Уран-плутониевый топливный цикл

Ядерный топливный цикл - комплекс мероприятий для обеспечения функционирования ядерных реакторов, осуществляемых в системе предприятий, связанных между собой потоком ядерного материала.

Длительность ЯТЦ, включая окончательное захоронение высокоактивных отходов, составляет от 50 до юо лет.

Урановый топливный цикл - совокупность технологических операций, включающих добычу и переработку урановой руды, производство уранового концентрата (в форме U3Os или Na2U207); конверсию урана (производство UF6 и его обогащение 23f>U); изготовление топлива (металлического урана, оксидов или нитридов урана, керамики), ТВЭЛов и ТВСдля ядерных реакторов; сжигание

вого топлива в ядерных реакторах с целью производства тепловой и электроэнергии; переработку (хранение или захоронение) отработанного ядерного топлива, наработку радионуклидов для науки, промышленности и медицины, перевозку радионуклидов, переработку радиоактивных отходов, хранение, захоронение или трансмутацию радиоактивных отходов, снятие с эксплуатации ядерных реакторов, демонтаж АЭС, дезактивация и рекультивация местности.

тики различают ЯТЦ - открытый (разомкнутый) и закрытый (замкнутый).

Замкнутый ядерный топливный цикл, ЗЯТЦ - цикл, в котором ОЯТ, выгруженное из реактора, перерабатывается для извлечения урана и плутония для повторного изготовления ядерного топлива.

Рис. з. Открытый >рановый топливный цикл.

Основная цель замыкания ЯТЦ - достижение максимального энергетического потенциала природного ядерного топлива за счёт рецикла урана и плутония с обеспечением безопасной изоляции биосферы от продуктов деления и неиспользуемых радионуклидов, их возможной в последующем трансмутации в ядерных реакторах. Важной задачей ЗЯТЦ является извлечение и очистка радионуклидов для науки, техники и медицины. Замкнутый ЯТЦ предполагает утилизацию энергетического и оружей-

Рис. 2. Схема этапов в замкнутом ядерно-топливном цикле. Для атомной энерге- два вида

ного плутония посредством развития производства смешанного уран- плутониевого топлива (МОКС-топлива) из диоксидов урана и плутония (U02, Ри02) для реакторов на быстрых и тепловых нейтронах.

В разомкнутом (открытом) ЯТЦ ОЯТ РАО исключается из дальнейшего использования - поступает на хранение или захоронение. Поэтому разомкнутый ЯТЦ характеризуется низкой эффективностью использования природного урана.

Незамкнутый ядерный топливный цикл - ядерный топливный цикл, в котором отработавшее ядерное топливо, выгруженное из реактора, не перерабатывается и рассматривается как радиоактивные отходы.

Разные страны придерживаются разных национальных программ, предусматривающих либо переработку ОЯТ, либо захоронение, либо «отложенное решение», то есть длительное хранение отработанных ТВЭЛов. Безопасность и относительная простота «сухого» хранения позволяют держать «открытыми» оба варианта обращения с ОЯТ.

На сегодняшний день заводы по переработке ОЯТ действуют лишь в четырёх странах мира — России, Франции, Великобритании и Японии. Единственный действующий завод в России — РТ-1 на ПО «Маяк» — имеет проектную производительность 400 тонн ОЯТ в год. Во Франции эксплуатируется два таких завода (UP-2 и UP-3 на мысе Ла Аг) с общей производительностью 1600 т в год. В Великобритании действует завод «Торп» мощностью 1200 т в год. В Японии эксплуатируется предприятие в Роккасе- Мура производительностью 8оо тонн ОЯТ в год и опытный завод в Токаи- Мура (90 тонн в год).

Перечисленные страны осуществляют частично замкнутый ЯТЦ, в котором из ОЯТ выделяют уран и плутоний, и затем изготавливают смешанное оксидное уран-плутониевое (МОКС) топливо, сжигаемое в модифицированных легководных реакторах (по соображениям эксплуатационной безопасности загрузка МОКС-топлива идёт только в 1/3 активной зоны). В настоящее время лишь Великобритания (компания BNFL), Франция (компании COGEMA) и Россия перерабатывают ОЯТ друтих государств. Переработка отработавшего МОКС-топлива сложна, нерентабельна и поэтому не проводится.

Полностью закрытый цикл нигде в мире пока не реализован.

Большинство стран предпочитает либо хранить ОЯТ, пока не будет найден эффективный метод переработки, либо передают ОЯТ на переработку' другим странам. Поскольку в результате радиохимической переработки ОЯТ образуется большой объём РАО, то эти страны ориентируются на долговременное (до 50 лет) хранение ОЯТ, что даёт возможность подготовиться к окончательному захоронению, но не исключает возможности его химической переработки в дальнейшем.

В течение последних 20 лет в России осуществлялась (на заводе PT-i) радиохимическая переработка ОЯТ АЭС с реакторами типа ВВЭР-440, исследовательских реакторов и реакторов судовых энергетических установок гражданского и военно-морского атомных флотов. Однако переработка ОЯТ реакторов типа РБМК и ВВЭР-юоо (т.е. основных реакторов энергетики России) не проводилась и до сих пор считается экономически нецелесообразной. В целом для российской ядерной энергетики характерно наличие разомкнутого ЯТЦ. В настоящее время строится завод РТ-2, на котором предполагается переработка отработанных ТВЭЛ энергетических реакторов России и производство смешанного уран-плутониевого топлива (МОКС-топлива).

Выбор оптимального варианта ЯТЦ - серьезная проблема.

Этапы современного замкнутого ЯТЦ включают выдержку ОЯТ на территории АЭС в течение до 10 лет; временное хранение ОЯТ в автономных хранилищах (сроком до 40 лет). К плюсам замкнутого ЯТЦ относят возврат в энергетику делящихся материалов — урана и плутония, что обеспечит энергетику топливом на тысячелетие при любом росте потребностей. Кроме того, объёмы РАО, предназначенные для вечного захоронения, гораздо меньше после переработки ОЯТ, чем объёмы отработавших ТВС без их переработки. Извлечение долгоживущих нуклидов значительно упрощает обращение с радиоактивными отходами и резко уменьшает время, в течение которого они являются радиационноопасными. Недостатками ЗЯТЦ являются большая экологическая опасность радиохимических заводов. Извлечение плутония в экстракционном пурекс-процессе в чистом виде может способствовать распространению оружейных нуклидов.

Схема открытого варианта ЯТЦ значительно короче и проще. Отсутствует основной источник загрязнения окружающей среды радионуклидами - радиохимический завод. Радиоактивные вещества постоянно находятся в твёрдом состоянии в герметичной упаковке, не происходит их «размазывание» по огромным площадям в виде растворов, газов при «штатных» и нештатных выбросах и т.д. Исчезают все проблемы, связанные со строительством и будущим выводом из эксплуатации радиохимического завода: нет финансовых и материальных затрат на строительство и эксплуатацию завода, в том числе на зарплату, электро-, тепло-, водоснабжение, на огромное количество защитного оборудования и техники, химических реагентов, агрессивных, ядовитых, горючих и взрывоопасных веществ и т.д. Нет необходимости закачивания под землю трития, устраняются проблемы с утилизацией йода, жидких и газообразных отходов, выбросов и т.д. и т.п.

К недостаткам открытого цикла следует отнести большую стоимость долговременных хранилищ сложной конструкции и полигонов для захоронения, трудности обеспечения долговременной изоляции ТВС от биосферы (существует реальная опасность освобождения радионуклидов в случае разрушения ТВЭЛов при их длительном хранении), необходимость постоянной вооруженной охраны захоронений (предотвращение хищения делящихся нуклидов из захоронений террористами).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >