12 мая 2012

Создание технологий обращения с ОЯТ АМБ Белоярской АЭС

Atomic-Energy.ru
Вагон-контейнер ТК-84/1

Один из способов обращения с ОЯТ реакторов АМБ Белоярской АЭС предполагает разделку ОТВС прямо на станции, с последующей доставкой в ПО «Маяк» на переработку в специальных осушенных пеналах и существующих контейнерах.

Первые энергетические реакторы АМБ Белоярской АЭС остановлены в 1981 году (АМБ-100) и в 1989 году (АМБ-200). ОЯТ выгружено из реакторов и в настоящее время хранится в двух бассейнах выдержки Белоярской АЭС и в «мокром» хранилище ПО «Маяк». На станции ОЯТ размещено в кассетах из углеродистой и легированной, нержавеющей, стали; основными проблемами являются сильное повреждение твэлов, коррозия чехловых труб кассет и облицовки бассейнов выдержки, выполненных из углеродистой стали. В ПО «Маяк» все ОТВС реакторов АМБ помещены в защитные чехлы из нержавеющей стали.

Основные варианты обращения с ОЯТ АМБ следующие:

  • отправка на временное хранение с последующим решением вопроса о переработке;
  • отправка на длительное хранение с последующим захоронением;
  • разделка и  пеналирование на АЭС, отправка на переработку в ПО «Маяк»;
  • доставка ОТВС в ПО «Маяк», разделка и переработка.

Специалисты тщательно проанализировали все варианты. Выяснилось, что «сухое» хранение ОЯТ, так же, как и «мокрое», имеет ряд недостатков. К ним относятся:

  • необоснованность безопасного способа транспортировки и хранения кассет из-за проблем ядерной и радиационной безопасности, а также накопления водорода при хранении и транспортировке;
  • большие размеры и высокая стоимость вентилируемого ­хранилища;
  • отсутствие опыта и регламентирующей документации;
  • усложнение  переработки в будущем  из-за продолжающейся деградации ОЯТ при хранении.

Исходя из этого, было решено переработать ОЯТ АМБ в ПО «Маяк». Работы ведутся по двум параллельным направлениям: выполнение мероприятий по безопасному хранению ОЯТ на Белоярской АЭС, как приоритетная и неотложная задача, а также разработка технологии и технических средств для переработки ОЯТ АМБ на заводе РТ-1 ПО «Маяк».

Для решения этих задач разрабатывается технология химической переработки всех типов ОЯТ АМБ. В ПО «Маяк» проектируется специальное здание (отделение разделки и пеналирования, ОРП) для подготовки к переработке ОЯТ АМБ, как размещенного на «Маяке», так и топлива в кассетах в случае их доставки с Белоярской АЭС (рис.1).

 

Рис. 1. ОРП в ПО «Маяк»

 

Предполагаемый срок ввода ОРП в эксплуатацию – конец 2015 года. Разрабатываются две технологии доставки ОЯТ с БАЭС. Первая предполагает транспортировку кассет ОТВС с Белоярской АЭС в ПО «Маяк» с последующей разделкой их в ОРП, вторая – разделку кассет и ОТВС непосредственно на станции.

Проблемы химической переработки

Характерными особенностями ОТВС АМБ являются:

  • наличие около 40 типов топливных композиций;
  • большие габаритные размеры (длина одной ОТВС – ­около 13 м);
  • сложная конфигурация ОТВС.

Исследования, проведенные несколько десятилетий назад специалистами ВНИИНМ, показали принципиальную возможность переработки ОЯТ АМБ по технологии классического ПУРЕКС-процесса, но без «привязки» таких работ к технологии завода РТ-1. Таким образом, переработка ОЯТ АМБ на заводе РТ-1 возможна, однако существуют проблемы, которые должны быть решены на стадии научно-исследовательских работ. Одной из них является разделка кассет и ОТВС на фрагменты и их транспортировка на участки химической переработки.

Составы топливной композиции ОЯТ АМБ и оболочек меняются в широких пределах. Топливная композиция содержит от 1% до 20% 235U и может состоять как из оксида урана, так и из сплава металлического урана с молибденом в матрице из магния или кальция. Для каждого типа топлива необходимо подбирать безопасные условия растворения, чтобы исключить взрывоопасные концентрации водорода, а для карбидного топлива – и легких углеводородов.

Значительная часть ОЯТ АМБ содержит также от 3% до 9% металлического молибдена, при растворении которого возможно выпадение осадков на основе как самого молибдена, так и молибдата циркония, который может «захватывать» плутоний и цезий.

Возможны проблемы и на операциях выпарки и остекловывания в процессе переработки высокоактивных ЖРО. Технология переработки ОЯТ АМБ должна быть встроена в существующие технологические цепочки завода РТ-1.

Разработку химической части технологии планируется завершить в течение 2010 года; есть полная уверенность в возможности ее реализации в ПО «Маяк».

Подготовка ОЯТ к доставке в ПО «МАЯК»

Для реализации метода, предполагающего разделку кассет и ОТВС непосредственно на Белоярской АЭС, создаются соответствующие технология, оборудование и инструменты.

Работы предполагается осуществлять в специальном комплексе оборудования безопасной разделки (КОБР).

Основные принципы предлагаемой технологии для обращения с ОЯТ АМБ на станции включают:

  • отделение топливной составляющей от ТРО в специальном комплексе резки в бассейнах выдержки;
  • загрузка ОЯТ в пеналы, удовлетворяющие требованиям штатного отделения подготовки и резки ПО «Маяк»;
  • использование, с осушением, существующих контейнеров ТК-6 для транспортировки пеналов с БАЭС в ПО «Маяк»;
  • загрузка ТРО в емкости и решение вопроса по обращению с ними.

Схемы размещения оборудования на Белоярской АЭС приведены на рисунках 2 и 3.

 

Рис. 2. Компоновка КОБР

 

Рис. 3. Узел разделки и пеналирования ОЯТ

 

Концепция проектирования предусматривает следование одновременно требованиям норм для атомных электростанций и объектов ядерного топливного цикла. Новое производство должно быть адаптировано к существующему зданию первой очереди Белоярской АЭС, что представляет определенную проблему, поскольку здания построены в 60-х годах прошлого века. При обращении с ОЯТ АМБ планируется обходиться собственными средствами нового производства для исключения дополнительной нагрузки на действующие системы станции, занятые профильной ­деятельностью.

Почти все результаты, которые будут получены при разработке технологии разделки ОЯТ АМБ на Белоярской АЭС, будут использованы при разработке технологии разделки в ПО «Маяк».

Авторы

Кудрявцев Евгений Георгиевич,
кандидат химических наук

Смирнов Валерий Павлович
доктор технических наук