Документ описывает современные технологии обращения с отработавшим ядерным топливом (ОЯТ), подчеркивая актуальные проблемы, такие как безопасность хранения и необходимость общественной поддержки атомной энергетики. Рассматриваются методы мокрого и сухого хранения, а также новые подходы к решению технических проблем, включая устойчивость к физическому воздействию и транспортируемость контейнеров. В заключении отмечается важность внедрения безопасных технологий хранения и долгосрочных решений для сохранения общественного доверия и дальнейшего развития атомной энергетики.

1. Усовершенствование технологий обращения с растущими объемами отработавшего ядерного топлива в условиях 21 века д-р К.П. Сингх Президент и Исполнительный директор Holtec International Юпитер , штат Флорида , США (k.singh@holtec.com)

2. СОДЕРЖАНИЕ ПРЕЗЕНТАЦИИ Введение Вопросы обращения с ОЯТ Современные технологии обращения с ОЯТ Проблемы и их решения в технологии сухого хранения Заключение

3. 1. Введение В настоящее время во всем мире накоплено порядка 225 000 тонн отработавшего ядерного топлива и каждый год эта цифра возрастает на порядка 6 000 тонн . Только в США в настоящее время накоплено около 63 000 тонн ОЯТ . Технологии переработки продвинулись не намного дальше военных разработок по программе PUREX в США в конце 1940 -х годов . Как следствие, перспективы переработки огромных запасов ОЯТ во всем мире ограничены . Проект национального хранилища ОЯТ «Юкка Маунтин» в штате Невада был остановлен под нажимом мнения определенных слоев общества . Американский проект реактора-размножителя на быстрых нейтронах «Клинч Ривер» был остановлен после 16 лет работы в 1982. Не смотря на то, что ряд стран продолжает работы по технологий реактора-размножителя , беспокойства в связи с нераспространением ограничивают развитие этих программ .

4. 2. Вопросы обращения с ОЯТ Обращение с отработавшим ядерным топливом всегда было наиболее серьезным вопросом, влияющим на развитие атомной энергетики, сопоставимым по значению с ее преимуществами как электроэнергии, получаемой из экологически чистых источников . Прекращение программы «Юкка Маунтин» после десятилетия работы и потраченных на нее 7 миллиардов долларов создало в обществе впечатление того, что обращение с ОЯТ является неразрешимой проблемой . В демократических странах атомная энергетика сталкивается с необходимостью информирования общественности надлежащим образом, опираясь на факты, для обеспечения общественной поддержки атомной энергетики . Еще одним вызовом является необходимость создания и внедрения новых технологий для преодоления опасений в общественности в связи с возникающими рисками атак на жизненно важные инфраструктуры – уникальной проблемы, присущей нашему веку

5. 3. Современные технологии обращения с ОЯТ Хранение ОЯТ в воде бассейнов выдержки на АЭС Сухое хранение ОЯТ на площадках АЭС Хранение ОЯТ за территорий АЭС Переработка ОЯТ

6. 3. Современные технологии обращения с ОЯТ МОКРОЕ ХРАНЕНИЕ Топливо, выгружаемое из реакторов, необходимо выдерживать в глубоких (как правило, 13 метров и глубже) бассейнах от 3 до 7 лет перед тем, как его можно переводить на сухое хранение В Соединенных Штатах оборудование для хранения ОЯТ под водой (стеллажи хранения) являются свободно стоящими конструкциями . В странах Европы, в России и Японии стеллажи практически всегда закреплены на плитах бассейнов .

7. 3. Современные технологии обращения с ОЯТ МОКРОЕ ХРАНЕНИЕ ( продолжение ) В США персонал АЭС проводит «уплотнение» (иногда даже по нескольку раз) для увеличения емкости бассейнов выдержки . В странах Европы, в России и Японии во многом полагаются на ограниченное хранение в условиях площадки АЭС и переработку . В США около 80% облученного ядерного топлива остается на мокром хранении . Комиссия ядерного регулирования США стимулирует АЭС увеличивать долю сухого хранения как более надежного способа хранения ОЯТ .

8. 3. Современные технологии обращения с ОЯТ СУХОЕ ХРАНЕНИЕ В обозримом будущем, сухое хранение станет основным вариантом хранения отработавшего топлива в отрасли . Сухое хранение предполагает размещение отработавшего топлива в среде инертного газа (гелий) в пассивной конструкции . В странах Европы до недавнего времени для хранения ОЯТ использовались металлические контейнеры с топливной корзиной внутри, размещаемые в вентилируемом помещении .

9. 3. Современные технологии обращения с ОЯТ СУХОЕ ХРАНЕНИЕ (продолжение) Недостатком контейнерного хранения в помещении является необходимость создания крупной строительной конструкции на площадке АЭС и возникновения риска попадания в нее летательного аппарата или иных летающий объектов . Долговременная локализация радиоактивного содержимого металлических контейнеров обеспечивается уплотнениями и прокладками Металлические контейнеры являются дорогостоящими и не обеспечивают достаточной биологической защиты . Как следствие, европейские АЭС переходят на использование «вентилируемых модулей хранения». Контейнер для транспортировки и хранения ОЯТ HI-STAR 180 с топливной корзиной

10. 3. Современные технологии обращения с ОЯТ СУХОЕ ХРАНЕНИЕ В ВЕНТИЛИРУЕМЫХ МОДУЛЯХ Хранение ОЯТ в вентилируемых модулях предполагает упаковку топлива в герметично заверенные контейнеры, которые помещают в более крупный экранированный вентилируемый контейнер на хранение .

11. 3. Современные технологии обращения с ОЯТ В США практически повсеместно используются наземные вентилируемые контейнеры хранения. Такое же решение принято в Испании, Великобритании и Украине . В планируемом в Украине Централизованном хранилище ОЯТ будут использованы двустенные контейнерные системы HI-STORM 190. В контейнер помещается 31 ОТВС реактора ВВЭР- 1000 или 85 ОТВС реактора ВВЭР 440. Транспортировка ОЯТ в обоих случаях будет выполнятся с использованием транспортного контейнера HI-STAR 190 (на рисунке справа) .

12. 4. Проблемы и их решения в технологии сухого хранения Технические проблемы, связанные с технологией сухого хранения : Транспортабельность : Хранилище ОЯТ не должно превратится в «могильник». В этой связи, необходимо обеспечить упаковку ОЯТ в контейнеры, имеющие достаточный запас безопасности в условиях как хранения , так и транспортировки . К сожалению, значительное количество ОЯТ уже упаковано в контейнеры, которые не транспортабельны . Длительный срок эксплуатации : системы хранения должны иметь длительный срок эксплуатации ( не менее 100 лет ) , при этом обеспечивать минимальные потребности в техническом обслуживании . Сокращение сроков выдержки в бассейне : сухое хранение считается более надежным, чем хранение в бассейнах Устойчивость к внешнему физическому воздействию : системы хранения должны выдержать террористическое нападение без утечек радиоактивного содержимого в окружающую среду .

13. 4. Проблемы и их решения в технологии сухого хранения ТРАНСПОРТАБЕЛЬНОСТЬ Любое хранилище ОЯТ, размещенное на территории промплощадки АЭС, должно иметь возможность демонтажа и вывоза находящихся на хранении контейнеров в другое место ( транспортабельность ). ОЯТ должно быть помещено в «первичные контейнеры», пригодные для перевозки в транспортных контейнерах, сертифицированных по нормам МАГАТЭ или стандартам КЯР США 10CFR71. Решения : Контейнер для транспортировки и хранения ОЯТ HI-STAR 100 на железнодорожной платформе

14. 4. Проблемы и их решения в технологии сухого хранения ДЛИТЕЛЬНЫЙ СРОК ЭКСПЛУАТАЦИИ Отрасль должна создать средства, обеспечивающие уверенность в сроке эксплуатации не менее 100 лет без необходимости переупаковки ОЯТ Похоже, эта проблема решена с началом использования для изготовления топливных корзин специальной нержавеющей стали и недавно разработанного композитного материала на основе металлической матрицы . Топливная корзина для ОЯТ реакторов с водой под давлением (37 ячеек для ОЯТ ) вид в перспективе Топливная корзина для ОЯТ реакторов кипящего типа (89 ячеек для ОЯТ ) вид в перспективе В конструкциях последних моделей топливных корзин в США и Украине применяется нейтронный поглотитель Metamic-HT , выполненный с применением нанотехнологий .

15. 4. Проблемы и их решения в технологии сухого хранения СОКРАЩЕНИЕ СРОКОВ ВЫДЕРЖКИ В БАССЕЙНЕ Топливные корзины для проекта Централизованного ХОЯТ в Украине изготовлены из поглотителя нейтронов, выполненного на основе ненотехнологий, что также существенно повышает рассеивание тепла от системы . Для снижения зависимости от приректорных бассейнов выдержки, необходимо сконструировать и изготовить топливные корзины с высокой способностью рассеивания тепла . Существенное увеличение тепловой нагрузки в проектных основах контейнеров позволит выгружать топливо из бассейнов раньше . Корзина для топлива ВВЭР -1000 (31 ячейка для ОЯТ ) вид в перспективе Корзина для топлива ВВЭ440 (85 ячеек для ОЯТ ) вид в перспективе

16. 4. Проблемы и их решения в технологии сухого хранения УСТОЙЧИВОСТЬ СИСТЕМ ХРАНЕНИЯ К ВНЕШНЕМУ ФИЗИЧЕСКОМУ ВОЗДЕЙСТВИЮ Отрасль решила данную проблему, создав подземную вентилируемую систему для хранения ОЯТ . Хранение ОЯТ в подземной полости открывает широкие перспективы для АЭС, расположенных в зонах высокой сейсмической активности или в зонах риска террористической атаки . Первое подземное хранилище ОЯТ на территории США было создано на АЭС «Гумбольт Бэй» в Северной Калифорнии , расположенной в одном из наиболее сейсмически уязвимых регионов Соединенных Штатов . Хранилище ОЯТ на АЭС «Гумбольт Бэй»

17. 4. Проблемы и их решения в технологии сухого хранения В 2009 году компания Holtec получила лицензию на создание на территории США усовершенствованных вариантов хранилищ сухого типа, аналогичных АЭС «Гумбольт Бэй», ( решение КЯР США № 71-1014)

18. 4. Проблемы и их решения в технологии сухого хранения Преимущества технологии подземного хранения ОЯТ Крайне малая дозовая нагрузка в пределах площадки и существенное снижение всех вероятных рисков для хранилища : Риск утечки радиоактивности из хранилища Риск повреждения вследствие пожара , наводнения, урагана, цунами и т.д. Риск подтопления грунтовыми водами Контейнеры я ОЯТ опускают в полости подземного хранилища

19. 5. Заключение Развитие атомной энергетики во всем мире в предстоящие годы будет зависеть от общественного восприятия безопасности обращения с отработавшим топливом . Технологии переработки ОЯТ должны быть существенно улучшены, прежде чем их можно будет использовать в качестве вероятной альтернативы хранению . На сегодняшний день единственным достоверным вариантом является хранение ОЯТ . Для завоевания и удержания общественной поддержки, атомная энергетика должна разработать и внедрить технологии, делающие безопасность хранения отработавшего топлива очевидным фактом . Последние разработки в технологиях сухого хранения ОЯТ предвещают хорошие перспективы для отрасли : примером прогресса в вопросах безопасности является технология подземного хранения ОЯТ в заваренных контейнерах из нержавеющей стали .

20. 5. Заключение ( продолжение ) Требование к увеличению срока эксплуатации систем хранения как минимум до 100 лет должно быть принято государственными регулирующими органами для стимулирования создания конструкций, мало подверженных старению . В ходе своей работы в Украине в течение последнего десятилетия компания Holtec узнала о целом ряде замечательных технических решений, существовавших на «востоке» и примерила их на технологии, созданные на «западе» с целью дальнейшего повышения безопасности сухого хранения и обеспечения долгосрочных средство обращения с ОЯТ . Полагаю, что преимущества от общего тесного сотрудничества двух доминирующих «технических культур», аналогичные повышению безопасности атомной энергетики во всем мире, реализуются и в других сферах . Благодарю за внимание .