Отработавшее ядерное топливо: факты и тенденции

Е.Г.Кудрявцев, Ростехнадзор, ОПУБЛИКОВАНО 19.09.2022

Предисловие от редакции AtomInfo.Ru.

Мы предлагаем вниманию читателей две статьи, посвящённые проблеме обращения с ОЯТ и одному из возможных её решений, а именно, концепции сбалансированного ядерного топливного цикла (СБЯТЦ).

В статье "Отработавшее ядерное топливо: факты и тенденции" (автор - Е.Г.Кудрявцев) приводится обзор ситуации с ОЯТ в мире.

В статье "Сбалансированный ЯТЦ. Новый бренд на рынке заключительной стадии ЯТЦ." (автор - И.В.Гусаков-Станюкович) рассмотрено новое продуктовое направление, разработанное в "Техснабэкспорте", которое включает в себя ряд новых подходов по обращению с продуктами переработки ОЯТ.

---

В июле 2022 года Агентство по ядерной энергии ОЭСР (АЯЭ ОЭСР) выпустило обновленные по состоянию на 2021 год статистические данные по атомной энергетике и промышленности ядерного топливного цикла (ЯТЦ) для 25 стран из числа входящих в эту организацию [1].

Следует отметить, что 1 января 2013 года Российская Федерация стала членом АЯЭ (с 11 мая 2022 года членство приостановлено), а Китай и Индия имеют статус стратегических партнёров этой организации.

Помимо количественных показателей (фактических и прогнозных) в документ вошли краткие обзоры по каждой из стран, актуализирующие информацию о национальной энергетической политике, состоянии программ по ядерной энергетике, по программам и перспективам обращения с отработавшим ядерным топливом (ОЯТ) и радиоактивными отходами (РАО).

Ряд стран в своих обзорах констатировал существенные проблемы, возникшие в 2020-21 гг. на предприятиях ЯТЦ в связи с пандемией "Ковид-19".

В первую очередь хотелось бы остановиться на непростой ситуации, связанной с ОЯТ в странах-членах АЯЭ ОЭСР.

В табл.1 приведены данные по количеству нарабатываемого в год и накопленного в хранилищах ОЯТ, а также по имеющимся мощностям хранения для государств, входящих в первую десятку по этим показателям [1].

Табл.1.
Данные по количеству нарабатываемого в год и накопленного в хранилищах ОЯТ,
мощностям хранения [1].

Страна	2020 г., ОЯТ тТМ		2025 г., ОЯТ тТМ (прогноз)		Мощности хранения, тТМ, всего
	Наработка годовая	На хранении (всего)	Наработка годовая	На хранении (всего)	2020	2025 (прогноз)
США	2 362	86 235	2 025	106 327	н/д (2 400)*	н/д (2 400)*
Канада	1 718	59 158	1 306	65 688	78 266	85 223
Россия	776	25 260	754	27 610	58 753	58 753
Япония	180	16 240	н/д	н/д	21 250	н/д
Ю.Корея	533	15 252	686	20 678	20 562	29 779
Франция	н/д	13 936	н/д	н/д	26 000	26 000
Германия	262	9 350	0	10 098	24 764	22 370
Швеция	180	6 985	н/д	н/д	8 000	11 000
Испания	106	5 502	149	6216	7 043	7 243
Бельгия	138	3 955	н/д	н/д	3 830	н/д

* - мощности для хранения федерального ОЯТ, включая ОЯТ реактора N в Ханфорде.

I. Представленные данные позволяют сделать ряд выводов относительно ситуации с накоплением ОЯТ в ведущих странах мира.

1) В наиболее сложном положении с ОЯТ находятся США и Канада, которые накопили на площадках своих АЭС ∼50% от общего количества ОЯТ в мире.

При этом США не располагают какими-либо резервными мощностями централизованного хранения ОЯТ и на практике непрерывно расширяют пристанционные контейнерные хранилища, в которые перегружают ОТВС из заполненных приреакторных бассейнов, поэтому данные по мощностям хранения ОЯТ отсутствуют.

Общее количество установок для хранения ОЯТ в США составляет около 90 единиц, без учёта хранилищ ОЯТ в университетах и исследовательских центрах.

На прошедшем в июне 2022 года в МАГАТЭ седьмом совещании договаривающихся сторон по рассмотрению национальных докладов в рамках Объединённой конвенции о безопасности обращения с отработавшим топливом и о безопасности обращения с радиоактивными отходами делегацией США в ходе презентации своего доклада был сделан акцент на выдаче американским регулятором лицензии на сооружение первого в США централизованного промежуточного хранилища ОЯТ в штате Техас проектной вместимостью первой очереди в 5 000 тТМ.

Учитывая крайне низкую вероятность возобновления работ по созданию централизованного хранилища ОЯТ в геологической формации (Юкка-Маунтин) и отсутствие планов по его переработке, очевидно стремление американской промышленности минимизировать текущие расходы и сделать ставку на экономичный вариант неопределённо длительного хранения ОЯТ.

2) В Канаде большой объём накопленного в хранилищах ОЯТ связан с эксплуатацией тяжеловодных реакторов CANDU, использующих в качестве ядерного топлива природный уран с выгоранием менее 10 ГВт×сут/тU.

Весь объём накопленного ОЯТ обеспечен достаточными мощностями хранения, однако вот уже более 30 лет правительство Канады не может сдвинуться в реализации проекта по созданию объекта для глубокого геологического захоронения своего ОЯТ, ведя переговоры с местными властями, включая территории резерваций индейских племен, в попытках найти подходящую площадку для размещения такого объекта.

3) Третье место в этом списке занимает Россия в основном за счёт накопления в предыдущие десятилетия ОЯТ реакторов РБМК-1000 на площадках Ленинградской, Курской и Смоленской АЭС.

Вместе с тем, как для ОЯТ РБМК-1000, так и для ОЯТ ВВЭР-1000 в России построены и введены в эксплуатацию достаточные мощности для централизованного сухого хранения ОЯТ на площадке ФГУП "Горно-химический комбинат".

Следует также отметить, что часть выгружаемого ОЯТ российских АЭС транспортируется на переработку в ФГУП "ПО "Маяк", это предприятие освоило переработку любых видов топлива, а в планах - ввод в эксплуатацию ещё одного радиохимического завода на Горно-химическом комбинате.

Для изучения возможности захоронения остеклованных и долгоживущих отходов от радиохимической переработки ОЯТ в России ведётся сооружение подземной исследовательской лаборатории.

4) Четвёртое место Японии с 16 240 тТМ представляется неожиданным, учитывая большое количество блоков АЭС, остановленных после катастрофических событий 2011 года.

Вместе с тем, ситуация в Японии с ОЯТ была бы совсем другой, если бы не десятилетний (с 2013 года) простой радиохимического завода в Роккашо с проектной производительностью 800 тТМ/год.

5) Шестое место в мире по количеству накопленного ОЯТ во Франции не должно вызывать удивления, поскольку, несмотря на продолжающуюся эксплуатацию крупнейшего в мире радиохимического завода на мысе Аг, часть выгружаемого ОЯТ французских АЭС не перерабатывается.

Это весь объём отработавшего МОКС-топлива и топлива, изготовленного из дообогащённого регенерированного урана.

5) В первую десятку стран не попала Великобритания (11 место с 3 577 тТМ), главным образом потому, что всё отработавшее топливо реакторов Magnox (55 000 тТМ) переработано на крупном радиохимическом заводе B205 в Селлафилде, окончательно остановленном в июле 2022 года [2].

В дальнейшем бассейны-хранилища этого завода обеспечат централизованное хранение ОЯТ эксплуатируемых британских АЭС.

Вместе с тем, следует отметить, что как результат 58-летней эксплуатации завода B205 Великобритания хранит крупнейший в мире запас - более 100 тонн - выделенного энергетического плутония, для утилизации которого правительство страны до настоящего времени не выбрало приемлемого решения [3].

II. Неизбежность длительного хранения ОЯТ.

Сопоставляя стратегические подходы к ЯТЦ атомной энергетики стран ОЭСР, можно видеть, что явное меньшинство идёт по пути реализации заключительной стадии - глубокого геологического захоронения ВАО или ОЯТ без его переработки.

Наиболее продвинутой в этом отношении является Финляндия, уже приступившая к строительству завода по инкапсуляции ОЯТ и к лицензированию этапа эксплуатации объекта захоронения.

Ситуацию в отношении 24 стран, включённых в обзор [1] (за исключением Турции по которой данных нет), можно иллюстрировать таблицей 2, где страны условно разделены на три группы в зависимости от прогресса в реализации проектов глубокого геологического захоронения ОЯТ/ВАО, включая строительство и проведение исследований в подземной исследовательской лаборатории (ПИЛ) и выбор площадки для создания объекта геологического захоронения.

Табл.2.
Оценка уровня реализации проектов
глубокого геологического захоронения стран АЯЭ ОЭСР [1, 4].

Группа стран				Суммарный объём ОЯТ на 2020 год
1. Страны,приступившие к практической реализации проектов глубокого геологического захоронения (есть ПИЛ, выбрана площадка).		Финляндия Франция Швеция		23 200 тТМ
2. Страны, приступившие к начальной стадии проектов глубокого геологического захоронения (ПИЛ в стадии сооружения/эксплуатации, подтверждение площадки).		Бельгия Россия Швейцария Чехия (Китай*)		32 900 тТМ*
3. Страны, не реализующие конкретные проекты глубокого геологического захоронения (площадка не выбрана и/или работы в ПИЛ прекращены).		Аргентина Болгария Великобритания Венгрия Германия Испания Италия Канада Мексика Нидерланды Польша Румыния Словакия Словения США Ю.Корея Япония**		204 500 тТМ

* - Китай приступил к строительству ПИЛ в 2021 году, объём ОЯТ не включает данных по Китаю.

** - согласно [4] в Японии ведутся исследования в четырёх ПИЛ, однако площадка для захоронения ВАО не выбрана.

Как видно из представленных в табл.2 данных только для 22% от общего объёма ОЯТ можно говорить о принятых государствами решениях относительно будущего этого материала.

Остальной объём ОЯТ в десятках стран мира - это уже сегодня более 200 000 тТМ - находится и будет находиться на длительном (до 50 лет) или сверхдлительном (100 лет и более) хранении.

В определённой степени эту ситуацию можно рассматривать как нарушение ведущими западными странами параграфа vii статьи 4 Объединённой конвенции о безопасности обращения с отработавшим топливом и о безопасности обращения с радиоактивными отходами, поскольку она является возложением бремени на будущие поколения [5].

С другой стороны, длительное промежуточное хранение ОЯТ и/или ВАО перед окончательным захоронением значительно снижает активность и тепловыделение захораниваемых упаковок, что, в свою очередь, позволяет снизить тепловую нагрузку на вмещающую геологическую формацию, обеспечивая таким образом экономию затрат на сооружение и эксплуатацию объекта окончательного захоронения.

Сегодня безопасность находящегося в хранилищах ОЯТ вполне надёжно обеспечена как на АЭС, так и в централизованных хранилищах.

Вместе с тем, обеспечение и обоснование безопасности хранения такого высокоактивного материала на период 100 и более лет - это требующая своего решения задача как для атомной промышленности, так и для органов регулирования.

III. Решения по ОЯТ для стран с "малым" масштабом атомной энергетики.

Создание ПИЛ и объектов глубокого геологического захоронения ОЯТ и/или ВАО во всех странах, использующих или планирующих построить в будущем относительно небольшой парк АЭС, представляется маловероятным как с экономической, так и технической точки зрения (имея в виду необходимость подтверждения долгосрочной, на сроки свыше 10 000 лет, безопасности изоляции ОЯТ/ВАО для радикально различных геологических условий названных стран).

В этой связи представляет несомненный интерес развитие технологии переработки ОЯТ АЭС с выделением короткоживущей фракции радиоактивных отходов, не требующей сооружения объектов захоронения в каждой стране размещения АЭС.

Особенно актуальным данное технологическое развитие переработки ОЯТ может стать для формирования и развития рынка АЭС малой и средней мощности (АСММ), плавучих энергетических блоков (ПЭБ).

Появление десятков/сотен организаций, эксплуатирующих АСММ и ПЭБ, потребует решений по обращению с ОЯТ, исключающих его длительное хранение.

Концепция "Сбалансированного ЯТЦ" предусматривает переработку ОЯТ с возвратом и трансграничным перемещением в страну его происхождения на принципах радиационного эквивалента только короткоживущей фракции радиоактивных отходов, включающей наиболее высокоактивную и теплогенерирующую часть продуктов деления.

Для стран, осуществляющих переработку ОЯТ и планирующих создание объекта геологической изоляции, фракционирование отходов с возвратом значительного объёма короткоживущих теплогенерирующих радиоактивных отходов может существенно приблизить ввод в эксплуатацию такого объекта.

Эта опция может существенно сократить операционные затраты и снизить риски, связанные с длительным хранением ОЯТ и ВАО.

В перспективе, дальнейшее развитие реакторных и радиохимических технологий позволит эффективно дожигать долгоживущие элементы и последовательно снижать их содержание в захораниваемых отходах.

Список литературы

1. Nuclear Energy Data, NEA No. 7608, © OECD 2022

2. Крупнейший в мире завод по переработке ОЯТ "Селлафилд" окончательно остановлен после 58 лет эксплуатации. www.atomic-energy.ru/news/2022/07/25/126688

3. D.Albright, S.Kelleher-Vergantini, D.Schnur."Civil plutonium stocks worldwide. End of 2014". Institute for Science and International Security (ISIS), 2015

4. Обзор зарубежных практик захоронения ОЯТ и РАО, М. "Комтехпринт", 2015

5. "Объединённая конвенция о безопасности обращения с отработавшим топливом и о безопасности обращения с радиоактивными отходами" МАГАТЭ, INFCIRC/546, 2001

С концепцией сбалансированного ЯТЦ можно ознакомиться в статье "Сбалансированный ЯТЦ. Новый бренд на рынке заключительной стадии ЯТЦ." (автор - И.В.Гусаков-Станюкович).

Ключевые слова: ОЯТ, Статьи, Мнения

---

Другие новости:

Госсовет КНР одобрил планы по строительству четырёх блоков

Два блока с HPR-1000, два - с CAP-1000.

Опубликован годовой научный отчёт НИИАР за 2021 год

В отчёте более 70 статей.

На строительстве энергоблока БРЕСТ-ОД-300 смонтирован первый ярус градирни

Строительно-монтажные работы на градирне планируется завершить в сентябре 2023 года, пусконаладочные - в июне 2025 года.

---

---

---

---

Поиск по сайту: