Reciclarea regenerării. Partea I. Cantitatea și strategia.
Închiderea ciclului combustibilului nuclear reprezintă un pas important atât din punctul de vedere al furnizării fiabile a resurselor de energie nucleară, cât și din punctul de vedere al manipulării deșeurilor nucleare. Noua publicație a IAEA Nuclear Energy Series 1 este dedicată problemelor legate de închiderea ciclului combustibilului nuclear. NF-T-4.4. Utilizarea uraniului reprocesat: provocări și opțiuni.
Modalități de utilizare a uraniului regenerat
Uraniul recuperat din reprocesarea combustibilului nuclear uzat (uraniu regenerat) poate fi returnat în ciclul combustibilului în diferite moduri. Poate fi folosit direct, poate fi re-îmbogățit și poate fi amestecat și cu uraniu îmbogățit sau natural. În plus, regeneratul poate fi utilizat ca material de protecție în containere pentru combustibil nuclear uzat sau alte aplicații care depășesc puterea nucleară.
Diferite aplicații ale uraniului recuperat
În cazul aplicării directe, regeneratul poate servi la egalizarea debitului și la creșterea arderii în reactoarele cu apă grea și, de asemenea, acționează ca o matrice în fabricarea combustibilului MOX sau a materialului pentru păturile reactoarelor rapide. După îmbogățirea sau amestecarea cu uraniu îmbogățit sau natural, regeneratul poate fi returnat ca combustibil la reactoarele ușoare și grafit de gaz.
Un grup mare de țări - Belgia, Marea Britanie, Germania, India, Italia, Kazahstan, China, Olanda, Rusia, SUA, Ucraina, Franța, Elveția, Suedia și Japonia - sau are rezerve semnificative de uraniu reprocesat, sau un program sau planuri pentru a obține regenerați din SNF.
Alte trei țări - Argentina, Canada și Coreea de Sud - au în vedere strategii de reprocesare a combustibilului nuclear uzat, inclusiv utilizarea uraniului regenerat în reactoarele cu apă grea.
Din acest motiv, majoritatea regeneratului a fost dekonvertirovana lichid nitrat de uranil hexahidrat UNHs într-o formă solidă stabilă UO3 oxid de uraniu sau U3 O8 și plasate în depozit.
Uranil hexahidratul de azotat are formula chimică UO2 (NO3) 2 -6H2O, dar este desemnată ca UNH.
În plus față de cantitatea menționată mai sus, mai mult de 120 mii tone de uraniu recuperat pot fi recuperate din SNF situate în depozit intermediar.
În Regatul Unit, rezervele de regenerare sunt reumplete din două surse - de la prelucrarea combustibilului metalic ars la reactoarele Magnex și de la reprelucrarea oxidului SNF de la reactoarele AGR și LWR.
În Franța, există patru instalații de reprocesare SNF - UP-1 în Marcool, în sudul Franței, precum și UP2-400, UP2-800 și UP-3 în La Ag.
În prezent, uzina UP2-400 din La Ag este dezafectată. Prin urmare, singurele fabrici de operare din Franța au rămas UP2-800 și UP-3.
Cantitatea totală de uraniu, alocată pentru toate timpurile în Franța de la SNF, depășește 45 mii tone. Este aproape egal - 23 mii față de 22 mii - este împărțit între regenerarea de la SNF a reactoarelor răcite cu gaz și regenerarea reactoarelor de apă ușoară din SNF.
Regenerate din GCR uzat de îmbogățire a combustibilului nuclear are o medie de 235 U sub 0,4%, iar acum francezii nu ia în considerare reutilizarea prin aport - devine nerentabilă la prețuri curente pentru SwU.
Regenerarea din LWR SNF este exportată sub formă de UNH către Pierrelate, unde este convertită fie în U3 O8. sau în UF6, în funcție de planurile ulterioare de utilizare a acestuia. Aici, în Pierrelate, este stocată regenerarea aparținând companiei "Electricite de France".
În Japonia, la uzina din Tokai, produsele de reprocesare a SNF se obțin fie sub formă de UO3. sau sub formă de soluție de azot care conține uraniu și plutoniu.
UO3 este ambalat mai târziu în containere specializate și transportat la locul de depozitare. În total, Japonia a acumulat 800 de tone de uraniu sub formă de UO3.
Soluțiile de uraniu și plutoniu sunt deazotizate, dând la ieșire un oxid mixt de uraniu și plutoniu. Acest produs este stocat în Tokai până când se va lua o decizie finală privind soarta sa.
Federația Rusă are practic nici o rezervă de uraniu regenerat, deoarece este imediat reciclată în reactoarele RBMK. Singura excepție sunt materialele necesare pentru diluarea regenerării de origine occidentală - această excepție este menționată mai jos.
Strategii de utilizare a regenerării în trecut
În Regatul Unit, reciclarea de regenerat a fost mult timp stăpânită. Până la mijlocul anilor 1980, cea mai mare parte a combustibilului pentru reactoarele AGR a fost produsă din uraniul obținut ca urmare a reprocesării SNF a reactoarelor magnetocene.
De la Sellafield în Springfields a fost eliminat 17 mii de tone de uraniu reprocesat, convertit în forma de hexafluorura și după îmbogățire de la centrifugele URENCO utilizate pentru a crea combustibil pentru AGR.
Așa cum am menționat deja, adâncimile de ardere în reactoarele magnetocene sunt mici, iar concentrațiile de 232 U și 236 U în combustibilul ars sunt nesemnificative. Cu toate acestea, industriile de transformare trebuiau să dezvolte o procedură de lucru în prezența produselor fiice ale decăderii de 232 U, precum și a izotopilor 99 Tc și 106 Ru.
În 1982, Marea Britanie a oprit un program de reciclare a uraniului. Facilitățile de conversie implicate în acest proces sunt în prezent dezafectate.
În Germania, studiul posibilităților de returnare a uraniului în ciclul de combustibil a început la începutul anilor 1980. Pe instalația de combustibil în Lingen, la acel moment a aparținut „Simens“ / Kwu, iar acum controlează compania „AREVA NP“, a fost produs de un ansamblu de combustibil conținând doobogaschonny uraniu regenerat. Caseta a fost încărcată în zona activă a centralei nucleare "Obrigheim" (Obrigheim). Îmbogățirea în adunare a fost ridicat la 3,5%, pentru a compensa efectele negative ale prezenței izotopului 236 U. În recalcularea combustibilului proaspăt de uraniu îmbogățit, a fost echivalentă cu o valoare de îmbogățire de 3,2%.
La momentul primului experiment, arderea medie la centralele nucleare germane a fost de 32 GWt / zi. La mijlocul anilor 1980, arderea a fost crescută la 37 GWt / zi.
După aceea, Germania a luat un al doilea experiment - uraniu recuperat a fost doobogaschon pe plantă URENCO din Almelo (Olanda) și utilizate pentru producerea de cele patru cartușe încărcate în blocul activ „Nekarvesthaym-1“ zona (Neckarwestheim-1) din PWR reactor în 1986 și 1987 respectiv.
În Germania a existat o tendință clară de a crește adâncimea de arsură. Acest lucru a creat un factor limitator pentru utilizarea regenerării. Casetele necesare pentru a regenera o îmbogățire inițială mai mare de compensare 236 U. S-a arătat că, atunci când arde-GW 44 x d / t casetele inițiale de îmbogățire a regenera fie de 5%. Îmbogățirea regenerării de peste 5% sa dovedit a fi impracticabilă și neeconomică.
La începutul în cooperare cu MRZ (Elecrtostal) '90 „Siemens“ a propus o abordare alternativă - uraniu recuperat nu este doobogaschaetsya, dar amestecat cu o îmbogățire a uraniului mai mare (până la 20%). În acest caz, devine posibilă obținerea unei îmbogățiri dat la concentrații mai mici de 236 U.
Concluzia la care a ajuns compania energetică germană la sfârșitul primelor încercări de reciclare a uraniului, spune - pentru fiecare bloc, este necesar să se determine obstacolele tehnice și juridice și dificultățile, cât mai curând posibil, pentru a stabili modul cel mai potrivit pentru el revendica utilizarea uraniului.
Raportul conține următoarele date privind rezultatele contractelor occidentale pentru MSZ: 1,693 FA (673 tone uraniu) și 126 de tone de uraniu sub formă de pelete de combustibil. În ultimul caz, comprimatele au fost livrate la uzina din Lingen (Germania), unde au fost utilizate pentru fabricarea de casete.
În ceea ce privește tratamentul propriului său regenerat, Rusia acționează împreună cu el după cum urmează. Uraniul care poate fi obținut la RT-1 ca urmare a reprocesare VVER 440 reactoare, amestecat într-o soluție de acid azotic cu uraniu izolat în timpul reprocesarea reactoarelor de cercetare și de transport. Compoziția rezultată a UNHs îmbogățit la 2,6% este transferată la instalațiile pentru fabricarea ansamblurilor de combustibil pentru reactoarele RBMK.
Este interesant de remarcat faptul că francezii au început să lucreze cu regenerați, fără a fi nevoie să crească de îmbogățire pentru a compensa 236 U - în ansamblurile să regenereze avut aceeași îmbogățire medie (3,7%), precum și în ansambluri cu uraniu în stare proaspătă. Și numai după un anumit timp, EdF a reușit să obțină o licență pentru a crește îmbogățirea în casete cu regenerare la 4,1%.
Francezii acordă o atenție deosebită calculului atent al îmbogățirii, care ar trebui să fie în adunări cu regenerare, deoarece erorile determinării sale conduc în mod inevitabil la pierderi în durata campaniei.
Compania elvețiană Kernkraftwerk Gosgen (KKG) a elaborat o strategie care vizează reciclarea în reactori termici de uraniu și plutoniu. În plus, KKG a fost de acord să utilizeze combustibilul de la o centrală nucleară elvețiană cu un regenerat de uraniu de origine străină.
Implementarea strategiei în practică a variat pentru fiecare stație individuală, în funcție de aspirațiile organizației de operare.
La uzina nucleară Muhleberg, regeneratul a fost folosit doar pentru vânzare și revânzare. Centrala nucleară de la Leibstadt și-a transferat regeneratul într-o altă stație, centrala nucleară Beznau.
Reciclarea regenerării se efectuează în Elveția la centrala nucleară Beznau (Beznau) și la centrala nucleară de la Gosgen (Gosgen). Uraniul pentru aceste stații este îmbogățit în Rusia prin diluarea cu uraniu proaspăt de îmbogățire mai mare. Datorită acordurilor existente de furnizare a combustibilului regenerat, ambele stații și-au acoperit nevoile de combustibil până în a doua jumătate a deceniului următor.
Este cunoscut faptul că India folosește regenerarea în fabricarea combustibilului pentru reactoarele sale de apă grea PHWR. Prin origine, această regenerare este obținută prin reprocesarea SNF a PHWR. Combustibilul regenerat este fabricat în aceleași întreprinderi ca și combustibilul din uraniu proaspăt, în timp ce se face o distincție strictă între liniile tehnologice implicate în ambele procese.
Celulele de combustibil din regenerat sunt utilizate în PHWR pentru a alinia câmpul de eliberare a energiei. PHWR are un defect cunoscut - în zona colectată exclusiv din combustibil proaspăt, se formează eliberări de energie inacceptabil de mari în partea centrală. O modalitate de a scăpa de aceasta este adăugarea elementelor la încărcarea inițială cu uraniul regenerat.
Este, de asemenea, cunoscut faptul că oamenii de știință nucleari indieni utilizează celulele de combustie din regenerare pentru a scurta timpul necesar pentru a ieși din MCC la o valoare nominală. Astfel de elemente sunt încărcate în zone de echilibru pentru a reduce consumul de uraniu natural.
AIEA nu publică date cantitative privind utilizarea regenerării în India.
Starea actuală a pieței de regenerare
Deși rezervele de uraniu extrase din SNF sunt destul de mari, piața de combustibil regenerant nu este formată.
- Standarde unificate pentru recuperarea uraniului nu au fost stabilite, inclusiv compoziția sa izotopică și formele chimice;
- Productivitatea instalațiilor implicate în lanțul de procesare atunci când uraniul este reciclat este limitată;
- în plus, toate aceste lanțuri nu sunt adaptate nevoilor potențiale;
- organizațiile de operare nu înțeleg pe deplin ce doresc și ce modificări pot avea planurile lor în viitor.