Pembuangan bahan bakar nuklir

Bahan bakar nuklir bekas (SNF) adalah salah satu masalah yang tidak menyenangkan dan, sampai batas tertentu, titik nyeri dalam energi nuklir. Bahan bakar nuklir bekas yang segar sangat mematikan - berdiri satu meter dari bahan bakar bekas yang dikeluarkan dari rakitan bahan bakar reaktor, Anda berisiko mendapatkan dosis mematikan dalam 10-20 detik. Setelah 30 tahun menghabiskan SNF menjadi kurang merugikan dari sudut pandang radiasi, tetapi radiotoksisitasnya (yaitu toksisitas ketika jaringan tubuh diiradiasi dari dalam) tetap cukup pada tingkat - sepotong SNF 20-30 mg mematikan.


Topik posting hari ini adalah pembuangan geologis bahan bakar nuklir bekas. Proyek paling maju adalah Finlandia, yang melibatkan penyimpanan di sumur bawah tanah yang dalam

Industri nuklir, bagaimanapun, diselamatkan oleh relatif tidak signifikannya volume bahan bakar nuklir bekas. Jika pembangkit listrik tenaga panas bumi berbahan bakar batubara gigawatt menangani ratusan ribu ton abu per tahun, maka pembangkit listrik tenaga nuklir hanya memiliki 30 ton bahan bakar nuklir bekas (~ 40 kartrid). Namun demikian, dengan pengoperasian 400 unit bahan bakar nuklir bekas selama beberapa dekade, cukup banyak yang terakumulasi di dunia - sekitar 280 ribu ton, ratusan ribu rakitan bahan bakar. Tentu saja, selama beberapa dekade telah ada pertanyaan "apa yang harus dilakukan dengan SNF ini" dan sebanyak - beberapa pilihan jawaban:

1. Jangan lakukan apa pun, simpan di situs , tinggalkan masalahnya untuk anak cucu. Sangat teknologis, nyaman, dan murah, tetapi kadang-kadang entah bagaimana moral yang tidak nyaman.
   
   
2. Daur ulang . Ah! Ini mungkin solusi untuk masalah ini? Tidak juga. Pemrosesan ulang dalam hal ini pada dasarnya adalah konsentrasi / penyortiran radioaktivitas bahan bakar nuklir bekas menurut tingkat bahaya, tetapi pada saat yang sama radionuklida itu sendiri tidak hilang. Sebagai bonus - volume pembuangan berkurang
   
   
3. Tempat pemakaman. Isolasi bahan bakar nuklir bekas di bawah tanah sehingga selama 100-500 ribu tahun ke depan tetap ada tanpa masuk ke dunia manusia. Ini juga diperlukan untuk opsi 2, walaupun ada beberapa nuansa di sini.

Terlepas dari kejelasan keputusan 3, sejauh ini di mana pun di dunia SNF tidak ditempatkan pada basis industri. Alasannya, bagi saya, adalah bahwa seiring dengan finalitas penguburan, ada akhir dari tanggung jawab yang bergeser untuk langkah ini. Tanggung jawab di sini terutama terletak pada kenyataan bahwa gudang mungkin ternyata tidak dapat diandalkan, dan bocor tidak setelah 600 ribu tahun, tetapi setelah 10 ribu. Dan ini bukan masalah besar bagi manajemen proyek semacam itu - mereka lebih mementingkan bukti tidak dapat diandalkannya fasilitas penyimpanan selama masa hidup mereka. Memang, justifikasi reliabilitas selama ratusan ribu tahun memerlukan ekstrapolasi ekstrem - dari pengamatan eksperimental terhadap situs pemakaman potensial beberapa dekade hingga, pada kenyataannya, ratusan ribu, juga terkait dengan masalah korosi. Pada saat terakhir, kesalahan pembulatan dalam pengukuran eksperimental dapat berarti pilihan antara hasil "makan sampai 5000 tahun" dan "berdiri diam 500.000.


Eksposisi situs proyek Onkalo Finlandia berada di struktur depan yang ditinggikan dan pintu masuk ke terowongan terlihat. Di latar belakang adalah tiga unit PLT Olkiluoto, yang, secara kebetulan, memiliki situs pemakaman bawah tanah sendiri untuk limbah radioaktif tingkat menengah dan rendah.

Poin kedua di mana siksaan berputar dengan implementasi proyek pembuangan akhir adalah nilai bahan bakar nuklir bekas. Secara potensial, setiap ton bahan bakar nuklir bekas mengandung satu setengah persen bahan fisil (isotop aneh plutonium dan uranium 235), serta sekitar satu kilogram logam mulia paladium dan rutenium. Hari ini, ekstraksi ini dari bahan bakar nuklir bekas tidak membuahkan hasil dengan kimia radio, tetapi untuk beberapa waktu ada perasaan bahwa energi plutonium masih akan sangat berguna ketika meluncurkan program siklus bahan bakar nuklir besar-besaran.


Sementara penyimpanan bahan bakar nuklir bekas di pembangkit listrik tenaga nuklir Finlandia Onkalo dan Loviisa dilakukan di fasilitas penyimpanan basah, seperti pada gambar

Secara umum, saat ini ada dua negara yang meludahi pelemparan ini dan mengimplementasikan program penguburan geologi akhir - ini adalah Finlandia dan Swedia dan beberapa negara yang secara serius berinvestasi dalam studi lokasi spesifik untuk pembuangan akhir bahan bakar nuklir bekas (ini adalah Amerika Serikat, Korea Selatan, Taiwan dan beberapa ukuran Jepang). Pada saat yang sama, di negara-negara di mana pemrosesan ulang SNF benar-benar terlibat (Prancis, Rusia, Inggris), mereka mengincar pembuangan geologis residu pemrosesan ulang SNF yang sangat aktif, sebuah teknologi yang, pada prinsipnya, dapat “diubah” menjadi pembuangan SNF langsung jika perlu.

Setelah perkenalan yang agak berlarut-larut, saya mengusulkan untuk melihat pendekatan Finlandia untuk pembuangan, dilaksanakan oleh Posiva Oy di situs Onkalo beberapa kilometer dari PLT Olkiluoto.


Skema kerja bawah tanah Onkalo yang ada saat ini. Kira-kira dari "Fasilitas teknis" posisi terowongan akan berbeda untuk mengakomodasi bahan bakar nuklir bekas

Pemakaman itu seharusnya dilakukan dalam granit massif pada kedalaman sekitar 420 meter selama proyek berdurasi sekitar seratus tahun (awal penempatan aktual - 2020, akhir - tidak lebih awal dari 2120), yang melibatkan pembangunan kompleks bawah tanah yang agak megah. Sekarang rencananya dibangun di atas pembangkit listrik tenaga nuklir yang ada, yang menyiratkan penyebaran ~ 2800 tabung untuk tiga jenis rakitan bahan bakar (yang tersedia di Finlandia - VVER-440, ASEA BWR dan EPR-1600 yang belum diluncurkan). Pada prinsipnya, mungkin ada "tempat pembuangan" yang cukup untuk semua pembangkit listrik tenaga nuklir yang menjanjikan (termasuk Hanhikivi), tetapi sejauh ini volumenya tetap seperti itu.


Onkalo dibangun menggunakan metode peledakan. Dalam bingkai hanyalah mesin untuk lubang pengeboran

Rakitan bahan bakar SNF dengan waktu paparan minimum 20 tahun akan dikirim ke lokasi pemakaman, yang memudahkan pekerjaan bersama mereka. Pekerjaan desain dengan rakitan bahan bakar terlihat seperti ini: membongkar dari wadah pengangkutan, menempatkan dalam pengering vakum bets yang terkubur dalam satu kotak pensil (8 FAs VVER atau BWR atau 5 FAs EPR-1600), kemudian dimasukkan ke dalam tempat pensil. Kasing ini adalah konstruksi besi tuang dengan alur untuk rakitan bahan bakar, yang terletak di cangkang tembaga 50 mm (yang, dalam kondisi bebas oksigen, adalah yang paling tahan terhadap korosi berkepanjangan dari logam industri). Selanjutnya, tempat pensil dievakuasi dan diisi dengan argon, diangkut ke stasiun pengelasan tutup (tembaga). Tutupnya diseduh, diperiksa, setelah itu tempat pensil siap untuk dimakamkan.


Tempat pensil tipe OL-1 untuk menyimpan kaset dari reaktor BWR. Setelah perakitan, tutup tembaga akan dilas dengan pengelasan berkas elektron, robot dalam ruang hampa - Finlandia, seperti biasa, terkenal dengan kekosongannya, robot dan berkas elektron ...

Setelah turun ke cakrawala penguburan, kotak pensil diangkut ke terowongan penempatan - berukuran 3,5x4 meter, di mana setiap 10 meter sebuah sumur dengan kedalaman 8 dan diameter 1,8 meter dibor. Kasing itu sendiri memiliki diameter inti besi tuang 1052 mm, panjang 4 hingga 6 meter (untuk jenis rakitan bahan bakar yang berbeda) dan berat 30-40 ton. Seluruh ruang antara kotak pensil dan dinding sumur diisi dengan balok-balok bentonit yang ditekan (yang, seperti yang dapat Anda pahami, berperan sebagai penyerap kelembaban), dan selanjutnya terowongan itu sendiri harus diisi dengan bentonit kering, dan setelah tempat-tempat yang penuh kelelahan di awal terowongan, sumbat beton besar dituangkan.


Secara umum, dilihat dari ketebalan penutup tabung, pelemahan radiasi gamma dari bahan bakar nuklir bekas tidak akan sebesar itu, jadi pemasangan tabung di bawah tanah akan cukup sulit karena tantangan teknik

Untuk memindahkan kotak pensil dan balok bentonit, teknologi bawah tanah yang sesuai sedang dikembangkan



Video ini menunjukkan operasi sistem untuk memasang colokan bentonite. Pemosisian laser dan mekanisasi luas menunjukkan bahwa persyaratan teknis untuk hambatan non-proliferasi (kepadatan dan kekuatan, termasuk) sangat sulit.


Mesin untuk mengebor sumur pekuburan.

Saat ini, infrastruktur bawah tanah hampir selesai dan siap ... untuk memulai eksperimen penguburan - selama tahun berikutnya pengujian eksperimental prosedur "pemakaman" akan dilakukan, dan kemudian, dari 2018 hingga 2023-27, eksperimen terkontrol akan dilakukan untuk mengukur situasi nyata di sekitar tabung, untuk validasi semua alasan keamanan yang dikembangkan Posiva selama 40 tahun terakhir (ya, sudah berapa tahun penelitian tentang topik ini berlangsung), dan telah mengirimkan STUK ke pengawasan atom Finlandia. Jika semuanya berjalan dengan baik, lisensi operasional akan diperoleh dan pekerjaan nyata akan mulai mengurangi jumlah bahan bakar nuklir bekas di Finlandia.


Volume pengangkatan yang direncanakan mengesankan

Ngomong-ngomong, dari awal tahun 80-an hingga 1996, Finlandia mengirim bahan bakar nuklir bekas dari Loviisa NPP dengan reaktor VVER-440 ke Uni Soviet / Rusia untuk diproses ulang, dan sejauh yang saya bisa mengerti, HLW dari pemrosesan ulang ini masih disimpan di Mayak. Maka kegiatan ini dinilai oleh Finlandia sebagai tidak menguntungkan. Sulit untuk mengatakan berapa banyak pemrosesan HLW dengan biaya Mayak di tahun 80-an, tetapi sekarang mereka biasanya beroperasi dengan angka 1000-1500 dolar per kg logam berat yang diproses. Pada saat yang sama, sekitar 150 kg limbah vitrifikasi yang sangat aktif diperoleh dari setiap ton SNF, yang juga harus dibuang.


Onkalo

Pada saat yang sama, proyek Onkalo sekarang diperkirakan mencapai 1,1 miliar euro (tidak jelas, untuk periode apa), direncanakan untuk mengubur 1.000 ton bahan bakar nuklir bekas dalam waktu yang sangat dekat dan 6.500 ton semuanya, yang biayanya lebih murah daripada proses ulang + pembuangan. Ada juga perkiraan total biaya 3,1 miliar euro (jelas dengan harga saat ini) hingga 2114. Biaya akan ditanggung oleh pengurangan dari pembangkit listrik tenaga nuklir Finlandia dalam jumlah 0,17 sen per kWh (yaitu, merupakan bagian kecil dari harga jual tenaga listrik).

Kesimpulannya, saya ingin mengatakan bahwa dimulainya penguburan nyata (tidak lebih awal dari tahun 2024) dapat memberikan dorongan nyata untuk arah ini dan mengurangi biayanya di masa depan. Ini bagus karena, bersama dengan NFCF yang bermasalah, alternatif, cabang energi nuklir murah sedang dibangun - dengan penambangan uranium di laut dengan biaya sekitar 300-400 dolar per kg (dan mungkin lebih sedikit di masa depan) dan penguburan SNF dengan cara yang dijelaskan di atas - di luar pikiran tidak terlihat. Biaya listrik tersebut dapat dibandingkan dengan biaya prospektif listrik dari sumber energi terbarukan dengan penyeimbangan, sementara tidak ada perkembangan revolusioner yang diperlukan.