Отработавшее ядерное топливо: факты и тенденции
0
35
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].
* - 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.
Оценка уровня реализации проектов глубокого геологического захоронения стран АЯЭ ОЭСР [1, 4].
* - 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 ввиду 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
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].
(2 400) * | (2 400) * | |||||
| < center>7 043 | ||||||
* - 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].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].
Франция Ш веция | ||||
Россия Швей цария Чехия (Китай*) | ||||
Болгария Великобритания Венгрия Германия Испания Италия Канада< br>Мексика Нидерланды Польша Румыния Словакия Словения США Ю.Корея Япония** |
* - 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 ввиду 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