O combustível nuclear irradiado (SNF) é um dos problemas desagradáveis e, até certo ponto, um ponto problemático na energia nuclear. O combustível nuclear irradiado fresco é extremamente mortal - a um metro de distância do combustível irradiado removido do conjunto de combustível do reator, você corre o risco de receber uma dose letal em 10 a 20 segundos. Após 30 anos de SNF gasto, torna-se menos prejudicial em termos de radiação, mas sua radiotoxicidade (ou seja, toxicidade quando os tecidos do corpo são irradiados por dentro) permanece no mesmo nível - um pedaço de 20 a 30 mg de SNF é mortal.
O tópico do post de hoje é o descarte geológico do combustível nuclear usado. O projeto mais avançado é o finlandês, que envolve o armazenamento em tais poços no subsoloA indústria nuclear, no entanto, é salva pela relativa insignificância dos volumes de combustível nuclear usado. Se uma usina termelétrica a carvão de gigawatt lida com centenas de milhares de toneladas de cinzas por ano, uma usina nuclear tem apenas 30 toneladas de combustível nuclear usado (~ 40 cartuchos). No entanto, com a operação de 400 unidades ao longo de décadas de combustível nuclear usado, muito se acumulou no mundo - cerca de 280 mil toneladas, centenas de milhares de conjuntos de combustível. Obviamente, há muitas décadas há uma pergunta "o que fazer com esse SNF" e tantas - várias opções de resposta:
- Não faça nada, armazene em sites , deixe o problema para a posteridade. Muito tecnológico, conveniente e barato, mas às vezes de certa forma desconfortavelmente moral.
- Recicle . Ah! Aqui está provavelmente uma solução para o problema? Na verdade não. Reprocessar neste caso é essencialmente a concentração / classificação da radioatividade do combustível nuclear usado de acordo com o grau de nocividade, mas, ao mesmo tempo, os próprios radionuclídeos não desaparecem. Como bônus - os volumes de descarte são reduzidos
- Local do enterro. Isolamento do combustível nuclear irradiado no subsolo, para que nos próximos 100 a 500 mil anos permaneça lá sem entrar no mundo humano. Também é necessário para a opção 2, embora haja algumas nuances aqui.
Apesar da obviedade da decisão 3, até agora em nenhum lugar do mundo o SNF foi colocado em uma base industrial. A razão, parece-me, é que, juntamente com a finalidade do enterro, chega o fim da mudança de responsabilidade por essa etapa. A responsabilidade aqui reside principalmente no fato de que o armazém pode não ser confiável e vazar não depois de 600 mil anos, mas depois de 10 mil. E isso não preocuparia muito o gerenciamento de tais projetos - eles estão mais preocupados com a evidência da falta de confiabilidade das instalações de armazenamento durante a sua vida útil. De fato, justificativas de confiabilidade de centenas de milhares de anos exigem extrapolação extrema - desde observações experimentais de um local potencial de sepultamento de algumas décadas até, na verdade, centenas de milhares, da mesma forma se refere a problemas de corrosão. No último momento, os erros de arredondamento nas medições experimentais podem significar uma escolha entre os resultados "comer até 5.000 anos" e "ficar inativo 500.000.
A exposição do local do projeto finlandês de Onkalo está nas estruturas elevadas do primeiro plano e a entrada do túnel é visível. No fundo, há uma central nuclear Olkiluoto de três unidades, que, aliás, tem seu próprio local de enterro subterrâneo para resíduos radioativos de nível médio e baixo
O segundo ponto em torno do qual o tormento gira com a implementação de projetos de descarte final é o valor do combustível nuclear usado. Potencialmente, cada tonelada de combustível nuclear gasto contém um por cento e meio de materiais físseis (isótopos ímpares de plutônio e urânio 235), bem como cerca de um quilograma de metais preciosos em paládio e rutênio. Hoje, a extração desse combustível nuclear gasto não compensa a radioquímica, mas por algum tempo houve a sensação de que o plutônio energético ainda seria muito útil ao lançar programas massivos de
ciclo de combustível nuclear.
Enquanto o armazenamento de combustível nuclear irradiado nas usinas nucleares finlandesas de Onkalo e Loviisa é realizado em instalações de armazenamento úmido, como na figuraEm geral, hoje existem dois países que cuspiram nesses lançamentos e implementaram programas de enterro geológico final - esses são a Finlândia e a Suécia e vários países que investem seriamente no estudo de locais específicos para o descarte final de combustível nuclear irradiado (EUA, Coréia do Sul, Taiwan e alguns medem o Japão). Ao mesmo tempo, em países onde o reprocessamento SNF está seriamente envolvido (França, Rússia, Grã-Bretanha), eles estão de olho no descarte geológico de resíduos altamente ativos do reprocessamento SNF, uma tecnologia que, em princípio, pode ser "alterada" para descarte direto de SNF, se necessário.
Após uma introdução levemente prolongada, proponho olhar para a abordagem finlandesa de descarte, implementada pela Posiva Oy no local de Onkalo, a alguns quilômetros da central nuclear de Olkiluoto.
Esquema do funcionamento subterrâneo de Onkalo existente hoje. Aproximadamente da posição de “instalações técnicas”, os túneis divergem para acomodar combustível nuclear usadoO enterro deve ser realizado em um maciço de granito a uma profundidade de cerca de 420 metros durante o projeto de cerca de cem anos de duração (o início da colocação real - 2020, o fim - não antes de 2120), envolvendo a construção de um grande complexo subterrâneo. Agora, os planos são construídos nas usinas nucleares existentes, o que implica a implantação de ~ 2800 cartuchos para os três tipos de conjuntos de combustível (que estão disponíveis na Finlândia - VVER-440, ASEA BWR e o EPR-1600 ainda não lançado). Em princípio, pode haver "aterro" suficiente para todas as usinas nucleares promissoras (incluindo Hanhikivi), mas até agora o volume foi deixado dessa maneira.
Onkalo foi construído usando o método de jateamento. No quadro é apenas uma máquina para fazer furosOs conjuntos de combustível SNF com um tempo de exposição mínimo de 20 anos serão entregues no local do enterro, o que facilita o trabalho com eles. O trabalho de design com os conjuntos de combustível é parecido com isso: descarregar de um contêiner de transporte, colocar em um secador a vácuo um lote enterrado em uma caixa de lápis (8 FAs VVER ou BWR ou 5 FAs EPR-1600) e recarregar em uma caixa de lápis. A caixa é uma construção de ferro fundido com ranhuras para conjuntos de combustível, localizada em uma carcaça de cobre de 50 mm (que, em condições livres de oxigênio, é a mais resistente à corrosão prolongada por metais industriais). Em seguida, a caixa de lápis é evacuada e preenchida com argônio, transportada para a estação de soldagem de tampas (cobre). A tampa é preparada, inspecionada e, em seguida, a caixa de lápis está pronta para o enterro.
Estojo tipo OL-1 para armazenar cassetes de reatores BWR. Após a montagem, a tampa de cobre será soldada com soldagem por feixe de elétrons, robôs no vácuo - a Finlândia, como sempre, é famosa por seu vácuo, robôs e feixes de elétrons ...Após a descida ao horizonte do enterro, a caixa de lápis é transportada para um túnel de colocação - tamanho 3,5x4 metros, no qual a cada 10 metros é perfurado um poço com profundidade de 8 e diâmetro de 1,8 metros. As próprias caixas têm um diâmetro do núcleo de ferro fundido de 1052 mm, um comprimento de 4 a 6 metros (para diferentes tipos de conjuntos de combustível) e um peso de 30 a 40 toneladas. Todo o espaço entre a caixa de lápis e as paredes do poço é preenchido com blocos de bentonita prensados (que, como você pode entender, desempenham o papel de absorvedor de umidade) e, posteriormente, o próprio túnel deve ser preenchido com bentonita seca e, após uma exaustão completa dos locais no início do túnel, um grande tampão de concreto é derramado.
Em geral, a julgar pela espessura da cobertura do cilindro, a atenuação da radiação gama do combustível nuclear gasto não será tão grande, portanto, a instalação do cilindro no subsolo será bastante difícil, pois desafio de engenhariaPara mover estojos e blocos de bentonita, uma tecnologia subterrânea apropriada está sendo desenvolvida
Este vídeo demonstra a operação do sistema para instalar tampões de bentonita. O posicionamento do laser e a mecanização generalizada sugerem que os requisitos técnicos para barreiras de não proliferação (densidade e resistência, inclusive) são muito difíceis.
Máquina para perfuração de poços de enterro.Atualmente, a infraestrutura subterrânea está quase completa e pronta ... para o início do experimento de enterro - durante o próximo ano será realizado o teste experimental do procedimento "funeral" e, de 2018 a 2023-27, um experimento controlado será conduzido para medir a situação real em torno da vasilha, por validação de todos os motivos de segurança que a Posiva desenvolveu nos últimos 40 anos (sim, há quantos anos a pesquisa sobre esse tópico está em andamento) e submeteu o STUK à supervisão atômica finlandesa. Se tudo correr bem, uma licença operacional será obtida e um trabalho real começará a reduzir a quantidade de combustível nuclear usado na Finlândia.
Os volumes planejados de elevação são impressionantesA propósito, do início dos anos 80 a 1996, a Finlândia enviou o combustível nuclear irradiado da usina nuclear Loviisa com reatores VVER-440 para a URSS / Rússia para reprocessamento e, até onde eu entendi, o HLW desse reprocessamento ainda está armazenado em Mayak. Então essa atividade foi avaliada pelos finlandeses como não lucrativa. É difícil dizer quanto custa o processamento de HLW na Mayak nos anos 80, mas agora eles costumam operar com valores entre 1000 e 1.500 dólares por kg de metais pesados processados. Ao mesmo tempo, cerca de 150 kg de resíduos vitrificados altamente ativos são obtidos de cada tonelada de SNF, que também deve ser descartada.
OnkaloAo mesmo tempo, o projeto Onkalo agora é estimado em 1,1 bilhão de euros (no entanto, por quanto tempo), está planejado enterrar 1.000 toneladas de combustível nuclear usado em um futuro próximo e 6.500 toneladas de tudo, o que custará menos do que o reprocessamento + descarte. Há também uma estimativa dos custos totais de 3,1 bilhões de euros (obviamente a preços atuais) até 2114. Os custos serão cobertos por deduções das usinas nucleares finlandesas no valor de 0,17 centavos de dólar por kWh (ou seja, representam uma pequena parte do preço de venda da energia elétrica).
Resumindo, quero dizer que o início de um enterro real (não antes de 2024) pode dar um impulso tangível a essa direção e reduzir seu custo no futuro. Isso é bom porque, juntamente com a problemática NFCF, está sendo construído um ramo alternativo de baixo custo da energia nuclear - com a mineração de urânio no mar a um custo de cerca de 300 a 400 dólares por kg (e provavelmente menos no futuro) e o enterro do SNF da maneira descrita acima - em mente fora de vista. O custo dessa eletricidade pode ser comparável ao custo potencial de eletricidade de fontes renováveis de energia com balanceamento, embora não sejam necessários desenvolvimentos revolucionários.