 |
||
|
Швейцарский взгляд на толерантность и бэк-энд Smith, для AtomInfo.Ru, ОПУБЛИКОВАНО 23.08.2021
Материал подготовлен на основании доклада представителя эксплуатирующей организации АЭС "Goesgen" на отраслевом семинаре по вопросам обращения с РАО и ОЯТ, который прошёл в США в мае 2021 года. Доклад касался текущей ситуации и планов Швейцарии в отношении разработки и применения перспективных типов ядерного топлива, включая толерантное, а также обращения с образующимися объёмами ОЯТ и РАО. АЭС "Goesgen" Одноблочная АЭС "Goesgen" введена в эксплуатацию в 1979 году, имеет трёхпетлевую компоновку реакторной установки мощностью 3002 МВт(т) при электрической мощности энергоблока 1060 МВт(э). Активная зона АЭС "Goesgen" загружается 177 ТВС дизайна AREVA 15×15, обогащение ядерного топлива по урану-235 составляет около 4,95%. При изготовлении топлива для АЭС "Goesgen" используется не только природный, но и регенерированный уран. Каждая из ТВС включает в себя 205 твэлов и 20 каркасных труб. Максимальная линейная нагрузка составляет 525 Вт/см, а максимальная глубина выгорания топлива около 70 МВт×сут/кгТМ. АЭС "Goesgen"  Стратегия обращения В докладе отмечается известный факт, что реализация безопасного, надёжного и экономически эффективного обращения с ОЯТ является ключом к устойчивому развитию ядерной энергетики. Стратегия Швейцарии относительно завершающей стадии ЯТЦ предполагает частичную переработку ОЯТ, но также в перспективе и его прямое захоронение. Стратегия обращения с ОЯТ и РАО в Швейцарии.  В Швейцарии реализуется промежуточное сухое хранение ОЯТ на площадке ZWILAG. Комплекс ZWILAG был пущен в эксплуатацию в 2001 году и рассчитан на размещение 200 контейнеров с ОЯТ и остеклованными ВАО. Используются контейнеры производства "Orano" (Франция) и GNS (Германия). Этапы обращения с ОЯТ в Швейцарии.  Концепция окончательного захоронения ОЯТ и ВАО в Швейцарии предполагает, что соответствующий объект будет введён в эксплуатацию к 2060 году, а сам процесс захоронения накопленного объёма ОЯТ и ВАО будет проходить далее в течение 15 лет. Заявку на получение необходимых лицензий и разрешений планируется подать в регулирующие органы в 2024 году. За реализацию проекта геологического могильника ОЯТ и ВАО отвечает компания "Nagra". При этом важно отметить, что по швейцарскому законодательству до момента передачи ОЯТ на окончательное захоронение оно остаётся в собственности эксплуатирующей организации АЭС. Комплекс ZWILAG   Традиционно для подобных проектов концепция захоронения ОЯТ и ВАО, разрабатываемая в Швейцарии, базируется на организации многобарьерной защиты. Остеклованные ВАО или ОЯТ загружаются в стальной или стальной/медный контейнер, который далее помещается в буферный материал (бентонит). Само же хранилище планируется организовать в слоях опалиновой глины. Многобарьерная защита при захоронении ОЯТ и ВАО в Швейцарии.  Вопросы безопасности В части оценки безопасности на различных этапах обращения с ОЯТ докладчик отметил следующее. До момента окончательного захоронения выделяют этапы пристанционного хранения, транспортирования и процесса инкапсуляции ОЯТ для дальнейшей постановки на долговременное хранение. К вопросам долгосрочной безопасности после помещения ОЯТ в специализированный могильник относится анализ, связанный с прогнозированием возможных изменений геологической формации на горизонте до 106 лет. В рамках оценки радиологического воздействия могильника на биосферу проводится анализ возможности выброса радионуклидов. Рассматривается поведение топливной матрицы в сочетании с использованием различных конструкционных материалов. Проводятся оценки вероятности возникновения критичности в зависимости от характеристик захораниваемого ОЯТ с учётом изменения изотопного состава и состояния контейнеров с течением времени. Вопросы остаточного тепловыделения ОЯТ напрямую влияют на схему загрузки топлива в контейнеры и, в результате, на общее количество контейнеров, направляемых на окончательное захоронение. Проектный лимит в 1,5 кВт/контейнер выбран в качестве оптимального, так как позволяет обеспечить мультибарьерную защиту. Лицензирование нового топлива Использование новых модификаций ядерного топлива по швейцарскому законодательству подлежит лицензированию в регулирующем органе ENSI. В соответствии с основополагающим документом "Nuclear Energy Ordinance" (вступил в силу в декабре 2004 года), аспекты безопасности в обязательном порядке должны быть всесторонне рассмотрены в материалах, подаваемых в ENSI. Вопросы безопасности рассматриваются для всех стадий ЯТЦ: облучение ТВС в реакторе, временное хранение ОЯТ на АЭС, транспортирование ОЯТ, промежуточное хранение на централизованном объекте и окончательное захоронение. Документы, подаваемые на рассмотрение в ENSI, должны также содержать результаты проведённых послереакторных исследований новых топливных композиций. При получении лицензии рассматриваются как предлагаемый конструктив твэл и ТВС, так и сопутствующие изменения компоновки активной зоны, изменение ключевых (предельных) параметров реакторной установки, связанных с использованием нового топлива. АЭС "Goesgen" располагает всем необходимым для поэтапного обоснования новых образцов ядерного топлива, включая возможность проведения ряда послереакторных исследований. НИОКР по теме ATF Основным преимуществом вновь разрабатываемого толерантного ядерного топлива (Accident Tolerant Fuel, или ATF) является его возможность сохранять целостность без возникновения пароциркониевой реакции в течение длительного времени при возникновении запроектных аварий на АЭС. Как дополнительный эффект от внедрения ATF принимаются во внимание и возможные выгоды от обращения с толерантным ОЯТ в сравнении с традиционными типами ядерного топлива. Это связано, прежде всего, с использованием коррозионностойких конструкционных материалов, что может способствовать пересмотру граничных условий и в некоторой степени ослабить требования по безопасности. В направлении разработки и обоснования ATF специалисты АЭС "Goesgen" активно сотрудничают с французами из "Framatome". Их основные усилия направлены на снижение коррозионного эффекта, увеличение теплопроводности оболочек твэлов и общее повышение износостойкости. В краткосрочной перспективе рассматривается эволюционное решение, которое заключается в нанесении стойкого к окислению поверхностного слоя Cr на традиционные циркониевые оболочки твэлов из сплава М5. На долгосрочную перспективу в качестве революционного решения предполагается внедрение альтернативных материалов оболочек твэлов. Рассматриваются композиты SiC или сплавы на основе Fe. Также проводятся исследования в направлении использования легированного UO2-топлива (добавки Cr2O3 или Al2O3) и таблеток UO2 с микрочастицами. В сотрудничестве с "Framatome" швейцарцы принимают активное участие в масштабной программе НИОКР по обоснованию ATF, которая состоит из двух этапов:
Программа НИОКР по обоснованию ATF.  Программа IMAGO В рамках программы IMAGO проводится первое в мире облучение ядерного топлива типа ATF с хромовым покрытием оболочек твэлов в коммерческом реакторе PWR. Осуществляется анализ целостности покрытия под воздействием облучения, коррозионная активность, эволюция микроструктуры и т.д. Послереакторные исследования, которые проводятся на площадке АЭС "Goesgen", включают в себя гамма-сканирование, металлографические исследования, измерения концентрации водорода и другие. Помимо этого исследования облученных на АЭС "Goesgen" образцов проводятся в горячей камере швейцарского института Paul Scherrer Institute. Всего запланировано провести до семи циклов облучения ATF с хромовым покрытием. Образцы после первого и второго циклов уже прошли послереакторные исследования на площадке Paul Scherrer Institute. Результаты металлографического анализа подтвердили соответствие заявленным характеристикам по стабильности оболочек и коррозионной стойкости. Визуальный осмотр образцов после второго и третьего циклов облучения с использованием цветной HD-камеры показал отсутствие сколько-нибудь значимых дефектов, отслоений или других признаков деградации хромового покрытия. Визуальный осмотр облучённых образцов по программе IMAGO.  Программа GOHROM GOHROM является развитием программы IMAGO. В рамках GOHROM проводится облучение 20 полноразмерных твэлов с оболочками из сплава М5 с хромовым покрытием, которые располагаются в двух ТВС. При изготовлении топливных таблеток по программе GOHROM, помимо традиционного UO2, использован и легированный. На текущий момент завершено два цикла облучения. При этом дизайн самих твэлов на данной стадии отработки ядерного топлива типа ATF изменений в сравнении с традиционной технологией не претерпел. По результатам программы GOHROM планируется подтвердить устойчивость предлагаемого топлива к авариям типа LOCA и существенно лучшие антидебризные свойства хромового покрытия. Визуальный осмотр твэлов с хромовым покрытием после первого цикла облучения подтвердил результаты, полученные ранее по программе IMAGO. Продемонстрировано отсутствие признаков коррозии. Визуальный осмотр облученных образцов по программе GOHROM.  В целом, по полученным на текущий момент результатам, можно констатировать отличную стабильность хромированного покрытия. Граница между Cr и Zr демонстрирует высокую степень однородности и отсутствие пористости. Как и ожидалось, на Cr образуется устойчивый тонкий оксидный слой (пассивация). Хромированный топливный стержень окисляется значительно меньше, чем традиционный циркониевый из сплава M5. Показано, что механические повреждения твэлов не приводят к отслаиванию хромового покрытия. Участие в других проектах Швейцарские специалисты прямо или косвенно принимают участие ещё в нескольких международных проектах, направленных на решение проблем при обращении с ОЯТ. В частности, можно выделить проект "Studsvik Cladding Integrity Project", проводимый под эгидой OECD/NEA. Исследования, в основном, направлены на изучение динамики основных параметров ОЯТ при длительном хранении, но также запланированы проведения испытаний топлива типа ATF в аварийных условиях. Совместная программа с участием "Nagra" и "Framatome" нацелена на моделирование процесса старения структурных компонентов отработавших ТВС при длительном сухом хранении. Помимо этого, проводятся работы в сотрудничестве с EURATOM, "Westinghouse" и германским институтом "JRC Karlsruhe". Ключевые слова: ОЯТ, Толерантное топливо, Швейцария, Статьи, Smith Другие новости: Сроки ввода "Olkiluoto-3" сдвинуты на июнь 2022 года МКУ - январь 2022 года. МАГАТЭ выпустило технический документ по преимуществам и проблемам быстрых ММР Документ по итогам совещания в сентябре 2019 года. Планируемая в США станция с реакторами "NuScale" сокращена с 12 до 6 модулей Обязательства сейчас есть менее чем на два модуля. |
Герой дня 
Я тоже представился, тут же зацепился за эти девять лет и сообразил спросить: "В Обнинске, Сухуми, Челябинске?". И получил ответ в правильных терминах: "У отца объекты были и там и там, но вначале он работал в лаборатории "В" в Обнинске, а с начала 50-ых в Сухуми". ИНТЕРВЬЮ
Чжан Цзяньхуа МНЕНИЕ
Алексей Ланкевич |