Gorivo koje je bilo u nuklearnom reaktoru postaje radioaktivno, odnosno opasno za okruženje i osobu. Zbog toga se njime rukuje na daljinu i uz upotrebu paketa za pakovanje debelih zidova koji mu omogućavaju da apsorbuje zračenje koje emituje. Međutim, osim opasnosti, istrošeno nuklearno gorivo (SNF) može donijeti i nesumnjivu korist: jeste sekundarne sirovine za dobijanje svežeg nuklearnog goriva, jer sadrži uranijum-235, izotope plutonijuma i uranijuma-238. Ponovna prerada istrošenog nuklearnog goriva omogućava smanjenje štete po okolinu kao rezultat razvoja nalazišta uranijuma, jer se svježe gorivo proizvodi od pročišćenog uranijuma i plutonijuma – proizvoda prerade ozračenog goriva. Štaviše, radioaktivni izotopi koji se koriste u nauci, tehnologiji i medicini oslobađaju se iz istrošenog nuklearnog goriva.

Preduzeća za skladištenje i/ili preradu SNF - Proizvodno udruženje "Mayak" (Ozersk, Chelyabinsk region) i Rudarsko-hemijski kombinat (Železnogorsk, Krasnojarska teritorija) deo su kompleksa nuklearne i radijacione bezbednosti Državne korporacije Rosatom. Istrošeno nuklearno gorivo se prerađuje u Proizvodnom društvu Majak, a u Rudarsko-hemijskom kombinatu završava se izgradnja novog „suvog“ skladišta istrošenog nuklearnog goriva. Razvoj nuklearne energije u našoj zemlji, po svemu sudeći, povlači za sobom i povećanje obima preduzeća za upravljanje istrošenim nuklearnim gorivom, pogotovo jer strategije razvoja ruskog nuklearno-energetskog kompleksa podrazumijevaju implementaciju zatvorenog ciklusa nuklearnog goriva. korištenjem pročišćenog uranijuma i plutonijuma odvojenih od istrošenog nuklearnog goriva.

Danas postrojenja za preradu SNF rade samo u četiri zemlje svijeta - Rusiji, Francuskoj, Velikoj Britaniji i Japanu. Jedino operativno postrojenje u Rusiji - RT-1 u Proizvodnom udruženju Mayak - ima projektni kapacitet od 400 tona SNF godišnje, iako sada njegov utovar ne prelazi 150 tona godišnje; Pogon RT-2 (1500 tona godišnje) u Rudarsko-hemijskom kombinatu je u fazi zamrznute izgradnje. U Francuskoj su trenutno u funkciji dvije takve tvornice (UP-2 i UP-3 u La Hague Cape) ukupnog kapaciteta 1600 tona godišnje. Inače, u tim postrojenjima ne prerađuje se samo gorivo iz francuskih nuklearnih elektrana, već su sklopljeni višemilijardni ugovori za njegovu preradu sa energetskim kompanijama u Njemačkoj, Japanu, Švicarskoj i drugim zemljama. U Velikoj Britaniji pogon Thorp radi sa kapacitetom od 1200 tona godišnje. Japan vodi preduzeće koje se nalazi u Rokkase-Muri sa kapacitetom od 800 tona SNF godišnje; postoji i pilot postrojenje u Tokai-Mura (90 tona godišnje).
Dakle, vodeće svjetske nuklearne sile drže se ideje o "zatvaranju" ciklusa nuklearnog goriva, koji postupno postaje ekonomski isplativ s obzirom na povećanje troškova rudarenja urana povezanog s prelaskom na razvoj manje bogatih. nalazišta sa niskim sadržajem uranijuma u rudi.

PA "Mayak" takođe proizvodi izotopske proizvode - radioaktivnih izvora za nauku, tehnologiju, medicinu i Poljoprivreda. Proizvodnju stabilnih (neradioaktivnih) izotopa vrši Kombinat Elektrohimpribor, koji, između ostalog, ispunjava i državni odbrambeni nalog.

Istrošeno nuklearno gorivo iz energetskih reaktora početna faza postreaktorski stupanj NFC-a je isti za otvoreni i zatvoreni ciklus NFC-a.

Uključuje uklanjanje gorivih šipki sa istrošenim nuklearnim gorivom iz reaktora, njihovo skladištenje u bazenu na licu mjesta („mokro“ skladištenje u podvodnim bazenima) nekoliko godina i zatim transport u postrojenje za preradu. U otvorenoj verziji NFC-a, istrošeno gorivo se stavlja u posebno opremljena skladišta („suvo“ skladište u inertnom gasnom ili vazdušnom okruženju u kontejnerima ili komorama), gde se čuva nekoliko decenija, a zatim prerađuje u oblik koji sprečava krađu radionuklida i pripremljeni za konačno odlaganje.

U zatvorenoj verziji ciklusa nuklearnog goriva, istrošeno gorivo ulazi u radiohemijsko postrojenje, gdje se ponovno obrađuje kako bi se izdvojili fisioni nuklearni materijali.

Istrošeno nuklearno gorivo (SNF) je posebna vrsta radioaktivnih materijala - sirovina za radiohemijsku industriju.

Ozračeni gorivi elementi uklonjeni iz reaktora nakon što su istrošeni imaju značajnu akumuliranu aktivnost. Postoje dvije vrste SNF-a:

1) SNF iz industrijskih reaktora, koji ima hemijski oblik i samog goriva i njegove obloge, pogodan za rastvaranje i naknadnu preradu;

2) Gorivi elementi energetskih reaktora.

SNF iz industrijskih reaktora obavezno se prerađuje, dok se SNF ne prerađuje uvijek. Energetski SNF klasifikovan je kao visokoradioaktivni otpad ako se ne podvrgava daljoj preradi, odnosno kao vrijedna energetska sirovina ako se prerađuje. U nekim zemljama (SAD, Švedska, Kanada, Španija, Finska) SNF je u potpunosti klasifikovan kao radioaktivni otpad (RW). U Engleskoj, Francuskoj, Japanu - do energetskih sirovina. U Rusiji se dio SNF-a smatra radioaktivnim otpadom, a dio se šalje na preradu u radiohemijska postrojenja (146).

Zbog činjenice da se sve zemlje ne pridržavaju taktike zatvorenosti nuklearni ciklus, SNF u svijetu se stalno povećava. Praksa zemalja koje se pridržavaju zatvorenog uranijumskog gorivnog ciklusa pokazala je da je djelomično zatvaranje nuklearnog gorivnog ciklusa lakovodnih reaktora neisplativo čak i ako cijena uranijuma može porasti za 3-4 puta u narednim decenijama. Ipak, ove zemlje zatvaraju ciklus nuklearnog goriva reaktora na laku vodu, pokrivajući troškove povećanjem tarifa za električnu energiju. Naprotiv, SAD i neke druge zemlje odbijaju preradu SNF-a, imajući u vidu buduće konačno odlaganje SNF-a, preferirajući njegovo dugoročno skladištenje, koje se ispostavilo jeftinije. Ipak, očekuje se da će se do dvadesetih godina prerada istrošenog nuklearnog goriva u svijetu povećati.

Gorivni sklopovi sa istrošenim nuklearnim gorivom izvađenim iz aktivne zone energetskog reaktora skladište se u bazenu istrošenog goriva u nuklearnim elektranama 5-10 godina kako bi se smanjilo oslobađanje toplote u njima i raspad kratkoživućih radionuklida. Prvog dana nakon istovara iz reaktora, 1 kg istrošenog nuklearnog goriva iz nuklearne elektrane sadrži od 26.000 do 180.000 Ci radioaktivnosti. Nakon godinu dana aktivnost 1 kg SNF opada na 1 hiljadu Ci, nakon 30 godina na 0,26 hiljada Ci. Godinu dana nakon ekstrakcije, kao rezultat raspadanja kratkoživućih radionuklida, aktivnost SNF se smanjuje za 11 - 12 puta, a nakon 30 godina - za 140 - 220 puta, a zatim se polako smanjuje tokom stotina godina 9 ( 146).

Ako je prirodni uranijum prvobitno ubačen u reaktor, tada u istrošenom gorivu ostaje 0,2 - 0,3% 235U. Ponovno obogaćivanje takvog uranijuma nije ekonomski izvodljivo, pa ostaje u obliku takozvanog otpadnog uranijuma. Otpadni uranijum se kasnije može koristiti kao plodni materijal u reaktorima na brzim neutronima. Kada se nisko obogaćeni uranijum koristi za punjenje nuklearnih reaktora, SNF sadrži 1% 235U. Takav uranijum se može ponovo obogatiti do svog prvobitnog sadržaja u nuklearnom gorivu i vratiti u ciklus nuklearnog goriva. Reaktivnost nuklearnog goriva može se obnoviti dodavanjem drugih fisilnih nuklida - 239Pu ili 233U, tj. sekundarno nuklearno gorivo. Ako se 239Pu doda osiromašenom uranijumu u količini koja je ekvivalentna obogaćenju goriva od 235U, tada se ostvaruje ciklus goriva uranijum-plutonijum. Mješovito gorivo uranijum-plutonijum koristi se i u termalnim i u reaktorima na brzim neutronima. Uranijum-plutonijumsko gorivo omogućava najpotpunije korišćenje resursa uranijuma i proširenu reprodukciju fisionog materijala. Za tehnologiju regeneracije nuklearnog goriva izuzetno su važne karakteristike goriva koje se istovaruje iz reaktora: hemijski i radiohemijski sastav, sadržaj fisionih materijala, nivo aktivnosti. Ove karakteristike nuklearnog goriva određene su snagom reaktora, izgaranjem goriva u reaktoru, trajanjem kampanje, omjerom razmnožavanja sekundarnih fisionih materijala, vremenom zadržavanja goriva nakon istovara iz reaktora i tip reaktora.

Istrošeno nuklearno gorivo istovareno iz reaktora prenosi se na preradu tek nakon određenog izlaganja. To je zbog činjenice da među produktima fisije postoji veliki broj kratkotrajnih radionuklida, koji određuju veliki udio aktivnosti goriva ispuštenog iz reaktora. Stoga se svježe istovareno gorivo čuva u posebnim skladišnim prostorima dovoljno vremena za raspad glavne količine kratkoživućih radionuklida. Ovo uvelike olakšava organizaciju biološke zaštite, smanjuje uticaj zračenja na hemikalije i rastvarače tokom prerade prerađenog nuklearnog goriva i smanjuje skup elemenata od kojih se moraju prečišćavati glavni proizvodi. Dakle, nakon dvije do tri godine izlaganja, aktivnost ozračenog goriva određena je dugovječnim produktima fisije: Zr, Nb, Sr, Ce i drugim elementima rijetkih zemalja, Ru i α-aktivnim transuranskim elementima. 96% SNF je uranijum-235 i uranijum-238, 1% je plutonijum, 2-3% radioaktivni fisioni fragmenti.

Vrijeme zadržavanja SNF-a je 3 godine za lakovodne reaktore, 150 dana za reaktore na brzim neutronima (155).

Ukupna aktivnost fisionih produkata sadržanih u 1 toni SNF VVER-1000 nakon tri godine skladištenja u bazenu istrošenog goriva (SP) iznosi 790.000 Ci.

Kada se SNF skladišti u skladištu na licu mjesta, njegova aktivnost monotono opada (otprilike za red veličine u 10 godina). Kada aktivnost padne na standarde koji određuju sigurnost transporta SNF željeznica, izvlači se iz skladišta i premješta ili u dugoročno skladištenje ili u pogon za preradu goriva. U pogonu za preradu, sklopovi gorivih šipki se pretovaruju iz kontejnera uz pomoć mehanizama za utovar i istovar u tvornički bafer skladišni bazen. Ovdje se sklopovi pohranjuju dok se ne pošalju na obradu. Nakon držanja u bazenu odabranog perioda u ovom postrojenju, gorivi sklopovi se istovaruju iz skladišta i šalju u odjeljenje za pripremu goriva na ekstrakciju za operacije otvaranja istrošenih gorivih šipki.

Reprocesiranje ozračenog nuklearnog goriva vrši se kako bi se iz njega izdvojili fisilni radionuklidi (prvenstveno 233U, 235U i 239Pu), pročistio uran od nečistoća koje apsorbiraju neutrone, izolirao neptunijum i neke druge transuranijske elemente, te dobili izotope za industriju, nauku ili medicinu. svrhe. Pod preradom nuklearnog goriva podrazumijeva se prerada gorivnih šipki energetskih, naučnih ili transportnih reaktora, kao i prerada blanketa reaktora reaktora. Radiohemijska prerada istrošenog nuklearnog goriva je glavna faza zatvorene verzije ciklusa nuklearnog goriva i obavezna faza u proizvodnji plutonijuma za oružje (Sl. 35).

Ponovna obrada fisionog materijala ozračenog neutronima u gorivu nuklearnog reaktora provodi se kako bi se riješili problemi kao što su

Dobivanje uranijuma i plutonijuma za proizvodnju novog goriva;

Dobivanje fisionih materijala (uranija i plutonijuma) za proizvodnju nuklearnog oružja;

Dobivanje raznih radioizotopa koji se koriste u medicini, industriji i nauci;

Rice. 35. Neke faze prerade istrošenog nuklearnog goriva u Majaku. Sve operacije se izvode uz pomoć manipulatora i komora zaštićenih 6-slojnim olovnim staklom (155).

Primanje prihoda od drugih zemalja koje su ili zainteresirane za prvo i drugo, ili ne žele skladištiti velike količine istrošenog nuklearnog goriva;

Rješenje pitanja životne sredine povezano sa odlaganjem radioaktivnog otpada.

U Rusiji se ponovo obrađuje ozračeni uranijum iz reaktora za razmnožavanje i gorivnih elemenata VVER-440, BN reaktora i nekih brodskih motora; Gorivne šipke glavnih tipova energetskih reaktora VVER-1000, RBMK (bilo koje vrste) se ne obrađuju i trenutno se akumuliraju u posebnim skladištima.

Trenutno se količina SNF-a stalno povećava, a njegova regeneracija je glavni zadatak radiohemijske tehnologije za preradu istrošenih gorivnih šipki. Tokom ponovne obrade, uranijum i plutonijum se odvajaju i čiste od radioaktivnih produkata fisije, uključujući nuklide koji apsorbuju neutrone (neutronske otrove), koji, ako se fisioni materijali ponovo koriste, mogu sprečiti razvoj nuklearne lančane reakcije u reaktoru.

Proizvodi radioaktivne fisije sadrže veliki broj vrijednih radionuklida koji se mogu koristiti u oblasti male nuklearne energetike (radioizotopski izvori topline za elektroenergetske termogeneratore), kao i za proizvodnju izvora jonizujućeg zračenja. Pronađene su primjene za transuranske elemente koji nastaju kao rezultat sporednih reakcija jezgri urana s neutronima. Radiohemijska tehnologija prerade SNF treba da obezbedi ekstrakciju svih nuklida koji su korisni sa praktične tačke gledišta ili su od naučnog interesa (147 43).

Proces hemijske prerade istrošenog goriva povezan je sa rješavanjem problema izolacije iz biosfere velikog broja radionuklida nastalih kao rezultat fisije jezgri uranijuma. Ovaj problem je jedan od najozbiljnijih i teško rješivih problema u razvoju nuklearne energije.

Prva faza radiohemijske proizvodnje obuhvata pripremu goriva, tj. u njegovom oslobađanju od strukturnih dijelova sklopova i uništavanju zaštitnih omotača gorivih šipki. Sljedeća faza je povezana sa prelaskom nuklearnog goriva u fazu iz koje će se vršiti hemijski tretman: u rastvor, u topljenu, u gasnu fazu. Prevođenje u rastvor najčešće se vrši otapanjem u azotnoj kiselini. U tom slučaju, uranijum prelazi u heksavalentno stanje i formira uranilni jon, UO 2 2+, i plutonijum delimično u šesto i četvorovalentnom stanju, PuO 2 2+ i Pu 4+, respektivno. Prelazak u gasnu fazu povezan je sa stvaranjem isparljivih uranijuma i plutonijum halogenida. Nakon prijenosa nuklearnih materijala, odgovarajuća faza se provodi nizom operacija koje se direktno odnose na izolaciju i pročišćavanje vrijednih komponenti i izdavanje svake od njih u obliku komercijalnog proizvoda (Sl. 36).

Fig.36. Opća shema za cirkulaciju uranijuma i plutonijuma u zatvorenom ciklusu (156).

Prerada (prerada) SNF se sastoji u ekstrakciji uranijuma, akumuliranog plutonija i frakcija fragmentacionih elemenata. U trenutku uklanjanja iz reaktora, 1 tona SNF sadrži 950-980 kg 235U i 238U, 5,5-9,6 kg Pu, kao i malu količinu α-emitera (neptunijum, americijum, kurijum itd.) , čija aktivnost može doseći 26 hiljada Ci po 1 kg SNF. Upravo ti elementi moraju biti izolirani, koncentrirani, pročišćeni i pretvoreni u potreban kemijski oblik u toku zatvorenog ciklusa nuklearnog goriva.

Tehnološki proces prerade SNF uključuje:

Mehaničko usitnjavanje (rezanje) gorivnih sklopova i gorivnih elemenata u cilju otvaranja gorivnog materijala;

Dissolution;

Pročišćavanje otopina nečistoća balasta;

Ekstraktivno odvajanje i prečišćavanje uranijuma, plutonijuma i drugih komercijalnih nuklida;

Izolacija plutonijum dioksida, neptunijevog dioksida, uranil nitrata heksahidrata i uranijum oksida;

Obrada rastvora koji sadrže druge radionuklide i njihova izolacija.

Tehnologija odvajanja uranijuma i plutonija, njihovog odvajanja i prečišćavanja od fisionih produkata zasniva se na procesu ekstrakcije uranijuma i plutonija tributil fosfatom. Izvodi se na višestepenim kontinualnim ekstraktorima. Kao rezultat toga, uranijum i plutonijum se milionima puta pročišćavaju od fisijskih proizvoda. Prerada SNF povezana je sa stvaranjem male količine čvrstog i gasovitog radioaktivnog otpada sa aktivnošću od oko 0,22 Ci/god (maksimalno dozvoljeno oslobađanje od 0,9 Ci/god) i velike količine tečnog radioaktivnog otpada.

Svi konstruktivni materijali TVEL-a su hemijski otporni, a njihovo otapanje predstavlja ozbiljan problem. Pored fisionih materijala, gorivi elementi sadrže razne akumulatore i prevlake koje se sastoje od nerđajućeg čelika, cirkonija, molibdena, silicijuma, grafita, hroma itd. Kada se nuklearno gorivo otapa, ove supstance se ne otapaju u azotnoj kiselini i stvaraju veliku količinu suspenzije i koloide u nastaloj otopini.

Navedene karakteristike gorivih šipki zahtijevale su razvoj novih metoda za otvaranje ili otapanje obloga, kao i razjašnjavanje rješenja nuklearnog goriva prije obrade ekstrakcije.

Izgaranje goriva iz reaktora za proizvodnju plutonijuma značajno se razlikuje od sagorijevanja goriva iz energetskih reaktora. Zbog toga se na preradu šalju materijali sa znatno većim sadržajem radioaktivnih fragmentacionih elemenata i plutonijuma po 1 toni U, što dovodi do povećanih zahtjeva za procesima prečišćavanja nastalih proizvoda i za osiguranje nuklearne sigurnosti u procesu prerade. Poteškoće nastaju zbog potrebe prerade i odlaganja velike količine tečnog visokoradioaktivnog otpada.

Zatim se vrši izolacija, odvajanje i prečišćavanje uranijuma, plutonijuma i neptunija u tri ciklusa ekstrakcije. U prvom ciklusu vrši se zajedničko prečišćavanje uranijuma i plutonija iz glavne mase fisionih produkata, a zatim se vrši odvajanje uranijuma i plutonija. U drugom i trećem ciklusu, uranijum i plutonijum su podvrgnuti daljem odvojenom prečišćavanju i koncentraciji. Rezultirajući proizvodi - uranil nitrat i plutonijum nitrat - stavljaju se u pufer tankove prije nego što se prebace u postrojenja za konverziju. U rastvor plutonijum nitrata se dodaje oksalna kiselina, dobijena suspenzija oksalata se filtrira, a talog kalciniše.

Plutonijum oksid u prahu se prosijava kroz sito i stavlja u kontejnere. U ovom obliku, plutonij se skladišti prije nego što uđe u pogon za proizvodnju novih gorivnih elemenata.

Odvajanje materijala za oblaganje gorivih elemenata od omotača goriva jedan je od najtežih zadataka u procesu regeneracije nuklearnog goriva. Postojeće metode se mogu podijeliti u dvije grupe: metode otvaranja sa odvajanjem materijala omotača i jezgre gorivih šipki i metode otvaranja bez odvajanja materijala za oblaganje od materijala jezgre. Prva grupa predviđa uklanjanje omotača gorivnog elementa i uklanjanje konstruktivnih materijala dok se nuklearno gorivo ne otopi. Vodeno-hemijske metode se sastoje od rastvaranja materijala ljuske u rastvaračima koji ne utiču na materijale jezgra.

Upotreba ovih metoda tipična je za preradu gorivih šipki od metalnog uranijuma u školjke od aluminija ili magnezija i njegovih legura. Aluminij se lako otapa u natrijum hidroksidu ili dušičnoj kiselini, a magnezij u razrijeđenim otopinama sumporne kiseline kada se zagrijava. Nakon što se ljuska otopi, jezgro se otopi u dušičnoj kiselini.

Međutim, gorivni elementi modernih energetskih reaktora imaju ljuske od otpornih na koroziju, teško topljivih materijala: cirkonija, legura cirkonija s kositrom (cirkalom) ili niobijem i nehrđajućeg čelika. Selektivno otapanje ovih materijala moguće je samo u visoko agresivnim sredinama. Cirkonijum se rastvara u fluorovodoničnoj kiselini, u njenim mešavinama sa oksalnom ili azotnom kiselinom, ili u rastvoru NH4F. Oklop od nerđajućeg čelika - u ključanju 4-6 M H 2 SO 4 . Glavni nedostatak hemijske metode uklanjanja ljuske je stvaranje velike količine tečnog radioaktivnog otpada sa visokim stepenom slanosti.

Da bi se smanjila količina otpada od uništavanja školjki i da bi se ovaj otpad odmah dobio u čvrstom stanju, pogodnijem za dugotrajno skladištenje, primenjuju se postupci za uništavanje školjki pod uticajem nevodenih reagenasa na povišenim temperaturama ( pirohemijske metode) se razvijaju. Školjka od cirkonija se uklanja bezvodnim hlorovodonikom u fluidizovanom sloju Al 2 O 3 na 350-800 °C. Cirkonijum se pretvara u isparljivi ZrC l4 i odvaja se od materijala jezgra sublimacijom, a zatim hidrolizira, formirajući čvrsti cirkonijum dioksid . Pirometalurške metode se zasnivaju na direktnom topljenju ljuski ili njihovom otapanju u talini drugih metala. Ove metode iskorištavaju razliku u temperaturama topljenja materijala omotača i jezgre, ili razliku u njihovoj topljivosti u drugim rastopljenim metalima ili solima.

Mehaničke metode uklanjanja ljuske uključuju nekoliko faza. Prvo se krajnji dijelovi gorivnog sklopa odsijeku i rastavljaju na snopove gorivnih elemenata i na zasebne gorivne elemente. Zatim se školjke mehanički uklanjaju odvojeno od svakog gorivnog elementa.

Otvaranje gorivih šipki može se izvesti bez odvajanja materijala za oblaganje od materijala jezgre.

Prilikom implementacije vodeno-hemijskih metoda, ljuska i jezgro se rastvaraju u istom rastvaraču kako bi se dobilo zajedničko rješenje. Zajedničko otapanje je preporučljivo pri preradi goriva s visokim sadržajem vrijednih komponenti (235U i Pu) ili pri preradi u istom pogonu različite vrste TVEL-i se razlikuju po veličini i konfiguraciji. U slučaju pirokemijskih metoda, gorivni elementi se tretiraju plinovitim reagensima koji uništavaju ne samo oblogu, već i jezgro.

Uspješnom alternativom metodama otvaranja uz istovremeno uklanjanje ljuske i metodama zajedničkog uništavanja ljuske i jezgri pokazala se metoda "rezanja-luženja". Metoda je pogodna za obradu gorivih šipki u oblogama koje su netopive u dušičnoj kiselini. Sklopovi gorivih šipki se režu na male komadiće, otkriveno jezgro gorivne šipke postaje dostupno dejstvu hemijskih reagensa i rastvara se u azotnoj kiselini. Neotopljene školjke se ispiru od ostataka otopine zadržanog u njima i uklanjaju u obliku otpada. Rezanje gorivih šipki ima određene prednosti. Nastali otpad - ostaci školjki - su u čvrstom stanju, tj. nema stvaranja tečnog radioaktivnog otpada, kao u slučaju hemijskog rastvaranja ljuske; nema značajnijeg gubitka vrijednih komponenti, kao u slučaju mehaničkog uklanjanja školjki, budući da se segmenti školjki mogu oprati s visokim stupnjem potpunosti; konstrukcija mašina za sečenje je pojednostavljena u poređenju sa konstrukcijom mašina za mehaničko skidanje omotača. Nedostatak metode sečenja-luženja je složenost opreme za rezanje gorivih šipki i potreba za njenim daljinskim održavanjem. Trenutno se istražuje mogućnost zamjene metoda mehaničkog rezanja elektrolitičkim i laserskim metodama.

Istrošeno gorivo energetskih reaktora sa visokim i srednjim sagorevanjem akumulira veliku količinu gasovitih radioaktivnih produkata koji predstavljaju ozbiljnu biološku opasnost: tricijum, jod i kripton. U procesu rastvaranja nuklearnog goriva, oni se uglavnom oslobađaju i odlaze s tokovima plina, ali dijelom ostaju u otopini, a zatim se distribuiraju u velikom broju proizvoda duž cijelog lanca prerade. Posebno je opasan tricij, formirajući tricijsku HTO vodu, od koje je teško odvojiti obična voda H2O. Stoga se u fazi pripreme goriva za otapanje uvode dodatne operacije za oslobađanje goriva od najveće količine radioaktivnih plinova, koncentrišući ih u male količine otpadnih proizvoda. Komadi oksidnog goriva se podvrgavaju oksidativnom tretmanu kisikom na temperaturi od 450-470 ° C. Kada se struktura rešetke goriva preuredi zbog prijelaza UO 2 -U 3 O 8, oslobađaju se plinoviti produkti fisije - tricij , jod, plemeniti gasovi. Otpuštanje materijala goriva tokom oslobađanja gasovitih produkata, kao i tokom prelaska uran-dioksida u azot-oksid, ubrzava naknadno otapanje materijala u azotnoj kiselini.

Izbor metode za pretvaranje nuklearnog goriva u rastvor zavisi od hemijskog oblika goriva, načina preliminarne pripreme goriva i potrebe da se obezbedi određeni učinak. Metalni uranijum se rastvara u 8-11M HNO 3, a uranijum dioksid - u 6-8M HNO 3 na temperaturi od 80-100 o C.

Uništavanje sastava goriva nakon rastvaranja dovodi do oslobađanja svih radioaktivnih fisionih produkata. U tom slučaju plinoviti fisioni produkti ulaze u sistem za pražnjenje izduvnih plinova. Otpadni plinovi se čiste prije ispuštanja u atmosferu.

Izolacija i prečišćavanje ciljnih proizvoda

Uranijum i plutonijum, odvojeni nakon prvog ciklusa ekstrakcije, podvrgavaju se daljem prečišćavanju od fisionih produkata, neptunija i jedan od drugog do nivoa koji zadovoljava specifikacije NFC-a, a zatim se pretvaraju u robni oblik.

Najbolji rezultati za dalje prečišćavanje uranijuma postižu se kombinacijom različitih metoda, kao što su ekstrakcija i jonska izmjena. Međutim, u industrijskim razmjerima ekonomičnije je i tehnički lakše koristiti ponavljanje ciklusa ekstrakcije s istim otapalom - tributil fosfatom.

Broj ciklusa ekstrakcije i dubina prečišćavanja uranijuma određuju se vrstom i sagorijevanjem nuklearnog goriva koje se isporučuje za ponovnu obradu i zadatkom odvajanja neptunija. Da bi se ispunile specifikacije za sadržaj α-emitera nečistoća u uranijumu, ukupni faktor prečišćavanja od neptunija mora biti ≥500. Uran se nakon sorpcionog prečišćavanja ponovo ekstrahuje u vodeni rastvor, koji se analizira na čistoću, sadržaj uranijuma i stepen obogaćenja u smislu 235U.

Završna faza rafiniranja urana namijenjena je za pretvaranje u uranijum okside - bilo taloženjem u obliku uranil peroksida, uranil oksalata, amonijum uranil karbonata ili amonijum uranata sa njihovim naknadnim kalcinacijom, ili direktnim termičkim razlaganjem uranil nitrata heksahidrata.

Plutonijum se nakon izdvajanja iz glavne mase uranijuma podvrgava daljem prečišćavanju od fisionih produkata, uranijuma i drugih aktinida do sopstvene pozadine u smislu γ- i β-aktivnosti. Kao krajnji proizvod, pogoni nastoje da dobiju plutonijum dioksid, a kasnije, u kombinaciji sa hemijskom obradom, proizvedu gorivne šipke, što omogućava izbegavanje skupog transporta plutonijuma, što zahteva posebne mere opreza, posebno pri transportu rastvora plutonijum nitrata. Sve faze tehnološkog procesa prečišćavanja i koncentracije plutonijuma zahtevaju posebnu pouzdanost sistema nuklearne bezbednosti, kao i zaštitu osoblja i sprečavanje mogućnosti zagađenja životne sredine usled toksičnosti plutonijuma i visokog nivoa α- radijacije. Prilikom izrade opreme uzimaju se u obzir svi faktori koji mogu uzrokovati nastanak kritičnosti: masa fisijskog materijala, homogenost, geometrija, refleksija neutrona, umjerenost i apsorpcija neutrona, kao i koncentracija fisionog materijala u ovom procesu, itd. Minimalna kritična masa vodenog rastvora plutonijum nitrata je 510 g (ako postoji vodeni reflektor). Nuklearna sigurnost u izvođenju operacija u plutonijumskoj grani je obezbeđena posebnom geometrijom uređaja (njihov prečnik i zapremina) i ograničenjem koncentracije plutonijuma u rastvoru, koja se stalno prati u određenim tačkama u kontinuiranom procesu.

Tehnologija konačnog prečišćavanja i koncentriranja plutonija zasniva se na uzastopnim ciklusima ekstrakcije ili jonske izmjene i dodatnoj operaciji rafiniranja taloženja plutonija nakon čega slijedi njegova termička transformacija u dioksid.

Plutonijum dioksid ulazi u postrojenje za kondicioniranje, gdje se kalcinira, drobi, prosijava, dozira i pakira.

Za proizvodnju mešanog uranijum-plutonijumskog goriva svrsishodna je metoda hemijske koprecipitacije uranijuma i plutonijuma, koja omogućava postizanje potpune homogenosti goriva. Takav proces ne zahtijeva odvajanje uranijuma i plutonijuma tokom prerade istrošenog goriva. U ovom slučaju, miješani rastvori se dobijaju delimičnim odvajanjem uranijuma i plutonijuma povratnom ekstrakcijom. Na ovaj način je moguće dobiti (U, Pu)O2 za lakovodne termalne reaktore sa sadržajem PuO2 od 3%, kao i za reaktore na brzim neutronima sa sadržajem PuO2 od 20%.

Rasprava o svrsishodnosti regeneracije istrošenog goriva nije samo naučne, tehničke i ekonomske, već i političke prirode, budući da postavljanje izgradnje postrojenja za regeneraciju predstavlja potencijalnu prijetnju širenju nuklearno oružje. Centralni problem je osigurati potpunu sigurnost proizvodnje, tj. pružanje garancija za kontrolisanu upotrebu plutonijuma i bezbednost životne sredine. Stoga se sada stvaraju efikasni sistemi za praćenje tehnološkog procesa hemijske prerade nuklearnog goriva, koji pružaju mogućnost određivanja količine fisionih materijala u bilo kojoj fazi procesa. Prijedlozi tzv. alternativnih tehnoloških procesa, kao što je CIVEX proces, u kojem se plutonij ni u jednoj fazi procesa ne odvaja u potpunosti od uranijuma i fisionih produkata, također se koriste za osiguranje neširenja nuklearnog oružja, što uvelike otežava mogućnost njegove upotrebe u eksplozivnim napravama.

Civex - reprodukcija nuklearnog goriva bez odvajanja plutonija.

Kako bi se poboljšala ekološka prihvatljivost prerade SNF-a, razvijaju se nevodeni tehnološki procesi koji se zasnivaju na razlikama u promjenjivosti komponenti prerađenog sistema. Prednosti nevodenih procesa su njihova kompaktnost, odsustvo jakih razblaženja i stvaranja velikih količina tečnog radioaktivnog otpada, te manji uticaj procesa radijacijske razgradnje. Dobijeni otpad je u čvrstoj fazi i zauzima mnogo manji volumen.

Trenutno se radi varijanta organizacije nuklearne elektrane, u kojoj se u elektrani ne grade iste jedinice (npr. tri bloka istog tipa na termalnim neutronima), već različite vrste (npr. dva termalna i jedan brzi reaktor). Prvo se gorivo obogaćeno 235U sagorijeva u termičkom reaktoru (uz formiranje plutonijuma), zatim se OTN gorivo prenosi u brzi reaktor, u kojem se 238U obrađuje zbog nastalog plutonijuma. Nakon završetka ciklusa upotrebe, SNF se isporučuje u radiohemijsko postrojenje koje se nalazi na teritoriji nuklearne elektrane. Postrojenje se ne bavi potpunom preradom goriva – ograničeno je na odvajanje uranijuma i plutonijuma iz istrošenog nuklearnog goriva (destilacijom heksafluoridnih fluorida ovih elemenata). Odvojeni uranijum i plutonijum se koriste za proizvodnju novog mešanog goriva, a preostali SNF ide ili u postrojenje za separaciju korisnih radionuklida ili za odlaganje.

Razvoj nuklearne energije izazvao je toliko katastrofa i ljudskih žrtava da još uvijek ne možemo procijeniti izglede za razvoj nuklearne industrije, stavljajući na jednu stranu ljestvice njenu očiglednu ekonomsku korist, a na drugu ne manje očiglednu opasnost. Iako stručnjaci, koji su uvjereni da nuklearna energija ne postoji, pokušavaju učiniti sve kako bi ovu opasnost sveli na minimum. Danas u svijetu u nuklearnim elektranama radi 440 jedinica, a većina zemalja neće ukinuti svoje nuklearne programe. No, ne treba zaboraviti da nuklearne elektrane osim električne energije koja je toliko neophodna čovječanstvu proizvodi i radioaktivni nuklearni otpad. Njihova prerada i odlaganje jedan je od glavnih problema koji pogađa ne samo predstavnike nuklearne industrije, već i ekolozi, političari, i uglavnom i svako od nas. A da bismo barem djelimično razumjeli ovaj problem, obratili smo se dvama mjerodavnim, ali prilično polarnim mišljenjima. Prvi pripada predsedniku Ruskog naučnog centra „Kurčatovski institut“, akademiku Jevgeniju Pavloviču Velihovu, a drugi dopisnom članu Ruske akademije nauka, potpredsedniku Međunarodne geografske unije
Nikita Fedorovič Glazovski i doktor geografije, vodeći istraživač Instituta za geografiju Ruske akademije nauka Nikolaj Nikolajevič Kljujev.

Šta je istrošeno nuklearno gorivo?

Ukratko, radi se o uranijumu koji je radio u nuklearnom reaktoru i koji sadrži radioaktivne produkte fisije. Stoga se naziva i ozračenim, ili sagorelim, nuklearnim gorivom. U opšteprihvaćenom smislu, gorivo je ono što gori, odnosno ogrevno drvo, ugalj, nafta, gas. Sagorijevanje je kemijska reakcija kombinacije tvari s oksidacijskim sredstvom (u navedenim primjerima ugljikovodični spojevi s kisikom), koja se odvija uz intenzivno oslobađanje topline. To je sagorijevanje koje se koristi u tehnologiji za proizvodnju topline u pećima, pećima i komorama za sagorijevanje motora. Moderna civilizacija je u osnovi zasnovana na ovoj "vatrenoj" energiji. Nuklearno gorivo "gori" sasvim drugačije. Uranijum oslobađa toplotu kao rezultat ne hemijske, već fizičke reakcije fisije, za čiju tok nije potreban ni kiseonik ni bilo koje drugo oksidaciono sredstvo. Svakim činom fisije teškog jezgra uranijuma-235, iniciranog apsorpcijom sporog neutrona, nastaju 2, a ponekad i 3 lakša jezgra i nekoliko brzih neutrona. Budući da su pozitivno nabijene, ove jezgre se rasipaju velikom brzinom u različite strane i, sudarajući se s okolnim atomima, prenose im svoju kinetičku energiju, odnosno zagrijavaju supstancu. Postoje dvije vrste istrošenog nuklearnog goriva (SNF). Prvi je prirodna mješavina izotopa uranijuma, koja je dugo bila zračena u industrijskom reaktoru kako bi se akumulirao plutonij za oružje. Drugi su gorivi sklopovi energetskih reaktora koji sadrže gorivne šipke (gorivne elemente) od obogaćenog uranijuma, čije je sagorijevanje doseglo tehnološku granicu zbog akumulacije produkata fisije.

SNF uvijek sadrži tri komponente:
. Nesagoreli uranijum
. Proizvodi fisije uranijuma
. Transuranijumski elementi

Istrošeno ili ozračeno nuklearno gorivo obično se naziva uranijum koji je bio u nuklearnom reaktoru i podvrgnut reakciji fisije. Zapravo, istrošeno nuklearno gorivo sadrži razne proizvode fisije, kao i značajnu količinu neizgorenog uranijuma. Jedan od glavnih problema sa upravljanjem SNF-om je taj što se radi o mješavini različitih supstanci, od kojih neke još uvijek mogu biti korisne, a neke više nisu prikladne za upotrebu. Ovdje se otvara prilično široko polje za diskusiju – može li se SNF smatrati radioaktivnim otpadom (RAO) ili ne?

Po čemu se SNF razlikuje od "svježeg" nuklearnog goriva?

"Svježe" se odnosi na nuklearno gorivo prije ubacivanja u reaktor, istrošeno isto gorivo, ali nakon ozračivanja. Glavna razlika između SNF i "svježeg" goriva je ogromna radioaktivnost zbog akumuliranih fisionih produkata. Vrlo niska radioaktivnost karakteristična je za "svježe" nuklearno gorivo. Toliko slaba da u proizvodnji blokova od livenog prirodnog uranijuma nema potrebe da se koristi zaštita od zračenja za osoblje. Ovdje u Institutu Kurchatov, posjetiteljima koji posjete prvi eksperimentalni reaktor F-1 u Evropi i Aziji (koji, inače, uspješno radi od 1946.), čak je dozvoljeno da jedan od ovih blokova drže u rukama bez straha od bilo kakvom izlaganju radijaciji. Istina, upozoravaju: "Oprez!" Ali iza ovog upozorenja, umjesto riječi "radijacija!" treba da bude "ne ispuštaj!" Sa gustinom od oko 18 g/cm 3, mali blok koji udobno stane na dlan je neočekivano masivan (njegova težina, prečnika 35 mm i visine 100 mm, iznosi 1,7 kg). Ali SNF, naprotiv, jedan je od najopasnijih objekata nuklearnog gorivnog ciklusa. Čak i kratkotrajni boravak osobe u blizini SNF istovarenog iz nuklearnog reaktora neizbježno je praćen vrlo visokim dozama zračenja. Stoga se sve operacije sa SNF-om izvode samo na daljinu, koristeći moćnu zaštitnu zaštitu od prodornog jonizujućeg zračenja.

Postoje mnoge razlike između "svježeg" i istrošenog nuklearnog goriva. Ali u kontekstu teme o kojoj se raspravlja, čini se da je glavna stvar da gorivo koje nije bilo u reaktoru, naravno, ima radioaktivnost, ali je njen nivo relativno nizak. Njegova opasnost za okoliš i zdravlje ljudi je neuporedivo mala u odnosu na istrošeno nuklearno gorivo, čija je radioaktivnost ogromna i može nanijeti izuzetno ozbiljnu štetu prirodi, a predstavlja i direktnu prijetnju zdravlju i životu ljudi.

Ovdje treba naglasiti da pri rukovanju SNF imamo posla sa vrlo opasnom supstancom, a svaka hitnost ili kršenje tehnologije prilikom njegove obrade neminovno će dovesti do najtežih posljedica. Stoga bi pri odlučivanju o preporučljivosti uvoza SNF iz inostranstva i procjeni finansijske koristi od ovog preduzeća bilo ispravno uzeti u obzir, između ostalog, i moguće ekonomske gubitke u slučaju bilo kakve vanredne situacije.

Postoji jedan vrlo neočekivan aspekt u problemu o kojem se raspravlja, kojem se malo pažnje posvećuje. To je pojava novih izotopa koji uopće ne postoje u prirodi. "Svježi" uranijum, koji nije bio u reaktoru, nalazi se u zemljinoj kori. Općenito je proučavana reakcija biosfere na povećanje ili smanjenje njene količine. Ali na kraju krajeva, tokom nuklearne fuzije koja se odvija u reaktoru, nastaju transuranski elementi i umjetni izotopi običnih tvari - ovo je, po mom mišljenju, jedan od veliki problemi nuklearna energija, i ne samo ona. Pred modernim čovječanstvom postavlja se u punom porastu pitanje zagađenja biosfere onim elementima i kemijskim spojevima koji nikada nisu bili u njoj. Dozvolite mi da objasnim svoju ideju: ranije je sol bila razbacana po ulicama gradova za borbu protiv leda. Zbog toga je vegetacija umrla, ali nije bilo posebnog zagađenja biosfere u cjelini, jer su i natrijum i hlor (koji čine kuhinjsku so) jedan od najčešćih elemenata zemljine kore. Određena preraspodjela ovih supstanci, općenito, nije tragična, iako može izazvati vrlo negativne posljedice za ovaj javni vrt. Sasvim je druga stvar kada se počnu akumulirati potpuno novi kemijski elementi i tvari koje se u prirodi nalaze u izuzetno malim količinama. Šta će biti u ovom slučaju, to jednostavno niko ne zna, jer još nemamo relevantno iskustvo. Čini mi se da je problem novih izotopa i hemijskih jedinjenja možda čak i ozbiljniji od problema radioaktivne kontaminacije, o čemu je naše znanje u poslednje vreme značajno poraslo. Istovremeno, provođenje barem dvofaznog ispitivanja određene tvari je vrlo skupo, zbog čega se značajan dio novonastalih spojeva uopće ne procjenjuje sa ekološkog stajališta.

Po čemu se SNF razlikuje od radioaktivnog otpada (RW)?

Prije svega, činjenica da je SNF vrijedan proizvod koji sadrži 2 korisne komponente - neizgorjeli uranijum i transuranijumske elemente. Osim toga, proizvodi fisije sadrže radionuklide (radioaktivne izotope), koji se mogu uspješno koristiti u industriji, medicini, ali iu naučnim istraživanjima. Nakon što se iz istrošenog nuklearnog goriva, koje predstavlja neodvojenu mješavinu korisnih i nepotrebnih produkata, odvoje najmanje dvije korisne komponente, neizgorjeli uranij i transuranijski elementi, uključujući plutonij, ostatak se pretvara u posebnu vrstu radioaktivnog otpada – otpad visoke specifične aktivnosti.

Nuklearni stručnjaci predlažu da se koncept "istrošenog nuklearnog goriva" ne miješa s konceptom "radioaktivnog otpada". U principu, razlozi za to
postoji odvajanje SNF sadrži različite elemente koji se mogu ponovo koristiti, uključujući i za proizvodnju energije. Otpad je, s druge strane, nešto što se ne može koristiti. Pa ipak, mora se reći da je između ovih pojmova vrlo tanka linija. Postoji izraz da je otpad isti prirodni resurs, samo na pogrešnom mjestu, u pogrešno vrijeme i u pogrešnoj količini. Sam koncept "otpada" je veoma relativan i zavisi od mnogih uslova. Dakle, koliko god korisnih komponenti otpad sadržavao, ako su troškovi vađenja previsoki, otpad će ostati otpad.

Osim toga, mora se reći da neki reaktori, u stvari, rade za proizvodnju otpada, na primjer, stvarajući plutonijum za oružje. U takvim reaktorima nastaju oni izotopi koji se potom mogu koristiti u nuklearnom oružju i u ovaj slučaj proizvodnja energije je sporedni proces, a glavni je proizvodnja otpada (ako se zaustavi proizvodnja nuklearnog oružja). Ako se proizvodnja nuklearnog oružja nastavi ili se plutonij koristi kao gorivo za nuklearne elektrane, onda će proizvodi takvih reaktora automatski prestati biti otpad.

Kada je nastao problem rukovanja SNF?

Ovaj problem je u punom porastu nastao tokom stvaranja domaćeg nuklearnog oružja kasnih 1940-ih. To je uspješno riješeno kao rezultat projektovanja i izgradnje prve radiohemijske tvornice velikog kapaciteta (RCP) u našoj zemlji na Uralu, u gradu Čeljabinsk-40, na bazi br. 10, sada poznatoj kao fabrika Majak . Prvobitni zadatak fabrike bio je da dobije plutonijum za oružje, ali je ceo lanac hemijskih reakcija koje razdvajaju različite elemente jedan od drugog, naravno, pogodan za preradu SNF sa nuklearne elektrane. Drugi domaći RCP rade po sličnoj šemi u Sibirskim i Rudarsko-hemijskim kombinatima u gradovima Tomsk-7 (SGChE) i Krasnojarsk-26 (GCC). Isti problem riješili su RCP-ovi u SAD-u, Velikoj Britaniji, Francuskoj i Kini.

Sa velikim stepenom vjerovatnoće, može se pretpostaviti da su slična radio-hemijska postrojenja male snage koristili Indija i Pakistan u dobivanju plutonija za nacionalna nuklearna punjenja. Trenutno se engleski RHZ kompanije BNFL (Sellafield), koji se nalazi na obali unutrašnjeg Irskog mora, i francuski iz kompanije Cogema na Cape Ag, u Engleskom kanalu, odlikuju velikom produktivnošću.

Sa smanjenjem programa nuklearnog naoružanja i rastom broja nuklearnih elektrana, radiohemijska postrojenja su se sve više preorijentisala na preradu istrošenog nuklearnog goriva iz energetskih reaktora. Konkretno, naš prvi RCW u Čeljabinsku-40 je nadograđen u tu svrhu i od tada je preimenovan u RT-1. Izgrađen da se uruši Sovjetski savez druga fabrika "RT-2" je ukinuta.

Sjedinjene Države su odabrale strategiju odloženog (na 50-70 godina) odlaganja nuklearnog goriva istovarenog i istovarenog iz 107 američkih nuklearnih elektrana, započinjući izgradnju dubokog federalnog skladišta za istrošeno nuklearno gorivo, koje se smatra strateškom državnom rezervom .

Ubrzo nakon stvaranja nuklearnog oružja, pojavile su se poteškoće sa odlaganjem radioaktivnog materijala istrošenog nuklearnog goriva i radioaktivnog otpada. Dakle, problem o kojem se raspravlja star je skoro šest decenija. U javnosti se ukorijenio stereotip da je nuklearna energija nešto strašno i, naravno,
štetno.

S tim u vezi dolazi do sljedećeg razmišljanja: generalno govoreći, većina tehnoloških procesa je razvijena ne vodeći računa o tome kako će utjecati na prirodnu sredinu. Ali baš u vrijeme nastanka nuklearne energije, kada je postojala svijest o opasnosti koju predstavljaju objekti nuklearne industrije, nastojali su da posvete veliku pažnju sigurnosnim pitanjima. Druga stvar je da su sigurnosni razlozi često (posebno u prvim godinama nuklearne energije) žrtvovani radi ekonomske i političke svrsishodnosti. Osim toga, najvažnija pitanja koja su izgledala kao sporedna u početku nisu bila promišljena.

Kako zbrinuti radioaktivni otpad, šta raditi sa istrošenim nuklearnim gorivom, da li je moguće demontirati zastarele nuklearke, kako zatvoriti ciklus nuklearnog goriva?

Sva ova „neprijatna“ pitanja su željela da se ne primećuju, a njihova odluka je odložena za kasnije. Problem upravljanja SNF-om je sada toliko akutan u mnogim aspektima upravo zato što se gomilao decenijama. I uglavnom, tradicija donošenja odluka bez razmišljanja o sutra je opstala do danas.

Zašto druge zemlje ne grade postrojenja za preradu SNF?

Prerada istrošenog nuklearnog goriva iz nuklearnih elektrana očigledna je budućnost svih država koje razvijaju nuklearnu energiju. Takvo "zatvaranje" ciklusa nuklearnog goriva (NFC) ekonomski je izvodljivo iz više razloga. Prije svega, potražnja za prirodnim uranijumom je značajno smanjena (za 1/6 dijela), kako zbog povratka 235. izotopa uranijuma koji nije izgorio u reaktoru, tako i zbog stvaranja novog nuklearnog goriva - plutonijum. Kao izvor toplotne energije, 1 gram plutonijuma, inače, odgovara oko 1 toni nafte. Prerađeni SNF može se koristiti za proizvodnju gorivih šipki, uključujući i one na bazi mješavine oksida uranijuma i plutonijuma (tzv. MOX gorivo). Osim ekonomske koristi, zatvaranje ciklusa nuklearnog goriva smanjuje rizik od nuklearne proliferacije zbog “sagorevanja” nastalog plutonija, koji se mora skladištiti pod izuzetno strogom kontrolom u otvorenom ciklusu. Iako je svijet nakupio oko 240.000 tona SNF-a, samo 85.000 tona je ponovo prerađeno. Od 30 država koje razvijaju nuklearnu energiju, samo su Velika Britanija, Francuska i Rusija izgradile i koriste RCP-ove za preradu istrošenog nuklearnog goriva iz nuklearnih elektrana. Razlog tome su i ekonomski razlozi, jer je izgradnja RCC-a ekonomski isplativa samo sa godišnjim kapacitetom od 1.500 tona SNF-a, za šta je potrebno raditi oko 50 velikih nuklearnih elektrana. Stoga je i Japan, koji već ima 54 nuklearne elektrane koje proizvode 1/3 ukupne električne energije, također započeo izgradnju RCP-a i planira ga pustiti u rad za 23 godine. Istovremeno, potreba za preradom istrošenog nuklearnog goriva navela je vlasnike mnogih nuklearnih elektrana da traže poduzetnike koji su spremni preuzeti ovaj posao. Novonastalu nišu popunila su već spomenuta engleska i francuska radiohemijska postrojenja. Već nekoliko decenija, po dugoročnim ugovorima, prerađuju istrošeno nuklearno gorivo iz nuklearnih elektrana u Belgiji, Nemačkoj, Švajcarskoj, Japanu i drugim zemljama. Sine qua non takvi ugovori vraćaju sve tri prethodno navedene komponente SNF-a (uključujući otpad visoke specifične aktivnosti) u zemlju dobavljača ovog goriva. Inače, napominjemo da je Rusija u skladu sa ranije zaključenim međunarodnim sporazumima prerađivala i istrošeno nuklearno gorivo koje je dolazilo iz nuklearnih elektrana izgrađenih po sovjetskim nacrtima u Bugarskoj, Mađarskoj, DDR-u, Finskoj, Čehoslovačkoj i napunjenih „svježim“ nuklearnim gorivo dopremljeno iz SSSR-a i Rusije. Trenutno se takve operacije izvode za SNF iz nuklearnih elektrana u Armeniji, Bugarskoj i Ukrajini. Snižavanje praga za nuklearnu konfrontaciju je praćeno smanjenjem obima posla u prerađivačkim preduzećima kako kod nas tako i u inostranstvu. Ispražnjene kapacitete RKO je svrsishodno iskoristiti za preradu SNF iz stranim zemljama. Inicijativa Ministarstva za atomsku energiju Ruske Federacije, koja je sada zakonski zacrtana, pokušaj je konkurisanja na ovom visokoprofitabilnom tržištu.

Činjenica je da je projektovanje, izgradnja i rad radiohemijskog preduzeća ekonomski opravdano samo za države sa razvijenom nezavisnom nuklearnom industrijom. Osim toga, zemlja koja odluči da izgradi radiohemijsko postrojenje mora imati odgovarajuću tehnologiju i visoko kvalifikovano osoblje. Rusija ima sve.

Zato je bilo moguće "progurati" zakon o uvozu stranog istrošenog nuklearnog goriva. Međutim, ne treba zaboraviti da lavovski dio radioaktivnosti, čiji je izvor cijela nuklearna industrija, otpada na radiohemijska postrojenja. A nakon što smo odlučili da preradimo tuđi SNF, moramo shvatiti da značajan dio radioaktivnosti zadržavamo za sebe. Za sada radiohemijska postrojenja, osim u Rusiji, rade u Francuskoj i Velikoj Britaniji. Sjedinjene Države se pridržavaju takozvane odgođene odluke i preferiraju da svoje istrošeno nuklearno gorivo čuvaju u posebnim skladištima kako bi ga u budućnosti preradili ili izvršili konačno odlaganje. U Japanu postoji pilot postrojenje za preradu SNF-a, ali njegov kapacitet je mali, a ova zemlja uglavnom koristi usluge evropskih kompanija.

Kako se SNF transportuje?

Problem transporta istrošenog nuklearnog goriva, koji postoji od izgradnje RCP-a za potrebe izdvajanja plutonijuma kao nuklearnog eksploziva, postao je akutniji nakon izgradnje prvih nuklearnih elektrana. Uostalom, industrijski reaktori i RCP nalaze se na istom mjestu ili blizu jedan drugom (na primjer, u Čeljabinsku-40 razdvojeni su za samo 2 km), dok su nuklearne elektrane izgrađene u regijama kojima je jako potrebna struja i mnogo hiljada kilometara daleko od RCP-a. Prilikom transporta SNF-a sa lokacija NE morala su se riješiti 3 zadatka: osigurati radijacionu sigurnost osoblja i javnosti (uključujući i vanredne situacije), isključiti pregrijavanje SNF-a tokom transporta i poduzeti mjere protiv pokušaja krađe goriva od strane uljeza. . To je učinjeno kao rezultat razvoja masivnih zaštitnih kontejnera od materijala koji apsorbiraju zračenje poput lijevanog željeza, čelika i betona, koji smanjuju intenzitet zračenja do prihvatljivih granica, te specijaliziranih kontejnerskih vozova. Svake godine putevima Rusije prođe 30 transporta sa radijacijsko opasnim teretom, a do sada nije zabilježena niti jedna nesreća. U Sjedinjenim Državama, teške prikolice se uglavnom koriste za transport SNF kontejnera. U Švedskoj, gdje je većina nuklearnih elektrana na kopnu balticko more, u tu svrhu razvijeni su i izgrađeni specijalizovani brodovi. Transport istrošenog nuklearnog goriva iz japanskih nuklearnih elektrana do prerađivačkih postrojenja u Velikoj Britaniji i Francuskoj također se obavlja morskim putem. Za 50 godina transporta istrošenog nuklearnog goriva i drugih izvora jonizujućeg zračenja visoke aktivnosti (posebno onih koji se koriste u radioterapiji malignih bolesti) nije zabilježen niti jedan slučaj udesa sa posljedicama zračenja, iako je više od 1 milion takvi transporti su već obavljeni u svijetu.

Kako u našoj zemlji tako i u inostranstvu, glavni transport SNF se obavlja u specijalnim željezničkim vagonima, kao i na pomorskim plovilima namijenjenim za ovu namjenu. I željeznički i otprema SNF se mora provoditi pod sigurnosnom kontrolom, a sami kontejneri mogu izdržati velika vanjska opterećenja. Nukleari tvrde da je transport istrošenog nuklearnog goriva u ovakvim uslovima apsolutno bezbedan i da nikada nije bilo incidenata. Međutim, ova oblast je apsolutno tajna i ne možemo reći da jesmo potpune informacije po ovom pitanju. Štaviše, na svjetlu nedavni događaji U svijetu, sa stanovišta terorističke prijetnje, transport SNF-a, naravno, postaje vrlo nesiguran poduhvat.

Ovom se mora dodati da su se, u svakom slučaju, dešavale nezgode prilikom transporta radioaktivnog otpada, a takav transport je, vjerovatno, bio praćen i pojačanim mjerama sigurnosti. I još nešto: uprkos režimu tajnosti, rute vozova i brodova povremeno postaju javne, čemu svjedočimo gledajući proteste "zelenih". Dakle, problem transporta SNF svakako postoji, iako nas pokušavaju uvjeriti u suprotno.

Kako prerada SNF ugrožava ekološku situaciju?

Rad domaćeg RCP-a u prvim godinama njegovog rada bio je praćen prekomjernom izloženošću radijaciji ne samo osoblja, već i okoliša. Prilikom izrade projekta ovog jedinstvenog industrijskog preduzeća nije se bilo moguće osloniti ni na kakvo iskustvo. I iako su u elektrani obezbeđena i izgrađena skladišta za radioaktivni otpad, brojne vanredne situacije, posebno u prvom periodu njenog rada, brzo su dovele do njihovog prelivanja. Već 1949. godine, zadatak čišćenja ispusta u hidroelektranu, posebno u rijeku Techa, postavljen u projektnom zadatku za projektiranje RCP-a, morao je biti skinut s dnevnog reda, stvaranje takvog sistema je značajno odložilo rad na dobijanju plutonijuma za prvu sovjetsku atomsku bombu. Jedan od veterana Minatoma, A.K. Kruglov u svojoj knjizi “Kako je stvorena nuklearna industrija SSSR-a” piše da je “do kraja 1949. bilo potrebno izabrati: ili nastaviti proizvodnju plutonijuma, ili zaustaviti postrojenje zaustavljanjem ispuštanja radioaktivne vode u rijeka Techa. Odluka je donesena. Proizvodnja plutonijuma je nastavljena. Posebna komisija odobrila je prijedlog elektrane, uz podršku Ministarstva zdravlja SSSR-a, da se endorejsko jezero Karačaj koristi za odlaganje radioaktivnih otopina. Zbog zagađenja rijeke i priobalnog područja, zračenju je bilo izloženo 124 hiljade ljudi koji žive na području plavnog područja rijeke u Čeljabinskoj i Kurganskoj oblasti. Velike doze zračenja (do 170 rem) primilo je 28 hiljada ljudi. Registrovano je 935 slučajeva hronične radijacijske bolesti. Morao sam da preselim oko 8 hiljada ljudi iz 21 naselja.”

Naravno, danas je situacija daleko od tipične za eru trke nuklearno oružje. Višedecenijski rad na smanjenju zapremine i aktivnosti nastalog otpada, kreiranje i unapređenje metoda i sredstava za čišćenje tečnih i hvatanja gasovitih radioaktivnih materija, kao i optimizacija vremena zadržavanja istovarenog SNF nisu bili uzaludni. Trenutno, ispuštanja i ispuštanja radionuklida iz RCP-a ne prelaze dozvoljene vrijednosti koje su utvrdila kontrolna i nadzorna tijela neovisna od Ministarstva za atomsku energiju Rusije, automatizirani radiometrijski i spektrometrijski kontrolni sistemi omogućavaju brzo zaustavljanje neprihvatljivih ispuštanja. slanje u dodatno stvorene skladišne ​​prostore ili smanjenje produktivnosti postrojenja. Iskustvo rada „mokrog“ skladišta SNF-a u Rudarsko-hemijskom kombinatu Krasnojarsk pokazuje da se u emisijama nalazi samo Cs-137, čija je koncentracija 250 puta niža od dozvoljene koncentracije koju je utvrdilo rusko Ministarstvo zdravlja godine. u skladu sa međunarodnim preporukama. Vrijedi spomenuti da se u Velikoj Britaniji i Francuskoj tekući otpad iz RCP-a i dalje odlaže u more, što dovodi do povećane koncentracije radionuklida koje je stvorio čovjek ne samo u blizini Irskog mora i La Manchea, već i hiljadama kilometara dalje. Konkretno, ispuštanja iz engleskog RCW-a su glavni izvor dugovječnih radionuklida kao što su Sr-90 i Cs-137 s poluraspadom od 28 i 30 godina u Sjevernom, Norveškom, Barentsovom, Karskom i čak Bijelo more. U skladu sa odlukom zemalja potpisnica Londonske konvencije, planirano je da se takva ispuštanja u more zaustave do 2018. godine. U našoj zemlji je ispuštanje tekućeg radioaktivnog otpada (uglavnom iz rada nuklearnih podmornica) obustavljeno 1993. godine.

Radioekološki problemi prerade SNF moderne tehnologije i akumulirano iskustvo u osnovi riješeno. Naravno, navedeno se ne odnosi na težak zadatak sanacije radioaktivno kontaminiranih područja, posebno u blizini elektrane Mayak, posebno jezera Karachay i Techa kaskade akumulacija i teritorija zahvaćenih nesrećom 1986. godine u nuklearnoj elektrani Černobil. To će zahtijevati višegodišnji rad i više milijardi dolara. Da bismo procijenili njihov obim, vrijedi istaknuti da se u Sjedinjenim Državama godišnje izdvaja 2 milijarde dolara za sličan posao. U skladu sa nedavno usvojenim Zakonom „O posebnim programima zaštite životne sredine“, upravo u svrhu sanacije i vraćanja normalnom životu u ogromnim regionima koji su ranije bili izbačeni iz upotrebe u nacionalnoj privredi, sredstva koja će Minatom dobiti od ići će prerada istrošenog nuklearnog goriva iz stranih nuklearnih elektrana. Prema procjenama na osnovu iskustva stečenog u našoj zemlji i inostranstvu, prerada i skladištenje 20 hiljada tona SNF dovodi do povećanja doze zračenja osoblja RCP-a i stanovništva najbližeg regiona za samo 1% u odnosu na na ono primljeno od prirodni izvori zračenje (ovaj dodatak je 10 puta manji od zračenja koje primamo godišnje u medicinskim ustanovama). Danas prerada SNF-a ne uzrokuje pretjerano izlaganje zračenju osoblja nuklearnih kemijskih poduzeća i stanovništva zemlje.

Procjenu tako ozbiljnih i opasnih industrija treba napraviti u fazi projektovanja. Ranije je Zavod za ekološka vještačenja bio najefikasniji i najrealniji. Sada su, nažalost, pozicije državne ekspertize uveliko izgubljene, a veliki dio nekvalitetnih projekata u ekološkom smislu se ipak realizuje. Stoga, nema sigurnosti da je cijeli ciklus prerade SNF pod strogom kontrolom okoliša. Ako govorimo o nedavno usvojenom zakonu koji dozvoljava uvoz iz inostranstva i preradu istrošenog nuklearnog goriva u našoj RCZ, onda, vjerujem, žurba i atmosfera u kojoj je ova odluka donesena ne ulijevaju povjerenje u njen ekološki integritet.

Kada se raspravljalo o ovom zakonu, bilo je dosta govora o tome da naša država, prilikom implementacije ovaj projekat dobiće značajna sredstva, zahvaljujući kojima će biti moguće riješiti mnoge ekološke probleme. Ali do sada nije stiglo ni SNF ni novac iz inostranstva, pa da se kaže kako će se to zapravo implementirati usvojen zakon u praksi, ne možete. Gorivo koje se sada prerađuje je isti onaj uranijum kojim smo snabdevali nuklearne elektrane izgrađene u inostranstvu i koji smo dužni da nakon prerade vratimo nazad. Dakle, mi danas nemamo nikakav „nuklearni“ novac, pa stoga ne treba ni govoriti o rješavanju ekoloških problema korištenjem ovih sredstava. Iako se ne može zanemariti činjenica da Rusija nema mnogo konkurentnih tehnologija "visoke" svjetske klase. Tehnologija obrade SNF-a je jedna od njih. Razvoj industrije ciklusa nuklearnog goriva, uključujući i radiohemijske, obogaćuje tehnološku kulturu čitavog društva, jer zahtijeva nove materijale, visoko kvalifikovane stručnjake i sl. Rusija je nuklearna sila (ovdje nema procjena dobrih ili loših, to je činjenica), akumulirali smo radioaktivne tvari ukupne aktivnosti više od 4 milijarde Ku (Kjurija). Ponašanje ovih supstanci morat ćemo kontrolirati hiljadama godina ako ne naučimo kako ih prerađivati ​​i odlagati. Samo na osnovu ovoga, Rusija je čvrsto vezana za nuklearnu energiju. Stoga se nuklearni energetski potencijal zemlje mora održati (iako ne nužno kroz preradu istrošenog nuklearnog goriva).

Kakvi su izgledi za ponovnu preradu SNF?

Naravno, u periodu trke u nuklearnom naoružanju, istrošeno nuklearno gorivo je prerađivano iz političkih, pa i geopolitičkih razloga bez RCP-a, naša zemlja ne bi bila u stanju da osigura strateški paritet sa Sjedinjenim Državama u Hladnom ratu. Ispunjavanje postavljenog zadatka proizvodnje i ispitivanja prve sovjetske atomske bombe u izuzetno kratkom roku pratile su iznuđene odluke. Jedna od njih su izuzetno visoke doze zračenja osoblja domaćeg RCP-a. Prema podacima objavljenim 1990-ih (pre toga su bili tajni), uz tadašnju dozvoljenu granicu od 30 rem godišnje, pojedinačne doze u 1948-1958 su bile: za dozimetriste oko 150 rem, za glavno osoblje tehnoloških radnji od 170 do 270 rem. Ova posljednja vrijednost je više od 100 puta veća od trenutne dozvoljene izloženosti zračenju za profesionalce! Tako visoki nivoi izloženosti nisu mogli a da ne utiču na zdravlje ljudi. Radijacijske bolesti dijagnosticirane su kod 3.444 radnika RCP-a. Na sreću, ove sumorne stranice su već daleko iza nas. Sa unapređenjem tehnologije, unapređenjem automatizovanih kontrolnih i zaštitnih sredstava, dozimetrijskih sistema i radijacione bezbednosti, uslovi rada pri preradi SNF približili su se prihvatljivim koji ne izazivaju zabrinutost po zdravlje.

Nastavlja se dalji rad na poboljšanju prerade istrošenog nuklearnog goriva. Posebna pažnja u ovoj oblasti daju metode za smanjenje ukupne aktivnosti otpada. Ovdje se obećavajućom čini metoda „sagorijevanja“ štetnih komponenti dodatnim zračenjem i transformacijom (transmutacijom) dugovječnih radionuklida u kratkotrajne. Ovakav istraživački rad u okviru višegodišnjih programa odvija se u Francuskoj, Japanu i Rusiji u okviru Federalnog ciljnog programa za upravljanje SNF i radioaktivnim otpadom. Jednako je pažnja privučena i skrućivanju tečnog otpada visoke specifične aktivnosti (HVLA), koji se dugi niz godina skladišti u rezervoarima od nerđajućeg čelika. Tekuća OVUA je sada efektivno vitrificirana kako u našoj zemlji tako i u inostranstvu, što značajno smanjuje rizik od migracije dugovječnih radionuklida iz privremenih skladišta. Institut Kurchatov, zajedno sa MosNPO Radon, kreirao je metodu plazme obrade radioaktivnog otpada, koja naglo smanjuje njihov volumen (ali ne i aktivnost!) i značajno smanjuje troškove naknadnog skladištenja. Razvijaju se i nove metode antikorozivne zaštite hemijskih reaktora i njihove dekontaminacije, unapređuju se metode za hvatanje gasova i aerosola (posebno radioaktivnog joda), a mogućnosti fluoridne tehnologije za preradu istrošenog nuklearnog goriva, što praktično isključuje stvaranje tečnog radioaktivnog otpada, se proučavaju. Emisije i ispuštanja radioaktivnih supstanci u okoliš su smanjene.

Po mom mišljenju, izgledi za preradu SNF zavise od odgovora na nekoliko vrlo važnih pitanja. Jedna od glavnih je koliko je isplativa i sama prerada i nuklearna industrija u cjelini. Jednostavno rečeno, koliko košta cijeli proizvodni ciklus, od razvoja ležišta do prerade i odlaganja radioaktivnih materijala? Nažalost, takvih pouzdanih podataka nema. Sve brojke koje danas imamo vrlo su nepotpune i u nekim slučajevima lažne. Ako izračunamo stvarne troškove rada nuklearne elektrane, ispada da je u mnogim slučajevima to isplativa proizvodnja. Problem je u tome što ciklus potpuno nuklearnog goriva nije izračunat. A dostupni proračuni pokazuju da gotovo sve vrste proizvodnje električne energije zahtijevaju približno iste troškove. Nedavno su čak i vjetroelektrane i solarne instalacije značajno približene isplativosti. I tu se nameće problem procjene rizika daljeg razvoja nuklearne energije.

Ako smo spremni na činjenicu da je otprilike jednom u vijeku moguća teška nesreća u nuklearnim elektranama, onda svjesno prihvatamo takav rizik.

Tako smo došli do još jednog najvažnijeg pitanja nuklearne energije - sigurnosti industrije. Bez obzira na to kako obrađujemo istrošeno nuklearno gorivo, ipak se stvara određena količina supstanci, koje zbog svoje izuzetno visoke radioaktivnosti moraju biti vrlo sigurno skrivene. Na primjer, skladišta tekućeg otpada u mnogim nuklearnim elektranama su skoro popunjena. Situacija je najgora u nuklearnoj elektrani Kursk, gdje za tečni otpad gotovo da i nema mjesta. Stoga je prije svega potrebno razumjeti da li nuklearni naučnici imaju strategiju za preradu istrošenog nuklearnog goriva i zakopavanje otpada. Za sada, tako jasna, krajnje jasna strategija nije vidljiva. U svakom slučaju, metode sahrane koje se danas koriste prilično su opasne. A mi sad postavljamo tempiranu bombu, ako ne za sebe, onda za naše potomke. Shodno tome, izgledi za preradu SNF-a zavise od ekonomske efikasnosti nuklearne energije, pravilne procjene prihvatljivog stepena rizika koji nosi ova industrija i mogućnosti sigurnog odlaganja radioaktivnog otpada. S obzirom na sve ovo, potrebno je donijeti odluku o prioritetnom načinu proizvodnje energije. Da li će nuklearna energija postati takav prioritet, veliko je pitanje. Ali, naravno, takva odluka se ne može i ne smije donijeti preko noći. Štaviše, ima vremena za diskusiju. Uostalom, samo istražene rezerve nafte bit će dovoljne za oko 100 godina, plina za 70150, uglja za 500, osim ako, naravno, ne dođe do značajnog skoka potrošnje energije. Ono u šta sam apsolutno uvjeren je da je jednostavno neophodno intenzivirati potragu za novim izvorima energije i razvijati tehnologije za uštedu energije. Za Rusiju je ušteda energije u bliskoj budućnosti glavni zadatak. Uostalom, ako izračunamo koliko se BDP (bruto domaći proizvod) u monetarnom smislu proizvede po džulu energije, ispada da je u Rusiji ta brojka 67 puta manja nego u zapadnoj Evropi, odnosno da je efikasnost veoma niska i rezerve su ogromne.

Govoreći o čistom tehnička strana Pitanje, moramo konstatovati da danas ne postoje fundamentalno nove dokazane tehnologije u oblasti prerade istrošenog nuklearnog goriva. U nizu zemalja tek se počinje razvijati potpuno nova tehnologija transmutacije, koja omogućava da se pod utjecajem zračenja dugovječni radionuklidi pretvore u kratkotrajne, što se može smatrati sigurnijim. Najatraktivnije je nedavno aktivno razmatrano stvaranje zatvorenog ciklusa kada se istrošeno gorivo ponovo koristi kao energent. Ipak, nemoguće je potpuno zatvoriti ciklus nuklearnog goriva, ali je moguće minimizirati količinu otpada, a to je prvi zadatak. I tu se već nameće problem materijalnih troškova za ove aktivnosti hoće li ti troškovi premašiti koristi od korištenja nuklearne energije?

Uklanjanje, prerada i odlaganje otpada od 1 do 5 klase opasnosti

Radimo sa svim regionima Rusije. Važeća licenca. Kompletan set završne dokumentacije. Individualni pristup klijentu i fleksibilnu politiku cijena.

Koristeći ovaj obrazac, možete ostaviti zahtjev za pružanje usluga, zatražiti komercijalnu ponudu ili dobiti besplatnu konsultaciju od naših stručnjaka.

Pošalji

Činilo se da je u 20. vijeku neprestana potraga za idealnim izvorom energije završena. Ovaj izvor su bile jezgre atoma i reakcije koje su se u njima odvijale - počeo je aktivan razvoj nuklearnog oružja i izgradnja nuklearnih elektrana širom svijeta.

Ali planeta se brzo suočila s problemom obrade i uništavanja nuklearnog otpada. Energija nuklearnih reaktora nosi puno opasnosti, kao i otpad ove industrije. Do sada ne postoji pažljivo razvijena tehnologija obrade, dok se sama sfera aktivno razvija. Stoga sigurnost prvenstveno ovisi o pravilnom odlaganju.

Definicija

Nuklearni otpad sadrži radioaktivne izotope određenih hemijski elementi. U Rusiji, prema definiciji datoj u Federalnom zakonu br. 170 “O upotrebi atomske energije” (od 21. novembra 1995.), nije predviđena dalja upotreba takvog otpada.

Glavna opasnost od materijala leži u zračenju gigantskih doza zračenja, koje štetno djeluje na živi organizam. Posljedice radioaktivnog izlaganja su genetski poremećaji, radijacijska bolest i smrt.

Karta klasifikacije

Glavni izvor nuklearnih materijala u Rusiji je sfera nuklearne energije i vojni razvoj. Sav nuklearni otpad ima tri stepena zračenja, koja su mnogima poznata iz kursa fizike:

• Alfa - blistav.
• Beta - emitovanje.
• Gama - emitovanje.

Prvi se smatraju najbezopasnijim, jer daju bezopasan nivo zračenja, za razliku od druga dva. Istina, to ih ne sprječava da budu uvršteni u klasu najopasnijeg otpada.


Općenito, klasifikacijska karta nuklearnog otpada u Rusiji dijeli ga na tri tipa:

1. Čvrsti nuklearni otpad. To uključuje ogromnu količinu materijala za održavanje u energetskom sektoru, odjeću osoblja, smeće koje se nakuplja u toku rada. Takav otpad se spaljuje u pećima, nakon čega se pepeo miješa sa posebnom mješavinom cementa. Sipa se u bačve, zatvara i šalje u skladište. Sahrana je detaljno opisana u nastavku.
2. Tečnost. Proces rada nuklearnih reaktora nemoguć je bez upotrebe tehnoloških rješenja. Osim toga, ovo uključuje vodu koja se koristi za tretiranje specijalnih odijela i pranje radnika. Tečnosti se pažljivo isparavaju, a zatim dolazi do zakopavanja. Tečni otpad se često reciklira i koristi kao gorivo za nuklearne reaktore.
3. Elementi projektovanja reaktora, transporta i sredstava tehničke kontrole u preduzeću čine posebnu grupu. Njihovo odlaganje je najskuplje. Do danas postoje dva izlaza: postavljanje sarkofaga ili demontaža sa njegovom djelomičnom dekontaminacijom i daljnja otprema u spremište radi pokopa.

Mapa nuklearnog otpada u Rusiji takođe definiše niski i visoki nivoi:

• Niskoaktivni otpad - nastaje u toku rada medicinskih ustanova, instituta i istraživačkih centara. Ovdje se radioaktivne tvari koriste za provođenje kemijskih testova. Nivo zračenja koje emituju ovi materijali je veoma nizak. Pravilno odlaganje može pretvoriti opasan otpad u normalan otpad za otprilike nekoliko sedmica, nakon čega se može odložiti kao običan otpad.
• Visokoaktivni otpad je istrošeno reaktorsko gorivo i materijali koji se koriste u vojnoj industriji za razvoj nuklearnog oružja. Gorivo na stanicama je poseban štap sa radioaktivnom materijom. Reaktor radi otprilike 12-18 mjeseci, nakon čega se mora promijeniti gorivo. Količina otpada je jednostavno ogromna. I ova brojka raste u svim zemljama koje razvijaju oblast nuklearne energije. Odlaganje visokoaktivnog otpada mora uzeti u obzir sve nijanse kako bi se izbjegla katastrofa za okoliš i ljude.

Recikliranje i odlaganje

Na ovog trenutka Postoji nekoliko metoda za odlaganje nuklearnog otpada. Svi oni imaju svoje prednosti i mane, ali kako god da se kaže, ne otklanjaju u potpunosti opasnost od radioaktivnog izlaganja.

sahrana

Odlaganje otpada je najperspektivniji način zbrinjavanja, koji se posebno aktivno koristi u Rusiji. Prvo, dolazi do procesa vitrifikacije ili "vitrifikacije" otpada. Potrošena tvar se kalcinira, nakon čega se u smjesu dodaje kvarc, a ovo "tečno staklo" se sipa u posebne cilindrične čelične kalupe. Dobijeni stakleni materijal je otporan na vodu, što smanjuje mogućnost ulaska radioaktivnih elemenata u okolinu.

Gotovi cilindri se kuvaju i temeljito peru, oslobađajući se od najmanjeg onečišćenja. Zatim odlaze u skladište na veoma dugo vremena. Skladište je raspoređeno u geološki stabilnim područjima tako da skladište nije oštećeno.

Geološko odlaganje se vrši na dubini većoj od 300 metara na način da otpad duže vrijeme ne zahtijeva dalje održavanje.

Burning

Dio nuklearnih materijala, kao što je već spomenuto, su direktni rezultati proizvodnje i svojevrsni sporedni otpad u energetskom sektoru. To su materijali izloženi zračenju tokom proizvodnje: otpadni papir, drvo, odjeća, kućni otpad.

Sve se to spaljuje u posebno dizajniranim pećima, koje minimiziraju nivo toksične supstance u atmosferi. Pepeo se, pored ostalog otpada, cementira.

Cementiranje

Odlaganje (jedan od načina) nuklearnog otpada u Rusiji cementiranjem je jedna od najčešćih praksi. Suština je da se ozračeni materijali i radioaktivni elementi stave u posebne posude, koje se zatim pune posebnim rastvorom. Sastav takvog rješenja uključuje cijeli koktel hemijskih elemenata.

Kao rezultat toga, praktično nije pogođen spoljašnje okruženje, što vam omogućava da postignete gotovo neograničeno vrijeme. Ali vrijedi rezervirati da je takav ukop moguć samo za odlaganje otpada prosječnog stepena opasnosti.

Pečat

Duga i prilično pouzdana praksa usmjerena na zakopavanje i smanjenje količine otpada. Ne primjenjuje se na preradu osnovnih gorivnih materijala, ali omogućava preradu drugog niskoopasnog otpada. Ova tehnologija koristi hidraulične i pneumatske prese sa niskom silom pritiska.

Ponovna primjena

Upotreba radioaktivnog materijala u oblasti energetike nije u potpunosti implementirana zbog specifičnosti djelovanja ovih supstanci. Kada se iscrpi, otpad i dalje ostaje potencijalni izvor energije za reaktore.

U savremenom svijetu, a još više u Rusiji, situacija s energetskim resursima je prilično ozbiljna, pa stoga reciklaža nuklearni materijali kao gorivo za reaktore više ne izgledaju nevjerovatno.

Danas postoje metode koje omogućavaju korištenje istrošenih sirovina za primjenu u energetskom sektoru. Radioizotopi sadržani u otpadu koriste se za preradu hrane i kao "baterija" za rad termoelektričnih reaktora.

Ali dok je tehnologija još u razvoju, a idealna metoda obrade nije pronađena. Ipak, obrada i uništavanje nuklearnog otpada omogućava djelimično rješavanje problema s takvim smećem, koristeći ga kao gorivo za reaktore.

Nažalost, u Rusiji se slična metoda rješavanja nuklearnih krhotina praktički ne razvija.

Volume

U Rusiji, širom svijeta, količine nuklearnog otpada koji se šalje na odlaganje iznose desetine hiljada kubnih metara godišnje. Svake godine evropska skladišta primaju oko 45.000 kubnih metara otpada, dok u Sjedinjenim Državama samo jedna deponija u Nevadi apsorbira toliku količinu.

Nuklearni otpad i rad u vezi sa njim u inostranstvu i Rusiji je delatnost specijalizovanih preduzeća opremljenih visokokvalitetnim mašinama i opremom. U fabrikama je otpad Različiti putevi gore opisana obrada. Kao rezultat, moguće je smanjiti zapreminu, smanjiti nivo opasnosti, pa čak i koristiti neki otpad u energetskom sektoru kao gorivo za nuklearne reaktore.

Mirni atom je odavno dokazao da nije sve tako jednostavno. Energetski sektor se razvija i dalje će se razvijati. Isto se može reći i za vojnoj sferi. Ali ako ponekad zažmurimo pred ispuštanjem drugog otpada, nepropisno odloženi nuklearni otpad može uzrokovati totalnu katastrofu za cijelo čovječanstvo. Stoga, ovo pitanje treba riješiti što je prije moguće prije nego što bude prekasno.

U početku, SNF se prerađivao isključivo u svrhu ekstrakcije plutonija u proizvodnji nuklearnog oružja. Trenutno je proizvodnja plutonijuma za oružje praktično prestala. Nakon toga se pojavila potreba za preradom goriva iz energetskih reaktora. Jedan od ciljeva prerade goriva energetskih reaktora je ponovna upotreba kao gorivo za energetski reaktor, uključujući i kao dio MOX goriva ili za implementaciju zatvorenog gorivnog ciklusa (CFFC). Planirano je da se do 2025. godine napravi radiohemijsko postrojenje za preradu velikog obima, što će pružiti priliku da se riješi problem uskladištenog goriva i istrošenog nuklearnog goriva istovarenog iz postojećih i planiranih nuklearnih elektrana. U Železnogorskom GCC-u planira se prerada kako u eksperimentalnom demonstracionom centru (ODC), tako iu velikoj proizvodnji SNF-a iz energetskih reaktora sa vodom pod pritiskom VVER-1000 i većine otpada iz kanalskih reaktora RBMK-1000. Proizvodi regeneracije će se koristiti u nuklearnom gorivom ciklusu, uranijum u proizvodnji goriva za reaktore na termičkim neutronima, plutonijum (zajedno sa neptunijem) za reaktore na brzim neutronima, koji imaju neutronska svojstva koja pružaju mogućnost efikasnog zatvaranja nuklearnog gorivnog ciklusa. Istovremeno, stopa ponovne obrade RBMK SNF zavisiće od potražnje za proizvodima regeneracije (uranijum i plutonijum) u ciklusu nuklearnog goriva. Ovakvi pristupi činili su osnovu Programa izgradnje infrastrukture i upravljanja SNF-om za period 2011-2020. i za period do 2030. godine, odobrenog u novembru 2011. godine.

U Rusiji se proizvodno udruženje Mayak, osnovano 1948. godine, smatra prvim poduzećem sposobnim za preradu istrošenog nuklearnog goriva. Druge velike radiohemijske fabrike u Rusiji su Sibirski hemijski kombinat i Železnogorski rudarsko-hemijski kombinat. Velike radiohemijske proizvodnje rade u Engleskoj (postrojenje Sellafield), u Francuskoj (fabrika Cogema). (engleski) ruski) ; proizvodnja je planirana u Japanu (Rokkasho, 2010.), Kini (Lanzhou, 2020.), Krasnojarsku-26 (RT-2, 2020.). Sjedinjene Države su napustile masovnu preradu goriva istovarenog iz reaktora i skladište ga u posebnim skladištima.

Tehnologija

Nuklearno gorivo je najčešće zatvorena posuda napravljena od legure cirkonija ili čelika, koja se često naziva goriv element (FEL). Uran u njima je u obliku malih granula oksida ili (mnogo rjeđe) drugih jedinjenja uranijuma otpornih na toplotu, kao što je uranijum nitrid. Raspad uranijuma proizvodi mnoge nestabilne izotope drugih kemijskih elemenata, uključujući i plinovite. Sigurnosni zahtjevi reguliraju nepropusnost gorivnog elementa tijekom cijelog radnog vijeka, a svi ti produkti raspadanja ostaju unutar gorivnog elementa. Pored produkata raspadanja, ostaju značajne količine uranijuma-238, male količine neizgorenog uranijuma-235 i plutonijuma proizvedenog u reaktoru.

Zadatak ponovne obrade je minimizirati opasnost od zračenja od SNF-a, bezbedno odložiti neiskorištene komponente, izolovati korisnim materijalom i osigurati njihovu kontinuiranu upotrebu. Za to se najčešće koriste metode kemijskog odvajanja. Većina jednostavne metode su obrada rastvora, međutim, ove metode proizvode najveću količinu tekućeg radioaktivnog otpada, pa su takve metode bile popularne tek u zoru nuklearnog doba. Trenutno se traže metode za smanjenje količine otpada, po mogućnosti čvrstog. Lakše se odlažu vitrifikacijom.

U srcu svih savremenih tehnoloških šema za preradu istrošenog nuklearnog goriva (SNF) su procesi ekstrakcije, najčešće tzv. Purex proces (od engl. Pu U Recovery EXtraction), koji se sastoji u reduktivnom uklanjanju plutonija iz zajednički ekstrakt sa uranijumom i fisionim produktima. Specifične šeme obrade razlikuju se po skupu upotrijebljenih reagensa, redoslijedu pojedinih tehnoloških faza i instrumentaciji.

Plutonijum odvojen od ponovne obrade može se koristiti kao gorivo kada se pomiješa sa uranijum oksidom. Za gorivo nakon dovoljno duge kampanje, gotovo dvije trećine plutonijuma su izotopi Pu-239 i Pu-241, a oko trećina je Pu-240, zbog čega se ne može koristiti za stvaranje pouzdanih i predvidljivih nuklearnih punjenja (240 izotop je zagađivač).

Bilješke

1. Sigurna opasnost (ruski). Oko svijeta. vokrugsveta.ru (2003, jul). Pristupljeno 4. decembra 2013.
2. A.V. Balikhin. O stanju i perspektivama razvoja metoda prerade istrošenog nuklearnog goriva. (ruski) // Integrirana upotreba mineralnih sirovina. - 2018. - br. 1. - str. 71-87. - ISSN 2224-5243.
3. infografika (flash) od Guardiana
4. Postrojenja za ponovnu preradu, širom svijeta // European Nuclear Society
5. Prerada korišćenog nuklearnog goriva // World Nuclear Association, 2013: "Svjetski komercijalni kapaciteti za preradu"
6. Stanje i trendovi u preradi istrošenog goriva // IAEA -TECDOC-1467, septembar 2005. str. 52 Tabela I Prošli, trenutni i planirani kapaciteti za preradu u svijet
7. SAD žele obraditi SNF, "ekspert" br. 11 (505) (20. mart 2006.). Preuzeto 4. decembra 2013. „.. za razliku od Francuske, Rusije i Nemačke, .. Sjedinjene Države.. radije su ga sahranile u blizini svog centra za igre u Las Vegasu, Nevada, gde se do danas nakupilo više od 10 hiljada tona ozračenog goriva ".
8. Plutonijum "gori" u LWR-ovima(engleski) (nedostupan link). - "Sadašnji reprocesirani plutonijum (sagorevanje goriva 35-40 MWd/kg HM) ima fisiju od nekih 65%, ostalo je uglavnom Pu-240." Pristupljeno 5. decembra 2013. Arhivirano iz originala 13. januara 2012.
9. PERFORMANSE MOX GORIVA IZ PROGRAMA NEPROLIFERACIJE . - 2011. Sastanak o performansama goriva vodenog reaktora u Čengduu, Kina, sept. 11-14, 2011.