Введение
Складские бассейны для отработавшего ядерного топлива
Бассейны для хранения отработавшего ядерного топлива (SFP) – это бассейны (или «пруды» в Соединенном Королевстве) для хранения отработавшего ядерного топлива из ядерных реакторов. Обычно они имеют глубину 12 метров и более, при этом нижние 4,3 метра оборудованы стеллажами для хранения топливных сборок, извлеченных из реакторов. Бассейн, расположенный непосредственно у реактора, специально разработан для реактора, в котором использовалось топливо, и находится на территории реакторной установки. Такие бассейны используются для кратковременного охлаждения топливных стержней. Это позволяет короткоживущим изотопам распадаться, что снижает ионизирующее излучение и тепло, выделяемое стержнями. Вода охлаждает топливо и обеспечивает радиационную защиту от его излучения. Бассейны также существуют на площадках, удаленных от реакторов, для более длительного хранения, например, Независимая установка хранения отработавшего ядерного топлива (ISFSI), расположенная на объекте Моррис, или в качестве производственного буфера на 10–20 лет перед отправкой на переработку или хранение в сухих контейнерах. Хотя для поддержания уровня радиации ниже допустимых значений достаточно около 6 метров воды, большая глубина обеспечивает запас прочности и позволяет манипулировать топливными сборками без специальной защиты для персонала.
Операция
Примерно от четверти до трети общей загрузки топлива реактора извлекается из активной зоны каждые 12–24 месяца и заменяется на свежее топливо. Отработанные топливные стержни выделяют интенсивное тепло и опасное излучение, которое необходимо надежно содержать. Перемещение топлива из реактора и его обработка в бассейне обычно осуществляются автоматизированными системами, хотя некоторые ручные системы все еще применяются. Топливные сборки, выгруженные из активной зоны, как правило, изолируются на несколько месяцев для первоначального охлаждения, прежде чем их сортируют и помещают в другие секции бассейна для ожидания окончательной утилизации. Металлические стеллажи фиксируют топливо в заданных положениях для обеспечения физической защиты, а также для удобства учета и перестановки. Высокоплотные стеллажи также содержат бор-10, часто в виде карбида бора (Метамик, Тетрабор и Карборунд). Действующие в США нормативные требования допускают перестановку отработавших стержней для достижения максимальной эффективности хранения. Максимальная температура отработавших топливных сборок значительно снижается в течение двух–четырех лет и в меньшей степени – в течение четырех–шести лет. Вода в бассейне хранения непрерывно охлаждается для отвода тепла, выделяемого отработавшими топливными сборками. Насосы перекачивают воду из бассейна хранения к теплообменникам, а затем обратно в бассейн. Температура воды в нормальных условиях эксплуатации поддерживается ниже 50 °C (120 °F). Радиолиз, расщепление молекул под воздействием излучения, представляет особую опасность при хранении в воде, поскольку вода может разлагаться под воздействием остаточного излучения, что приводит к накоплению газообразного водорода и увеличению риска взрыва. По этой причине воздух в машинном отделении бассейнов, а также вода, должны постоянно контролироваться и подвергаться обработке.
Другие возможные конфигурации
Вместо того, чтобы управлять запасами бассейна хранения отработавшего ядерного топлива с целью минимизации возможности продолжения цепной реакции деления, Китай строит ядерный реактор мощностью 200 МВт, который будет использовать отработавшее топливо с атомных электростанций для выработки тепловой энергии для централизованного теплоснабжения и опреснения воды. По сути, это бассейн хранения отработавшего топлива, функционирующий как реактор с глубоким бассейном; он будет работать при атмосферном давлении, что упростит требования к безопасности с точки зрения инжиниринга. Другие исследования рассматривают возможность создания аналогичного реактора малой мощности, использующего отработавшее топливо, где вместо подавления образования водорода в результате радиолиза, его стимулируют путем добавления катализаторов и ионных ловушек в охлаждающую воду. Затем этот водород извлекается для использования в качестве топлива.