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».
Рис. 1. ОРП в 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). 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.
Рис. 2. Компоновка КОБР
Схемы размещения оборудования на Белоярской АЭС приведены на рисунках 2 и 3.
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:
Е.Г. Кудрявцев, к.х.н. (ГК "Росатом"),
В.П. Смирнов, д.т.н. (ООО НПФ "Сосны")
