Geekly articles weekly

Tentang metode modern untuk menyimpan bahan bakar nuklir bekas

gambar

Dalam artikel ini saya akan mencoba memperkenalkan pembaca dengan teknologi terkemuka saat ini untuk menyimpan bahan bakar nuklir bekas - yang disebut penyimpanan "kering". Dan tentu saja, untuk membuktikan mengapa penyimpanan bahan bakar nuklir bekas bukanlah "tempat pembuangan limbah" dan bukan "gudang nuklir".

Prolog


Saat ini, sebuah situasi telah berkembang di dunia energi nuklir yang hampir tidak diharapkan terlihat 30-40 tahun yang lalu.

Pencipta "atom damai" percaya tidak hanya dalam memperoleh sejumlah besar panas menggunakan jumlah bahan bakar yang cukup kecil, tetapi juga "sorotan" adalah kemungkinan menghasilkan bahan bakar ini dalam reaktor pemulia, atau pemisahan produk fisi yang berguna dari bahan bakar nuklir bekas untuk keterlibatan kembali lebih lanjut. mereka ke dalam siklus bahan bakar nuklir. Bukan untuk apa-apa, listrik pertama di dunia (jangan bingung dengan pembangkit listrik tenaga nuklir Pertama , yang terhubung ke jaringan listrik) diperoleh hanya menggunakan reaktor neutron cepat, yang tidak hanya dapat menghasilkan listrik, tetapi juga bahan bakar untuk pengunduhan berikutnya.

gambar

Listrik pertama, yang sesuai dengan parameter untuk penggunaan, diterima pada tanggal 20 Desember 1951. Reaktor EBR-1 bertenaga 4 bola lampu 200 watt.

Namun, sayangnya, dalam kenyataannya, tidak semuanya semerah teori. EBR-1 kami dihadapkan dengan beberapa masalah , dan pengembangan industri nuklir sebagian besar telah meninggalkan topik reaktor cepat, memberi jalan ke reaktor neutron termal.

Pemrosesan ulang bahan bakar nuklir bekas untuk mengekstraksi produk fisi yang bermanfaat dan mengurangi aktivitas residual juga mengalami nasib yang sulit.

Dari sudut pandang ekonomi, pemrosesan ulang hanya menguntungkan dalam volume besar, dan juga karena kompleksitas proses teknologi dan masalah pengendalian bahan nuklir, hanya beberapa negara yang pada akhirnya akan mengizinkannya.

gambar
Total 2940 ton / tahun diproduksi, dan ini terlepas dari kenyataan bahwa sekitar 10.000 ton / tahun diturunkan dari semua reaktor yang beroperasi.

Mengingat volume akumulasi bahan bakar bekas yang semakin meningkat, di banyak (hampir semua) negara menggunakan energi nuklir, pertanyaan dengan cepat muncul tentang bagaimana menangani dan membuang bahan bakar nuklir bekas.

gambar
Seperti yang Anda lihat, jumlah bahan bakar nuklir bekas, yang tergantung pada penyimpanan sementara, terus bertambah (IAEA ).

Saat ini, semua negara yang menggunakan energi nuklir secara konvensional dibagi menjadi tiga kubu:

  1. Negara-negara yang memproses ulang SNF sepenuhnya atau sebagian dengan tujuan menggunakan produk fisi untuk pembuatan bahan bakar MOX.
  2. Negara-negara yang menyatakan keinginan mereka untuk akhirnya mengubur SNF mereka, dan secara aktif terlibat dalam pengembangan proyek untuk pembuangan akhir.
  3. Negara-negara yang menunda resolusi akhir masalah penanganan SNF untuk nanti (posisi "tunggu dan lihat").

Dan negara-negara terakhir, tentu saja, adalah banyak sekali. Masalah yang terkait dengan penyimpanan SNF menjadi lebih global setiap tahun. Bahkan jika negara tersebut meninggalkan rencana lebih lanjut untuk pengembangan industri nuklir, masalah memastikan manajemen yang aman dari bahan bakar nuklir yang digunakan akan relevan untuk setidaknya beberapa dekade.

Sedikit sejarah


Awalnya, sebagian besar fasilitas penyimpanan bahan bakar bekas adalah jenis yang disebut basah. Tetapi dengan mempertimbangkan kekurangan mereka, serta kemajuan teknik, secara bertahap, mulai dari tahun 80-an abad terakhir, penyimpanan “kering” mulai muncul.

Mereka memiliki keuntungan yang signifikan, yang berfungsi sebagai dorongan untuk pengembangan seluruh teknologi:

  • ;
  • ;
  • , ;
  • ( , ).

«» ?


Pada dasarnya, jenis-jenis teknologi penyimpanan kering SNF berikut dapat dibedakan: teknologi penyimpanan kontainer dan teknologi penyimpanan modular. Saya akan memikirkan penyimpanan kontainer.

Sejarah penyimpanan kontainer, mungkin, dimulai pada tahun 1986, ketika regulator nuklir AS mengeluarkan izin untuk mengoperasikan fasilitas penyimpanan kontainer SNF kering di pembangkit listrik tenaga nuklir Sarry di Virginia. beton dan logam . Pendingin dilakukan karena konveksi alami dari udara di sekitarnya.

Prinsip umum penyimpanan kontainer bahan bakar nuklir bekas adalah bahan bakar bekas kami disimpan di keranjang logam tertutup yang diisi dengan gas inert, biasanya helium, dan keranjang itu sendiri disimpan dalam wadah untuk wadah pelindung. Konstruksi yang kuat dari badan kontainer berfungsi sebagai pelindung radiasi dan juga mencegah kerusakan pada keranjang logam. Wadahnya mungkin seperti

gambar

Operasi pertama kali dilakukan di lokasi PLTN, dan kemudian wadah bahan bakar (jumlah rakitan bahan bakar tergantung pada jenis reaktor dan desain wadah) dikirim ke lokasi penyimpanan.

Transportasi dilakukan baik oleh konveyor vertikal (jika penyimpanan di tempat), atau melalui jalan darat atau dengan kereta khusus , bepergian dengan kereta api umum.

gambar
Keranjang diisi dengan majelis bahan bakar bekas, kemudian keranjang dilas, dikeringkan dan diisi dengan helium dan dimuat kembali ke dalam wadah beton.

Saat ini, sudah lazim untuk membedakan antara wadah sistem tujuan tunggal, wadah sistem tujuan ganda dan wadah sistem serbaguna. Perbedaannya adalah dalam jumlah operasi yang wadah ini dapat digunakan: penyimpanan, transportasi, penguburan jangka panjang.

gambar

Saya akan menyajikan pandangan umum tentang wadah logam untuk menyimpan bahan bakar nuklir bekas menggunakan contoh wadah untuk VVER 1000 SFA.

gambar
gambar

  1. Keranjang yang sama dimaksudkan untuk memuat SFA ke dalamnya (Anda dapat melihat penutup heksagonal di mana SFA ditempatkan).
  2. Saluran untuk memasang penyerap neutron (batang baja atau aluminium yang didoping dengan boron). Mereka diatur sehingga sistem bersifat subkritis, yaitu, tidak ada kemungkinan reaksi berantai fisi.
  3. .
  4. . .
  5. , (1 ) (2 ), . , , .

Sensor kontrol suhu dipasang pada wadah dengan SNF, dan wadah itu sendiri dipasang di tempat biasa di lokasi penyimpanan.

gambar
Seperti yang Anda lihat, bahkan langkah di antara wadah dipasang khusus. Hal ini dilakukan untuk memastikan keselamatan personel nuklir dan radiasi.

Lokasi adalah gardu, dan terletak secara terpisah dari situs pembangkit listrik tenaga nuklir. Bahan bakar dikirim ke sana dalam wadah transportasi khusus .

Jadi bahan bakar kita telah berharga selama beberapa dekade (dari 50 hingga 100), menunggu nasibnya (apakah akan diproses atau dibuang, setiap negara akan memutuskan sendiri).

gambar

Keamanan


Menurut standar IAEA , fasilitas penyimpanan SNF adalah fasilitas nuklir. Dengan demikian, persyaratan keselamatan hampir sama dengan persyaratan keselamatan pembangkit listrik tenaga nuklir.

Saat merancang wadah, perhitungan kekuatan dilakukan untuk keadaan darurat (setetes wadah pengangkut dari ketinggian 9 m), perhitungan kondisi termal untuk operasi normal dan kecelakaan. Tentu saja, banyak perhatian diberikan pada perhitungan neutron-fisik untuk memastikan subkritikalitas dan perhitungan perlindungan biologis.

gambar

Wadah jatuh dari ketinggian 9 meter (hanya tes).

Dengan pengembangan program perhitungan teknik, volume berbagai analisis keamanan terus meningkat. Poin terpisah adalah tes laboratorium dan uji lapangan.

gambar

Simulasi jatuhnya Boeing 767 ke sekelompok kontainer.

Pada tahap ini, penelitian sedang dilakukan untuk menentukan karakteristik bahan bakar selama penyimpanan jangka panjang untuk membenarkan sumber daya wadah selama lebih dari 100 tahun. Kontainer dirancang menggunakan bahan dan geometri untuk dapat membongkar SFA dengan waktu penahanan yang lebih pendek di kolam reaktor atau untuk bahan bakar MOX . Kontainer transportasi dirancang untuk kereta api, kendaraan dan bahkan pesawat terbang .

Sebagai akibatnya, dapat dicatat bahwa fasilitas penyimpanan kontainer SNF adalah proyek yang kompleks dari sudut pandang teknik, dan wadah itu sendiri adalah buah dari bertahun-tahun pekerjaan insinyur. Keselamatan adalah perhatian utama ketika berhadapan dengan bahan bakar bekas. Akibatnya, sistem penyimpanan dan penanganan modern untuk bahan bakar nuklir bekas tidak dapat dibandingkan dengan barel konvensional.

Source: https://habr.com/ru/post/id400511/

More articles:


All Articles