Sobre o método moderno de armazenamento de combustível nuclear usado
Neste artigo, tentarei familiarizar o leitor com a tecnologia atualmente líder em armazenamento de combustível nuclear usado - o chamado armazenamento "seco". E, é claro, para provar por que o armazenamento de combustível nuclear usado não é um "depósito de lixo" e nem um "repositório nuclear".Prólogo
No momento, uma situação se desenvolveu no mundo da energia nuclear que dificilmente seria vista 30 a 40 anos atrás.Os criadores do "átomo pacífico" acreditavam não apenas na obtenção de uma grande quantidade de calor usando uma quantidade suficientemente pequena de combustível, mas também o "destaque" era a possibilidade de produzir esse mesmo combustível em reatores de reprodução, ou a separação de produtos de fissão úteis do combustível nuclear usado para um novo envolvimento. para o ciclo do combustível nuclear. Não é à toa que a primeira eletricidade do mundo (não a confunda com a Primeira usina nuclear , que estava conectada à rede elétrica) foi obtida apenas usando um reator rápido de nêutrons, que pode não apenas gerar eletricidade, mas também combustível para downloads subsequentes.A primeira eletricidade, adequada em termos de parâmetros de uso, foi recebida em 20 de dezembro de 1951. O reator EBR-1 alimentou 4 lâmpadas de 200 watts.Mas, infelizmente, na realidade, nem tudo era tão róseo quanto na teoria. Nosso EBR-1 enfrentou alguns problemas , e o desenvolvimento da indústria nuclear deixou em grande parte o tópico de reatores rápidos, dando lugar a reatores térmicos de nêutrons.O reprocessamento do combustível nuclear usado para extrair produtos de fissão úteis e reduzir a atividade residual também sofreu um destino difícil.Do ponto de vista econômico, o reprocessamento é vantajoso apenas em grandes volumes, e também devido à complexidade do processo tecnológico e às questões de controle de material nuclear, apenas alguns países poderiam eventualmente permitir.
Um total de 2940 toneladas / ano é produzido, e isso apesar do fato de que cerca de 10.000 toneladas / ano são descarregadas de todos os reatores em operação.Dado o crescente volume de acumulação de combustível irradiado, em muitos (quase todos) países que utilizam energia nuclear, surgiu rapidamente a questão de como lidar e descartar o combustível nuclear irradiado.
Como você pode ver, a quantidade de combustível nuclear usado, que está sujeito a armazenamento temporário, está em constante crescimento (AIEA ).No momento, todos os países que usam energia nuclear são convencionalmente divididos em três campos:- Países que reprocessam total ou parcialmente o SNF com o objetivo de usar produtos de fissão para a fabricação de combustível MOX.
- Países que declararam seu desejo de finalmente enterrar seu SNF e estão ativamente envolvidos no desenvolvimento de projetos para descarte final.
- Países que postergaram a resolução final da questão do manuseio do SNF para mais tarde (posição "espere e veja").
E os últimos países, é claro, são uma multidão absoluta. Os problemas associados ao armazenamento do SNF estão se tornando mais globais a cada ano. Mesmo que o país abandone planos adicionais para o desenvolvimento da indústria nuclear, a questão de garantir o gerenciamento seguro do combustível nuclear usado será relevante por pelo menos várias décadas.Um pouco de história
Inicialmente, a grande maioria das instalações de armazenamento de combustível usado era do tipo úmido. Mas, levando em consideração suas deficiências, bem como o progresso da engenharia, gradualmente, a partir dos anos 80 do século passado, começaram a aparecer depósitos "secos".Eles têm vantagens significativas, que serviram de ímpeto para o desenvolvimento de toda a tecnologia:«» ?
Fundamentalmente, os seguintes tipos de tecnologias de armazenamento seco SNF podem ser distinguidos: tecnologia de armazenamento de contêiner e tecnologia de armazenamento modular. Vou me debruçar sobre o armazenamento de contêineres.A história do armazenamento de contêineres, talvez, começa em 1986, quando o regulador nuclear dos EUA emitiu uma licença para operar uma instalação de armazenamento de contêineres SNF seco na usina nuclear Sarry, na Virgínia.O princípio geral do armazenamento de combustível nuclear usado em contêineres é que nosso combustível usado é armazenado em cestos de metal selados cheios de gás inerte, geralmente hélio, e os próprios cestos estão localizados no contêiner do contêiner de proteção. A construção robusta do corpo do recipiente serve como proteção contra radiação e também evita danos ao cesto de metal. O recipiente pode ser comoconcreto e metal . O dissipador de calor é realizado devido à convecção natural do ar circundante.As operações são executadas primeiro no local da NPP e, em seguida, o contêiner de combustível (o número de conjuntos de combustível depende do tipo de projeto do reator e do contêiner) é enviado ao local de armazenamento.O transporte é realizado por um transportador vertical (se o armazenamento estiver no local), ou por estrada ou por trem especial , viajando em ferrovias públicas.
O cesto é carregado com conjuntos de combustível usado, depois é soldado, seco e preenchido com hélio e recarregado em um recipiente de concreto.Atualmente, é habitual distinguir entre contêineres de sistema de uso único, contêineres de sistema de uso duplo e contêineres de sistema de uso múltiplo. A diferença está no número de operações para as quais este contêiner pode ser usado: armazenamento, transporte, enterro a longo prazo.
Apresentarei uma visão geral de um contêiner de metal para armazenar combustível nuclear usado usando o exemplo de um contêiner para SFAs do VVER 1000.
- O mesmo cesto destinado a carregar o SFA nele (você pode ver as tampas hexagonais nas quais o SFA é colocado).
- Canais para instalação de um absorvedor de nêutrons (barras de aço ou alumínio dopadas com boro). Eles são definidos para que o sistema seja subcrítico, ou seja, não há possibilidade de uma reação em cadeia de fissão.
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Os sensores de controle de temperatura são instalados em contêineres com SNF e os próprios contêineres são instalados em um local regular no local de armazenamento.
Como você pode ver, até o passo entre os contêineres é instalado especialmente. Isso é feito para garantir a segurança nuclear e contra radiação do pessoal.Os locais são subestação e localizados separadamente dos locais das usinas nucleares. O combustível é entregue lá em contêineres especiais de transporte .Portanto, nosso combustível valeu a pena por várias décadas (de 50 a 100), aguardando seu destino (seja de processamento ou descarte, cada país decidirá por si mesmo).Segurança
De acordo com os padrões da AIEA , a instalação de armazenamento do SNF é uma instalação nuclear. Consequentemente, os requisitos de segurança são quase os mesmos que os requisitos de segurança das usinas nucleares.Ao projetar contêineres, são realizados cálculos de resistência para emergências (queda de um contêiner de transporte a uma altura de 9 m), cálculos de condições térmicas para operação normal e acidentes. Obviamente, é dada muita atenção aos cálculos físicos de nêutrons para garantir subcriticalidade e cálculos de proteção biológica.Recipiente caindo de uma altura de 9 metros (apenas um teste).Com o desenvolvimento de programas de cálculo de engenharia, o volume de várias análises de segurança está aumentando constantemente. Um ponto separado são os testes de laboratório e de campo.Simulação da queda de um Boeing 767 em um grupo de contêineres.Nesta fase, estão em andamento estudos para determinar as características do combustível durante o armazenamento a longo prazo para justificar o recurso dos contêineres por mais de 100 anos. Os contêineres são projetados usando materiais e geometria para poder descarregar SFAs com tempos de espera mais curtos no tanque do reator ou para combustível MOX . Os contêineres de transporte são projetados para ferrovias, veículos e até aviões .Como resultado, pode-se notar que a instalação de armazenamento de contêineres da SNF é um projeto complexo do ponto de vista da engenharia, e os próprios contêineres são fruto de muitos anos de trabalho dos engenheiros. A segurança é uma preocupação primordial ao lidar com combustível irradiado. Consequentemente, os modernos sistemas de armazenamento e manuseio do combustível nuclear irradiado não podem ser comparados aos barris convencionais.Source: https://habr.com/ru/post/pt400511/
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