К вопросу о выборе для БН-800 виброуплотнённого смешанного оксидного топлива и пирохимической регенерации

Статья написана для электронного издания AtomInfo.Ru. Материал публикуется под псевдонимом по просьбе автора.

Решение Росатома о создании производства топлива для БН-800 на виброуплотнённом смешанном оксиде и замыкании его топливного цикла на основе пирохимической регенерации вызывает неоднозначную реакцию среди работников отрасли. Попробуем понять причины и следствия такого решения.

Очевидно, что в России, кроме пирохимической регенерации виброуплотнённого МОКС-топлива реактора БОР-60, нет крупномасштабного технологического опыта создания ЗТЦ и обращения с высокоактивным топливом. Изготовление партии ТВС БН-600 с МОКС-топливом по этой технологии проведено на том же оборудовании. Результаты их эксплуатации можно считать удовлетворительными.

Относительно небольшие объёмы используемого оборудования и практическая завершенность НИОКР указывают на целесообразность тиражирования этой технологии замыкания ТЦ применительно к реактору БН-800. В процессе создания этого производства можно ожидать, что разработчики процессов добьются дальнейшего улучшения показателей работы оборудования, повышения выхода годного и качества загружаемого в реактор виброуплотнённого МОКС-топлива.

Не останавливаясь на критике решения по созданию производства виброуплотнённого МОКС-топлива от приверженцев таблеточной технологии изготовления оксидного топлива и гидрометаллургического способа регенерации ОЯТ, отметим, что непреодолимых затруднений в реализации последнего решения нет. Логики в переходе на виброуплотнённое топливо наблюдается больше, чем в предшествующем решении, которое базировалось на положениях декабрьского (2006 год) решения двух секций НТС агентства о производстве топлива в "лёгких" камерах, в которые поступает "чистый" регенеративный продукт из новой цепочки модернизируемого гидрометаллургического процесса.

Относительно "чистый" регенерат плутония может быть получен лишь при переработке облучённого топлива из экранов. Активность регенерата ОЯТ активной зоны БН-800 при разумной продолжительности внереакторного обращения топлива (до 3 лет) будет определяться составом топлива, содержащим набор чётно-нечётных изотопов плутония и других минорных актиноидов (рецикл последних, вероятно, вести не предполагалось).

Переход плутония и минорных актиноидов в РАО и потери α-излучающих нуклидов во внешнюю среду в любом случае должны быть минимизированы. Малое остаточное содержание продуктов деления в таком регенерате несущественно изменит интенсивность гамма-излучения.

Непонятно, как в "лёгких" камерах (даже при дополнительной защите рабочей зоны) изготавливать МОКС-топливо с использованием регенерата собственного ОЯТ или регенерата энергетического плутония, извлечённого из ОЯТ ВВЭР. В энергетическом диоксиде плутония достаточно высокое содержание тяжёлых изотопов плутония, а после хранения на протяжении 15-30 лет доля ²⁴¹Am достигает 6-9%. Но актиниды как раз и необходимо рециклировать в ЗТЦ быстрого реактора!

По всей видимости, стартовое топливо предполагалось изготавливать из предварительно очищенного от следов америция оружейного плутония, высвобождаемого из сокращённого вооружения.

Кроме того, при гидрометаллургической регенерации ограничение разложения органических реагентов достигается выдержкой ОЯТ, при этом длительность обращения топлива вне реактора может составлять 6-8 лет.

В этой связи, аргументация 2006 года с критикой пирохимического процесса замыкания топливного цикла БР с виброуплотнённым топливом представляется надуманной.

Остаточные следы ПД в спектре быстрого реактора окажут небольшое влияние на величину топливной загрузки, необходимо лишь ввести контроль элементного состава регенерата и топлива. Но из этого не следует, что регенерация ОЯТ быстрых реакторов должна вестись с высокой степенью очистки от продуктов деления.

Отметим, что в качестве резервной технологии, позволяющей повысить эффективную плотность топлива и равномерность осевого распределения плутония, можно рассматривать изготовление таблеток МОКС-топлива из регенерата пирохимического процесса при условии размещения оборудования в "тяжёлых" камерах, требования к которым примерно аналогичны предъявляемым к камерам обращения с крупкой двуокиси, используемой в процессах вибротехнологии. Но этот аспект остался за рамками как первого, так, скорее всего, и второго решения.

Естественно, что различия составов ОЯТ активной зоны и экранов БН-800 потребуют создания двух раздельных цепочек оборудования пирохимической регенерации и рафинирования катодного продукта, поскольку на операцию виброуплотнения крупка диоксидов урана с различной долей плутония должна смешиваться в заданном соотношении.

Поскольку отсутствуют публикации о месте размещения оборудования топливного цикла БН-800, остается неясным вопрос о необходимости транспортировке ОЯТ и соответствующей выдержке его перед транспортировкой.

Если будет осуществлено пристанционное замыкание ТЦ БН-800, то время внешнего цикла может составить 1-1,5 года в зависимости от условий работы оборудования (объёма дезактивации и ремонта), исполнения радиационной защиты персонала. То есть, вне реактора будет находиться ещё одна топливная загрузка. В случае создания производств ТЦ на другой, удалённой от станции площадке, потребуются расходы на транспортирование облучённого и свежего топлива, а вне реактора будет обращаться не менее 2 топливных загрузок.

С учётом загрузки топлива в реактор, необходимый объём топлива стартового состава, который должен быть изготовлен из ранее наработанного плутония, соответственно составит примерно 2 загрузки для пристанционного варианта и более 3 загрузок для вынесенного. По сравнению с замыканием ТЦ вынесенным гидрометаллургическим переделом и размещением технологического оборудования в "тяжёлых" камерах достигается, как минимум, двукратное сокращение объёмов топлива для пуска реактора.

Таким образом, замыкание ТЦ БН-800 с МОКС-топливом может быть осуществлено с приемлемой эффективностью на основе пирохимического процесса и вибротехнологии.

ИСТОЧНИК: "Практик", статья написана для AtomInfo.Ru

ДАТА: 14.04.2008

Темы: Быстрые натриевые реакторы, БН-800, ОЯТ, Россия, MOX-топливо