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关于存储乏核燃料的现代方法

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在本文中，我将尝试使读者熟悉用于存储乏核燃料的当前领先技术-所谓的“干式”存储。当然，还要证明为什么乏核燃料的储存不是“废物堆”而不是“核储存库”。

序言


目前，核能世界已经出现了一种情况，这种情况很难在30至40年前看到。

“和平原子”的创造者不仅相信使用足够少量的燃料获得大量的热量，而且“亮点”是有可能在种核反应堆中生产这种燃料，或者从乏核燃料中分离出有用的裂变产物，以便进一步参与。他们进入核燃料循环。并非没有，世界上第一个电力（不要与连接到电网的第一核电站相混淆）是使用快速中子反应堆获得的，该反应堆不仅可以发电，还可以提供燃料供后续下载。

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1951年12月20日收到了第一张适合于使用参数的电力。 EBR-1反应堆为4个200瓦灯泡供电。

但是，不幸的是，实际上，并非所有事情都像理论上那样乐观。我们的EBR-1面临一些问题，核工业的发展在很大程度上离开了快速反应堆的话题，而让位于热中子反应堆。

为了提取有用的裂变产物并减少残余活性而对乏核燃料进行后处理的命运也很艰难。

从经济学的角度来看，后处理仅在大量方面是有利的，并且由于技术过程的复杂性和核材料的控制问题，只有少数国家最终允许这样做。

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总产量为2940吨/年，尽管从所有运行中的反应堆卸载了约10,000吨/年的事实。

鉴于乏燃料积累的数量不断增加，在许多（几乎所有）使用核能的国家中，很快出现了如何处理和处置乏核燃料的问题。

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如您所见，用于临时存储的乏核燃料数量一直在增长（IAEA）。

目前，所有使用核能的国家通常都分为三个阵营：

  1. 为了将裂变产物用于制造MOX燃料而对SNF进行全部或部分后处理的国家。
  2. 宣布希望最终掩埋其SNF的国家，并积极参与最终处置项目的开发。
  3. 将SNF处理问题的最终解决方案推迟到以后的国家（“等待”状态）。

当然，最后的国家绝对很多。每年与SNF的存储相关的问题变得越来越普遍。即使该国放弃了进一步发展核工业的计划，确保乏核燃料安全管理的问题也将至少持续数十年。

一点历史


最初，绝大部分的乏燃料存储设施都是所谓的湿式。但是考虑到它们的缺点以及工程的进展，从上世纪80年代开始，逐渐出现了“干式”存储。

它们具有显着的优势，这推动了整个技术的发展：

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从根本上讲，可以区分以下类型的SNF干存储技术：容器存储技术和模块化存储技术。我将专注于容器存储。

容器存储的历史可能始于1986年，当时美国核监管机构发布了在弗吉尼亚州萨里核电站运行干式SNF容器存储设施的许可证。

乏核燃料的容器存储的一般原则是，我们的乏燃料存储在装有惰性气体（通常为氦气）的密封金属筐中，筐本身位于保护性容器的容器中。容器主体的坚固结构可以起到辐射防护的作用，还可以防止损坏金属筐。容器可能像混凝土和金属。散热器是由于周围空气的自然对流而进行的。

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首先在NPP站点执行操作，然后将燃料容器（燃料组件的数量取决于反应堆的类型和容器设计）发送到存储站点。

运输可以通过垂直传送带（如果在现场存储）进行，也可以通过在公共铁路上行驶的公路或特殊火车进行。

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篮中装有乏燃料组件，然后将其焊接，干燥并充满氦气，然后重新装入混凝土容器中。

当前，习惯上区分单用途系统容器，两用系统容器和多用途系统容器。区别在于可以使用此容器的操作次数：存储，运输，长期埋葬。

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我将以VVER 1000 SFA的容器为例，介绍用于存储乏核燃料的金属容器的一般视图。

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  1. 用于将SFA装入其中的同一篮子（您可以看到放置SFA的六角形盖板）。
  2. 安装中子吸收器的通道（掺杂硼的钢或铝棒）。设置它们是为了使系统处于次临界状态，也就是说，不可能发生裂变的连锁反应。
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温度控制传感器安装在带有SNF的容器上，并且容器本身安装在存放地点的常规位置。

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如您所见，甚至容器之间的台阶也是特别安装的。这样做是为了确保人员的核安全和辐射安全。

这些站点是变电站，并且与核电站的站点分开放置。燃料通过特殊的运输容器在那里运输。

因此，几十年来（从50到100）我们的燃料一直值得，等待其命运（无论是加工还是处置，每个国家都将自行决定）。

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安全性


根据国际原子能机构标准，SNF储存设施是核设施。因此，安全要求几乎与核电厂的安全要求相同。

在设计容器时，将对紧急情况（运输容器从9 m高处掉落）进行强度计算，计算正常运行和事故的热工条件。当然，要非常注意中子物理计算，以确保亚临界和生物保护计算。

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容器从9米高处跌落（仅用于测试）。

随着工程计算程序的发展，各种安全分析的数量在不断增加。另外一点是实验室测试和现场测试。

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模拟波音767掉落到一组集装箱上的情况。

在此阶段，正在进行研究以确定长期储存期间的燃料特性，以证明100多年的集装箱资源合理性。容器采用材料和几何形状设计，能够以较短的保持时间在反应堆池中卸出SFA或用于MOX燃料。运输集装箱是为铁路，车辆甚至飞机设计的。

结果，可以注意到，SNF容器存储设施从工程角度来看是一个复杂的项目，并且容器本身是多年工程师工作的成果。处理乏燃料时，安全是首要考虑的问题。因此，现代乏核燃料的存储和处理系统无法与常规枪管相提并论。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN400511/

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