Прекращение работы завода по переработке ядерного топлива THORP в Великобритании.

Введение

Выведен из эксплуатации завод по переработке ядерного топлива в Англии, Великобритания.

Термический оксидный перерабатывающий завод, или THORP, – это завод по переработке ядерного топлива, расположенный в Селлафилде, Камбрия, Англия. THORP принадлежит Управлению по выводу из эксплуатации ядерных объектов и эксплуатируется компанией Sellafield Ltd (компанией, являющейся владельцем лицензии на объект). Отработанное ядерное топливо из ядерных реакторов перерабатывалось для отделения 96% урана и 1% плутония от 3% радиоактивных отходов, которые обрабатываются и хранятся на заводе. Затем уран поступает в распоряжение заказчиков для производства нового топлива, а плутоний используется для изготовления смешанного оксидного топлива. 14 ноября 2018 года было объявлено о завершении операций по переработке на THORP после получения дохода в размере 9 миллиардов фунтов стерлингов. Комплекс приема и хранения (который занимает почти половину площади THORP) будет функционировать до 2070-х годов для приема и хранения отработавшего ядерного топлива с британских реакторов PWR и AGR.

Дизайн

Химическая блок-схема для THORP разработана для минимизации поступления нелетучих веществ в рафинат первого цикла PUREX. Один из способов достижения этого – избегать использования соединений железа в качестве восстановителей плутония. На этом заводе восстановление осуществляется с использованием гидразина или HAN (гидроксиламина нитрата). Завод осуществляет газообразные выбросы криптона-85, радиоактивного бета-излучателя с периодом полураспада 10,7 лет. Институт радиационной защиты Ирландии (RPII) начал круглосуточный мониторинг атмосферы на содержание криптона-85 в 1993 году, до ввода завода в эксплуатацию. Охлажденное оксидное топливо измельчается в скребковой камере (Shear Cell), а затем растворяется в азотной кислоте. Перед подачей на химический сепарационный участок оно подвергается химической подготовке. Импульсные колонны (обозначенные HA/HS) используются для первоначального отделения большей части урана и плутония от продуктов деления путем их переноса в растворитель, состоящий из трибутилфосфата в керосине без запаха (TBP/OK). Перенос осуществляется в колонне HA, а колона HS обеспечивает дальнейшее удаление продуктов деления. Две дополнительные импульсные колонны (обозначенные BS/BX) и смесительно-отстойный аппарат (1BXX) затем разделяют уран и плутоний на отдельные потоки. Плутоний восстанавливается до степени окисления +3, которая нерастворима в растворителе и, следовательно, попадает в водную фазу, выходящую из колонны 1BX. Смесительно-отстойный аппарат 1BXX завершает удаление Pu из растворителя. Колона 1BS удаляет остатки урана из водной фазы с использованием свежего растворителя. Импульсные колонны затем очищают плутоний, удаляя оставшиеся продукты деления. Смесительно-отстойный аппарат (1C) используется для переноса (промывки) урана в водную фазу, готовую к следующему этапу. Очистка урана осуществляется с использованием трех смесительно-отстойных аппаратов (UP1 – UP3), аналогичных используемым на существующей перерабатывающей установке Magnox. Затем происходит выпаривание двух продуктовых потоков перед дальнейшей обработкой. Уран преобразуется в порошок UO3, а плутоний – в порошок PuO2 и отправляется на хранение. Импульсные колонны были выбраны для предотвращения риска возникновения критической аварии на заводе. Это может произойти, если достаточное количество делящегося материала соберется вместе, чтобы запустить неконтролируемую цепную реакцию, приводящую к выделению большого количества нейтронов. Риски и механизмы хорошо изучены, а конструкция завода организована таким образом, чтобы предотвратить их возникновение, то есть обеспечивает безопасность по своей сути (intrinsic safety).

The chemical flowsheet for THORP is designed to add less non volatile matter to the first cycle PUREX raffinate. One way in which this is done is by avoiding the use of ferrous compounds as plutonium reducing agents. In this plant the reduction is done using either hydrazine or HAN (hydroxylamine nitrate). The plant releases gaseous emissions of krypton 85, a radioactive beta emitter with a half life of 10.7 years. The Radiological Protection Institute of Ireland (RPII) commenced 24 hour atmospheric monitoring for krypton 85 in 1993, prior to the plant's commissioning. The cooled oxide fuel is chopped up in the Shear Cell and the fuel dissolved in nitric acid. It is chemically conditioned before passing to the chemical separation plant. Pulsed columns (designated HA/HS) are used to initially separate the majority of the uranium and plutonium from the fission products by transferring them into the solvent phase, which comprises tri butyl phosphate in odourless kerosene (TBP/OK). The transfer is done in the HA column with the HS column providing further removal of fission products. 2 further pulsed columns (designated BS/BX) and a mixer/settler assembly (1BXX) then separate the uranium and plutonium into separate streams. Plutonium is reduced to the +3 oxidation state, which is insoluble in the solvent phase so ends up in the aqueous phase exiting the 1BX column. The 1BXX mixer/settler completes the removal of Pu from the solvent phase. The 1BS column removes any remaining Uranium from the aqueous phase by the use of fresh solvent. Pulsed columns then purify the plutonium, removing the troublesome fission products that remain. A mixer/settlet (1C) is used to transfer (washes) the uranium across to the aqueous phase ready for the next stage. Uranium purification is achieved using three mixer settlers (UP1 UP3) similar to those in use on the existing Magnox reprocessing plant. Evaporation of the two product streams then occurs before further processing is undertaken. Uranium is converted to UO3 powder while the plutonium is converted to PuO2 powder and sent to storage. Pulsed columns were chosen to avoid the risk of a criticality incident occurring within the plant. This can happen if sufficient fissile material comes together to start an uncontrolled chain reaction, producing a large release of neutrons. The risks and mechanisms are well understood and the plant design is arranged to prevent its occurrence, i. e.: intrinsically safe.

Внутренняя утечка 2005 года

9 мая 2005 года было объявлено о крупной утечке высокорадиоактивного раствора на предприятии THORP, начавшейся еще в июле 2004 года. Комиссия по расследованию, созданная British Nuclear Group, установила, что причиной утечки стала ошибка в проектировании, а безразличное отношение к безопасности на предприятии привело к тому, что ее обнаружили лишь через девять месяцев. Оперативный персонал не выявил утечку, пока сотрудники службы безопасности не сообщили о существенных расхождениях в учете объемов жидкостей. Всего из небольшого треснувшего подводящего трубопровода вытекло 83 кубических метра (82 966 литров) горячего раствора азотной кислоты, что было обнаружено 19 апреля 2005 года при осмотре ячейки очистки THORP с помощью дистанционной камеры. Вся жидкость стекала под действием силы тяжести во вторичный контур, представляющий собой ванну из нержавеющей стали, встроенную в железобетонную конструкцию толщиной 2 метра, способную вместить 250 кубических метров жидкости. По оценкам, в утечке содержалось 20 тонн урана и 160 килограммов плутония. Просочившийся раствор был безопасно возвращен в первичный контур с использованием установленных ранее паровых эжекторов. Уровень радиации в ячейке исключал возможность нахождения там людей. Разрыв трубопровода произошел из-за бокового смещения резервуара для учета объема, который определяет вес и перемещается в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Изначально конструкция резервуара предусматривала ограничительные блоки для предотвращения боковых смещений, но впоследствии они были удалены для сейсмоизоляции. Инцидент был классифицирован как уровень 3 по 7-балльной Международной шкале ядерных событий (INES) – «серьезный инцидент» – из-за количества радиоактивных материалов, вытекших из первичного во вторичный контур и не обнаруженных в течение нескольких месяцев. BNFL первоначально сочла этот уровень неожиданно высоким, однако требования шкалы соответствовали произошедшему. British Nuclear Group была признана виновной в нарушении правил охраны труда и техники безопасности и оштрафована на 500 000 фунтов стерлингов. Производство на предприятии было возобновлено в конце 2007 года, но в начале 2008 года вновь остановлено для ремонта подводного лифта, используемого для перемещения топлива на переработку.

On 9 May 2005 it was announced that THORP suffered a large leak of a highly radioactive solution, which had first started in July 2004. British Nuclear Group's board of inquiry determined that a design error led to the leak, while a complacent culture at the plant delayed detection for nine months. Operations staff did not discover the leak until safeguards staff reported major fluid accountancy discrepancies. Altogether 83 cubic metres (82,966 litres) of hot nitric acid solution leaked from a small fractured feedpipe, which was discovered when a remote camera was sent in to examine THORP's Feed Clarification Cell on 19 April 2005. All the fluids collected under gravity into the secondary containment, which is a stainless steel tub embedded in 2 metre thick reinforced concrete, capable of holding 250 cubic metres of fluids. The solution from the spill was estimated to contain 20 metric tons of uranium and 160 kilograms of plutonium. The leaked solution was safely recovered into primary containment using originally installed steam ejectors. Radiation levels in the cell precluded entry of humans. The pipe fractured due to lateral motion of an accountancy tank, which measures volume by weight and moves horizontally and vertically in the process. The tank's original design had restraint blocks to prevent lateral motion, but these were later removed from the design for seismic uncoupling. The incident was classified as Level 3 out of 7 on the International Nuclear Event Scale (INES), a "serious incident", due to the amount of radioactive inventory that leaked from primary to secondary containment without discovery over a number of months. This was initially considered by BNFL to be surprisingly high, but the specifications of the scale required it. The British Nuclear Group was convicted for breaches of health and safety regulations following the accident, and fined £500,000. Production at the plant restarted in late 2007, but in early 2008 stopped again for the repair of an underwater lift that moved fuel for reprocessing.