproximadamente 300-400 dólares por kg (y probablemente menos en el futuro) y el entierro de SNF en la forma descrita anteriormente, fuera de la mente. fuera de la vista El costo de dicha electricidad puede ser comparable con el costo prospectivo de la electricidad de fuentes de energía renovables con equilibrio, mientras que no se requerirán desarrollos revolucionarios.