Специалисты Комиссариата по атомной энергетике и альтернативным источникам энергии Франции (СЕА) предложили инновационные решения в шести различных областях, связанных с защитой операторов во время проведения работ по выводу из эксплуатации ядерных объектов и для минимизации общих затрат и объёмов радиоактивных отходов.
Франция имеет высокоразвитую атомную энергетику - около 75% электроэнергии страны вырабатывается за счёт АЭС, в том числе 17% производимой электроэнергии вырабатывается за счёт ядерного топлива, получаемого при переработке ОЯТ. Кроме того, реакторы и ядерное топливо является для Франции одним из наиболее существенных продуктов экспорта. При этом в настоящий момент в стране имеется 9 ядерных объектов, находящихся в стадии вывода из эксплуатации.
СЕА является оператором объектов ядерного топливного цикла, и в то же время отвечает за развитие технологий – как в части строительства новых объектов, так и в части вывода из эксплуатации. СЕА уделяет большое внимание развитию НИОКР в части вывода из эксплуатации, в частности, активные работы ведутся по следующим 6 направлениям.
1. Информационные технологии
Применение информационных технологий в выводе из эксплуатации необходимо в первую очередь для того, чтобы подготовить прогнозы объёмов демонтажа, а также оценить затраты на вывод из эксплуатации, сравнить различные сценарии вывода из эксплуатации в целях оптимизации затрат и количества образующихся РАО.
EdF и CEA активно занимаются также разработкой беспроводных меток (RFID), которые могут быть, например, помещены на бейдж сотрудника или на контейнер с РАО. Их положение и состояние может быть всегда установлено с помощью программного приложения на компьютере или планшете и позволяет:
- убедиться, что состояние оборудования и комплектующих пригодно для работы;
- убедиться, что сотрудник обладает необходимой квалификацией;
- убедиться, что инструмент правильно настроен и правильно используется;
- идентифицировать образцы и автоматически предоставлять результаты измерений;
- в режиме реального времени представлять пространственно-временные координаты объектов через GPS с точностью доя 10 см.
Все получаемые таким образом данные связаны в «облачную» сеть через GPS-устройства.
2. Характеризация объектов
Оценка радиологического и физического состояния объектов, подлежащих выводу из эксплуатации, являются ключевым условием для обеспечения необходимых данных для минимизации опасностей, а также необходимы для того, чтобы оценить количество образуемых РАО и сэкономить материальные и финансовые ресурсы. Одной из основных задач в этой области является минимизация доз облучения, получаемых персоналом.
Были разработаны новые локальные методы для картографирования объектов и почвы с выявлением опасных точек. Эти методы позволяют идентифицировать радионуклиды, оценивать радиоактивный фон, при этом минимизировать количество забираемых образцов или проводить несколько измерений одновременно. Эти технологии уже используются во Франции. Некоторые, них, например, технологии геомониторинга, уже прошли стадию коммерциализации; другие методы пока находятся на стадии прототипных образцов (например, гамма-и нейтронная радиография и томография; визуальное представление альфа- и бета-излучения и др).
3. Оценка количества отходов
При работах по выводу из эксплуатации необходима стратегия по оценке и характеризации количества РАО. Эта стратегия должна включать в себя:
- установление химического состава РАО и их радиологических свойств;
- выбор оборудования и сценария работ по извлечению отходов;
- оптимизация процедур характеризации РАО;
- высокотехнологичные технологии моделирования работ, подходящие для оборудования и технологий, которые будут использоваться.
Проект и технические характеристики используемых средств должны быть выбраны таким образом, чтобы избегать их повреждения и в то же время соответствовать нормативным требованиям. Также необходимо, чтобы разрабатываемые средства либо создавались на базе уже имеющихся промышленных прототипов, либо могли быть приспособлены к работе с существующей техникой.
4. Робототехника
Ещё одним важным направлением является разработка новых средств для дезактивации и выводу из эксплуатации целей, включая роботов и иного дистанционно управляемого оборудования. Сегодня можно считать, что сбылась мечта инженеров предшествующих лет, когда все технологические процессы доступны в формате 3D и пригодны для решения самого широкого круга задач – начиная со сбора данных, заканчивая обучением операторов на тренажёрах.
Например, благодаря применяемым технологиям, операторы могут выбрать устройства, подходящие для работы в конкретных химических или радиологических условиях. Технический комплекс MAESTRO, разработанный CEA на платформе Cybernetix – пример дистанционно управляемого механизма для работы на радиационно-опасных участках. Эта система может быть адаптирована для использования на различных типах носителя: автокран, телескопическая мачте с дистанционным управлением и др.
Для усовершенствования резки были использованы лазерные технологии. Были разработаны также другие платформы и инструменты, например:
- тестовые и демонстрационные платформы для работы с РАО;
- программа 3D моделирования и виртуальной реальности для сравнения альтернативных сценариев работы дистанционно управляемого оборудования;
- 3D моделирование и расчет доз программного обеспечения, позволяющие выррать вариант с минимальной поглощённой дозой.
5. Дезактивация
Специалистами CEA были разработаны технологии для дезактивации объектов различных геометрических конфигураций, а также различных видов поверхностей и типов загрязнений. В числе применяемых технологий: гели, очищающие поверхность в процессе высыхания, гели для очистки мелких предметов путём погружения, лазерная дезактивация, пены и растворы и др.
Некоторые из разработанных химических средств уже испытаны на пилотных или промышленных площадках с целью снижения радиационных и химических загрязнений.
6. Обработка и кондиционирование РАО
К данному направлению относятся технические приёмы с целью повышения эффективности дезактивации, минимизации объёма вторичных отходов, защиты операторов и уменьшения затрат.
Инновационные решения продолжают разрабатываться с использованием химических, электрохимических, гидрометаллургических и пирометаллургических методов.
В части, касающейся ЖРО, основным направлением является создание более эффективных реактивов и материалов. Двумя основными процессами, используемыми при работах с ЖРО, являются фильтрация (включая такие её разновидности, как микрофильтрация, нанофильтрация или обратный осмос) и перспективные технологические процессы (таких как фотокатализ в сочетании с микрофильтрацией, фильтрация в сочетании с биологической адсорбцией); адсорбции на неподвижном слое или в кипящем слое, в том числе соосаждение.
Моделирование этих процессов представляет большой интерес с точки зрения их переноса из лабораторного в опытно-промышленный масштаб, а затем и в промышленный.
Для переработки определённых видов твёрдых или жидких РАО органического происхождения были разработаны свои методы, такие как сжигание или минерализация путем гидротермального окисления или путем плазменного сжигания.
Процесс сжигания радиоактивных растворителей, содержащих фтор или хлор, во Франции осуществляется с помощью технологии плазменного сжигания под водой. Такая технология позволяет предотвратить образование радиоактивной пыли и не допустить коррозии объекта.
Исторически, известны два основных вида кондиционирования РАО - цементирование и остекловывание. Во Франции были разработаны такие технологии с использованием магния для высокоактивных отходов.
Технологии будущего
Новые перспективные технологии появляются в ядерных и неядерных отраслях. Следующий шаг - адаптировать и развивать эти технологии и использовать их для решение имеющихся задач. Это потребует консолидации различных отраслей науки и промышленности. Необходимы различные инициативы, чтобы в полной степени реализовать такие технологии, как дистанционно управляемое оборудование, высокоэнергетические лазеры, долгосрочный мониторинг, более мощные технологии сбора и обработки данных. Эти технологии должны использоваться в комплексе с эффективным управлением проектами, безбумажными и цифровыми технологиями. Как следствие, возникновение нового поколения робототехники и автономного оборудования позволит поднять на новый уровень эффективности и безопасности работ по выводу ядерных объектов из эксплуатации.
