Глобальный перехват ядерной инициативы. Часть XV. Трансмутационное топливо.

Полный цикл статей Глобальный перехват ядерной инициативы

В пятнадцатой статье цикла мы рассмотрим те задачи, которые встанут перед американскими атомщиками при создании трансмутационного топлива.

Помимо быстрого реактора-выжигателя и переработки ОЯТ легководных реакторов, ещё одним принципиальным составным элементом инициативы GNEP следует назвать создание трансмутационного топлива. Оно должно фабриковаться из трансурановых элементов ОЯТ легководных реакторов, достигать необходимой глубины выгорания в быстрых реакторах, а также обеспечивать многократный рецикл трансурановых элементов в быстрых реакторах.

Главными вызовами при создании трансмутационного топлива являются следующие:

В рамках GNEP должна быть осуществлена демонстрация принципиальной осуществимости трансмутационного топлива и процедур его переработки после прохождения через быстрый реактор. Демонстрация должна показать, что предлагаемые методики имеют шанс на коммерческую реализацию.

Работы по данному направлению GNEP будут концентрироваться в следующих областях:

Над всем вышеперечисленным будут работать в научно-исследовательском центре AFCF, который должен быть создан для целей разработки новых технологий ЯТЦ и изучения актинидного топлива.

Разработка и испытания трансмутационного топлива

По данному направлению в GNEP ставятся следующие задачи:

  1. демонстрация фабрикации отдельных твэлов и ТВС с трансмутационным топливом, пригодных для использования в экспериментах по их облучению в исследовательских реакторах;
  2. создание в AFCF производственных мощностей, обеспечивающих ежегодную фабрикацию 10 ТВС для головного реактора-выжигателя ABR из расчёта загрузки 20 кг трансурановых элементов в каждую кассету;
  3. квалификация трансмутационного топлива для использования в реакторе ABR.

Разработка технологий переработки ОЯТ трансмутационного топлива

По данному направлению в GNEP ставятся следующие задачи:

  1. создание в AFCF производства, способного перерабатывать в год 1 тонну ОЯТ трансмутационного топлива;
  2. достижение приемлемых уровней концентраций примесей в получаемых при переработке продуктах.

Разработка процедур обращения с радиоактивными отходами, получаемыми при переработке ОЯТ трансмутационного топлива

По данному направлению в GNEP ставятся следующие задачи:

  1. получение форм отходов, пригодных для последующей иммобилизации цезия и стронция;
  2. демонстрация усовершенствованных керамических форм для осколков деления.

Обеспечение гарантий нераспространения для перерабатывающих заводов

По данному направлению в GNEP ставятся следующие задачи:

  1. внедрение на AFCF комплекса аппаратуры и процедур, удовлетворяющих требованиям МАГАТЭ по контролю за значительными объёмами делящихся материалов;
  2. создание возможностей для испытаний и демонстрации установленной аппаратуры.

Кроме этого, в AFCF предполагается выполнить большой объём вычислительных работ для нужд верификации и валидации компьютерных кодов.

Выбор типа трансмутационного топлива

Главная цель работ над созданием трансмутационного топлива в рамках GNEP - показать возможность его коммерциализации в течение ближайших двух десятилетий. Этим работам будет уделяться особое внимание на первых этапах практической реализации GNEP, так как для Соединённых Штатов принципиально важно вернуть себе мировое лидерство в области замкнутых топливных циклов.

До появления надёжного и полностью лицензированного трансмутационного топлива пройдёт не менее 10-15 лет. В связи с трудоёмкостью этой задачи, для США необходимо на начальном этапе правильно определиться с типом трансмутационного топлива.

В рамках GNEP пока предполагается рассматривать параллельно два вида ядерного топлива для реакторов-выжигателей - металлическое и оксидное.

Оксидное топливо успешно применяется в быстрых реакторах, построенных в Японии, Франции и России. В Соединённых Штатах оксидное топливо применялось в качестве топлива первой загрузки реактора FFTF. На традиционном MOX-топливе в оболочках из нержавеющей стали достигнуты глубины выгорания порядка 24% (220 МВт×сут/кг-металла) в условиях жёсткого спектра нейтронов.

Основные трудности при использовании оксидного топлива в качестве трансмутационного будут связаны с его фабрикацией (потребуется автоматизированное производство или работа, предусматривающая только удалённый доступ), а также с демонстрацией стабильности оксидного топлива с повышенным содержанием трансурановых элементов в условиях быстрого реактора.

Металлическое топливо также с успехом применялось в быстрых реакторах в виде сплава U-Zr или композиции U-Pu-Zr. В США металлическое топливо загружалось в реакторы EBR-I и EBR-II, причём в последнем случае были достигнуты глубины выгорания 100 МВт×сут/кг-металла для оболочек из аустенитных сталей и 220 МВт×сут/кг-металла для оболочек из ферритных сталей, таких как HT-9.

Технологическая цепочка для фабрикации трансуранового металлического топлива была создана в США для нужд программ EBR-II и IFR. Основной проблемой американские атомщики считают недопущение технологических потерь америция в ходе фабрикации.

Кроме того, GNEP не собирается отказываться от разработок альтернативных видов топлив для быстрых реакторов, начатых в рамках американской программы AFCI. Альтернативные разработки могут потребоваться в том случае, если на основных направлениях GNEP возникнут существенные трудности. Наконец, наличие перспективных разработок пойдёт на пользу одной из главных задач GNEP - восстановлению лидерства США в области замкнутого ЯТЦ и быстрых реакторов.

ИСТОЧНИК: AtomInfo.Ru

ДАТА: 10.06.2008

Темы: GNEP, США, ЯТЦ, Быстрые натриевые реакторы, MOX-топливо

Rambler's Top100