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À propos de la méthode moderne de stockage du combustible nucléaire irradié

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Dans cet article, je vais essayer de familiariser le lecteur avec la technologie de pointe actuellement utilisée pour le stockage du combustible nucléaire irradié - le stockage dit «sec». Et bien sûr, pour prouver pourquoi le stockage du combustible nucléaire irradié n'est pas un «dépotoir» ni un «dépôt nucléaire».

Prologue


À l'heure actuelle, une situation s'est développée dans le monde de l'énergie nucléaire qui était à peine attendue il y a 30 à 40 ans.

Les créateurs de «l'atome pacifique» croyaient non seulement à l'obtention d'une grande quantité de chaleur en utilisant une quantité suffisamment petite de combustible, mais aussi le «point culminant» était la possibilité de produire ce même combustible dans des réacteurs surgénérateurs, ou la séparation des produits de fission utiles du combustible nucléaire irradié pour une nouvelle implication. les intégrer dans le cycle du combustible nucléaire. Pas pour rien, la première électricité au monde (ne la confondez pas avec la première centrale nucléaire , qui était connectée au réseau électrique) a été obtenue simplement en utilisant un réacteur à neutrons rapides, qui peut non seulement produire de l'électricité, mais aussi du combustible pour les téléchargements ultérieurs.

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La première électricité, adaptée en termes de paramètres d'utilisation, a été reçue le 20 décembre 1951. Le réacteur EBR-1 alimentait 4 ampoules de 200 watts.

Mais, malheureusement, en réalité, tout n'était pas aussi rose qu'en théorie. Notre EBR-1 a été confronté à certains problèmes , et le développement de l'industrie nucléaire a largement laissé le thème des réacteurs rapides, laissant la place aux réacteurs à neutrons thermiques.

Le retraitement du combustible nucléaire irradié afin d'extraire les produits de fission utiles et de réduire l'activité résiduelle a également connu un sort difficile.

D'un point de vue économique, le retraitement n'est avantageux qu'en gros volumes, et aussi en raison de la complexité du processus technologique et des questions de contrôle des matières nucléaires, seuls quelques pays pourraient éventuellement le permettre.

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Un total de 2940 tonnes / an est produit, et ce malgré le fait qu'environ 10 000 tonnes / an soient déchargées de tous les réacteurs en fonctionnement.

Compte tenu des volumes sans cesse croissants d'accumulation de combustible usé, dans de nombreux (presque tous) pays utilisant l'énergie nucléaire, la question s'est rapidement posée de savoir comment manipuler et éliminer le combustible nucléaire irradié.

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Comme vous pouvez le voir, la quantité de combustible nucléaire irradié, qui fait l'objet d'un stockage temporaire, est en constante augmentation (AIEA ).

À l'heure actuelle, tous les pays utilisant l'énergie nucléaire sont classiquement divisés en trois camps:

  1. Pays qui retraitent totalement ou partiellement le SNF dans le but d'utiliser des produits de fission pour la fabrication de combustible MOX.
  2. Les pays qui ont déclaré leur volonté d'enterrer définitivement leur SNF, et sont activement impliqués dans le développement de projets de stockage définitif.
  3. Pays qui ont reporté la résolution finale de la question de la gestion des FNS pour plus tard (position «attendre et voir»).

Et les derniers pays, bien sûr, sont une multitude absolue. Les problèmes liés au stockage de SNF se mondialisent chaque année. Même si le pays abandonne de nouveaux plans pour le développement de l'industrie nucléaire, la question d'assurer la gestion sûre du combustible nucléaire irradié restera d'actualité pendant au moins plusieurs décennies.

Un peu d'histoire


Initialement, la grande majorité des installations de stockage de combustible usé étaient du type dit humide. Mais compte tenu de leurs lacunes, ainsi que des progrès de l'ingénierie, progressivement, à partir des années 80 du siècle dernier, des stockages «secs» ont commencé à apparaître.

Ils présentent des avantages significatifs, qui ont donné une impulsion au développement de l'ensemble de la technologie:

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Fondamentalement, les types de technologies de stockage à sec SNF suivants peuvent être distingués: la technologie de stockage de conteneurs et la technologie de stockage modulaire. Je vais m'attarder sur le stockage en conteneurs.

L'histoire du stockage de conteneurs commence probablement en 1986, lorsque le régulateur nucléaire américain a délivré une licence pour exploiter une installation de stockage de conteneurs SNF à sec à la centrale nucléaire de Sarry en Virginie.

Le principe général du stockage en conteneurs du combustible nucléaire usé est que notre combustible usé est stocké dans des paniers métalliques scellés remplis de gaz inerte, généralement de l'hélium, et les paniers eux-mêmes sont situés dans le conteneur du conteneur de protection. La construction robuste du corps du conteneur sert de radioprotection et empêche également d'endommager le panier métallique. Le conteneur peut être commebéton et métal . Le dissipateur thermique est réalisé en raison de la convection naturelle de l'air ambiant.

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Les opérations sont d'abord effectuées sur le site de la centrale nucléaire, puis le conteneur de combustible (le nombre d'assemblages de combustible dépend du type de réacteur et de la conception du conteneur) est envoyé sur le site de stockage.

Le transport s'effectue soit par un convoyeur vertical (si le stockage est sur site), soit par route ou par train spécial , circulant sur les voies publiques.

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Le panier est chargé d'assemblages de combustible usé, puis le panier est soudé, séché et rempli d'hélium et rechargé dans un conteneur en béton.

Actuellement, il est habituel de faire la distinction entre les conteneurs système à usage unique, les conteneurs système à double usage et les conteneurs système polyvalents. La différence réside dans le nombre d'opérations pour lesquelles ce conteneur peut être utilisé: stockage, transport, enfouissement à long terme.

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Je présenterai une vue générale d'un conteneur métallique pour le stockage de combustible nucléaire irradié en utilisant l'exemple d'un conteneur pour VVER 1000 SFA.

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  1. Le même panier destiné à y charger du SFA (vous pouvez voir les couvercles hexagonaux dans lesquels le SFA est placé).
  2. Canaux d'installation d'un absorbeur de neutrons (barres en acier ou aluminium dopé au bore). Ils sont réglés de sorte que le système soit sous-critique, c'est-à-dire qu'il n'y a aucune possibilité de réaction en chaîne de fission.
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Les capteurs de contrôle de la température sont installés sur des conteneurs avec SNF, et les conteneurs eux-mêmes sont installés à un endroit régulier sur le site de stockage.

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Comme vous pouvez le voir, même l'étape entre les conteneurs est spécialement installée. Ceci est fait pour assurer la sûreté nucléaire et radiologique du personnel.

Les sites sont des sous-stations, et situés séparément des sites des centrales nucléaires. Le carburant y est livré dans des conteneurs de transport spéciaux .

Notre carburant en vaut donc la peine depuis plusieurs décennies (de 50 à 100), en attendant son sort (qu'il soit en cours de traitement ou d'élimination, chaque pays décidera par lui-même).

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La sécurité


Selon les normes de l' AIEA , l'installation de stockage de SNF est une installation nucléaire. En conséquence, les exigences de sûreté sont presque les mêmes que les exigences de sûreté des centrales nucléaires.

Lors de la conception des conteneurs, des calculs de résistance sont effectués pour les urgences (chute d'un conteneur de transport d'une hauteur de 9 m), des calculs des conditions thermiques pour un fonctionnement normal et des accidents. Bien entendu, une grande attention est accordée aux calculs neutrons-physiques pour assurer la sous-criticité et les calculs de protection biologique.

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Conteneur tombant d'une hauteur de 9 mètres (juste un test).

Avec le développement de programmes de calcul d'ingénierie, le volume des différentes analyses de sécurité est en constante augmentation. Les tests en laboratoire et les tests sur le terrain constituent un point distinct.

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Simulation de la chute d'un Boeing 767 sur un groupe de conteneurs.

A ce stade, des études sont en cours pour déterminer les caractéristiques du carburant lors d'un stockage à long terme afin de justifier la ressource en conteneurs depuis plus de 100 ans. Les conteneurs sont conçus en utilisant des matériaux et une géométrie pour pouvoir décharger les SFA avec des temps de rétention plus courts dans la piscine du réacteur ou pour le combustible MOX . Les conteneurs de transport sont conçus pour les chemins de fer, les véhicules et même les avions .

Par conséquent, on peut noter que l'installation de stockage de conteneurs SNF est un projet complexe d'un point de vue technique et que les conteneurs eux-mêmes sont le fruit de nombreuses années de travail d'ingénieurs. La sécurité est une préoccupation majeure lorsque l'on traite du combustible usé. Par conséquent, les systèmes modernes de stockage et de manutention du combustible nucléaire irradié ne peuvent être comparés aux barils conventionnels.

Source: https://habr.com/ru/post/fr400511/

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