Siklus bahan bakar nuklir: Bahan bakar nuklir bekas. Bagian ketiga: Pemrosesan ulang SNF di Rusia Bagaimana pemrosesan ulang SNF mengancam situasi lingkungan

Pengguna LJ Uralochka menulis di blognya: Saya selalu ingin mengunjungi Mayak.
Bukan main-main, tempat ini adalah salah satu perusahaan paling padat pengetahuan di Rusia, di sini
Reaktor nuklir pertama di Uni Soviet diluncurkan pada tahun 1948, diproduksi oleh spesialis dari Mayak PA
biaya plutonium untuk bom nuklir pertama Soviet. Dahulu kala disebut Ozersk
Chelyabinsk-65, Chelyabinsk-40, sejak 1995 menjadi Ozersk. Di sini, di Trekhgorny,
Dulunya Zlatoust-36, kota yang juga tertutup, Ozersk selalu dipanggil
Sorokovka diperlakukan dengan hormat dan kagum.

Sekarang Anda dapat membaca banyak hal di sumber resmi, dan bahkan lebih banyak lagi di sumber tidak resmi,
dan ada suatu masa ketika perkiraan lokasi dan nama kota-kota ini dijaga dengan sangat ketat
rahasia. Saya ingat bagaimana kakek saya Yakovlev Evgeniy Mikhailovich dan saya pergi memancing, dan
pertanyaan lokal - dari mana kami berasal, kakek saya selalu menjawabnya dari Yuryuzan (kota tetangga Trekhgorny),
dan di pintu masuk kota tidak ada tanda-tanda kecuali “batu bata” yang terus-menerus. Kakek punya salah satunya
sahabat, namanya Mitroshin Yuri Ivanovich, entah kenapa aku tidak memanggilnya apa-apa lagi sepanjang masa kecilku
seperti "Vanalisasi", saya tidak tahu kenapa. Saya ingat suatu kali saya bertanya kepada nenek saya alasannya,
Vanalise, botak sekali, tidak punya sehelai rambut pun? Nenek kemudian menjelaskan kepadaku dengan berbisik,
bahwa Yuri Ivanovich bertugas di "Sorokovka" dan menghilangkan konsekuensi dari kecelakaan besar pada tahun 1957,
menerima radiasi dalam dosis besar, merusak kesehatannya, dan rambutnya tidak lagi tumbuh...

...Dan sekarang, bertahun-tahun kemudian, saya, sebagai jurnalis foto, akan memotret pabrik RT-1 yang sama untuk
agensi "Foto ITAR-TASS". Waktu mengubah segalanya.

Ozersk adalah kota terlarang, masuknya memerlukan izin, profil saya diperiksa selama lebih dari sebulan dan
Semuanya sudah siap, Anda bisa pergi. Saya ditemui oleh layanan pers di pos pemeriksaan, tidak seperti
Kami memiliki sistem komputerisasi normal di sini, masuk dari pos pemeriksaan mana pun, keluar seperti ini
dari siapa pun. Setelah itu, kami berkendara ke gedung administrasi layanan pers, tempat saya pergi
Saya disarankan untuk meninggalkan mobil dan telepon genggam saya, karena di wilayah pabrik dengan
Perangkat komunikasi seluler dilarang. Tidak lama kemudian, mari kita ke RT-1. Di pabrik
Kami menghabiskan waktu lama di pos pemeriksaan, entah kenapa mereka tidak langsung mengizinkan kami lewat dengan semua perlengkapan fotografi saya, tapi ini dia
Itu terjadi. Kami diberi seorang pria tegas dengan sarung hitam di ikat pinggangnya dan pakaian putih. Kami bertemu
dengan pihak administrasi, mereka membentuk seluruh tim pemandu untuk kami dan kami naik pangkat. lulus.
Sayangnya, wilayah luar pabrik dan sistem keamanan apa pun harus difoto
dilarang keras, jadi kamera saya ada di ransel saya selama ini. Ini adalah bingkai diriku
Saya memfilmkannya di bagian paling akhir, di sinilah wilayah “kotor” dimulai. Pembagiannya adalah
benar-benar bersyarat, tetapi dipatuhi dengan sangat ketat, inilah yang memungkinkan Anda untuk tidak mengambilnya
kotoran radioaktif di seluruh area.

San. Ada pintu masuk terpisah, perempuan dari satu pintu masuk, laki-laki dari pintu lainnya. Aku, temanku
Mereka menunjukkan lokernya, mereka bilang lepas semuanya (semuanya), pakai sandal jepit karet, tutup
loker dan pindah ke jendela di sana. Jadi saya melakukannya. Saya berdiri telanjang bulat, dengan satu tangan
aku kuncinya, ke ransel lain dengan kamera, dan wanita dari jendela, yang karena alasan tertentu berada
terlalu rendah, untuk posisiku dia bertanya berapa ukuran sepatuku. Untuk waktu yang lama
Saya tidak perlu malu, saya langsung diberi sesuatu seperti celana dalam, kemeja tipis,
terusan dan sepatu. Semuanya putih, bersih dan sangat menyenangkan saat disentuh. Berpakaian, terikat
Saya menaruh tablet dosimeter di saku dada dan merasa lebih percaya diri. Anda bisa pindah.
Orang-orang itu segera menginstruksikan saya untuk tidak meletakkan ransel di lantai, tidak menyentuh apa pun yang tidak perlu,
memotret hanya apa yang diperbolehkan. Ya, tidak masalah - kataku, masih terlalu dini bagi saya untuk membawa ransel
membuangnya, dan aku juga tidak membutuhkan masalah rahasia. Ini adalah tempat untuk memakai dan melepas
sepatu kotor. Bagian tengahnya bersih, bagian pinggirnya kotor. Ambang batas bersyarat dari wilayah pabrik.

Kami berkeliling wilayah pabrik dengan bus kecil. Area luar tanpa khusus
dekorasi, blok bengkel yang dihubungkan oleh galeri untuk lalu lintas personel dan pemindahan bahan kimia melalui pipa.
Di satu sisi terdapat galeri besar untuk menampung udara bersih dari hutan tetangga. Ini
dibuat agar orang-orang di bengkel menghirup udara luar yang bersih. RT-1 saja
salah satu dari tujuh pembangkit listrik Mayak PA, tujuannya adalah untuk menerima dan memproses ulang nuklir bekas
bahan bakar (SNF). Di sinilah bengkel tempat semuanya dimulai; kontainer berisi bahan bakar nuklir bekas tiba di sini.
Di sebelah kanan adalah gerbong dengan tutup terbuka. Para ahli membuka sekrup atas dengan yang khusus
peralatan. Setelah ini, semua orang dikeluarkan dari ruangan ini, pintu besar ditutup.
tebalnya sekitar setengah meter (sayangnya, rezim menuntut agar foto-foto yang ada di dalamnya dihapus).
Pekerjaan lebih lanjut dilakukan dengan menggunakan crane yang dikendalikan dari jarak jauh melalui kamera. Keran dilepas
menutupi dan melepas rakitan dengan bahan bakar bekas.

Rakitan dipindahkan dengan derek ke palka ini. Perhatikan salibnya, mereka digambar,
untuk memudahkan penempatan posisi keran. Di bawah palka, rakitan dibenamkan
cair - kondensat (cukup dimasukkan ke dalam air suling). Setelah perakitan ini aktif
gerobak dipindahkan ke kolam terdekat, yang merupakan gudang sementara.

Saya tidak tahu persis apa namanya, tapi intinya jelas - perangkat sederhana agar tidak
menyeret debu radioaktif dari satu ruangan ke ruangan lain.

Di sebelah kiri adalah pintu yang sama.

Dan ini adalah ruangan yang bersebelahan. Di bawah kaki karyawan terdapat kolam renang dengan kedalaman 3,5 hingga 14
meter diisi dengan kondensat. ? Anda juga bisa melihat dua blok dari Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir Beloyarsk, panjangnya 14 meter.
Mereka disebut AMB - “Atom Besar yang Damai”.

Saat Anda melihat di antara pelat logam, Anda melihat sesuatu seperti ini. Di bawah kondensasi
perakitan elemen bahan bakar dari reaktor pengiriman terlihat.

Namun perakitan ini baru saja berasal dari pembangkit listrik tenaga nuklir. Saat lampu dimatikan, mereka bersinar dengan cahaya biru pucat.
Sangat mengesankan. Inilah cahaya Cherenkov, tentang esensinya fenomena fisik Anda dapat membacanya di Wikipedia.

Tampilan umum bengkel.

Teruskan. Transisi antar departemen sepanjang koridor dengan lampu kuning redup. Cukup di bawah kaki
lapisan tertentu, digulung di semua sudut. Orang berkulit putih. Secara umum, saya langsung pergi ke "Black Mass"
Aku teringat))). Ngomong-ngomong, soal pelapisan, ini solusi yang sangat masuk akal, di satu sisi lebih nyaman untuk dicuci,
tidak ada yang tersangkut di mana pun, dan yang terpenting, jika terjadi kebocoran atau kecelakaan, lantai bisa kotor
mudah dibongkar.

Seperti yang mereka jelaskan kepada saya operasi lebih lanjut dengan SNF dilakukan di ruang tertutup dalam mode otomatis.
Seluruh proses dulunya dikendalikan dari kendali jarak jauh ini, tetapi sekarang semuanya terjadi dari tiga terminal.
Masing-masing berjalan di server otonomnya sendiri, semua fungsi diduplikasi. Dalam hal penolakan semua
terminal, operator akan dapat menyelesaikan proses dari remote control.

Secara singkat tentang apa yang terjadi dengan bahan bakar nuklir bekas. Rakitan dibongkar, isinya dilepas, digergaji
bagian dan ditempatkan dalam pelarut (asam nitrat), setelah itu bahan bakar bekas dilarutkan
mengalami transformasi kimia yang kompleks, dari mana uranium, plutonium, dan neptunium diekstraksi.
Bagian yang tidak dapat larut dan tidak dapat didaur ulang ditekan dan diglasir. Dan disimpan
area pabrik berada di bawah pengawasan terus-menerus. Output setelah semua proses ini terbentuk
rakitan yang sudah jadi sudah “diisi” dengan bahan bakar segar, yang diproduksi di sini. Demikianlah Mercusuar
melakukan siklus penuh bekerja dengan bahan bakar nuklir.

Departemen untuk bekerja dengan plutonium.

Delapan lapisan kaca timbal 50 mm melindungi operator dari elemen aktif. Manipulator
dihubungkan secara eksklusif melalui sambungan listrik, tidak ada “lubang” yang menghubungkan ke kompartemen internal.

Kami pindah ke bengkel yang mengirimkan produk jadi.

Wadah kuning dimaksudkan untuk pengangkutan kumpulan bahan bakar jadi. Di latar depan ada tutup wadah.

Bagian dalam wadah adalah tempat dipasangnya batang bahan bakar.

Operator derek mengendalikan derek dari tempat mana pun yang nyaman baginya.

Di bagian sampingnya terdapat wadah yang seluruhnya terbuat dari baja tahan karat. Seperti yang mereka jelaskan kepada saya, hanya ada 16 di dunia.

Bahan bakar nuklir bekas dari reaktor tenaga Tahap awal tahap pasca-reaktor dari siklus bahan bakar nuklir adalah sama untuk siklus bahan bakar nuklir terbuka dan tertutup.

Hal ini melibatkan pemindahan batang bahan bakar yang berisi bahan bakar nuklir bekas dari reaktor, menyimpannya di kolam di lokasi (“penyimpanan basah” di kolam pendingin bawah air) selama beberapa tahun dan kemudian mengangkutnya ke pabrik pemrosesan ulang. Dalam siklus bahan bakar nuklir versi terbuka, bahan bakar bekas ditempatkan di fasilitas penyimpanan yang dilengkapi secara khusus (penyimpanan “kering” dalam lingkungan gas inert atau udara dalam wadah atau ruang), di mana bahan tersebut disimpan selama beberapa dekade, kemudian diolah menjadi bentuk yang mencegah pencurian radionuklida dan disiapkan untuk pembuangan akhir.

Dalam siklus bahan bakar nuklir versi tertutup, bahan bakar bekas disuplai ke pabrik radiokimia, di mana bahan tersebut diproses untuk mengekstraksi bahan fisil nuklir.

Bahan bakar nuklir bekas (SNF) - jenis khusus bahan radioaktif – bahan mentah untuk industri radiokimia.

Elemen bahan bakar yang diiradiasi yang dikeluarkan dari reaktor setelah habis mempunyai akumulasi aktivitas yang signifikan. Ada dua jenis bahan bakar nuklir bekas:

1) SNF dari reaktor industri, yang memiliki bentuk kimia dari bahan bakar itu sendiri dan lapisannya, mudah untuk dilarutkan dan diproses selanjutnya;

2) Batang bahan bakar untuk reaktor daya.

SNF dari reaktor industri harus diproses ulang, sedangkan SNF tidak selalu diproses ulang. SNF Energi tergolong limbah tingkat tinggi jika tidak diolah lebih lanjut, atau sebagai bahan baku energi yang berharga jika diolah. Di beberapa negara (AS, Swedia, Kanada, Spanyol, Finlandia), SNF sepenuhnya diklasifikasikan sebagai limbah radioaktif (RAW). Di Inggris, Prancis, Jepang - untuk bahan baku energi. Di Rusia, sebagian bahan bakar bekas dianggap limbah radioaktif, dan sebagian lagi dikirim untuk diproses ulang ke pabrik radiokimia (146).

Karena faktanya tidak semua negara menganut taktik loop tertutup siklus nuklir, SNF di dunia terus meningkat. Praktik negara-negara yang menganut siklus bahan bakar uranium tertutup telah menunjukkan bahwa penutupan sebagian siklus bahan bakar nuklir pada reaktor air ringan tidak menguntungkan, bahkan dengan kemungkinan kenaikan harga uranium sebesar 3-4 kali lipat dalam beberapa dekade mendatang. Namun demikian, negara-negara ini menutup siklus bahan bakar nuklir pada reaktor air ringan dan menutupi biayanya dengan menaikkan tarif listrik. Sebaliknya, Amerika Serikat dan beberapa negara lain menolak untuk mendaur ulang bahan bakar nuklir bekas, mengingat pembuangan akhir bahan bakar nuklir bekas di masa depan, dan lebih memilih penyimpanan jangka panjang, yang ternyata lebih murah. Namun, diperkirakan pada tahun dua puluhan, pengolahan ulang bahan bakar nuklir bekas di dunia akan meningkat.

Rakitan bahan bakar dengan bahan bakar nuklir bekas yang dikeluarkan dari inti reaktor daya disimpan di kolam pendingin di pembangkit listrik tenaga nuklir selama 5-10 tahun untuk mengurangi pembangkitan panas dan peluruhan radionuklida berumur pendek. Pada hari pertama setelah dikeluarkan dari reaktor, 1 kg bahan bakar nuklir bekas dari pembangkit listrik tenaga nuklir mengandung radioaktivitas 26 hingga 180 ribu Ci. Setelah setahun, aktivitas 1 kg bahan bakar bekas berkurang menjadi 1.000 Ci, setelah 30 tahun menjadi 0,26 ribu Ci. Setahun setelah penghilangan, akibat peluruhan radionuklida berumur pendek, aktivitas bahan bakar bekas berkurang 11 - 12 kali lipat, dan setelah 30 tahun - 140 - 220 kali lipat dan kemudian perlahan menurun selama ratusan tahun 9 ( 146).

Jika uranium alam awalnya dimasukkan ke dalam reaktor, maka 0,2 - 0,3% 235U tersisa di bahan bakar bekas. Pengayaan ulang uranium tersebut tidak layak secara ekonomi, sehingga tetap dalam bentuk limbah uranium. Limbah uranium tersebut nantinya dapat digunakan sebagai bahan pembiakan pada reaktor neutron cepat. Ketika uranium yang diperkaya rendah digunakan untuk memuat reaktor nuklir, bahan bakar bekas mengandung 1% 235U. Uranium tersebut dapat diperkaya lebih lanjut ke kandungan aslinya dalam bahan bakar nuklir dan dikembalikan ke siklus bahan bakar nuklir. Reaktivitas bahan bakar nuklir dapat dipulihkan dengan menambahkan nuklida fisil lain ke dalamnya - 239Pu atau 233U, yaitu. bahan bakar nuklir sekunder. Jika 239Pu ditambahkan ke uranium yang habis dalam jumlah yang setara dengan pengayaan bahan bakar dengan 235U, maka siklus bahan bakar uranium-plutonium diterapkan. Bahan bakar campuran uranium-plutonium digunakan dalam reaktor neutron termal dan cepat. Bahan bakar uranium-plutonium memastikan penggunaan sumber daya uranium secara maksimal dan memperluas reproduksi bahan fisil. Untuk teknologi regenerasi bahan bakar nuklir, karakteristik bahan bakar yang dikeluarkan dari reaktor sangatlah penting: komposisi kimia dan radiokimia, kandungan bahan fisil, tingkat aktivitas. Karakteristik bahan bakar nuklir ini ditentukan oleh daya reaktor, pembakaran bahan bakar di dalam reaktor, durasi kampanye, laju reproduksi bahan fisil sekunder, waktu penahanan bahan bakar setelah dikeluarkan dari reaktor, dan jenis reaktornya.

Bahan bakar nuklir bekas yang diturunkan dari reaktor ditransfer untuk diproses ulang hanya setelah jangka waktu tertentu. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa di antara produk fisi terdapat sejumlah besar radionuklida berumur pendek, yang menentukan sebagian besar aktivitas bahan bakar yang dikeluarkan dari reaktor. Oleh karena itu, bahan bakar yang baru dibongkar disimpan di fasilitas penyimpanan khusus untuk jangka waktu yang cukup untuk meluruhkan sebagian besar radionuklida berumur pendek. Hal ini sangat memudahkan pengorganisasian perlindungan biologis, mengurangi dampak radiasi pada reagen kimia dan pelarut selama pemrosesan ulang bahan bakar nuklir yang diolah, dan mengurangi kumpulan elemen dari mana produk utama harus dimurnikan. Jadi, setelah dua hingga tiga tahun paparan, aktivitas bahan bakar yang diiradiasi ditentukan oleh produk fisi berumur panjang: Zr, Nb, Sr, Ce dan unsur tanah jarang lainnya, Ru dan unsur transuranium aktif α. 96% bahan bakar nuklir bekas adalah uranium-235 dan uranium-238, 1% adalah plutonium, 2-3% adalah pecahan fisi radioaktif.

Waktu penahanan bahan bakar bekas adalah 3 tahun untuk reaktor air ringan, 150 hari untuk reaktor neutron cepat (155).

Total aktivitas produk fisi yang terkandung dalam 1 ton bahan bakar bekas VVER-1000 setelah tiga tahun penuaan di kolam bahan bakar bekas (SP) adalah 790.000 Ci.

Ketika SNF disimpan di fasilitas penyimpanan di tempat, aktivitasnya menurun secara monoton (kira-kira dalam urutan besarnya selama 10 tahun). Ketika aktivitas turun ke standar yang menentukan keselamatan transportasi bahan bakar nuklir bekas kereta api, bahan bakar tersebut dikeluarkan dari fasilitas penyimpanannya dan dipindahkan ke penyimpanan jangka panjang atau ke pabrik pemrosesan ulang bahan bakar. Di pabrik pengolahan, rakitan batang bahan bakar dimuat ulang dari kontainer ke dalam kolam penyimpanan penyangga pabrik menggunakan mekanisme bongkar muat. Di sini rakitan disimpan sampai dikirim untuk diproses. Setelah disimpan di kolam selama jangka waktu yang dipilih di pabrik tertentu, kumpulan bahan bakar diturunkan dari penyimpanan dan dikirim ke departemen persiapan bahan bakar untuk diekstraksi guna operasi pembukaan batang bahan bakar bekas.

Pemrosesan ulang bahan bakar nuklir iradiasi dilakukan dengan tujuan mengekstraksi radionuklida fisil darinya (terutama 233U, 235U dan 239Pu), memurnikan uranium dari pengotor penyerap neutron, memisahkan neptunium dan beberapa unsur transuranik lainnya, dan memperoleh isotop untuk industri, ilmiah atau tujuan medis. Pemrosesan ulang bahan bakar nuklir mengacu pada pemrosesan ulang batang bahan bakar dari reaktor pembangkit listrik, ilmiah atau transportasi, serta pemrosesan ulang selimut reaktor pemulia. Pemrosesan ulang radiokimia bahan bakar bekas adalah tahap utama dari siklus bahan bakar nuklir versi tertutup, dan tahap wajib dalam produksi plutonium tingkat senjata (Gbr. 35).

Pemrosesan ulang bahan fisil yang diiradiasi dengan neutron di reaktor nuklir bahan bakar dilakukan untuk memecahkan masalah seperti

Memperoleh uranium dan plutonium untuk produksi bahan bakar baru;

Memperoleh bahan fisil (uranium dan plutonium) untuk produksi senjata nuklir;

Memperoleh berbagai radioisotop yang digunakan dalam bidang kedokteran, industri dan ilmu pengetahuan;

Beras. 35. Beberapa tahapan pengolahan ulang bahan bakar nuklir bekas di Mayak PA. Semua pengoperasian dilakukan dengan menggunakan manipulator dan ruang yang dilindungi oleh kaca timah 6 lapis (155).

Menerima pendapatan dari negara lain yang tertarik pada yang pertama dan kedua, atau tidak ingin menyimpan bahan bakar nuklir bekas dalam jumlah besar;

Memecahkan masalah lingkungan yang terkait dengan pembuangan limbah radioaktif.

Di Rusia, uranium iradiasi dari reaktor pemulia dan batang bahan bakar dari VVER-440, BN dan beberapa mesin kapal diproses; Batang bahan bakar jenis utama reaktor daya VVER-1000, RBMK (jenis apa pun) tidak didaur ulang dan saat ini terakumulasi di fasilitas penyimpanan khusus.

Saat ini jumlah bahan bakar bekas terus meningkat dan regenerasinya menjadi tugas utama teknologi radiokimia untuk mengolah kembali batang bahan bakar bekas. Selama proses pemrosesan ulang, uranium dan plutonium dipisahkan dan dimurnikan dari produk fisi radioaktif, termasuk nuklida penyerap neutron (racun neutron), yang bila bahan fisil digunakan kembali, dapat mencegah berkembangnya reaksi berantai nuklir di dalam reaktor.

Produk fisi radioaktif mengandung sejumlah besar radionuklida berharga yang dapat digunakan dalam skala kecil daya nuklir(sumber panas radioisotopik untuk pembangkit listrik termoelektrik), serta untuk pembuatan sumber radiasi pengion. Unsur transuranium digunakan, yang dihasilkan dari reaksi samping inti uranium dengan neutron. Teknologi radiokimia untuk pemrosesan ulang bahan bakar nuklir bekas harus menjamin ekstraksi semua nuklida yang berguna dari sudut pandang praktis atau kepentingan ilmiah (147 43).

Proses pengolahan ulang bahan bakar bekas secara kimia dikaitkan dengan pemecahan masalah isolasi sejumlah besar radionuklida yang dihasilkan dari fisi inti uranium dari biosfer. Masalah ini merupakan salah satu masalah yang paling serius dan sulit dipecahkan dalam pengembangan energi nuklir.

Tahap pertama produksi radiokimia meliputi persiapan bahan bakar, yaitu. untuk membebaskannya dari bagian struktural rakitan dan menghancurkan cangkang pelindung batang bahan bakar. Tahap selanjutnya dikaitkan dengan transfer bahan bakar nuklir ke fase di mana pemrosesan kimia akan dilakukan: ke dalam larutan, ke dalam lelehan, ke dalam fase gas. Konversi ke dalam larutan paling sering dilakukan dengan melarutkan dalam asam nitrat. Dalam hal ini, uranium masuk ke dalam keadaan heksavalen dan membentuk ion uranil, UO 2 2+, dan plutonium sebagian dalam keadaan heksavalen dan menjadi tetravalen, masing-masing, PuO 2 2+ dan Pu 4+. Perpindahan ke fase gas dikaitkan dengan pembentukan uranium dan plutonium halida yang mudah menguap. Setelah pemindahan bahan nuklir, fase terkait melibatkan serangkaian operasi yang terkait langsung dengan isolasi dan pemurnian komponen berharga dan pelepasan masing-masing komponen dalam bentuk produk komersial (Gbr. 36).

Gambar.36. Skema umum peredaran uranium dan plutonium di lingkaran tertutup (156).

Pemrosesan ulang (reprocessing) bahan bakar nuklir bekas melibatkan ekstraksi uranium, akumulasi plutonium dan fraksi unsur fragmentasi. 1 ton bahan bakar bekas pada saat dikeluarkan dari reaktor mengandung 950-980 kg 235U dan 238U, 5,5-9,6 kg Pu, serta sejumlah kecil pemancar α (neptunium, americium, curium, dll.) , aktivitasnya bisa mencapai 26 ribu Ci per 1 kg bahan bakar bekas. Unsur-unsur inilah yang harus diisolasi, dipekatkan, dimurnikan, dan diubah menjadi bentuk kimia yang diperlukan selama siklus bahan bakar nuklir tertutup.

Proses teknologi pengolahan ulang bahan bakar nuklir bekas meliputi:

Fragmentasi mekanis (pemotongan) rakitan bahan bakar dan batang bahan bakar untuk membuka bahan bahan bakar;

Pembubaran;

Larutan pembersih dari kotoran pemberat;

Pemisahan ekstraksi dan pemurnian uranium, plutonium dan nuklida komersial lainnya;

Pelepasan plutonium dioksida, neptunium dioksida, uranil nitrat heksahidrat dan uranium oksida;

Pengolahan larutan yang mengandung radionuklida lain dan pemisahannya.

Teknologi pemisahan uranium dan plutonium, pemisahan dan pemurniannya dari produk fisi didasarkan pada proses ekstraksi uranium dan plutonium dengan tributil fosfat. Hal ini dilakukan pada ekstraktor kontinu multi-tahap. Hasilnya, uranium dan plutonium dimurnikan dari produk fisi jutaan kali. Pemrosesan ulang SNF dikaitkan dengan pembentukan sejumlah kecil limbah radioaktif padat dan gas dengan aktivitas sekitar 0,22 Ci/tahun (pelepasan maksimum yang diizinkan 0,9 Ci/tahun) dan jumlah besar cairan sampah radioaktif.

Semua bahan konstruksi batang bahan bakar tahan terhadap bahan kimia, dan pelarutannya menimbulkan masalah serius. Selain bahan fisil, batang bahan bakar mengandung berbagai alat penyimpan dan pelapis yang terdiri dari baja tahan karat, zirkonium, molibdenum, silikon, grafit, kromium, dll. Ketika bahan bakar nuklir dilarutkan, zat-zat ini tidak larut dalam asam nitrat dan menghasilkan sejumlah besar suspensi dan koloid dalam larutan yang dihasilkan.

Fitur batang bahan bakar yang tercantum mengharuskan pengembangan metode baru untuk membuka atau melarutkan cangkang, serta klarifikasi larutan bahan bakar nuklir sebelum proses ekstraksi.

Pembakaran bahan bakar pada reaktor produksi plutonium berbeda secara signifikan dengan pembakaran bahan bakar pada reaktor pembangkit listrik. Oleh karena itu, bahan dengan kandungan unsur fragmentasi radioaktif dan plutonium per 1 ton U yang jauh lebih tinggi diterima untuk diproses ulang. Hal ini menyebabkan peningkatan persyaratan untuk proses pemurnian produk yang dihasilkan dan untuk memastikan keselamatan nuklir selama proses pemrosesan ulang. Kesulitan muncul karena perlunya mengolah dan membuang limbah cair tingkat tinggi dalam jumlah besar.

Selanjutnya, uranium, plutonium dan neptunium diisolasi, dipisahkan dan dimurnikan dalam tiga siklus ekstraksi. Pada siklus pertama, uranium dan plutonium dimurnikan bersama dari sebagian besar produk fisi, dan kemudian uranium dan plutonium dipisahkan. Pada siklus kedua dan ketiga, uranium dan plutonium selanjutnya dimurnikan dan dipekatkan secara terpisah. Produk yang dihasilkan - uranil nitrat dan plutonium nitrat - ditempatkan di tangki penyangga sebelum dipindahkan ke unit konversi. Asam oksalat ditambahkan ke dalam larutan plutonium nitrat, suspensi oksalat yang dihasilkan disaring, dan endapannya dikalsinasi.

Bubuk plutonium oksida diayak melalui saringan dan ditempatkan dalam wadah. Dalam bentuk ini, plutonium disimpan sebelum memasuki pabrik untuk produksi bahan bakar baru.

Pemisahan material kelongsong batang bahan bakar dari kelongsong bahan bakar merupakan salah satu tugas tersulit dalam proses regenerasi bahan bakar nuklir. Metode yang ada dapat dibagi menjadi dua kelompok: metode pembukaan dengan pemisahan bahan kelongsong dan inti batang bahan bakar dan metode pembukaan tanpa memisahkan bahan kelongsong dari bahan inti. Kelompok pertama melibatkan pelepasan lapisan batang bahan bakar dan pelepasan material struktural sebelum melarutkan bahan bakar nuklir. Metode kimia air melibatkan pelarutan bahan cangkang dalam pelarut yang tidak mempengaruhi bahan inti.

Penggunaan metode ini khas untuk pengolahan batang bahan bakar yang terbuat dari logam uranium menjadi cangkang yang terbuat dari aluminium atau magnesium dan paduannya. Aluminium mudah larut dalam soda api atau asam nitrat, dan magnesium - dalam larutan asam sulfat encer saat dipanaskan. Setelah cangkangnya larut, inti dilarutkan dalam asam nitrat.

Namun, batang bahan bakar reaktor daya modern memiliki cangkang yang terbuat dari bahan yang tahan korosi dan sulit larut: zirkonium, paduan zirkonium dengan timah (zirkal) atau niobium, baja tahan karat. Pembubaran selektif bahan-bahan ini hanya mungkin terjadi di lingkungan yang sangat agresif. Zirkonium dilarutkan dalam asam fluorida, dalam campurannya dengan asam oksalat atau nitrat atau larutan NH4F. Cangkang baja tahan karat - direbus 4-6 M H 2 SO 4. Kerugian utama dari metode kimia untuk menghilangkan cangkang adalah pembentukan sejumlah besar limbah radioaktif cair yang sangat asin.

Untuk mengurangi volume limbah dari penghancuran cangkang dan memperoleh limbah ini segera dalam bentuk padat, lebih cocok untuk penyimpanan jangka panjang, sedang dikembangkan proses untuk penghancuran cangkang di bawah pengaruh reagen non-air pada suhu tinggi ( metode pirokimia). Cangkang zirkonium dihilangkan dengan hidrogen klorida anhidrat dalam unggun terfluidisasi Al 2 O 3 pada 350-800 o C. Zirkonium diubah menjadi ZrC l4 yang mudah menguap dan dipisahkan dari bahan inti melalui sublimasi, dan kemudian dihidrolisis, membentuk zirkonium dioksida padat . Metode pirometalurgi didasarkan pada peleburan langsung cangkang atau pelarutannya dalam lelehan logam lain. Metode ini mengeksploitasi perbedaan suhu leleh bahan cangkang dan inti atau perbedaan kelarutannya dalam logam cair atau garam lainnya.

Metode mekanis Penghapusan cangkang melibatkan beberapa tahap. Pertama, bagian ujung rakitan bahan bakar dipotong dan dibongkar menjadi kumpulan batang bahan bakar dan batang bahan bakar individual. Kemudian cangkangnya dikeluarkan secara mekanis secara terpisah dari setiap elemen bahan bakar.

Pembukaan batang bahan bakar dapat dilakukan tanpa memisahkan material cladding dari material inti.

Saat menerapkan metode kimia air, cangkang dan inti dilarutkan dalam pelarut yang sama untuk mendapatkan larutan yang sama. Pembubaran bersama disarankan ketika memproses bahan bakar dengan kandungan komponen berharga yang tinggi (235U dan Pu) atau ketika berbagai jenis elemen bahan bakar yang berbeda ukuran dan konfigurasinya diproses di pabrik yang sama. Dalam kasus metode pirokimia, batang bahan bakar diolah dengan reagen gas, yang tidak hanya menghancurkan cangkangnya, tetapi juga intinya.

Alternatif yang berhasil untuk metode pembukaan dengan pelepasan cangkang secara simultan dan metode penghancuran gabungan cangkang dan inti ternyata adalah metode “pemotongan-pencucian”. Metode ini cocok untuk mengolah batang bahan bakar dalam cangkang yang tidak larut dalam asam nitrat. Rakitan batang bahan bakar dipotong kecil-kecil, inti batang bahan bakar yang terbuka dapat diakses oleh reagen kimia dan larut dalam asam nitrat. Cangkang yang tidak larut dicuci dari sisa-sisa larutan yang tertahan di dalamnya dan dibuang dalam bentuk potongan. Memotong batang bahan bakar memiliki keuntungan tertentu. Limbah yang dihasilkan – sisa cangkang – berada dalam keadaan padat, yaitu. tidak ada pembentukan limbah radioaktif cair, seperti pada pelarutan kimia pada cangkang; tidak ada kehilangan komponen berharga yang signifikan, seperti selama penghilangan cangkang secara mekanis, karena bagian cangkang dapat dicuci dengan tingkat kelengkapan yang tinggi; desain mesin pemotong disederhanakan dibandingkan dengan desain mesin untuk melepas casing secara mekanis. Kerugian dari metode cutting-leaching adalah rumitnya peralatan untuk memotong batang bahan bakar dan perlunya perawatan jarak jauh. Kemungkinan untuk mengganti metode pemotongan mekanis dengan metode elektrolitik dan laser saat ini sedang dijajaki.

Dalam batang bahan bakar bekas reaktor daya dengan tingkat pembakaran tinggi dan sedang, sejumlah besar produk gas radioaktif terakumulasi, yang merupakan masalah serius. bahaya biologis: tritium, yodium dan kripton. Selama pelarutan bahan bakar nuklir, sebagian besar bahan bakar tersebut dilepaskan dan mengalir bersama aliran gas, namun sebagian tetap berada dalam larutan, dan kemudian didistribusikan ke sejumlah besar produk melalui rantai pemrosesan ulang. Tritium sangat berbahaya, membentuk NTO air tritiasi, yang kemudian sulit dipisahkan air biasa H2O. Oleh karena itu, pada tahap penyiapan bahan bakar untuk pelarutan, operasi tambahan dilakukan untuk membebaskan bahan bakar dari sebagian besar gas radioaktif, memusatkannya dalam produk limbah dalam jumlah kecil. Potongan bahan bakar oksida mengalami perlakuan oksidatif dengan oksigen pada suhu 450-470 o C. Ketika struktur kisi bahan bakar diatur ulang karena transisi UO 2 -U 3 O 8, produk fisi gas - tritium, yodium, dan gas mulia - dilepaskan. Melonggarkannya bahan bahan bakar selama pelepasan produk gas, serta selama transisi uranium dioksida menjadi dinitrogen oksida, membantu mempercepat pelarutan bahan selanjutnya dalam asam nitrat.

Pilihan metode untuk mentransfer bahan bakar nuklir ke dalam larutan bergantung pada bentuk kimia bahan bakar, metode persiapan awal bahan bakar, dan kebutuhan untuk memastikan produktivitas tertentu. Logam uranium dilarutkan dalam 8-11M HNO 3, dan uranium dioksida dilarutkan dalam 6-8M HNO 3 pada suhu 80-100 o C.

Penghancuran komposisi bahan bakar selama pembubaran menyebabkan pelepasan semua produk fisi radioaktif. Dalam hal ini, produk fisi gas memasuki sistem pembuangan gas buang. Gas limbah dibersihkan sebelum dilepaskan ke atmosfer.

Isolasi dan pemurnian produk target

Uranium dan plutonium, dipisahkan setelah siklus ekstraksi pertama, selanjutnya dimurnikan dari produk fisi, neptunium, dan satu sama lain hingga tingkat yang memenuhi spesifikasi siklus bahan bakar nuklir dan kemudian diubah menjadi bentuk komersial.

Hasil terbaik Pemurnian uranium lebih lanjut dicapai dengan menggabungkan metode yang berbeda, seperti ekstraksi dan pertukaran ion. Namun, pada skala industri, akan lebih ekonomis dan secara teknis lebih sederhana jika menggunakan siklus ekstraksi berulang dengan pelarut yang sama - tributil fosfat.

Jumlah siklus ekstraksi dan kedalaman pemurnian uranium ditentukan oleh jenis dan pembakaran bahan bakar nuklir yang dipasok untuk pemrosesan ulang dan tugas pemisahan neptunium. Untuk memenuhi spesifikasi teknis kandungan pengotor α-emitor dalam uranium, faktor penghilangan neptunium keseluruhan harus ≥500. Setelah pemurnian penyerapan, uranium diekstraksi kembali ke dalam larutan berair, yang dianalisis kemurniannya, kandungan uraniumnya, dan tingkat pengayaannya 235U.

Tahap akhir pemurnian uranium dimaksudkan untuk mengubahnya menjadi uranium oksida - baik melalui pengendapan dalam bentuk uranil peroksida, uranil oksalat, amonium uranil karbonat atau amonium uranat yang diikuti dengan kalsinasi, atau dengan dekomposisi termal langsung uranil nitrat heksahidrat.

Setelah pemisahan dari sebagian besar uranium, plutonium mengalami pemurnian lebih lanjut dari produk fisi, uranium dan aktinida lainnya ke latar belakangnya sendiri untuk aktivitas γ- dan β. Pabrik tersebut berusaha keras untuk menghasilkan plutonium dioksida sebagai produk akhir, dan kemudian, dalam kombinasi dengan pemrosesan kimia, menghasilkan batang bahan bakar, sehingga menghindari pengangkutan plutonium yang mahal, yang memerlukan tindakan pencegahan khusus terutama saat mengangkut larutan plutonium nitrat. Semua tahapan proses teknologi untuk pemurnian dan pemekatan plutonium memerlukan keandalan khusus sistem keselamatan nuklir, serta perlindungan personel dan pencegahan kontaminasi. lingkungan karena toksisitas plutonium dan tingginya tingkat radiasi α. Saat mengembangkan peralatan, semua faktor yang dapat menyebabkan kekritisan diperhitungkan: massa bahan fisil, homogenitas, geometri, refleksi neutron, moderasi dan penyerapan neutron, serta konsentrasi bahan fisil dalam proses ini, dll. massa kritis larutan plutonium nitrat dalam air adalah 510 g (jika ada reflektor air). Keamanan nuklir selama operasi di cabang plutonium dijamin oleh geometri khusus perangkat (diameter dan volumenya) dan pembatasan konsentrasi plutonium dalam larutan, yang terus dipantau pada titik-titik tertentu dari proses berkelanjutan.

Teknologi pemurnian akhir dan konsentrasi plutonium didasarkan pada siklus ekstraksi atau pertukaran ion yang berurutan dan operasi pemurnian tambahan pengendapan plutonium, diikuti dengan konversi termal menjadi dioksida.

Plutonium dioksida memasuki unit pengkondisian, di mana ia dikalsinasi, dihancurkan, diayak, dikumpulkan dan dikemas.

Untuk produksi bahan bakar campuran uranium-plutonium, metode kopresipitasi kimia uranium dan plutonium disarankan, yang memungkinkan tercapainya homogenitas bahan bakar yang lengkap. Proses ini tidak memerlukan pemisahan uranium dan plutonium selama pemrosesan ulang bahan bakar bekas. Dalam hal ini, larutan campuran diperoleh dengan pemisahan parsial uranium dan plutonium dengan pengupasan perpindahan. Dengan cara ini dimungkinkan untuk memperoleh (U, Pu)O2 untuk reaktor nuklir air ringan pada neutron termal dengan kandungan PuO2 3%, serta untuk reaktor neutron cepat dengan kandungan PuO2 20%.

Pembahasan mengenai kelayakan regenerasi bahan bakar bekas tidak hanya bersifat ilmiah, teknis dan ekonomis, tetapi juga bersifat politis, karena penerapan pembangunan pabrik regenerasi menimbulkan potensi ancaman proliferasi. senjata nuklir. Masalah utamanya adalah memastikan keamanan produksi sepenuhnya, yaitu. memastikan jaminan penggunaan plutonium yang terkendali dan keamanan lingkungan. Oleh karena itu, mereka sekarang berkreasi sistem yang efisien pengendalian proses teknologi pemrosesan ulang kimia bahan bakar nuklir, memberikan kemampuan untuk menentukan jumlah bahan fisil pada setiap tahap proses. Usulan proses teknologi alternatif, misalnya proses CIVEX, di mana plutonium tidak sepenuhnya terpisah dari uranium dan produk fisi pada setiap tahap proses, yang secara signifikan mempersulit kemungkinan penggunaannya dalam alat peledak, juga berfungsi untuk memastikan jaminan non-proliferasi senjata nuklir.

Civex - reproduksi bahan bakar nuklir tanpa melepaskan plutonium.

Untuk meningkatkan keramahan lingkungan dari pemrosesan ulang SNF, sedang dikembangkan proses teknologi non-air, yang didasarkan pada perbedaan volatilitas komponen sistem pemrosesan ulang. Keuntungan dari proses non-air adalah kekompakannya, tidak adanya pengenceran yang kuat dan pembentukan limbah radioaktif cair dalam jumlah besar, dan pengaruh proses dekomposisi radiasi yang lebih kecil. Limbah yang dihasilkan berada dalam fase padat dan membutuhkan volume yang jauh lebih kecil.

Saat ini, varian pengorganisasian pembangkit listrik tenaga nuklir sedang dipelajari, di mana bukan unit yang identik (misalnya, tiga unit neutron termal dari jenis yang sama) yang dibangun di stasiun, tetapi dari jenis yang berbeda (misalnya, dua unit termal dan satu unit). reaktor cepat). Pertama, bahan bakar yang diperkaya 235U dibakar dalam reaktor termal (dengan pembentukan plutonium), kemudian bahan bakar tersebut dipindahkan ke reaktor cepat, di mana 238U diproses menggunakan plutonium yang dihasilkan. Setelah siklus penggunaan berakhir, bahan bakar bekas disuplai ke pabrik radiokimia, yang terletak langsung di wilayah pembangkit listrik tenaga nuklir. Pabrik tersebut tidak melakukan pemrosesan ulang bahan bakar secara menyeluruh - pabrik tersebut hanya terbatas pada pemisahan uranium dan plutonium dari bahan bakar bekas (dengan menyuling heksafluorida fluorida dari unsur-unsur ini). Uranium dan plutonium yang dipisahkan digunakan untuk produksi bahan bakar campuran baru, dan sisa bahan bakar bekas dialirkan ke pabrik untuk memisahkan radionuklida yang berguna atau untuk dibuang.

Populasi bumi, serta kebutuhannya akan energi, terus meningkat setiap tahun, seiring dengan kenaikan harga gas dan minyak, yang pengolahannya mempunyai konsekuensi yang menyedihkan dan tidak dapat diubah lagi bagi ekologi bumi. Dan energi nuklir saat ini tidak mempunyai alternatif yang layak, baik dalam hal profitabilitas atau kemampuan untuk memenuhi kebutuhan energi global.

Meskipun pernyataan seperti itu terdengar sangat abstrak, dalam praktiknya, penolakan terhadap energi nuklir akan berarti kenaikan tajam harga barang-barang yang diperlukan bagi semua orang, seperti makanan, pakaian, obat-obatan, kenyamanan. Peralatan, pendidikan, kedokteran, kemampuan untuk bergerak bebas di seluruh dunia dan banyak lagi. Dalam situasi seperti ini, solusi terbaik adalah memfokuskan upaya untuk menjadikan energi nuklir seaman dan seefisien mungkin.

Tidak semua orang mengetahui fakta ini: bahan bakar nuklir segar tidak menimbulkan bahaya bagi manusia. Sebelum otomasi industri diperkenalkan secara luas, pelet bahan bakar uranium dioksida dimasukkan ke dalam batang perakitan dengan tangan. Radioaktivitas bahan bakar meningkat beberapa juta kali lipat setelah iradiasi di reaktor nuklir. Pada saat inilah menjadi berbahaya bagi manusia dan lingkungan.

Seperti produksi lainnya, pembangkit listrik tenaga nuklir menghasilkan limbah. Pada saat yang sama, jumlah limbah yang dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga nuklir jauh lebih sedikit dibandingkan dengan industri lain, namun karena tingginya bahaya terhadap lingkungan, maka memerlukan penanganan khusus. Dan di sini perlu diperjelas beberapa kesimpangsiuran antara konsep RW (limbah radioaktif) dan SNF (bahan bakar nuklir bekas) yang sering muncul di media.

Oleh Klasifikasi Rusia, SNF mengacu pada elemen bahan bakar bekas yang dikeluarkan dari reaktor. Mari kita telusuri jalur di mana uranium alam yang ditambang di tambang diubah menjadi bahan bakar nuklir bekas. Seperti kita ketahui, uranium alam terdiri dari isotop uranium-235 dan uranium-238. Pembangkit listrik tenaga nuklir modern beroperasi dengan uranium - 235. Namun karena kandungan isotop 235 yang rendah (hanya 0,7%), untuk digunakan sebagai bahan bakar nuklir, uranium yang diekstraksi dari perut bumi harus diperkaya hingga beberapa persen. Uranium yang digunakan dalam reaktor ditempatkan di elemen bahan bakar (fuel elements), dari mana rakitan bahan bakar dirangkai dalam bentuk batang heksagonal. Mereka direndam dalam reaktor sampai massa kritis tercapai. Sebelum memulai reaktor, batang bahan bakar mengandung 95% uranium-238 dan 5% uranium-235. Sebagai hasil dari pengoperasian reaktor, produk fisi - isotop radioaktif - muncul menggantikan uranium-235. Batangnya dihilangkan, tetapi sebagai bahan bakar nuklir bekas.

SNF memiliki potensi sumber daya yang kaya. Pertama, radioisotop dari bahan bakar bekas yang dapat diekstraksi secara kimia aplikasi yang luas untuk tujuan medis dan ilmiah. Dan tidak hanya untuk keperluan medis - logam golongan platina yang terbentuk dalam reaktor selama fisi uranium lebih murah dibandingkan logam yang sama yang diperoleh dari bijih. Kedua, bahan bakar bekas mengandung uranium-238, yang di seluruh dunia dianggap sebagai elemen bahan bakar utama pembangkit listrik tenaga nuklir di masa depan. Dengan demikian, bahan bakar nuklir bekas yang diolah kembali tidak hanya menjadi sumber terkaya untuk memperoleh bahan bakar nuklir segar, tetapi juga memecahkan masalah masalah ekologi deposit uranium: tidak ada gunanya mengembangkan tambang uranium, karena sudah saat ini Rusia telah mengumpulkan 22 ribu ton bahan bakar nuklir bekas. Sementara itu, kandungan unsur radioaktif dalam bahan bakar bekas yang tidak dapat didaur ulang dan memerlukan isolasi yang dapat diandalkan dari lingkungan hanya 3%. Sebagai referensi: memproses ulang 50 ton bahan bakar nuklir bekas menghemat 1,6 miliar meter kubik gas alam atau 1,2 juta ton minyak.

Limbah radioaktif (RAW) juga mengandung radioisotop. Perbedaannya adalah tidak mungkin untuk mengekstraksinya, atau biaya untuk mengekstraksinya tidak layak secara ekonomi. Saat ini, tergantung pada jenis limbah radioaktifnya, terdapat beberapa cara untuk mengelola limbah radioaktif. Urutan tindakannya adalah sebagai berikut: pertama, pengurangan volume limbah radioaktif. Dalam hal ini, untuk limbah radioaktif padat digunakan pengepresan atau pembakaran, untuk limbah radioaktif cair – koagulasi dan penguapan, pemrosesan melalui filter mekanis atau pertukaran ion. Setelah pengolahan menggunakan filter kain atau serat khusus, volume limbah radioaktif berbentuk gas berkurang. Tahap selanjutnya adalah imobilisasi, yaitu menempatkan limbah radioaktif dalam matriks tahan lama yang terbuat dari semen, bitumen, kaca, keramik, atau bahan lain yang mengurangi kemungkinan terlepasnya limbah radioaktif ke lingkungan. Massa yang dihasilkan ditempatkan dalam wadah khusus dan kemudian disimpan. Tahap terakhir adalah pemindahan kontainer berisi limbah radioaktif ke tempat pembuangan.

Menurut para ilmuwan, metode paling efektif untuk membuang limbah radioaktif saat ini adalah pada formasi geologi yang stabil di kerak bumi. Metode ini memberikan penghalang isolasi yang efektif untuk jangka waktu puluhan ribu hingga jutaan tahun. Diterbitkan dalam buletin elektronik European Atomic Society, hasil penelitian bersama laboratorium Subatech di Perancis dan pusat penelitian SCK-CEN di Belgia menunjukkan bahwa jangka waktu blok dengan limbah nuklir dapat mempertahankan integritasnya melebihi 100 ribu tahun. Para peneliti sampai pada kesimpulan ini setelah membuat perkiraan probabilistik tentang kemungkinan terlarutnya limbah nuklir yang terkubur dari siklus bahan bakar terbuka dan tertutup selama berbagai periode waktu.

Pada konferensi ilmiah dan praktis internasional baru-baru ini “Keselamatan, Efisiensi dan Ekonomi Energi Nuklir” yang diadakan di Moskow, masalah-masalah mendesak dalam pengelolaan bahan bakar nuklir bekas juga dibahas. Di Rusia, penyimpanan dan pemrosesan ulang bahan bakar nuklir bekas saat ini dilakukan oleh asosiasi produksi Mayak (Ozersk, Wilayah Chelyabinsk) dan Pabrik Pertambangan dan Kimia (Zheleznogorsk, wilayah Krasnoyarsk), yang merupakan bagian dari kompleks keselamatan nuklir dan radiasi milik Perusahaan Negara Rosatom. Penasihat Perusahaan Negara "Rosatom" I.V. Gusakov-Stanyukovich berbicara tentang “Program untuk menciptakan infrastruktur dan penanganan bahan bakar nuklir bekas untuk 2011-2020 dan untuk periode hingga 2030” departemen. Menurutnya, saat ini dari 22.000 ton bahan bakar bekas yang tersedia, sebagian besar berada di pembangkit listrik tenaga nuklir. Pada saat yang sama, jumlah yang dikeluarkan untuk penyimpanan sepanjang tahun lebih kecil dari jumlah yang dihasilkan oleh pembangkit listrik tenaga nuklir selama ini. Dan jika bahan bakar bekas dari stasiun-stasiun yang menggunakan reaktor tipe VVER (reaktor tenaga air bertekanan) diangkut untuk disimpan di Pabrik Kimia Pertambangan Perusahaan Kesatuan Negara Federal atau untuk diproses ulang di Perusahaan Kesatuan Negara Federal PA Mayak, maka masalah utama dari stasiun tersebut adalah saat ini merupakan bahan bakar bekas reaktor RBMK (reaktor saluran daya tinggi) yang jumlahnya 12,5 ribu ton. Fasilitas penyimpanan kering bahan bakar bekas RBMK di Pabrik Pertambangan dan Kimia baru-baru ini mulai beroperasi, dan pada musim semi tahun 2012 kereta pertama dengan bahan bakar bekas dari PLTN Leningrad tiba di sana. Kedepannya, SNF yang dikondisikan dari PLTN Leningrad, Kursk dan Smolensk akan dikirim ke Pabrik Pertambangan dan Kimia, dan SNF di bawah standar akan dikirim ke PA Mayak.

Implementasi program pembangunan infrastruktur dan penanganan bahan bakar nuklir bekas pada tahun 2018 akan memungkinkan peningkatan volume pembuangan bahan bakar nuklir bekas setiap tahun dari lokasi pembangkit listrik tenaga nuklir, yang akan melebihi produksi tahunan bahan bakar nuklir bekas sebesar 1,5 kali lipat. Dan pada tahun 2030, 100% bahan bakar bekas dari reaktor RBMK-1000 dan VVER-1000 akan ditempatkan untuk penyimpanan terpusat jangka panjang di lokasi MCC, setelah itu spesialisasi utama MCC adalah produksi bahan bakar MOX. Sedangkan untuk rencana bahan bakar bekas dari reaktor VVER-440 dan BN-600, serta reaktor angkut dan penelitian, pengolahan bahan bakar bekas tersebut akan dilakukan di Mayak. Pengecualian adalah pada PLTN Bilibino, dimana tidak praktis untuk mengangkut bahan bakar bekas ke fasilitas pengolahan terpusat karena letak geografisnya yang terpencil, sehingga bahan bakar tersebut akan ditimbun di lokasi.

Energi nuklir terdiri dari sejumlah besar perusahaan untuk berbagai tujuan. Bahan baku industri ini ditambang dari tambang uranium. Kemudian dikirim ke pabrik produksi bahan bakar.

Bahan bakar tersebut kemudian diangkut ke pembangkit listrik tenaga nuklir, di mana ia memasuki inti reaktor. Ketika bahan bakar nuklir mencapai akhir masa pakainya, bahan bakar tersebut harus dimusnahkan. Perlu dicatat bahwa limbah berbahaya muncul tidak hanya setelah pemrosesan ulang bahan bakar, tetapi juga pada tahap apa pun - mulai dari penambangan uranium hingga pengoperasian reaktor.

Bahan bakar nuklir

Ada dua jenis bahan bakar. Yang pertama adalah uranium yang ditambang di tambang, masing-masing, asal alami. Ini mengandung bahan mentah yang mampu membentuk plutonium. Yang kedua adalah bahan bakar yang dibuat secara artifisial (sekunder).

Bahan bakar nuklir juga dibagi menurut komposisi kimianya: logam, oksida, karbida, nitrida dan campuran.

Penambangan uranium dan produksi bahan bakar

Sebagian besar produksi uranium hanya berasal dari beberapa negara: Rusia, Prancis, Australia, Amerika Serikat, Kanada, dan Afrika Selatan.

Uranium merupakan unsur utama bahan bakar pembangkit listrik tenaga nuklir. Untuk masuk ke dalam reaktor melalui beberapa tahap pengolahan. Paling sering, deposit uranium terletak di sebelah emas dan tembaga, sehingga ekstraksinya dilakukan bersamaan dengan ekstraksi logam mulia.

Selama penambangan, kesehatan manusia berada dalam risiko besar karena uranium merupakan bahan beracun, dan gas yang dihasilkan selama penambangan menyebabkan berbagai bentuk kanker. Meskipun bijihnya sendiri mengandung uranium dalam jumlah yang sangat kecil - dari 0,1 hingga 1 persen. Penduduk yang tinggal di dekat tambang uranium juga menghadapi risiko besar.

Uranium yang diperkaya adalah bahan bakar utama pembangkit listrik tenaga nuklir, tetapi setelah digunakan masih terdapat sejumlah besar limbah radioaktif. Terlepas dari segala bahayanya, pengayaan uranium merupakan proses integral dalam menciptakan bahan bakar nuklir.

DI DALAM bentuk alami Uranium praktis tidak bisa digunakan dimanapun. Untuk dapat dimanfaatkan harus diperkaya. Sentrifugal gas digunakan untuk pengayaan.

Uranium yang diperkaya tidak hanya digunakan dalam energi nuklir, tetapi juga dalam produksi senjata.

Angkutan

Pada setiap tahap siklus bahan bakar terdapat transportasi. Hal ini dilakukan dengan segala cara yang ada: melalui darat, laut, udara. Hal ini merupakan risiko besar dan bahaya besar tidak hanya bagi lingkungan, namun juga bagi manusia.

Selama pengangkutan bahan bakar nuklir atau unsur-unsurnya, banyak terjadi kecelakaan yang mengakibatkan pelepasan unsur radioaktif. Ini adalah salah satu dari banyak alasan mengapa hal ini dianggap tidak aman.

Dekomisioning reaktor

Tidak ada satu pun reaktor yang dibongkar. Bahkan Chernobyl yang terkenal Intinya adalah, menurut para ahli, biaya pembongkaran sama dengan, atau bahkan melebihi, biaya pembangunan reaktor baru. Namun tidak ada yang bisa mengatakan secara pasti berapa banyak uang yang dibutuhkan: biayanya dihitung berdasarkan pengalaman membongkar stasiun-stasiun kecil untuk penelitian. Para ahli menawarkan dua pilihan:

1. Tempatkan reaktor dan bahan bakar nuklir bekas di gudang.
2. Bangun sarkofagus di atas reaktor yang dinonaktifkan.

Dalam sepuluh tahun ke depan, sekitar 350 reaktor di seluruh dunia akan mencapai akhir masa pakainya dan harus dihentikan penggunaannya. Namun karena metode yang paling sesuai dari segi keamanan dan harga belum ditemukan, masalah ini masih diselesaikan.

Saat ini terdapat 436 reaktor yang beroperasi di seluruh dunia. Tentu saja hal ini memberikan kontribusi yang besar bagi sistem energi, namun sangat tidak aman. Penelitian menunjukkan bahwa dalam 15-20 tahun, pembangkit listrik tenaga nuklir akan dapat digantikan oleh pembangkit listrik tenaga angin dan panel surya.

Limbah nuklir

Sejumlah besar limbah nuklir dihasilkan dari kegiatan pembangkit listrik tenaga nuklir. Pemrosesan ulang bahan bakar nuklir juga meninggalkan limbah berbahaya. Namun, tidak ada satu pun negara yang menemukan solusi atas masalah tersebut.

Saat ini, limbah nuklir disimpan di fasilitas penyimpanan sementara, di genangan air, atau dikubur dangkal di bawah tanah.

Metode yang paling aman adalah penyimpanan di fasilitas penyimpanan khusus, tetapi kebocoran radiasi juga mungkin terjadi di sini, seperti metode lainnya.

Faktanya, limbah nuklir memiliki nilai tertentu, tetapi memerlukan kepatuhan yang ketat terhadap aturan penyimpanannya. Dan ini adalah masalah yang paling mendesak.

Faktor penting adalah waktu di mana limbah tersebut berbahaya. Masing-masing memiliki periode peluruhannya sendiri yang menjadi racun.

Jenis limbah nuklir

Selama pengoperasian pembangkit listrik tenaga nuklir, limbahnya masuk ke lingkungan. Ini adalah air untuk mendinginkan turbin dan limbah gas.

Limbah nuklir dibagi menjadi tiga kategori:

1. Tingkat rendah - pakaian karyawan pembangkit listrik tenaga nuklir, peralatan laboratorium. Limbah tersebut juga dapat berasal dari institusi medis dan laboratorium ilmiah. Mereka tidak menimbulkan bahaya besar, tetapi memerlukan kepatuhan terhadap langkah-langkah keselamatan.
2. Tingkat menengah - wadah logam tempat bahan bakar diangkut. Tingkat radiasinya cukup tinggi, dan siapa pun yang berada di dekatnya harus dilindungi.
3. Jumlah yang tinggi adalah bahan bakar nuklir bekas dan produk daur ulangnya. Tingkat radioaktivitas menurun dengan cepat. Limbah tingkat tinggi jumlahnya sangat kecil, sekitar 3 persen, namun mengandung 95 persen dari seluruh radioaktivitas.

Pembuangan, pengolahan dan pembuangan limbah dari kelas bahaya 1 sampai 5

Kami bekerja dengan seluruh wilayah Rusia. Lisensi yang sah. Satu set dokumen penutup lengkap. Pendekatan individu kepada klien dan kebijakan harga yang fleksibel.

Dengan menggunakan formulir ini, Anda dapat mengajukan permintaan layanan, meminta penawaran komersial, atau menerima konsultasi gratis dari spesialis kami.

Mengirim

Pada abad ke-20, pencarian sumber energi ideal tanpa henti sepertinya telah berakhir. Sumber ini adalah inti atom dan reaksi yang terjadi di dalamnya - pengembangan aktif senjata nuklir dan pembangunan pembangkit listrik tenaga nuklir dimulai di seluruh dunia.

Namun planet ini dengan cepat menghadapi masalah pengolahan dan penghancuran limbah nuklir. Energi reaktor nuklir membawa banyak bahaya, seperti halnya limbah dari industri ini. Hingga saat ini, belum ada teknologi pengolahan yang dikembangkan secara menyeluruh, sedangkan bidangnya sendiri sedang aktif berkembang. Oleh karena itu, keselamatan terutama bergantung pada pembuangan yang benar.

Definisi

Limbah nuklir mengandung isotop radioaktif unsur kimia tertentu. Di Rusia, menurut definisi yang diberikan dalam Undang-Undang Federal No. 170 “Tentang Penggunaan Energi Atom” (tanggal 21 November 1995), penggunaan lebih lanjut limbah tersebut tidak diatur.

Bahaya utama material adalah emisi radiasi dosis besar, yang berdampak buruk pada organisme hidup. Akibat paparan radioaktif meliputi kelainan genetik, penyakit radiasi, dan kematian.

Peta klasifikasi

Sumber utama bahan nuklir di Rusia adalah sektor energi nuklir dan perkembangan militer. Semua limbah nuklir memiliki tiga derajat radiasi, yang familiar bagi banyak orang dari kursus fisika:

• Alfa - memancar.
• Beta - memancarkan.
• Gamma - memancar.

Yang pertama dianggap paling tidak berbahaya, karena menghasilkan tingkat radiasi yang tidak berbahaya, tidak seperti dua lainnya. Benar, hal ini tidak menghalangi mereka untuk masuk dalam kelas limbah paling berbahaya.


Secara umum peta klasifikasi limbah nuklir di Rusia membaginya menjadi tiga jenis:

1. Puing-puing nuklir padat. Ini mencakup sejumlah besar materi Pemeliharaan di sektor energi, pakaian personel, limbah yang terakumulasi selama bekerja. Limbah tersebut dibakar dalam tungku, setelah itu abunya dicampur dengan campuran semen khusus. Itu dituangkan ke dalam tong, disegel dan dikirim ke penyimpanan. Pemakaman dijelaskan secara rinci di bawah ini.
2. Cairan. Pengoperasian reaktor nuklir tidak mungkin dilakukan tanpa penggunaan solusi teknologi. Selain itu, ini termasuk air yang digunakan untuk mengolah pakaian khusus dan pekerja cuci. Cairannya diuapkan seluruhnya, dan kemudian terjadi penguburan. Limbah cair seringkali didaur ulang dan digunakan sebagai bahan bakar reaktor nuklir.
3. Elemen desain reaktor, transportasi dan peralatan kontrol teknis di perusahaan membentuk kelompok tersendiri. Pembuangannya adalah yang paling mahal. Saat ini, ada dua pilihan: memasang sarkofagus atau membongkarnya dengan dekontaminasi sebagian dan selanjutnya mengirimkannya ke penyimpanan untuk dimakamkan.

Peta limbah nuklir di Rusia juga membedakan tingkat rendah dan tingkat tinggi:

• Limbah tingkat rendah - timbul selama kegiatan institusi medis, institut dan pusat penelitian. Di sini zat radioaktif digunakan untuk melakukan uji kimia. Tingkat radiasi yang dipancarkan bahan-bahan ini sangat rendah. Pembuangan yang benar dapat mengubah limbah berbahaya menjadi limbah biasa dalam waktu sekitar beberapa minggu, setelah itu dapat dibuang sebagai limbah biasa.
• Limbah tingkat tinggi adalah bahan bakar reaktor bekas dan bahan-bahan yang digunakan dalam industri militer untuk mengembangkan senjata nuklir. Bahan bakar di stasiun terdiri dari batangan khusus yang mengandung zat radioaktif. Reaktor beroperasi kurang lebih 12 - 18 bulan, setelah itu bahan bakar harus diganti. Volume sampahnya sangat besar. Dan angka ini terus bertambah di semua negara yang mengembangkan sektor energi nuklir. Pembuangan limbah tingkat tinggi harus mempertimbangkan semua nuansa untuk menghindari bencana bagi lingkungan dan manusia.

Daur ulang dan pembuangan

Saat ini, ada beberapa metode pembuangan limbah nuklir. Semuanya memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing, namun bagaimanapun Anda melihatnya, mereka tidak memungkinkan Anda untuk sepenuhnya menghilangkan bahaya paparan radioaktif.

Pemakaman

Pembuangan limbah adalah metode pembuangan yang paling menjanjikan, yang terutama digunakan secara aktif di Rusia. Pertama, terjadi proses vitrifikasi atau “vitrifikasi” limbah. Zat bekas dikalsinasi, setelah itu kuarsa ditambahkan ke dalam campuran, dan “gelas cair” ini dituangkan ke dalam cetakan baja silinder khusus. Bahan kaca yang dihasilkan tahan terhadap air sehingga mengurangi kemungkinan masuknya unsur radioaktif ke lingkungan.

Silinder yang sudah jadi diseduh dan dicuci bersih, menghilangkan kontaminasi sekecil apa pun. Selanjutnya mereka dikirim ke penyimpanan untuk waktu yang sangat lama. lama. Fasilitas penyimpanan terletak di kawasan yang secara geologis stabil sehingga fasilitas penyimpanan tidak mengalami kerusakan.

Pembuangan secara geologis dilakukan pada kedalaman lebih dari 300 meter sedemikian rupa sehingga limbahnya tidak memerlukan pemeliharaan lebih lanjut dalam waktu yang lama.

Pembakaran

Beberapa bahan nuklir, sebagaimana disebutkan di atas, merupakan hasil langsung produksi, dan merupakan sejenis limbah produk sampingan di sektor energi. Ini adalah bahan-bahan yang terkena radiasi selama produksi: kertas bekas, kayu, pakaian, limbah rumah tangga.

Semua ini dibakar dalam tungku yang dirancang khusus untuk meminimalkan tingkat zat beracun ke atmosfer. Abunya, di antara limbah lainnya, disemen.

Penyemenan

Pembuangan (salah satu metode) limbah nuklir di Rusia dengan cara penyemenan adalah salah satu praktik yang paling umum. Idenya adalah untuk menempatkan bahan iradiasi dan unsur radioaktif dalam wadah khusus, yang kemudian diisi dengan larutan khusus. Komposisi larutan semacam itu mencakup keseluruhan unsur kimia.

Akibatnya, secara praktis tidak terpengaruh lingkungan luar, yang memungkinkan Anda mencapai periode yang hampir tidak terbatas. Namun perlu dicatat bahwa penguburan seperti itu hanya mungkin dilakukan untuk pembuangan limbah dengan tingkat bahaya sedang.

Segel

Praktik lama dan cukup andal yang bertujuan untuk pembuangan dan pengurangan volume limbah. Tidak digunakan untuk pengolahan bahan bakar dasar, tetapi memungkinkan pengolahan limbah lainnya level rendah bahaya. Teknologi ini menggunakan mesin press hidrolik dan pneumatik dengan gaya tekanan rendah.

Penggunaan kembali

Pemanfaatan bahan radioaktif dalam bidang energi tidak terjadi secara maksimal karena aktivitas spesifik zat tersebut. Setelah menghabiskan waktunya, limbah tersebut masih tetap menjadi sumber energi potensial bagi reaktor.

Di dunia modern, dan khususnya di Rusia, situasi dengan sumber daya energi cukup serius, dan karenanya penggunaan kembali penggunaan bahan nuklir sebagai bahan bakar reaktor tampaknya bukan lagi suatu hal yang mustahil.

Saat ini, terdapat metode yang memungkinkan penggunaan bahan mentah bekas untuk aplikasi energi. Radioisotop yang terkandung dalam limbah digunakan untuk pengolahan makanan dan sebagai “baterai” untuk mengoperasikan reaktor termoelektrik.

Namun teknologinya masih dalam pengembangan, dan metode pengolahan yang ideal belum ditemukan. Namun, pengolahan dan pemusnahan limbah nuklir sebagian dapat menyelesaikan masalah limbah tersebut dengan menggunakannya sebagai bahan bakar reaktor.

Sayangnya, di Rusia, metode pembuangan limbah nuklir seperti itu praktis tidak dikembangkan.

Volume

Di Rusia, di seluruh dunia, volume limbah nuklir yang dikirim untuk dibuang berjumlah puluhan ribu meter kubik setiap tahunnya. Setiap tahun, fasilitas penyimpanan di Eropa menerima sekitar 45 ribu meter kubik sampah, sedangkan di Amerika Serikat hanya satu tempat pembuangan sampah di negara bagian Nevada yang menyerap volume tersebut.

Limbah nuklir dan pekerjaan terkait di luar negeri dan di Rusia merupakan kegiatan perusahaan khusus yang dilengkapi dengan teknologi dan peralatan berkualitas tinggi. Di perusahaan, limbah terpapar dalam berbagai cara pemrosesan yang dijelaskan di atas. Hasilnya, volume, tingkat bahaya, dan bahkan pemanfaatan sebagian limbah di sektor energi dapat dikurangi sebagai bahan bakar reaktor nuklir.

Atom yang damai telah lama membuktikan bahwa segala sesuatunya tidak sesederhana itu. Sektor energi sedang berkembang dan akan terus berkembang. Hal serupa juga terjadi pada bidang militer. Namun jika kita terkadang menutup mata terhadap emisi limbah lainnya, limbah nuklir yang dibuang secara tidak tepat dapat menyebabkan bencana besar bagi seluruh umat manusia. Oleh karena itu, permasalahan ini memerlukan solusi dini sebelum terlambat.