«Мокрый» или «сухой»: плюсы и минусы двух методов хранения ядерных отходов.
В связи с тем, что во многих странах планируется в ближайшее время вывод из эксплуатации атомных станций, в отрасли растет спрос на эффективные установки для утилизации ядерных отходов.
Недавнее исследование по Oak Ridge National Laboratory показало, что различные типы временных хранилищ могут позволить сэкономить 15 млрд. долл. к 2040 году, 30 млрд. долл. к 2050 году и 54 млрд. долл. к 2060 году.
После извлечения из реактора отработанное радиоактивное топливо храниться в водной среде до остывания. Затем топливо может храниться во влажном хранилище или после периода начального охлаждения перемещаться в сухое хранилище.
Метод влажного хранения отработанного топлива в качестве промежуточного шага широко практикуется во всем мире, в том числе в Великобритании, где реализуется стратегия «замкнутого топливного цикла», включающая переработку и рециркуляцию во влажных условиях.
Некоторые страны, например, Швеция и Финляндия, хранят отработанное топливо во влажных условиях до тех пор, пока оно не будет соответствовать требованиям необходимым для окончательного захоронения. США, Канада и Германия, перевозят отработанное топливо в сухие условия после первоначального периода хранения во влажных условиях.
Влажное хранение доказало свою жизнеспособность с течением времени, но в последнее время новый метод сухого хранения приобретает популярность в некоторых регионах.
Влажное хранение в Великобритании: демонстрация гибкости и надежности.
Метод влажного хранения в качестве промежуточного этапа заключается в хранении отходов под водой для охлаждения и рассеивания их радиоактивных свойств перед утилизацией.
Как заявила главный операционный директор Sellafield Ребекка Уэстон на Научном форуме МАГАТЭ 2020 года: «Великобритания в настоящее время строит усовершенствованные газовые реакторы (AGR) с газовым охлаждением II поколения, разработанные на основе реакторов с газовым охлаждением Magnox предыдущего поколения».
В рамках полномочий по выводу из эксплуатации ядерных реакторов в Великобритании Sellafield участвовал в подготовке водоемов для хранения, переконфигурированных для использования в качестве промежуточных хранилищ для отработанного топлива в Великобритании, где топливо AGR будет храниться в течение следующих 80 лет.
«Метод влажного хранения обеспечивает большую доступность к топливу при обнаружении проблем. И, безусловно, в этой области на сегодняшний день Великобритания обладает значительным опытом и знаниями», - сказала Ребекка Уэстон.
«Также важно, чтобы мокрый подход и использование существующих объектов позволяли нам быть гибкими в отношении будущих стратегий, будь то изменение позиции в отношении топливного цикла или открытость для будущих инноваций, связанных с сушкой или долгосрочным хранением ядерного топлива».
«Для поддержки стратегии влажного хранения, со временем pH была изменена на более щелочную с целью предотвращения коррозии».
Улучшенные сухие ядерные хранилища Орано.
Комиссия по ядерному регулированию США, придерживаясь другого подхода, пришла к выводу, что хранение отработавшего топлива в контейнерах является безопасным и надежным. По этой причине большая часть использованного топлива в США, более 70 000 тонн, в настоящее время хранится в контейнерах временного хранения на атомных электростанциях по всей стране. Метод сухого хранения ядерных отходов через четыре десятилетия после его создания становится более востребованным.
После того, как отработанное ядерное топливо в течение как минимум одного года охлаждалось в топливном резервуаре, оно помещается в сухие хранилища. Поэтапное применение влажного и сухого хранения уже позволило с 2000-х годов закрыть и безопасно вывести из эксплуатации несколько атомных станций.
В настоящее время сухое хранение используют США, Канада, Германия, Швейцария, Испания, Бельгия, Швеция, Япония, Армения, Аргентина, Болгария, Чехия, Венгрия, Южная Корея и Литва.
Компания Orano, одна из ведущих мировых компаний по сухому хранению ядерных материалов и первый разработчик сухих хранилищ, сотрудничавшая с Комиссией по ядерному регулированию США, разрабатывает технологии сухого хранения для отработанных ядерных тепловыделяющих сборок.
Компания успешно разработала и сертифицировала как металлические контейнеры для хранения, так и системы хранения на основе канистр. Новейшая система NUHOMS состоит из отдельных сварных контейнеров, которые горизонтально размещены внутри квадратных бетонных модулей для хранения отработанного топлива на площадках реакторов.
Современные канистры Orano имеют лицензию на хранение отработанного топлива с высокими характеристиками выгорания и высокой тепловой нагрузкой до 50 кВт, что является самым высоким показателем в отрасли (предыдущий уровень составлял 34 кВт).
Компания Orano успешно продлила срок действия лицензии на систему сухого хранения NUHOMS до 60 лет. Наряду с этим, Orano сократила объем помещений для сухого хранения на 45%, разработав двухуровневые модули MATRIX.
Преимущества и проблемы влажного и сухого хранения ядерных отходов.
Метод сухого хранения в контейнерах не позволяет отказаться от первоначального хранения ядерных отходов в водной среде, но включение метода сухого хранения в качестве промежуточной стадии перед окончательным захоронением сделать весь процесс намного дешевле.
Давно известно, что для влажного хранения используется большее количество энергии. В исследовании «Сравнение затрат на влажные и сухие промежуточные хранилища отработавшего ядерного топлива PWR в Корее», опубликованном в журнале Annals of Nuclear Energy, говорится, что «влажное хранение является самым дорогостоящим решением для вывода из эксплуатации отработанного ядерного топлива по сравнению концепциями сухого хранения».
Дополнительный этап сухого хранения позволяет компании значительно снизить затраты на техническое обслуживание.
Главный технический директор Orano Пракаш Нараянан разделяет мнение о том, что еще одним существенным преимуществом сухого складирования является экономия площади помещений: «Объемы влажных хранилищ на атомных электростанциях ограничены».
«Сухое хранение дает возможность долгосрочной эксплуатации. Перемещение отработанных ядерных тепловыделяющих сборок из влажного хранилища в герметичные контейнеры с последующим их размещением в отдельном сухом хранилище намного эффективнее как для энергетической компании, так и для окружающего сообщества».
Однако противники метода сухого хранения обеспокоены «транспортировкой летучих ядерных отходов для сухого хранения и уровнем радиоактивности, которым подвергаются рабочие», а также по поводу риска разгерметизации канистр и утечки содержимого.
При использовании метода влажного хранения не требуется перемещение отработанного топлива, поскольку оно остается в водоеме долгое время, обеспечивая более легкий доступ к топливу, что позволяет быстро обнаружить любые проблемы.
Сторонники сухого хранения настаивают на том, что «топливо не является слишком летучим, канистры запаяны, и уже разработаны современные способы управления старением для безопасного осмотра канистр в сухом хранилище».
Заглядывая в будущее вывода из эксплуатации отработанного топлива, Нараянан говорит, что: «Для большей экономической эффективности конструкции тепловыделяющих сборок становятся более прочными и менее склонными к топливным сбоям».
Станет ли метод сухого хранения достаточно эффективен, и сможет ли он заменить влажное хранение, пока сложно сказать. Но решение проблем ядерных отходов в ближайшее время станет одним из важнейших шагов на пути к экологически чистой энергетике будущего.