Le combustible nucléaire irradié (SNF) est l'un des problèmes désagréables et, dans une certaine mesure, un point douloureux dans l'énergie nucléaire. Le combustible nucléaire irradié frais est extrêmement mortel - à un mètre du combustible usé retiré de l'assemblage combustible du réacteur, vous risquez d'obtenir une dose mortelle en 10 à 20 secondes. Après 30 ans passés, le SNF devient moins nuisible du point de vue des radiations, mais sa radiotoxicité (c'est-à-dire sa toxicité lorsque les tissus du corps sont irradiés de l'intérieur) reste tout à fait au niveau - un morceau de 20-30 mg de SNF est mortel.
Le sujet de l'article d'aujourd'hui est l'élimination géologique du combustible nucléaire irradié. Le projet le plus avancé est le finnois, qui implique le stockage dans de tels puits profondément souterrainsL'industrie nucléaire, cependant, est sauvée par la relative insignifiance des volumes de combustible nucléaire irradié. Si une centrale thermique au charbon d'un gigawatt traite des centaines de milliers de tonnes de cendres par an, alors une centrale nucléaire ne dispose que de 30 tonnes de combustible nucléaire usé (~ 40 cartouches). Néanmoins, avec l'exploitation de 400 unités pendant des décennies de combustible nucléaire irradié, beaucoup de choses se sont accumulées dans le monde - environ 280 000 tonnes, des centaines de milliers d'assemblages de combustible. Bien sûr, depuis de nombreuses décennies, il y a eu une question "que faire de ce SNF" et autant - plusieurs options de réponse:
- Ne rien faire, stocker sur des sites , laisser le problème à la postérité. Très technologique, pratique et bon marché, mais parfois d'une certaine manière inconfortablement moral.
- Recyclez . Ah! Voici probablement une solution au problème? Pas vraiment. Le retraitement dans ce cas est essentiellement la concentration / tri de la radioactivité du combustible nucléaire irradié en fonction du degré de nocivité, mais en même temps, les radionucléides eux-mêmes ne disparaissent pas. En prime - les volumes d'élimination sont réduits
- Lieu de sépulture. Isolement du combustible nucléaire irradié sous terre de sorte qu'au cours des 100 à 500 mille prochaines années, il y restera sans entrer dans le monde humain. Elle est également nécessaire pour l'option 2, bien qu'il y ait quelques nuances ici.
Malgré l'évidence de la décision 3, SNF n'a jusqu'à présent été mis sur une base industrielle. La raison, me semble-t-il, est qu'avec la finalité de l'enterrement, il y a la fin du transfert de responsabilité pour cette étape. La responsabilité ici réside principalement dans le fait que l'entrepôt peut s'avérer peu fiable et s'échapper non pas après 600 000 ans, mais après 10 000. Et ce n'est pas que cela concernerait grandement la gestion de tels projets - ils sont plus préoccupés par les preuves du manque de fiabilité des installations de stockage au cours de leur vie. En effet, les justifications de fiabilité pour des centaines de milliers d'années nécessitent une extrapolation extrême - des observations expérimentales d'un site d'enfouissement potentiel de quelques décennies à, en fait, des centaines de milliers, la même chose s'applique aux problèmes de corrosion. Au dernier moment, les erreurs d'arrondi dans les mesures expérimentales peuvent signifier un choix entre les résultats «manger pendant 5000 ans» et «rester inactif 500 000».
L'exposition du site du projet finlandais Onkalo est au premier plan des structures surélevées et l'entrée du tunnel est visible. À l'arrière-plan se trouve une centrale nucléaire d'Olkiluoto à trois unités, qui a d'ailleurs son propre site d'enfouissement souterrain pour les déchets radioactifs de moyenne et faible activité
Le deuxième point autour duquel tourmente la mise en œuvre des projets d'élimination finale est la valeur du combustible nucléaire irradié. Potentiellement, chaque tonne de combustible nucléaire usé contient un et demi pour cent de matières fissiles (des isotopes impairs de plutonium et d'uranium 235), ainsi qu'environ un kilogramme de palladium et de ruthénium - métaux précieux. Aujourd'hui, l'extraction de cela du combustible nucléaire irradié n'est pas payante avec la radiochimie, mais pendant un certain temps, le sentiment était que le plutonium énergétique serait toujours très utile lors du lancement de programmes massifs de
cycle du combustible nucléaire.
Alors que le stockage du combustible nucléaire irradié dans les centrales nucléaires finlandaises d'Onkalo et de Loviisa est effectué dans des installations de stockage humide, comme sur la photoEn général, aujourd'hui, il y a deux pays qui ont craché sur ces projections et mis en œuvre des programmes d'enfouissement géologique final - ce sont la Finlande et la Suède et plusieurs pays qui investissent sérieusement dans l'étude de sites spécifiques pour l'élimination finale du combustible nucléaire irradié (ce sont les États-Unis, la Corée du Sud, Taiwan et certaines mesures au Japon). Dans le même temps, dans les pays où le retraitement SNF est fortement impliqué (France, Russie, Grande-Bretagne), ils envisagent l'élimination géologique des résidus très actifs de retraitement SNF, une technologie qui, en principe, peut être «transformée» en élimination directe SNF si nécessaire.
Après une introduction légèrement prolongée, je propose d'examiner l'approche finlandaise de l'élimination, mise en œuvre par Posiva Oy sur le site d'Onkalo à quelques kilomètres de la centrale d'Olkiluoto.
Schéma des chantiers souterrains d'Onkalo existant aujourd'hui. À partir de la position «Installations techniques», les tunnels divergent pour accueillir le combustible nucléaire irradiéL'enfouissement est censé être effectué dans un massif granitique à une profondeur d'environ 420 mètres pendant le projet d'une durée d'environ cent ans (début du placement réel - 2020, fin - pas avant 2120), impliquant la construction d'un complexe souterrain plutôt grand. Maintenant, les plans sont construits sur des centrales nucléaires existantes, ce qui implique le déploiement d'environ 2800 conteneurs pour les trois types d'assemblages combustibles (qui sont disponibles en Finlande - VVER-440, ASEA BWR et l'EPR-1600 non encore lancé). En principe, il peut y avoir suffisamment de «décharges» pour toutes les centrales nucléaires prometteuses (y compris Hanhikivi), mais jusqu'à présent, le volume a été laissé de cette façon.
Onkalo a été construit en utilisant la méthode de dynamitage. Dans le cadre est juste une machine pour percer des trousLes assemblages de combustible SNF avec un temps d'exposition minimum de 20 ans seront livrés sur le site de sépulture, ce qui facilite le travail avec eux. Le travail de conception avec les assemblages combustibles ressemble à ceci: déchargement d'un conteneur de transport, mise dans un séchoir sous vide un lot enterré dans une trousse (8 FAs VVER ou BWR ou 5 FAs EPR-1600), puis rechargement dans une trousse. Le boîtier est une construction en fonte avec des rainures pour les assemblages combustibles, qui est située dans une coque en cuivre de 50 mm (qui, dans des conditions sans oxygène, est la plus résistante à la corrosion à long terme des métaux industriels). Ensuite, la trousse est évacuée et remplie d'argon, transportée au poste de soudage des bouchons (cuivre). Le couvercle est infusé, inspecté, après quoi la trousse est prête pour l'enterrement.
Étui à crayons de type OL-1 pour le stockage des cassettes des réacteurs BWR. Après assemblage, le capuchon en cuivre sera soudé par soudage par faisceau d'électrons, robots sous vide - la Finlande, comme toujours, est célèbre pour son vide, ses robots et ses faisceaux d'électrons ...Après la descente vers l'horizon funéraire, la trousse est transportée vers un tunnel de placement de 3,5 x 4 mètres, dans lequel est foré tous les 10 mètres un puits d'une profondeur de 8 et d'un diamètre de 1,8 mètre. Les boîtiers eux-mêmes ont un diamètre de noyau en fonte de 1052 mm, une longueur de 4 à 6 mètres (pour différents types d'assemblages combustibles) et un poids de 30 à 40 tonnes. Tout l'espace entre la trousse et les parois du puits est rempli de blocs de bentonite pressée (qui, comme vous pouvez le comprendre, jouent le rôle d'un absorbeur d'humidité), et ensuite le tunnel lui-même doit être rempli de bentonite sèche, et après un épuisement complet des lieux au début du tunnel, un gros bouchon de béton est coulé.
En général, à en juger par l'épaisseur du couvercle de la cartouche, l'atténuation du rayonnement gamma du combustible nucléaire usé ne sera pas si grande, donc l'installation de cartouches sous terre sera assez difficile car défi d'ingénieriePour déplacer les étuis à crayons et les blocs de bentonite, une technologie souterraine appropriée est en cours de développement
Cette vidéo montre le fonctionnement du système d'installation des bouchons de bentonite. Le positionnement au laser et la mécanisation généralisée suggèrent que les exigences techniques pour les barrières de non-prolifération (densité et résistance, y compris) sont très difficiles.
Machine pour forer des puits funéraires.Actuellement, l'infrastructure souterraine est presque terminée et prête ... pour le début de l'expérience d'enterrement - au cours de la prochaine année, les tests expérimentaux de la procédure «funéraire» seront effectués, puis, de 2018 à 2023-2027, une expérience contrôlée sera menée pour mesurer la situation réelle autour du réservoir, par exemple validation de toutes les raisons de sécurité que Posiva a développées au cours des 40 dernières années (oui, c'est le nombre d'années de recherche sur ce sujet) et a soumis STUK à la supervision atomique finlandaise. Si tout se passe bien, une licence d'exploitation sera obtenue et de vrais travaux commenceront à réduire la quantité de combustible nucléaire irradié en Finlande.
Les volumes d'ascenseurs prévus sont impressionnantsSoit dit en passant, du début des années 80 à 1996, la Finlande a envoyé le combustible nucléaire irradié de la centrale nucléaire de Loviisa avec des réacteurs VVER-440 à l'URSS / Russie pour retraitement, et pour autant que je puisse comprendre, les DHA de ce retraitement sont toujours stockés à Mayak. Ensuite, cette activité a été jugée non rentable par les Finlandais. Il est difficile de dire combien coûtait le traitement des DHA à Mayak dans les années 80, mais maintenant, ils fonctionnent généralement avec des chiffres de 1000 à 1500 dollars par kg de métaux lourds traités. Dans le même temps, environ 150 kg de déchets vitrifiés hautement actifs sont obtenus à partir de chaque tonne de SNF, qui doit également être éliminée.
OnkaloDans le même temps, le projet Onkalo est désormais estimé à 1,1 milliard d'euros (on ne sait cependant pas pour quelle période), il est prévu d'enterrer 1000 tonnes de combustible nucléaire irradié dans un très proche avenir et 6500 tonnes de tout, ce qui coûtera moins cher que le retraitement + l'élimination. On estime également les coûts totaux à 3,1 milliards d'euros (évidemment aux prix d'aujourd'hui) jusqu'en 2114. Les coûts seront couverts par des déductions sur les centrales nucléaires finlandaises d'un montant de 0,17 cents par kWh (c'est-à-dire ne représentent qu'une petite partie du prix de vente de l'énergie électrique).
En résumé, je tiens à dire que le début d'un véritable enterrement (pas avant 2024, cependant) peut donner une impulsion tangible à cette direction et réduire son coût à l'avenir. C'est bien parce que, parallèlement à la NFCF problématique, une branche alternative à faible coût de l'énergie nucléaire est en cours de construction - avec l'extraction d'uranium en mer à un coût d'environ 300 à 400 dollars par kg (et probablement moins à l'avenir) et l'enfouissement de SNF de la manière décrite ci-dessus - hors de l'esprit hors de vue. Le coût d'une telle électricité peut être comparable au coût potentiel de l'électricité produite à partir de sources d'énergie renouvelables avec équilibrage, alors qu'aucun développement révolutionnaire ne sera nécessaire.