Como o ciclo de vida de uma usina nuclear termina com o exemplo da estação de Ignalina

A central nuclear de Ignalina, de duas unidades, localizada na Lituânia, é a segunda usina nuclear completamente paralisada pela RBMK (depois de Chernobyl). Os reatores foram finalmente desligados aqui em 31 de dezembro de 2004 e 31 de dezembro de 2009, e desde então o NPP foi desativado (esse eufemismo implica desmantelamento, enterro de resíduos radioativos e limpeza de instalações industriais no "gramado verde"). Este projeto (saída) é realmente um projeto piloto para a RBMK e conta com várias cadeias tecnológicas importantes, das quais uma das mais importantes é a planta B234, cujos testes começaram em maio de 2017.


NPP de Ignalina

Ao contrário da Ucrânia, a Lituânia, e especialmente a que está por trás da idéia de descomissionar os reatores de 20 anos da União Europeia, têm dinheiro para retirar, pelo menos alguns deles. No entanto, o processo de desativação da central nuclear de Ingalinsky, bastante harmonioso no papel, já se transformou em uma novela. Como a Rosatom terá que realizar trabalhos semelhantes desde 2019 (a retirada das 1,2 unidades da central nuclear de Leningrado e depois de todas as RBMKs em sequência), é interessante observar as tecnologias, soluções e problemas que surgiram em torno de Ignalinka.


Transferência SNF do armazenamento úmido para o contêiner CONSTOR, Ignalina NPP.

Em geral, o procedimento de “análise imediata” (ou seja, a estação começa a ser desmontada, de fato, um mês ou dois após a parada, usando o pessoal operacional da estação) consiste nas seguintes seções importantes:

• Descarregando combustível do reator, mantendo piscinas nas instalações de armazenamento do SNF para garantir a segurança nuclear do reator e da sala do reator, com a capacidade de interromper o fornecimento de água de resfriamento ao reator e ao BV. Além do SNF padrão, esse trabalho deve ser realizado com o SNF danificado, que deve ser penalizado antes da movimentação e com quaisquer elementos substituíveis radioativos do reator - por exemplo, absorvedores adicionais. Todo o procedimento leva de 2 a 3 anos para o infinito, se houver um problema com o ISF.
  
  
• Paralelamente, o desmantelamento de sistemas auxiliares de usinas nucleares, por exemplo, estações de bombeamento, oficinas técnicas de gás, no caso da RBMK, ainda é uma enorme construção de um sistema de refrigeração de emergência a gás para o reator, um gerador com sistemas auxiliares.
  
  
• Ao mesmo tempo, está sendo preparada a infraestrutura para futuros resíduos radioativos de nível médio (RW) - trata-se de um armazenamento no local ou remoto na superfície próxima, que é uma vala de concreto, coberta de argila e solo por cima. Haverá muito SAO das NPPs, essa é uma parte perceptível do circuito primário e dos sistemas conectados ao reator.
  
  
• Depois que a infraestrutura estiver pronta, você poderá começar a desmontar os elementos das usinas nucleares que podem transportar contaminação ou ativação radioativa, classificados por nível de atividade e tentativas de lavagem dos contaminantes da superfície. O que pode ser lavado até os padrões vai para a sucata, o que não é - para o enterro. Até agora, não se sabe exatamente quanto será o CAO enterrado do RBMK, para que seja determinado, é necessário desmontar pelo menos um.

O processo de monitoramento dos padrões de contaminação radioativa de sucata na usina nuclear de Ignalina após descontaminação (limpeza de superfícies).

Os principais problemas do RBMK e de muitos outros reatores de grafite são grafite. A grafite irradiada possui uma atividade específica de cerca de 0,3-1 gigabecquerel por kg, incluindo ~ 130 MBq / kg do isótopo C14 ruim, com meia-vida de 5700 anos. Por causa do C14, o limite anual de entrada no corpo de acordo com os padrões de segurança definidos em 34 MBq de outras opções, exceto o enterro de milhares de toneladas de grafite, não é particularmente visível, mas o custo dessa operação ainda faz com que se pense em como pode ser otimizado. Em particular, para os primeiros reatores produtores de plutônio em Mayak, o MCC e o SCC decidiram encher o núcleo de grafite com concreto - ou seja, organizar um repositório diretamente no local do reator.


Alguns outros tipos de reatores com grafite, que também têm problemas com seu descarte.

Na central nuclear de Ignalina, essa abordagem teórica foi implementada da prática 1 a 1, pelo menos na fase do projeto. Juntamente com a decisão de desligar os reatores, foi desenvolvido um programa de retirada, que recebeu cerca de 80% das finanças da União Europeia e o restante se comprometeu a financiar a própria Lituânia. O plano previa a construção de uma nova instalação de armazenamento SNF nos contêineres B1 no local da NPP ( meu artigo sobre instalações de armazenamento SNF para contêineres e úmidos), uma nova oficina para classificar e compactar resíduos radioativos B234 , bem como dois locais para RW - um depósito de valas para isótopos de vida curta e RW de atividade muito baixa Armazenamento terrestre B19 e B25 para resíduos radioativos de média e baixa atividade com isótopos de "vida média" (estamos falando de centenas de anos a um nível seguro).


Aparência do complexo de reciclagem de resíduos B34 (B2 é um prédio separado, não foi incluído na estrutura)

No contexto da construção de uma nova infraestrutura para trabalhar com combustível nuclear usado e resíduos radioativos (deve-se entender que instalações de armazenamento de combustível nuclear e instalações de armazenamento de resíduos radioativos já existiam em usinas nucleares, no entanto, projetadas apenas para operação e não para desmontagem), os próprios sistemas auxiliares das usinas nucleares deveriam ser desmontados. Ao mesmo tempo, foi decidido adiar a solução da questão da grafite radioativa para o futuro até que ela seja removida do reator e colocada em armazenamento.


O armazenamento já próximo à usina nuclear foi projetado para 120 contêineres, cada um para 51 conjuntos de combustível, e hoje está completamente cheio.

O contrato para o desenvolvimento e construção de B1 e B234 em 2005 foi adjudicado à alemã Nukem Technologies, pelo desenvolvimento de projetos funerários - várias empresas lituanas + Areva, o pessoal operacional das usinas nucleares estava envolvido na desmontagem dos sistemas de NPP.


Em particular, nas fotografias - o resultado do desmantelamento do SAOR no edifício 117/2

Desde os primeiros dias, a prática deixou de se parecer com uma teoria. Os principais problemas surgiram em torno da instalação de armazenamento SNF B1, por vários motivos ao mesmo tempo. Nukem experimentou problemas organizacionais e financeiros na época, a supervisão nuclear da Lituânia não estava pronta (em termos de qualificação de seu pessoal) para analisar as decisões dos engenheiros alemães em torno do armazenamento de SNF danificado, e até mesmo as informações sobre o SNF danificado na estação estavam fragmentadas e incompletas. Originalmente planejada para entrega em 2009 (para iniciar o carregamento do SNF 1 da unidade após 5 anos de envelhecimento nas piscinas), a instalação de armazenamento foi concluída apenas em 2015 e só agora está sendo colocada em operação (para iniciar a recarga em 2018). Todos esses atrasos levaram a disputas repetidas entre a fábrica e Nukem.


No plano de armazenamento B1, o local onde o trabalho com risco de radiação será realizado está marcado com uma moldura roxa - fechando (normalmente) e abrindo (não-padrão) os contêineres.
O restante do trabalho será atribuído ao armazenamento úmido existente.

De um modo geral, esse enredo não é incomum na indústria nuclear: muitos projetos de construção nuclear são monstruosamente atrasados ​​(e, como resultado, mais caros) devido a dificuldades de design, que por sua vez estão relacionadas à abrangência dos problemas que os desenvolvedores e seus controladores atômicos devem monitorar. Um exemplo típico, além de Nukem, cujas instalações lituanas são operadas com um atraso de 7 anos (!) E um aumento de 1,5 vezes no preço, é a unidade de Olkiluoto com o reator EPR-1600, que não é muito bom, e onde o gerenciamento de projetos é ruim e falta de entendimento como fazer um projeto sob os rigorosos requisitos da vigilância atômica finlandesa STUK levou a atrasos monstruosos e aumentos de custos.


Mais sobre o processo de desmontagem de usinas nucleares no sentido horário - uma instalação para serrar sucata, descontaminação manual de superfícies, uma instalação para limpar líquidos de radionuclídeos usando resinas de troca iônica, cortar um cilindro de turbina, seção de cilindros de alta pressão, uma câmara de jateamento de areia.

Mas voltando ao objeto B1. Trata-se de uma instalação de armazenamento de contêineres SNF coberta destinada a recarregar conjuntos de combustível RBMK (mais precisamente, suas metades, já que os conjuntos de combustível RBMK têm 10 metros de comprimento e, na parte de combustível, são, de fato, 2 FAs consecutivos em uma suspensão) em contêineres CONSTOR, cada um dos quais detém 182 metades de conjuntos de combustível. No total, 201 contêineres podem ser entregues na B1, projetados para 34.200 “metades” em tempo integral e várias centenas de danificados, que serão armazenados em caixas seladas adicionais.



Antes de transferir para B1 para armazenamento todos os conjuntos de combustível removidos dos reatores (a propósito, apenas a primeira unidade agora é liberada de combustível na usina nuclear, no segundo ainda existem mais de 1000 conjuntos de combustível devido à falta de espaço nos conjuntos de armazenamento), eles são mantidos por pelo menos 5 anos armazenamento úmido ”, eles também são cortados e embalados sob a água em contêineres CONSTOR, para os quais, aliás, as instalações de armazenamento de montagem de combustível precisam ser modificadas - guindastes, unidades de instalação de contêineres, equipamentos de manuseio (escrevo esta frase para os fãs ucranianos da ideia de que o SNF de qualquer usina nuclear pode mas carregado em qualquer recipiente sem muito esforço).

Em geral, o armazenamento no contêiner é realizado de acordo com o esquema padrão - uma cesta de aço inoxidável com conjuntos de combustível em um contêiner selado e cheio de nitrogênio seco, colocado em um contêiner externo maciço de concreto e metal (para segurança biológica). Dado o fato de as FAs mais recentes terem sido desativadas por 8 anos, as operações de transporte e tecnológicas envolvidas na recarga de FAs em vários locais, penalizando o SNF danificado e minimizando a carga de dose de pessoal durante essas operações são difíceis.


Um quadro desinteressante para trabalhadores russos em usinas nucleares com RBMKs, mostrando a dinâmica do número de pessoas na central nuclear de Ignalina durante o desmantelamento

No entanto, isso é teoricamente. Por exemplo, a primeira versão do contêiner CONSTOR do SNF B1 foi rejeitada por características de biossegurança, após o que o fabricante (empresa alemã GNS) foi forçado a desenvolver e licenciar outra versão, o que contribuiu para o atraso no lançamento do B1.

No total, hoje, na usina nuclear de Ignalina, existem cerca de ~ 22.000 conjuntos de combustível irradiado (ou seja, 44.000 metades) e a parte restante será armazenada em outra instalação de armazenamento de combustível irradiado seco construída em 1999.


Foto das instalações de armazenamento úmido da AIEA. Agora, 15.000 conjuntos de combustível estão armazenados aqui, embora me pareça que a foto não contenha conjuntos de combustível, mas absorvedores adicionais ou barras de CPS

Os lituanos estão considerando a possibilidade de um enterro geológico final a uma profundidade de> 500 metros (conforme recomendado pela AIEA), mas pelos próximos 50 anos, com a possibilidade de se estender para 100, é provável que o SNF seja armazenado no SNF construído.


Sobre a questão do prazo de validade - os valores calculados do teor de radionuclídeos na grafite ativada da alvenaria RBMK, em becquerels por grama. As linhas horizontais são os valores permitidos liberados pela categoria de resíduos radioativos; a linha rosa no topo é o conteúdo total de radionuclídeos. Pode-se observar que, após várias décadas de exposição, a atividade é determinada principalmente pelo isótopo C14

O segundo objeto importante, a usina de gerenciamento de resíduos radioativos B234, foi criado não apenas para lidar com resíduos de construção decorrentes do desmantelamento de usinas nucleares, mas também devido à nova classificação de resíduos radioativos introduzida na UE, razão pela qual o volume existente de resíduos radioativos ( estes são filtros, roupas de proteção usadas, LRAO cimentado etc.) devem ser reclassificados e determinados para enterro ou armazenamento.


Vista geral do B34. À esquerda, há uma sala de inspeção sanitária, no meio da própria planta, na qual estão acoplados depósitos intermediários de resíduos de baixo nível (SLW) e de nível intermediário (LLW)

O trabalho desta planta é baseado nos processos de triagem (não surpreendente), incineração e cimentação, compactação (ou seja, compactação, principalmente sucata) e embalagem por contêineres, que serão armazenados nas instalações intermediárias de armazenamento RW (incluídas em B234) até que B19 esteja pronto e B25. Uma característica interessante da planta é sua alta automação, usando os conhecidos robôs Brokk e manipuladores Walischmiller.


Algum equipamento controlado remotamente B234


Vista de projeto da unidade de compactação e separação de cinzas e célula de separação para resíduos de nível médio e baixo.

O volume total de resíduos que passa por esta usina é de centenas de milhares de metros cúbicos, que serão divididos em 6 novas classes de resíduos radioativos (A, B, C, D, E, F), no entanto, as estimativas ainda são preliminares.


Estimativa do total de resíduos e classes de RW.

Para comparação, as unidades com VVER na saída produzem volumes significativamente mais baixos de resíduos e estruturas radioativas (para a questão de “baixo custo de RBMKs”).


Comparação de usinas nucleares com 6hVVER-440 e 2 RBMK-1500 em termos de volume de resíduos gerados no processo de remoção.

Quanto ao processo de desmontagem dos equipamentos das usinas nucleares, hoje esse processo afetou principalmente a primeira unidade (que removeu o status de uma instalação perigosa nuclear), onde o equipamento está sendo cortado a uma taxa de ~ 5-8 mil toneladas por ano. De acordo com os planos de hoje, o desmantelamento completo da usina nuclear deve ser concluído em 2038, mas esse prazo já foi adiado duas vezes. Curiosamente, a administração do NPP estima a receita da venda de materiais obtidos durante o desmantelamento do NPP em apenas 30 milhões de euros.


O estado atual de desmantelamento da usina nuclear é verde, o que já foi concluído, vermelho é o processo em andamento, amarelo é o design das operações, cinza ainda não foi afetado.

A experiência da central nuclear de Ignalina é interessante por sua aplicabilidade na Rússia, onde antes de 2030 começará o desmantelamento de 8 unidades RBMK. Considerando que Nukem pertence à Rosatom desde 2009, adquirimos experiência com dinheiro europeu e agora essa experiência está sendo transferida para outras estruturas da Rosatom que realizarão o descomissionamento de RBMK. Essa experiência também é interessante para o mercado potencial de contratos de desativação de várias usinas nucleares, cujo número aumentará.