5 июня 2019

Индия выбрала стратегию замыкания ядерного топливного цикла

Центр атомных исследований имени Хоми Баба

Индия - одна из стран, выбравших для своей атомной энергетики путь замыкания топливного цикла. О том, как в Индии обращаются с ОЯТ тяжёловодных реакторов PHWR, на конференции "Management of Spent Fuel from Nuclear Power Reactors" (2015 год) рассказали К.Агарвал и С.Басу, работники центра атомных исследований (BARC) имени Хоми Баба.

Напомним, что труды конференции были опубликованы МАГАТЭ в этом году.

Индия выбрала стратегию замыкания ядерного топливного цикла для обеспечения долгосрочной энергобезопасности. Развитие атомной энергетики в Индии основано на сформулированном Хоми Баба трёхэтапном подходе.

На первом этапе в этой стране должны строиться блоки с PHWR, плутоний из которых послужит топливом для пуска быстрых бридеров на втором этапе. Последний, третий этап предполагает вовлечение в топливный цикл тория.

Очевидно, что для перехода ко второму этапу Индия должна располагать высокопроизводительными мощностями по переработке ОЯТ PHWR.

Важная роль при решении этой задачи отводится интегрированному комплексу "Integrated Nuclear Recycle Plant", строящемуся на площадке Тарапур. Комплекс будет принимать облучённое топливо с блоков с реакторами PHWR-220 и PHWR-540.

Индия также располагает тремя комплексами по переработке ОЯТ меньшей производительности - в Тарапуре, Калпаккаме и в центре BARC. Отличаться от них строящийся новый комплекс будет тем, что на нём, помимо переработки, будут заниматься и обращением с РАО различных типов.

Новый тарапурский комплекс будет использовать индийские технологии переработки и обращения с отходами, созданные в BARC. В его проект заложена концепция "solid-in & solid-out" - то есть, на вход подаётся ОЯТ, а на выходе получаются уран, плутоний и твёрдые отходы. Оборудование и системы комплекса сгруппированы по их назначению - например, все испарители устанавливаются в блоке испарителей.

Общие принципы, заложенные в проект интегрированного комплекса, таковы:

  • блочный подход, подразумевающий разделение по процессам для упрощения строительства и эксплуатации;
  • вынос общих служб отдельно от основных зданий, как из соображений экономики, так и для возможности привлекать для них аутсорсинговый персонал;
  • концепция "solid-in & solid-out";
  • учёт в компоновке комплекса как ожидаемых материальных потоков, так и будущего зонирования по уровню мощностей доз;
  • стандартизация оборудования для сокращения запасов ЗиП;
  • модульный принцип проектирования для обеспечения возможности быстрой и дистанционной замены компонентов при эксплуатации;
  • учёт в проекте обратной связи от персонала работающих комплексов по переработке;
  •  единый пульт управления комплексом.

Такой подход позволил сократить общую площадь комплекса и численность его персонала, а также снизить капитальные затраты. Впоследствии он должен обеспечить высокую эффективность эксплуатации.

Важная составная часть интегрированного комплекса - промежуточное хранилище ОЯТ мокрого типа. Облучённые топливные элементы PHWR с выгоранием до 8000 МВт×сут/т будут доставляться в него в специализированных контейнерах со свинцовой защитой.

В хранилище предусмотрены инфильтрационная система для удержания грунтовых вод ниже фундаментов зданий комплекса, система обнаружения течей из бассейна, автоматизированная система позиционирования для кранового оборудования и сейсмодатчики. Кроме того, в хранилище имеется кран, сертифицированный для работы в условиях после сейсмического события.

Стенки бассейна облицованы трёхмиллиметровыми плитами из нержавеющей стали. Пол облицован такими же плитами, но толщиной уже 6 мм.

С обратной стороны облицовки монтируются каналы сбора протечек. Они также играют роль поддержки для облицовочных плит. Собранная вода поступает в шахту сбора и обнаружения протечек. Вокруг здания хранилища предусмотрены галереи, с помощью которых уровень грунтовых вод удерживается ниже фундамента здания.

Все манипуляции с ОЯТ производятся под водой. Сейсмостойкость хранилища для условий максимального проектного землетрясения была показана как расчётным путём, так и экспериментально на стендах с имитацией соответствующих спектров отклика.

На интегрированном комплексе реализована инновационная система прямой подачи топливных элементов из бассейна в горячие камеры, не требующая промежуточных операций с загрузкой и выгрузкой из контейнеров.

Для этой цели предусмотрен подземный тоннель, соединяющий бассейн со зданием горячих камер. Естественно, перемещение вагонеток с ОЯТ по тоннелю производится в режиме дистанционного управления.

По сравнению с действующими в Индии комплексами по переработке ОЯТ существенно модифицирована система разделки топливных элементов.

Если ранее разделка производилась последовательно, часть за частью, что требовало значительных временных затрат, то на новом комплексе топливный элемент будет измельчаться за один проход. Разделочное оборудование модульного типа, его извлечение для обслуживания, ремонта или замены не требует ручных операций.

Для контроля за содержанием делящихся материалов в отходах переработки разработана и смонтирована система, основанная на детектировании нейтронного излучения.

При выборе конструкционных материалов индийские проектанты учли опыт, накопленный на действующих комплексах по переработке. Так, азотная кислота, использующаяся в радиохимических процессах, вызывает межкристаллитную коррозию трубопроводов и оборудования, выполненных из стали AISI 304L. Поэтому такая сталь была заменена на модификацию 304L, NAG (nitric acid grade).

В планы индийских специалистов входит добиться значительного снижения объёмов отходов переработки путём разделения технологических потоков, сокращения объёмов солевых добавок для некоторых из процессов, повышения эффективности работы испарителей, и так далее.

Кроме того, планируется выделять из отходов цезий, стронций и младшие актиниды. Кстати, цезий планируется впоследствии использовать в промышленности - цезиевые источники могут заменить кобальтовые в радиографии, а миноры в дальнейшем предполагается трансмутировать.

Лабораторные опыты по выделению названных элементов и по производству цезиевых источников из выделенного цезия завершились в Индии успещно, что позволяет надеяться на внедрение этих технологий и на промышленном комплексе.

Отходы из циркалоя планируется сокращать в объёмах с помощью процесса уплотнения (по всей видимости, прессования.- Прим. AtomInfo.Ru) и отправлять на долгосрочное захоронение в стандартных контейнерах.