Сухое хранение отработанного ядерного топлива.

Введение

Метод хранения радиоактивных отходов

Сухое хранение в бочках – это метод хранения высокоактивных радиоактивных отходов, таких как отработавшее ядерное топливо, которое уже было охлаждено в бассейне выдержки отработавшего топлива не менее одного года, а часто и до десяти лет. Бочки обычно представляют собой стальные цилиндры, которые либо свариваются, либо закрываются болтами. Топливные стержни внутри окружены инертным газом. В идеале стальной цилиндр обеспечивает герметичное удержание отработавшего топлива. Каждый цилиндр окружен дополнительной сталью, бетоном или другим материалом для обеспечения радиационной защиты персонала и населения. Существуют различные конструкции систем сухого хранения в бочках. В некоторых конструкциях стальные цилиндры, содержащие топливо, размещаются вертикально в бетонном хранилище; в других конструкциях цилиндры ориентированы горизонтально. Бетонные хранилища обеспечивают радиационную защиту. Другие конструкции ориентируют стальной цилиндр вертикально на бетонной площадке на участке сухого хранения в бочках и используют как металлические, так и бетонные внешние цилиндры для радиационной защиты. По состоянию на 2021 год в мире не существует долгосрочного постоянного хранилища; сухое хранение в бочках разработано как временное, более безопасное решение по сравнению с хранением отработавшего топлива в бассейне. Некоторые конструкции бочек могут использоваться как для хранения, так и для транспортировки. Три компании – Holtec International, NAC International и Areva Transnuclear NUHOMS – предлагают независимые установки хранения отработавшего топлива (ISFSI), основанные на неэкранированном многоцелевом контейнере, который транспортируется и хранится на площадке в вертикальных или горизонтальных экранированных модулях хранения, построенных из стали и бетона.

Использование

В течение 2000-х годов хранение отработанного ядерного топлива в сухих контейнерах применялось в Соединенных Штатах, Канаде, Германии, Швейцарии, Испании, Бельгии, Соединенном Королевстве, Японии, Армении, Аргентине, Болгарии, Чешской Республике, Венгрии, Южной Корее, Румынии, Словакии, Украине и Литве.

Соединенные Штаты

В конце 1970-х и начале 1980-х годов потребность в альтернативных хранилищах в Соединенных Штатах начала расти, поскольку бассейны хранения на многих атомных электростанциях стали заполняться отработавшим ядерным топливом. В то время как национального хранилища ядерных отходов в эксплуатации не было, коммунальные предприятия начали изучать варианты хранения отработавшего топлива. Сухое хранение в контейнерах было признано практичным решением и предпочтительнее, чем хранение больших объемов отработавшего топлива в бассейнах охлаждения. Первая установка сухого хранения в США была лицензирована Комиссией по ядерному регулированию (NRC) в 1986 году на АЭС Сурри в штате Вирджиния. В настоящее время отработавшее топливо хранится в сухих контейнерах на растущем числе АЭС, а также на временном объекте, расположенном в Национальной лаборатории Айдахо недалеко от города Айдахо-Фоллс, штат Айдахо. Комиссия по ядерному регулированию оценивает, что к 2015 году на многих АЭС США не останется места в бассейнах хранения отработавшего топлива, что, вероятно, потребует использования какого-либо временного хранения. Открытие объекта Юка-Маунтин ожидалось в 2017 году. Однако 5 марта 2009 года министр энергетики Стивен Чу на слушаниях в Сенате подтвердил, что площадка Юка-Маунтин больше не рассматривается как вариант для хранения радиоактивных отходов. Руководство NRC 2008 года предписывает выдерживать отработавшее топливо в бассейне хранения не менее пяти лет перед перемещением в сухие контейнеры. Отраслевой стандарт составляет около 10 лет. NRC описывает сухие контейнеры, используемые в США, как "разработанные для противостояния наводнениям, торнадо, летящим предметам, экстремальным температурам и другим нештатным ситуациям". В связи с прекращением финансирования проекта хранилища ядерных отходов Юка-Маунтин в Неваде, все большее количество ядерных отходов загружается в герметичные металлические контейнеры, заполненные инертным газом. Многие из этих контейнеров будут храниться в прибрежных или озерных районах, где присутствует соленый воздух, и Массачусетский технологический институт изучает характеристики работы таких сухих контейнеров в соленой среде. Некоторые надеются, что срок службы контейнеров составит 100 лет, однако коррозионные трещины могут появиться уже через 30 лет или меньше. Согласно данным веб-сайта NRC за 2023 год, отработавшее топливо, помещенное в сухие контейнеры для хранения на АЭС Diablo Canyon в Калифорнии, не проявляет признаков коррозии после более чем десяти лет хранения и, по всей видимости, способно прослужить 1800 лет до начала коррозии. Видеоматериалы компании, демонстрирующие процессы и дистанционную обработку, начиная с первоначальной загрузки топлива и заканчивая его удалением и последующим сухим хранением, доступны на различных видеохостинговых платформах.

In the late 1970s and early 1980s, the need for alternative storage in the United States began to grow when pools at many nuclear reactors began to fill up with stored spent fuel. As there was not a national nuclear storage facility in operation at the time, utilities began looking at options for storing spent fuel. Dry cask storage was determined to be a practical option for storage of spent fuel and preferable to leaving large concentrations of spent fuel in cooling tanks. The first dry storage installation in the US was licensed by the Nuclear Regulatory Commission (NRC) in 1986 at the Surry Nuclear Power Plant in Virginia. Spent fuel is currently stored in dry cask systems at a growing number of power plant sites, and at an interim facility located at the Idaho National Laboratory near Idaho Falls, Idaho. The Nuclear Regulatory Commission estimates that many of the nuclear power plants in the United States will be out of room in their spent fuel pools by 2015, most likely requiring the use of temporary storage of some kind. Yucca Mountain was expected to open in 2017. However, on March 5, 2009, Energy Secretary Steven Chu reiterated in a Senate hearing that the Yucca Mountain site was no longer considered an option for storing reactor waste. The 2008 NRC guideline calls for fuels to have spent at least five years in a storage pool before being moved to dry casks. The industry norm is about 10 years. The NRC describes the dry casks used in the US as "designed to resist floods, tornadoes, projectiles, temperature extremes, and other unusual scenarios." With the zeroing of the budget for Yucca Mountain nuclear waste repository in Nevada, more nuclear waste is being loaded into sealed metal casks filled with inert gas. Many of these casks will be stored in coastal or lakeside regions where a salt air environment exists, and the Massachusetts Institute of Technology is studying how such dry casks perform in salt environments. Some hope that the casks can be used for 100 years, but cracking related to corrosion could occur in 30 years or less. According to the NRC's website in 2023, spent fuel placed in dry cask storage from the Diablo Canyon power plant in Califorinia shows no sign of corrosion after more than a decade of storage and appears to be capable of lasting for 1800 years before succumbing to corrosion. Company videos, covering the processes and remote handling, from the initial fuel loading to the removal and eventual dry cask storage, are viewable on various video hosting domains.

Канада

В Канаде используется наземное сухое хранение отработанного ядерного топлива. Ontario Power Generation в настоящее время строит хранилище для сухих контейнеров на площадке Дарлингтон, которое во многом будет похоже на существующие объекты на атомных электростанциях Пикеринг и Брюс. Атомная электростанция Point Lepreau, принадлежащая NB Power, и атомная электростанция Gentilly, принадлежащая Hydro Québec, также эксплуатируют хранилища сухого типа.

Германия

Централизованное хранилище, использующее сухие контейнеры, расположено в Ахаусе. CASTOR (контейнер для хранения и транспортировки радиоактивных материалов) – это зарегистрированная торговая марка сухих контейнеров, используемых для хранения отработавшего ядерного топлива (один из видов ядерных отходов). Контейнеры CASTOR производятся компанией Gesellschaft für Nuklear Service (GNS) – немецким поставщиком ядерных услуг. CONSTOR – это контейнер, используемый для транспортировки и длительного хранения отработавшего топлива и высокоактивных отходов, также производимый GNS. Он состоит из внутренних и внешних стальных слоев, окружающих слой бетона. В 2004 году было проведено испытание модели V/TC на падение с высоты 9 метров; результаты соответствовали прогнозам.

Болгария

В 2008 году представители Козлодуйской АЭС объявили о намерении использовать 34 транспортно-хранильных контейнера CONSTOR на площадке Козлодуйской АЭС до конца 2010 года.

Литва

В 2000-х годах отработавшее топливо с закрытой Игналинской атомной электростанции было помещено в транспортно-хранительные комплекты CASTOR и CONSTOR.

Россия

Российское сухое хранилище отработавшего ядерного топлива, ХОТ-2 на горно-химическом комбинате в Железногорске, Красноярский край в Сибири, не является хранилищем на основе транспортно-упаковочных контейнеров (кассет) в строгом смысле этого термина, поскольку оно предназначено для размещения отработавшего ядерного топлива (как ВВЭР, так и РБМК) в серии отсеков. Конструкция хранилища состоит из монолитных железобетонных стен, верхних и нижних плит, а сами отсеки для хранения формируются железобетонными перегородками. Охлаждение топлива осуществляется за счет естественной конвекции воздуха. Проектная мощность хранилища составляет 37 785 тонн урана. В настоящее время ведется строительство и пусконаладочные работы.

Украина

На Украине с 2001 года сухое хранилище принимает отработавшее топливо с шести энергоблоков Запорожской атомной электростанции (реакторы ВВЭР-1000), что делает его самым долго эксплуатируемым подобным хранилищем в бывшем Советском Союзе. Система была разработана ныне не существующей компанией Duke Engineering из Соединенных Штатов, а транспортно-хранимые контейнеры (ТГК) производились на местном уровне. В настоящее время реализуется другой проект с компанией Holtec International (также из США) по строительству сухого хранилища отработанного топлива на Чернобыльской АЭС (реакторы РБМК-1000), печально известной аварией 1986 года. Изначально проект был начат с компанией Framatome (в настоящее время AREVA) из Франции, затем был приостановлен и прекращен из-за технических сложностей. Holtec изначально был привлечен в качестве субподрядчика для дегидратации отработавшего топлива, а впоследствии взял на себя весь проект.