Глобальный перехват ядерной инициативы. Часть XIV. Список задач для решения в UREX+1a.

Полный цикл статей Глобальный перехват ядерной инициативы

В четырнадцатой статье цикла мы рассмотрим состояние технологий, планируемых к использованию в методике UREX+1a, а также перечислим те задачи, которые придётся решить американским атомщикам до того, как эта технология будет внедрена.

Методика UREX+1a, предлагаемая к использованию при переработке ОЯТ легководных реакторов в рамках инициативы GNEP, подразумевает выделение нескольких потоков рециклируемых материалов и отходов, для каждого из которых необходимо иметь надёжную и работающую в промышленных масштабах технологию отверждения. Часть из таких процессов к данному моменту может считаться отлаженной, однако оставшаяся часть до сих пор продемонстрирована только в лабораторных масштабах.

Отверждение трансурановых элементов в UREX+1a

Отверждение смеси трансуранов - то есть, плутония, нептуния, америция и кюрия - никогда не производилось в промышленных масштабах. Для нужд инициативы GNEP необходимо подтвердить осуществимость процесса кальцинирования трансуранов, а также построить и испытать на суррогатных материалах промышленный кальцинатор.

Отверждение цезия и стронция

Точно так же, как и в случае трансуранов, отверждение цезия и стронция, выделяемых в методике UREX+1a, в промышленных масштабах не производилось. В лабораторных экспериментах было показано, что возможно получение нерастворимого минерализованного продукта, содержащего цезий и стронций, при использовании метода парового риформинга.

Паровой риформинг относится к разряду внедрённых в практику технологий. В частности, рассматривалось его возможное применение при обращении с кислотными жидкими РАО. Тем не менее, в рамках GNEP потребуется доказать, что эта технология может быть выбрана в качестве основной для отверждения цезия и стронция. Потребуется проведение испытаний пилотной установки (для чего возможно использование стабильных изотопов этих элементов), а также определение влияния радиоактивности на характеристики получаемого твёрдого продукта.

Выделение и конверсия технеция

Задача по конверсии Tc в форму, пригодную для длительного хранения, станет одной из наиболее сложной при реализации инициативы GNEP. Главную проблему составляет высокая летучесть частиц оксида технеция. От учёных потребуется подобрать наилучшую комбинацию методов выделения и конверсии Tc, а также продемонстрировать эффективность работы полученной связки хотя бы в лабораторных масштабах.

Обращение с осколками деления

Прочие осколки деления, остающиеся после экстракции цезия, стронция и технеция, должны быть преобразованы в форму, позволяющую осуществлять их долгосрочное хранение.

В наши дни в Соединённых Штатах основным методом обращения с высокоактивными отходами признаётся остеклование с добавлением боросиликатного стекла. Такой подход будет выбран в качестве первого приближения для разработки методик, которые будут применяться в консолидированном центре по обращению с топливом. Предполагается проведение дополнительных исследований по выбору наиболее оптимального состава стёкол.

Разработка контейнеров для хранения и транспортировки продуктов и отходов, получаемых в UREX+1a

На настоящее время в США отсутствуют сертифицированные проекты контейнеров, предназначенных для хранения и транспортировки трансуранов и смеси цезия и стронция. Их потребуется создать, а также выполнить для них все необходимые программы испытаний. К данной работе будут подключены различные организации, в том числе, национальная администрация по ядерной безопасности (NNSA) США.

Обращение с остатками оболочек твэлов и другими конструкционными материалами

Оболочки твэлов будут представлять мощный поток отходов при реализации методики UREX+1a.

На заводе Ля Аг во Франции в настоящее время принят следующий подход - остатки оболочек спрессовываются для уменьшения их объёмов, а далее хранятся как среднеактивные отходы. В Соединённых Штатах работают над возможностью переведения оболочек в категорию низкоактивных РАО - для этого необходимо обеспечить экстракцию трансуранов до уровня не более 100 нКи/г.

Взяв за основу французские технологии, в рамках GNEP предстоит разработать оборудование и технологические схемы обращения с остатками оболочек. Не исключено, что очищенные от урана и трансуранов оболочки будут использоваться в схеме по иммобилизации технеция.

Минимизация объёмов вторичных отходов

При выполнении работ по методике UREX+1a образуется определённое количество вторичных радиоактивных отходов, в том числе:

• использованные растворители (после их многократной очистки и рециркуляции);
• объёмы кислоты и воды;
• осадки, удаляемые из растворителей;
• и ряд других видов отходов.

В растворителях накапливаются объёмы радиолитических и гидролитических продуктов различных химических реакций. Для случая трибутилфосфата (эфира фосфорной кислоты) механизм удаления нежелательных примесей хорошо известен и отработан на практике - они вымываются из растворителя раствором карбоната натрия. Однако в семействе методов UREX+ предполагается использовать и другие растворители, для которых состав накапливаемых примесей, равно как и способы их удаления, пока остаётся неизученным.

При любой принятой технологической схеме, после определённого числа циклов восстановления параметры растворителя ухудшатся настолько, что он более не сможет эффективно использоваться и должен быть помещён в отходы, стратегия обращения с которыми должна быть разработана для каждого из типов растворителей в семействе UREX+. По предварительным оценкам, использованные растворители могут быть очищены до уровня низкоактивных отходов, однако это заключение должно быть проверено на практике.

Описание методов обращения с другими вторичными отходами и выбор массовых балансов воды и кислоты должны быть подготовлены в ходе проектирования консолидированного центра по обращению с топливом.

Летучие вещества

Переработка ОЯТ всегда сопряжена с выделением достаточно больших объёмов летучих веществ, таких, как:

• ¹²⁹I;
• тритий;
• ¹⁴C;
• криптон;
• ксенон;
• NO_x.

По принятой международной практике, на заводах по переработке ОЯТ с названными веществами поступают следующим образом:

• йод сбрасывается в морскую воду или атмосферу;
• криптон и ксенон сбрасываются в атмосферу;
• тритий и ¹⁴C удаляются путём промывки водой;
• NO_x выходит в окружающую среду после частичного сокращения его концентраций.

На заводе по переработке ОЯТ, который должен быть построен на территории США, необходимо применить новые методики, позволяющие резко уменьшить выход за его пределы летучих веществ. Предложения, как это сделать, имеются, однако все они должны быть проверены в лабораторных экспериментах. Так, йод может эффективно задерживаться в серебряных/цеолитовых фильтрах, а тритий - в скрубберах. Дополнительно потребуется разработать методику обращения с удержанными летучими веществами.

Как предполагается, первые лабораторные эксперименты по удержанию благородных газов начнутся в США в 2008 году.

ИСТОЧНИК: AtomInfo.Ru

ДАТА: 07.04.2008

Темы: ОЯТ, США, GNEP