Замыкающей стадией ураи-плутониевого ядерного топливного цикла является химическая переработка отработавшего ядерного топлива (см. рис. 13.1). Для возвращения отработавшего топлива в цикл ядерной энергетики необходимо создать промышленный радиохимический завод. При этом, однако, возникают трудности технологического, экономического характера, выбора площадки, защиты окружающей среды.
13.10.1. Радиохимический завод и связанные с ним установки. Блок- схема радиохимического завода и установок показана на рис. 13.15. Центральное место в схеме занимает комплекс установок по переработке (или разделению) топлива. Регенерированный уран можно использовать в тепловых энергетических реакторах; смешанное уран-плутониевое топливо — в быстрых реакторах-размножителях.
С учетом дальнейшего использования урана в тепловых энергетических реакторах регенерированный уран переводится в одно из химических соединений: UF6, UO2 или UO3. UF6 служит питанием для завода по обогащению топлива. UO2 прямо направляется на изготовление твэлов для тепловых энергетических реакторов. Так как UO3 пригоден для длительного хранения и может быть в дальнейшем преобразован в UF6 или UO2, имеет смысл часть регенерированного урана переводить в форму UO3.
Что касается использования смешанного уран-плутониевого топлива в быстрых реакторах-размножителях, то в этом случае смесь регенерированных урана и плутония переводится в форму UO2 • PuO2 или (U, Pu) O2 и направляется в реакторы типа LMFBR. Для этих целей может оказаться полезной разработка процесса соосаждения урана и плутония.
Рис. 13.15. Заключительные стадии ядерного топливного уран-плутониевого цикла
Рис. 13.16. Зависимость удельной стоимости переработки топлива, изготовления твэлов из смешанного топлива (U, Pu)O2 и обращения с отходами от производительности радиохимического завода при ежегодных процентных отчислениях 12,5 (при стоимости отработавшего топлива 1000 долл/кг) :
1 — общая удельная стоимость; 2 — переработка отработавшего топлива; 3 — обращение с отходами; 4 — изготовление твэлов
Рис. 13.17. Зависимость удельной стоимости переработки топлива, изготовления твэлов из смешанного топлива (LT, Pu)O2 и обращения с отходами от производительности радиохимического завода при ежегодных процентных отчислениях 25 (обозначения те же, что и на рис. 13.16)
Следует напомнить, что первичными продуктами экстракционного процесса являются растворы нитрата урана U(NO3)4 и плутония Pu(NO3)4. Соответствующим процессом прокаливания эти соединения можно перевести в UO2 и PuO2 для их дальнейшего использования в быстрых реакторах-размножителях.
- Производительность завода и относительная стоимость продукта. Несмотря на недостаточность информации, возможно провести сравнительные оценки стоимостей радиохимических заводов путем применения последовательного стоимостного анализа.
Стоимостный анализ часто называют нормализацией или минимизацией стоимости.
Стоимость радиохимического завода по переработке топлива состоит из общих капитальных затрат и затрат на эксплуатацию и обслуживание. Общие капитальные затраты включают в себя; возврат ссуды банку и все процентные налоговые отчисления (банковский процент, страховка и т. д.). На рис. 13.16 и 13.17 представлены зависимости относительных удельных стоимостей переработки топлива и обращения с отходами для ежегодных процентных отчислений, равных соответственно 12,5 и 25%. Все удельные стоимости рассчитаны на 1 кг переработанного отработавшего топлива и произвольно выражены в единицах 1000 долл./кг. Значения удельных стоимостей при промежуточных значениях (между 12,5 и 25%) процентных отчислений можно получить интерполяцией графиков на этих двух рисунках.
При сравнении рис. 13.16 и 13.17 видно, что удельная стоимость очень чувствительна к размеру процентных отчислений; все удельные стоимости уменьшаются при увеличении производительности завода и достигают равновесия при определенном значении производительности; удельная стоимость переработки топлива значительно выше удельной стоимости изготовления твэлов и переработанного топлива (рефабрикация). Расчетные данные аналогичны приведенным результатам: удельные стоимости, капитальные затраты, затраты на эксплуатацию и обслуживание уменьшились с увеличением производительности завода [35, 36]. В целом произведение общей удельной стоимости на производительность радиохимического завода равно общей стоимости радиохимического завода по производству топлива.
