Nükleer yakıt çevrimi: Harcanmış nükleer yakıt. Üçüncü ayak: Rusya'da SNF'nin yeniden işlenmesi SNF'nin yeniden işlenmesi çevresel durumu nasıl tehdit ediyor?

LJ kullanıcısı Uralochka blogunda şöyle yazıyor: Her zaman Mayak'ı ziyaret etmek istemiştim.
Şaka değil, burası Rusya'daki en bilgi yoğun işletmelerden biri.
SSCB'deki ilk nükleer reaktör 1948'de fırlatıldı, Mayak PA'dan uzmanlar üretti
İlk Sovyet nükleer bombası için plütonyum yükü. Bir zamanlar ona Özersk deniyordu
Chelyabinsk-65, Chelyabinsk-40, 1995'ten beri Ozersk oldu. Burada Trekhgorny'de,
bir zamanlar Zlatoust-36 da kapalı bir şehir olan Ozersk'e her zaman çağrıldı
"Sorokovka" saygı ve hayranlıkla karşılandı.

Artık resmi kaynaklarda pek çok şey ve hatta resmi olmayan kaynaklarda daha fazlasını okuyabilirsiniz,
ve bu şehirlerin yaklaşık konumlarının ve adlarının bile en katı şekilde tutulduğu bir zaman vardı.
gizli. Büyükbabam Yakovlev Evgeniy Mihayloviç ile nasıl balığa gittiğimizi hatırlıyorum ve
yerel sorular - nereliyiz, büyükbabam her zaman bunu Yuryuzan'dan (Trekhgorny'ye komşu bir kasaba) yanıtladı,
ve şehrin girişinde sürekli "tuğla" dışında hiçbir işaret yoktu. Büyükbabanın bunlardan biri vardı
en iyi arkadaşlarım, adı Mitroshin Yuri Ivanovich'ti, nedense çocukluğum boyunca ona başka bir şey demedim
“Vanalize” gibi, nedenini bilmiyorum. Bir keresinde büyükanneme nedenini sorduğumu hatırlıyorum:
Vanalise o kadar kel ki tek bir saçı bile yok mu? O zaman büyükannem bana fısıltıyla açıkladı:
Yuri Ivanovich'in "Sorokovka"da görev yaptığını ve 1957'de büyük bir kazanın sonuçlarını ortadan kaldırdığını,
Yüksek dozda radyasyon aldı, sağlığı bozuldu ve saçları artık uzamıyor...

...Ve şimdi, yıllar sonra, bir foto muhabiri olarak aynı RT-1 tesisini fotoğraflayacağım.
ajansı "Fotoğraf ITAR-TASS". Zaman her şeyi değiştirir.

Ozersk kısıtlı bir şehir, giriş geçiş kartı gerektiriyor, profilim bir aydan fazla süredir kontrol ediliyordu ve
Her şey hazır, gidebilirsiniz. Kontrol noktasında basın servisi tarafından karşılandım.
Bizimki burada normal bilgisayarlı sistem var, herhangi bir kontrol noktasından girin, bu şekilde çıkın.
herhangi birinden. Daha sonra basın servisinin idari binasına doğru yola çıktık.
Arabamı ve cep telefonumu fabrikanın topraklarında bırakmam önerildi.
Mobil iletişim cihazları yasaktır. Söyledikten hemen sonra RT-1'e gidelim. Fabrikada
Kontrol noktasında uzun süre kaldık, tüm fotoğraf ekipmanlarımla birlikte hemen geçmemize izin vermediler ama işte burada
Oldu. Bize kemerinde siyah kılıflı, beyaz elbiseli, sert bir adam verildi. Tanıştık
Yönetimle birlikte bizim için tam bir rehber ekibi oluşturdular ve biz de saflara geçtik. geçmek.
Ne yazık ki tesisin dış bölgesi ve güvenlik sistemlerinin fotoğraflanması gerekiyor
kesinlikle yasak olduğundan kameram tüm bu süre boyunca sırt çantamdaydı. Bu benim çerçevem
En sonunda çektim, “kirli” bölge işte burada başlıyor. Bölünme
gerçekten şartlı, ama çok sıkı bir şekilde gözlemleniyor, onu elinizden almamanıza izin veren şey bu
Bölgedeki radyoaktif kir.

San. Ayrı girişleri var, bir girişten kadınlar, diğer girişten erkekler. Ben yoldaşlarım
Bana dolabı gösterdiler, her şeyi (kesinlikle her şeyi) çıkar, lastik terlik giy, kapat dediler.
Dolaba gidin ve oradaki pencereye gidin. Ben de yaptım. Bir elimde tamamen çıplak duruyorum
anahtarı bana, kameralı başka bir sırt çantasına ve bir nedenden dolayı bulunan penceredeki kadına
konumuma göre çok alçak, ayakkabı numaramı soruyor. Uzun zamandır
Utanmama gerek yoktu, hemen bana külot, hafif bir gömlek gibi bir şey verildi.
tulum ve ayakkabılar. Her şey beyaz, temiz ve dokunuşu çok hoş. Giyindim, bağlandım
Göğüs cebime bir dozimetre tableti koydum ve kendimi daha güvende hissettim. Taşınabilirsin.
Adamlar bana hemen sırt çantamı yere koymamamı, gereksiz hiçbir şeye dokunmamamı söylediler.
yalnızca izin verilenlerin fotoğrafını çekin. Evet sorun değil, sırt çantam olması için henüz çok erken diyorum
atın onu ve benim de sır sorunlarına ihtiyacım yok. Burası giyilip çıkarılacak yer
kirli ayakkabılar. Ortası temiz, kenarları kirli. Bitki bölgesinin koşullu eşiği.

Küçük bir otobüsle fabrika bölgesini dolaştık. Özel olmayan dış alan
dekorasyon, personelin geçişi ve kimyasalların borular aracılığıyla taşınması için galerilerle birbirine bağlanan atölye blokları.
Bir tarafta komşu ormandan temiz havanın toplanmasına yönelik geniş bir galeri bulunmaktadır. Bu
atölyelerdeki insanların temiz dış hava soluyabilmesi için yapılmıştır. RT-1 yalnızca
Mayak PA'nın yedi tesisinden biri olan bu tesisin amacı harcanan nükleer enerjiyi almak ve yeniden işlemektir.
yakıt (SNF). Burası her şeyin başladığı atölye; kullanılmış nükleer yakıt dolu konteynerler buraya geliyor.
Sağda kapağı açık bir araba var. Uzmanlar üstteki vidaları özel bir aletle söküyorlar.
teçhizat. Bundan sonra herkes bu odadan çıkarılır, büyük kapı kapatılır.
yaklaşık yarım metre kalınlığında (maalesef rejim onunla birlikte fotoğrafların silinmesini talep etti).
Daha fazla çalışma, kameralar aracılığıyla uzaktan kontrol edilen vinçler kullanılarak gerçekleştiriliyor. Musluklar kaldırıldı
Kullanılmış yakıtla birlikte tertibatları örtün ve çıkarın.

Montajlar vinçlerle bu ambarlara aktarılır. Haçlara dikkat edin, çizilmişler,
Musluğun konumunu konumlandırmayı kolaylaştırmak için. Kapakların altında, düzenekler içine daldırılmıştır.
sıvı - yoğuşma suyu (sadece damıtılmış suya konur). Bu toplantının ardından
arabalar, geçici bir depo olan yakındaki bir havuza taşınır.

Tam olarak ne dendiğini bilmiyorum ama özü açık - basit bir cihaz
radyoaktif tozu bir odadan diğerine sürükleyin.

Solda aynı kapı var.

Ve bu aynı bitişik oda. Çalışanların ayaklarının altında 3,5 ila 14 m derinliğinde yüzme havuzu bulunmaktadır.
metre yoğuşma suyuyla dolu. ? Ayrıca Beloyarsk Nükleer Santrali'nden iki bloğu da görebilirsiniz, uzunlukları 14 metredir.
Bunlara AMB - “Barışçıl Büyük Atom” denir.

Metal plakaların arasına baktığınızda buna benzer bir şey görüyorsunuz. Yoğuşma altında
bir nakliye reaktöründen gelen yakıt elemanlarının bir montajı görülebilir.

Ancak bu meclisler nükleer santralden yeni geldi. Işıklar kapatıldığında soluk mavi bir parıltıyla parlıyorlardı.
Çok etkileyici. Bu Çerenkov'un parıltısı, özüyle ilgili fiziksel olay Vikipedi'de okuyabilirsiniz.

Çalıştayın genel görünümü.

Devam etmek. Loş sarı ışıklı koridorlar boyunca bölümler arasındaki geçişler. Yeterince ayak altında
tüm köşelere sarılmış özel kaplama. Beyazlı insanlar. Genel olarak hemen “Kara Ayine” gittim
Hatırladım))). Bu arada, kaplama konusuna gelince, bu çok makul bir çözüm, bir yandan yıkanması daha uygun,
hiçbir şey hiçbir yere sıkışmaz ve en önemlisi herhangi bir sızıntı veya kaza durumunda kirli zemin
sökülmesi kolaydır.

Bana açıkladıkları gibi ileri operasyonlar SNF ile kapalı alanlarda otomatik modda gerçekleştirilir.
Bir zamanlar tüm süreç bu uzaktan kumandalarla kontrol ediliyordu, ancak artık her şey üç terminalden gerçekleşiyor.
Her biri kendi otonom sunucusunda çalışır, tüm işlevler kopyalanır. Hepsinin reddedilmesi durumunda
Operatör terminallerde işlemleri uzaktan kumandadan tamamlayabilecektir.

Kısaca kullanılmış nükleer yakıtla ilgili neler olduğu hakkında. Düzenekler sökülür, dolgu çıkarılır, kesilir
parçalar ve bir çözücüye (nitrik asit) yerleştirilir, ardından kullanılmış yakıt çözülür
uranyum, plütonyum ve neptunyumun çıkarıldığı bir dizi kimyasal dönüşüme uğrar.
Geri dönüştürülemeyen, çözünmeyen parçalar preslenip sırlanır. Ve saklandı
Fabrika alanı sürekli gözetim altındadır. Tüm bu işlemlerden sonra çıktı oluşuyor
hazır düzenekler zaten burada üretilen taze yakıtla "doldurulmaktadır". Bu nedenle Deniz Feneri
nükleer yakıtla tam bir çalışma döngüsü gerçekleştirir.

Plütonyumla çalışma bölümü.

Sekiz kat 50 mm kurşunlu cam, operatörü aktif unsurlardan korur. Manipülatör
yalnızca elektrik bağlantılarıyla bağlandığından, iç bölmeye bağlanan hiçbir "delik" yoktur.

Bitmiş ürünleri sevk eden atölyeye taşındık.

Sarı konteyner, bitmiş yakıt gruplarının taşınması için tasarlanmıştır. Ön planda kapların kapakları var.

Konteynerin içi, görünüşe göre yakıt çubuklarının monte edildiği yerdir.

Vinç operatörü, vinci kendisine uygun olan herhangi bir yerden kontrol eder.

Yanlarda tamamen paslanmaz çelik kaplar var. Bana açıkladıkları gibi dünyada bunlardan sadece 16 tane var.

Güç reaktörlerinden elde edilen kullanılmış nükleer yakıt Nükleer yakıt çevriminin reaktör sonrası aşamasının başlangıç ​​aşaması, açık ve kapalı nükleer yakıt çevrimleri için aynıdır.

Bu, kullanılmış nükleer yakıt içeren yakıt çubuklarının reaktörden çıkarılmasını, bunun birkaç yıl boyunca sahadaki bir havuzda (su altı soğutma havuzlarında “ıslak” depo) depolanmasını ve daha sonra yeniden işleme tesisine nakledilmesini içerir. Nükleer yakıt çevriminin açık versiyonunda, kullanılmış yakıt, özel donanımlı depolama tesislerine yerleştirilir (konteynerler veya odalarda inert gaz veya hava ortamında “kuru” depolama), burada birkaç on yıl boyunca saklanır ve daha sonra bir forma dönüştürülür. radyonüklitlerin çalınmasını önleyen ve nihai imhaya hazırlanan.

Nükleer yakıt döngüsünün kapalı versiyonunda kullanılmış yakıt, bölünebilir nükleer materyallerin çıkarılması için işlendiği bir radyokimyasal tesise gönderilir.

Harcanmış nükleer yakıt (SNF) - özel çeşit radyoaktif malzemeler – radyokimya endüstrisi için hammaddeler.

Tükendikten sonra reaktörden çıkarılan ışınlanmış yakıt elemanları önemli birikmiş aktiviteye sahiptir. İki tür kullanılmış nükleer yakıt vardır:

1) Hem yakıtın kendisinin hem de kaplamasının kimyasal formuna sahip olan, çözünme ve sonraki işlemlere uygun endüstriyel reaktörlerden elde edilen SNF;

2) Güç reaktörleri için yakıt çubukları.

Endüstriyel reaktörlerden gelen SNF hatasız olarak yeniden işlenirken SNF her zaman yeniden işlenmez. Enerji SNF, daha fazla işleme tabi tutulmadığı takdirde yüksek düzeyli atık olarak, işlendiği takdirde ise değerli bir enerji hammaddesi olarak sınıflandırılır. Bazı ülkelerde (ABD, İsveç, Kanada, İspanya, Finlandiya) SNF tamamen radyoaktif atık (RAW) olarak sınıflandırılmaktadır. İngiltere, Fransa, Japonya'da - hammaddelere enerji sağlamak için. Rusya'da kullanılmış yakıtın bir kısmı radyoaktif atık olarak değerlendirilmekte ve bir kısmı yeniden işlenmek üzere radyokimya tesislerine gönderilmektedir (146).

Tüm ülkelerin kapalı döngü taktiklerine uymaması nedeniyle nükleer döngü Dünyada SNF sürekli artmaktadır. Kapalı uranyum yakıt döngüsüne bağlı kalan ülkelerin uygulamaları, önümüzdeki on yıllarda uranyum fiyatında olası 3-4 kat artış olsa bile, hafif su reaktörlerinin nükleer yakıt döngüsünün kısmen kapatılmasının kârsız olduğunu göstermiştir. Ancak bu ülkeler hafif su reaktörlerinin nükleer yakıt çevrimini kapatıyor ve elektrik tarifelerini artırarak maliyetleri karşılıyor. Tam tersine, Amerika Birleşik Devletleri ve diğer bazı ülkeler, kullanılmış nükleer yakıtın gelecekte nihai olarak imha edileceğini akılda tutarak, daha ucuz olduğu ortaya çıkan uzun vadeli depolamayı tercih ederek, kullanılmış nükleer yakıtı yeniden işlemeyi reddediyorlar. Ancak yirmili yıllara gelindiğinde dünyada kullanılmış nükleer yakıtın yeniden işlenmesinin artması bekleniyor.

Bir güç reaktörünün çekirdeğinden çıkarılan kullanılmış nükleer yakıt içeren yakıt düzenekleri, ısı oluşumunu ve kısa ömürlü radyonüklidlerin bozunmasını azaltmak için bir nükleer enerji santralindeki bir soğutma havuzunda 5-10 yıl süreyle depolanır. Bir nükleer santralden çıkan 1 kg kullanılmış nükleer yakıt, reaktörden boşaltıldıktan sonraki ilk günde 26 ila 180 bin Ci radyoaktivite içerir. Bir yıl sonra 1 kg kullanılmış yakıtın aktivitesi 1 bin Ci'ye, 30 yıl sonra ise 0,26 bin Ci'ye düşer. Çıkarıldıktan bir yıl sonra, kısa ömürlü radyonüklidlerin bozunması sonucu, kullanılmış yakıtın aktivitesi 11 - 12 kat, 30 yıl sonra - 140 - 220 kat azalır ve ardından yüzlerce yıl içinde yavaş yavaş azalır 9 ( 146).

Reaktöre başlangıçta doğal uranyum yüklenmişse, kullanılmış yakıtta% 0,2 - 0,3 235U kalır. Bu tür uranyumun yeniden zenginleştirilmesi ekonomik olarak mümkün olmadığından atık uranyum olarak adlandırılan formda kalır. Atık uranyum daha sonra hızlı nötron reaktörlerinde üreme materyali olarak kullanılabilir. Nükleer reaktörleri yüklemek için düşük düzeyde zenginleştirilmiş uranyum kullanıldığında, kullanılmış yakıt %1 oranında 235U içerir. Bu tür uranyum, nükleer yakıttaki orijinal içeriğine kadar daha da zenginleştirilebilir ve nükleer yakıt döngüsüne geri döndürülebilir. Nükleer yakıtın reaktivitesi, ona diğer bölünebilir nüklitlerin (239Pu veya 233U) eklenmesiyle eski haline getirilebilir. ikincil nükleer yakıt. Yakıtın 235U ile zenginleştirilmesine eşdeğer miktarda tükenmiş uranyuma 239Pu eklenirse uranyum-plütonyum yakıt döngüsü uygulanır. Karışık uranyum-plütonyum yakıtı hem termal hem de hızlı nötron reaktörlerinde kullanılır. Uranyum-plütonyum yakıtı, uranyum kaynaklarının en iyi şekilde kullanılmasını ve bölünebilir malzemenin genişletilmiş şekilde çoğaltılmasını sağlar. Nükleer yakıt rejenerasyon teknolojisi için reaktörden boşaltılan yakıtın özellikleri son derece önemlidir: kimyasal ve radyokimyasal bileşim, bölünebilen malzemelerin içeriği, aktivite düzeyi. Nükleer yakıtın bu özellikleri, reaktörün gücü, reaktördeki yakıtın yanması, kampanyanın süresi, ikincil bölünebilir malzemelerin üreme oranı, yakıtın reaktörden boşaltıldıktan sonra tutulma süresi, ve reaktör tipi.

Reaktörlerden boşaltılan kullanılmış nükleer yakıt, ancak belirli bir süre sonra yeniden işlenmek üzere aktarılır. Bunun nedeni, fisyon ürünleri arasında, reaktörden boşaltılan yakıtın aktivitesinin büyük bir kısmını belirleyen çok sayıda kısa ömürlü radyonüklitlerin bulunmasıdır. Bu nedenle, yeni boşaltılan yakıt, kısa ömürlü radyonüklidlerin ana miktarının bozunması için yeterli bir süre boyunca özel depolama tesislerinde tutulur. Bu, biyolojik korumanın organizasyonunu büyük ölçüde kolaylaştırır, işlenmiş nükleer yakıtın yeniden işlenmesi sırasında kimyasal reaktifler ve çözücüler üzerindeki radyasyonun etkisini azaltır ve ana ürünlerin saflaştırılması gereken element kümesini azaltır. Böylece, iki ila üç yıllık maruz kalma sonrasında ışınlanmış yakıtın aktivitesi, uzun ömürlü fisyon ürünleri tarafından belirlenir: Zr, Nb, Sr, Ce ve diğer nadir toprak elementleri, Ru ve α-aktif transuranyum elementleri. Harcanan nükleer yakıtın %96'sı uranyum-235 ve uranyum-238, %1'i plütonyum, %2-3'ü radyoaktif fisyon parçacıklarıdır.

Harcanan yakıtın tutulma süresi hafif su reaktörleri için 3 yıl, hızlı nötron reaktörleri için 150 gündür (155).

Kullanılmış yakıt havuzunda (SP) üç yıllık yaşlandırmanın ardından 1 ton VVER-1000 kullanılmış yakıtta bulunan fisyon ürünlerinin toplam aktivitesi 790.000 Ci'dir.

SNF, tesis içi bir depolama tesisinde depolandığında, aktivitesi monoton bir şekilde azalır (yaklaşık 10 yıllık bir süre boyunca). Faaliyet, kullanılmış nükleer yakıt taşımacılığının güvenliğini belirleyen standartlara düştüğünde demiryolu, depolama tesislerinden çıkarılır ve uzun süreli depolamaya veya yakıt yeniden işleme tesisine taşınır. İşleme tesisinde yakıt çubuğu düzenekleri, yükleme ve boşaltma mekanizmaları kullanılarak konteynerlerden fabrika tampon depolama havuzuna yeniden yüklenir. Burada derlemeler işlenmek üzere gönderilene kadar saklanır. Belirli bir tesiste seçilen bir süre boyunca havuzda bekletildikten sonra, yakıt grupları depodan boşaltılır ve kullanılmış yakıt çubuklarının açılması işlemi için ekstraksiyon için yakıt hazırlama bölümüne gönderilir.

Işınlanmış nükleer yakıtın yeniden işlenmesi, bölünebilir radyonüklidlerin (öncelikle 233U, 235U ve 239Pu) çıkarılması, uranyumun nötron emici safsızlıklardan arındırılması, neptunyum ve diğer bazı transuranik elementlerin ayrılması ve endüstriyel, bilimsel veya izotopların elde edilmesi amacıyla gerçekleştirilir. tıbbi amaçlar. Nükleer yakıtın yeniden işlenmesi, güç reaktörlerinden, bilimsel reaktörlerden veya taşıma reaktörlerinden gelen yakıt çubuklarının yeniden işlenmesini ve aynı zamanda damızlık reaktör örtülerinin yeniden işlenmesini ifade eder. Kullanılmış yakıtın radyokimyasal olarak yeniden işlenmesi, nükleer yakıt döngüsünün kapalı versiyonunun ana aşamasıdır ve silah kalitesinde plütonyum üretiminde zorunlu bir aşamadır (Şekil 35).

Nötronlarla ışınlanmış bölünebilir malzemenin yeniden işlenmesi nükleer reaktör yakıt gibi sorunları çözmek için yapılır.

Yeni yakıt üretimi için uranyum ve plütonyum elde edilmesi;

Nükleer silah üretimi için bölünebilir malzemelerin (uranyum ve plütonyum) elde edilmesi;

Tıpta, endüstride ve bilimde kullanılan çeşitli radyoizotopların elde edilmesi;

Pirinç. 35. Mayak PA'da kullanılmış nükleer yakıtın yeniden işlenmesinin bazı aşamaları. Tüm işlemler manipülatörler ve 6 katmanlı kurşun camla (155) korunan bölmeler kullanılarak gerçekleştirilir.

Birinci ve ikinciyle ilgilenen veya büyük miktarlarda kullanılmış nükleer yakıt depolamak istemeyen diğer ülkelerden gelir elde etmek;

Radyoaktif atıkların bertarafıyla ilgili çevre sorunlarının çözülmesi.

Rusya'da, VVER-440, BN ve bazı gemi motorlarının üreme reaktörlerinden ve yakıt çubuklarından gelen ışınlanmış uranyum işleniyor; VVER-1000, RBMK (herhangi bir tip) güç reaktörlerinin ana tiplerinin yakıt çubukları geri dönüştürülmez ve şu anda özel depolama tesislerinde biriktirilir.

Şu anda, kullanılmış yakıt miktarı sürekli artmaktadır ve bunun yenilenmesi, kullanılmış yakıt çubuklarının yeniden işlenmesi için radyokimyasal teknolojinin ana görevidir. Yeniden işleme süreci sırasında, uranyum ve plütonyum ayrılır ve bölünebilir malzemeler yeniden kullanıldığında reaktörde bir nükleer zincir reaksiyonunun gelişmesini engelleyebilen nötron emici nüklitler (nötron zehirleri) dahil olmak üzere radyoaktif fisyon ürünlerinden arındırılır.

Radyoaktif fisyon ürünleri, düşük düzeyde kullanılabilecek çok sayıda değerli radyonüklit içerir. nükleer güç(termoelektrik güç jeneratörleri için radyoizotopik ısı kaynakları) ve ayrıca iyonlaştırıcı radyasyon kaynaklarının üretimi için. Uranyum çekirdeklerinin nötronlarla yan reaksiyonlarından kaynaklanan transuranyum elementleri kullanılır. Kullanılmış nükleer yakıtın yeniden işlenmesine yönelik radyokimyasal teknoloji, pratik açıdan veya bilimsel açıdan yararlı olan tüm nüklidlerin çıkarılmasını sağlamalıdır (147 43).

Kullanılmış yakıtın kimyasal olarak yeniden işlenmesi süreci, uranyum çekirdeklerinin bölünmesi sonucu oluşan büyük miktarda radyonüklitlerin biyosferden izole edilmesi sorununun çözülmesiyle ilişkilidir. Bu sorun nükleer enerjinin geliştirilmesindeki en ciddi ve çözülmesi zor sorunlardan biridir.

Radyokimyasal üretimin ilk aşaması yakıt hazırlamayı içerir; onu düzeneklerin yapısal parçalarından kurtarmak ve yakıt çubuklarının koruyucu kabuklarını yok etmek. Bir sonraki aşama, nükleer yakıtın kimyasal işlemin gerçekleştirileceği aşamaya aktarılmasıyla ilişkilidir: bir çözeltiye, eriyik içine, gaz fazına. Çözeltiye dönüştürme çoğunlukla nitrik asitte çözülerek yapılır. Bu durumda, uranyum altı değerlikli duruma geçer ve bir uranil iyonu, UO 2 2+ ve kısmen altı değerlikli durumda plütonyum ve dört değerlik durum olan PuO 2 2+ ve Pu 4+'yı oluşturur. Gaz fazına geçiş, uçucu uranyum ve plütonyum halojenürlerin oluşumuyla ilişkilidir. Nükleer malzemelerin transferinden sonraki ilgili aşama, değerli bileşenlerin izolasyonu ve saflaştırılmasıyla ve bunların her birinin ticari bir ürün biçiminde serbest bırakılmasıyla doğrudan ilgili bir dizi işlemi içerir (Şekil 36).

Şekil 36. Uranyum ve plütonyumun dolaşımına ilişkin genel şema kapalı döngü (156).

Kullanılmış nükleer yakıtın yeniden işlenmesi (yeniden işlenmesi), uranyumun, birikmiş plütonyumun ve parçalanma elementlerinin fraksiyonlarının çıkarılmasını içerir. Reaktörden çıkarıldığında 1 ton kullanılmış yakıt, 950-980 kg 235U ve 238U, 5,5-9,6 kg Pu'nun yanı sıra az miktarda α-yayıcılar (neptunyum, amerikyum, küriyum vb.) Faaliyeti 1 kg kullanılmış yakıt başına 26 bin Ci'ye ulaşabilen. Kapalı bir nükleer yakıt döngüsü sırasında izole edilmesi, konsantre edilmesi, saflaştırılması ve gerekli kimyasal forma dönüştürülmesi gereken bu elementlerdir.

Kullanılmış nükleer yakıtın yeniden işlenmesinin teknolojik süreci şunları içerir:

Yakıt malzemesini açmak amacıyla yakıt düzeneklerinin ve yakıt çubuklarının mekanik parçalanması (kesilmesi);

Çözünme;

Balast safsızlıklarının temizleme solüsyonları;

Uranyum, plütonyum ve diğer ticari nüklitlerin ekstraksiyonla ayrılması ve saflaştırılması;

Plütonyum dioksit, neptunyum dioksit, uranil nitrat heksahidrat ve uranyum oksit salınımı;

Diğer radyonüklitleri içeren çözeltilerin işlenmesi ve bunların ayrılması.

Uranyum ve plütonyumun ayrıştırılması, ayrıştırılması ve fisyon ürünlerinden arındırılması teknolojisi, uranyum ve plütonyumun tribütil fosfatla ekstraksiyonu işlemine dayanmaktadır. Çok kademeli sürekli ekstraktörlerde gerçekleştirilir. Bunun sonucunda uranyum ve plütonyum fisyon ürünlerinden milyonlarca kez arıtılıyor. SNF'nin yeniden işlenmesi, yaklaşık 0,22 Ci/yıl aktiviteye sahip (izin verilen maksimum salınım 0,9 Ci/yıl) küçük hacimli katı ve gaz halinde radyoaktif atık oluşumuyla ilişkilidir ve büyük miktar sıvı Radyoaktif atık.

Yakıt çubuklarının tüm yapı malzemeleri kimyasal dirençle karakterize edilir ve bunların çözünmesi ciddi bir sorun oluşturur. Yakıt çubukları, bölünebilir malzemelerin yanı sıra, paslanmaz çelik, zirkonyum, molibden, silikon, grafit, krom vb. maddelerden oluşan çeşitli depolama cihazları ve kaplamalar içerir. Nükleer yakıt çözündüğünde, bu maddeler nitrik asitte çözünmez ve büyük miktarda madde oluşturur. Ortaya çıkan çözeltideki süspansiyonların ve kolloidlerin miktarı.

Yakıt çubuklarının listelenen özellikleri, kabukların açılması veya çözülmesi için yeni yöntemlerin geliştirilmesinin yanı sıra, ekstraksiyon işleminden önce nükleer yakıt çözümlerinin arıtılmasını gerektirmiştir.

Plütonyum üretim reaktörlerinin yakıt tüketimi, güç reaktörlerinin yakıt tüketiminden önemli ölçüde farklıdır. Bu nedenle, yeniden işleme için 1 ton U başına çok daha yüksek radyoaktif parçalanma elementleri ve plütonyum içeriğine sahip malzemeler alınır ve bu, elde edilen ürünlerin saflaştırma işlemlerine ve yeniden işleme işlemi sırasında nükleer güvenliğin sağlanmasına yönelik gereksinimlerin artmasına yol açar. Büyük miktardaki sıvı yüksek seviyeli atığın işlenmesi ve bertaraf edilmesi ihtiyacından dolayı zorluklar ortaya çıkar.

Daha sonra uranyum, plütonyum ve neptunyum üç ekstraksiyon döngüsünde izole edilir, ayrılır ve saflaştırılır. İlk döngüde, uranyum ve plütonyum, fisyon ürünlerinin büyük bir kısmından ortaklaşa arındırılır ve ardından uranyum ve plütonyum ayrılır. İkinci ve üçüncü döngülerde uranyum ve plütonyum ayrıca ayrı ayrı saflaştırılır ve konsantre edilir. Ortaya çıkan ürünler (uranil nitrat ve plütonyum nitrat) dönüşüm birimlerine aktarılmadan önce tampon tanklara yerleştirilir. Plütonyum nitrat çözeltisine oksalik asit eklenir, elde edilen oksalat süspansiyonu filtrelenir ve çökelti kalsine edilir.

Toz halindeki plütonyum oksit bir elekten geçirilerek kaplara yerleştirilir. Bu formdaki plütonyum, yeni yakıt çubuklarının üretimi için tesise girmeden önce depolanıyor.

Yakıt çubuğu kaplama malzemesinin yakıt kaplamasından ayrılması, nükleer yakıt rejenerasyon prosesindeki en zor görevlerden biridir. Mevcut yöntemler iki gruba ayrılabilir: yakıt çubuklarının kaplama ve çekirdek malzemelerinin ayrıştırıldığı açma yöntemleri ve kaplama malzemelerini çekirdek malzemesinden ayırmadan açma yöntemleri. İlk grup, yakıt çubuklarının kaplamasının çıkarılmasını ve nükleer yakıtın çözünmeden önce yapısal malzemelerinin çıkarılmasını içerir. Su-kimyasal yöntemler, kabuk malzemelerinin çekirdek malzemeleri etkilemeyen çözücüler içinde çözülmesini içerir.

Bu yöntemlerin kullanımı, alüminyum veya magnezyum ve bunların alaşımlarından yapılmış kabuklarda uranyum metalinden yapılmış yakıt çubuklarının işlenmesi için tipiktir. Alüminyum, ısıtıldığında seyreltik sülfürik asit çözeltilerinde kostik soda veya nitrik asitte ve magnezyumda kolayca çözünür. Kabuğun çözülmesinden sonra çekirdek nitrik asitte çözülür.

Bununla birlikte, modern güç reaktörlerinin yakıt çubukları, korozyona dayanıklı, az çözünen malzemelerden yapılmış kabuklara sahiptir: zirkonyum, kalaylı zirkonyum alaşımları (zirkal) veya niyobyum, paslanmaz çelik. Bu malzemelerin seçici çözünmesi yalnızca oldukça agresif ortamlarda mümkündür. Zirkonyum hidroflorik asitte, oksalik veya nitrik asitlerle veya NH4F çözeltisiyle karışımlarında çözülür. Paslanmaz çelik kabuk - 4-6 M H 2 SO 4 kaynatılır. Kabukların çıkarılmasına yönelik kimyasal yöntemin ana dezavantajı, büyük miktarda yüksek oranda tuzlu sıvı radyoaktif atık oluşmasıdır.

Kabukların tahrip edilmesinden kaynaklanan atık hacmini azaltmak ve bu atığı hemen katı halde, uzun süreli depolamaya daha uygun olarak elde etmek için, yüksek sıcaklıklarda sulu olmayan reaktiflerin etkisi altında kabukların imhası için işlemler geliştirilmektedir ( pirokimyasal yöntemler). Zirkonyum kabuk, 350-800 o C'de akışkanlaştırılmış bir Al203 yatağında susuz hidrojen klorür ile çıkarılır. Zirkonyum, uçucu ZrC14'e dönüştürülür ve süblimasyon yoluyla çekirdek malzemeden ayrılır ve ardından hidrolize edilerek katı zirkonyum dioksit oluşturulur . Pirometalurjik yöntemler, kabukların doğrudan eritilmesine veya bunların diğer metallerin eriyiklerinde çözünmesine dayanır. Bu yöntemler, kabuk ve çekirdek malzemelerinin erime sıcaklıklarındaki farklılıklardan veya bunların diğer erimiş metaller veya tuzlardaki çözünürlüklerindeki farklılıklardan yararlanır.

Mekanik yöntemler Kabuğun çıkarılması birkaç aşamadan oluşur. İlk olarak, yakıt düzeneğinin uç kısımları kesilir ve yakıt çubukları ve ayrı yakıt çubukları demetleri halinde sökülür. Daha sonra kabuklar her bir yakıt elemanından ayrı ayrı mekanik olarak çıkarılır.

Yakıt çubuklarının açılması, kaplama malzemelerini çekirdek malzemesinden ayırmadan gerçekleştirilebilir.

Su-kimyasal yöntemler uygulanırken ortak bir çözelti elde etmek için kabuk ve çekirdek aynı çözücü içinde çözülür. Yüksek miktarda değerli bileşen (235U ve Pu) içeren yakıt işlenirken veya boyut ve konfigürasyon açısından farklı türdeki yakıt elemanları aynı tesiste işlenirken birlikte çözünme tavsiye edilir. Pirokimyasal yöntemler durumunda, yakıt çubukları, yalnızca kabuğu değil aynı zamanda çekirdeği de tahrip eden gazlı reaktiflerle işlenir.

Kabuğun eşzamanlı olarak çıkarılmasıyla açma yöntemlerine ve kabuğun ve çekirdeklerin ortak imha yöntemlerine başarılı bir alternatifin "kesme-liç" yöntemi olduğu ortaya çıktı. Yöntem, nitrik asitte çözünmeyen kabuklardaki yakıt çubuklarının işlenmesi için uygundur. Yakıt çubuğu düzenekleri küçük parçalara kesilir, açıkta kalan yakıt çubuğu çekirdeği kimyasal reaktiflere erişilebilir hale gelir ve nitrik asitte çözünür. Çözünmemiş kabuklar, içlerinde tutulan çözeltinin kalıntılarından yıkanır ve hurda şeklinde çıkarılır. Yakıt çubuklarını doğramanın bazı avantajları vardır. Ortaya çıkan atık - kabukların kalıntıları - katı durumdadır, yani. kabuğun kimyasal çözünmesinde olduğu gibi sıvı radyoaktif atık oluşumu yoktur; kabukların mekanik olarak çıkarılması sırasında olduğu gibi, değerli bileşenlerde önemli bir kayıp yoktur, çünkü kabukların bölümleri yüksek derecede bir bütünlükle yıkanabilmektedir; kesme makinelerinin tasarımı, muhafazaların mekanik olarak çıkarılmasına yönelik makinelerin tasarımına kıyasla basitleştirilmiştir. Kesme-liç yönteminin dezavantajı, yakıt çubuklarını kesmeye yönelik ekipmanın karmaşıklığı ve uzaktan bakım ihtiyacıdır. Mekanik kesme yöntemlerinin elektrolitik ve lazer yöntemlerle değiştirilmesi olasılığı şu anda araştırılmaktadır.

Yüksek ve orta yanmalı güç reaktörlerinin kullanılmış yakıt çubuklarında, büyük miktarlarda gaz halindeki radyoaktif ürünler birikmektedir; bu, ciddi bir tehlikeyi temsil etmektedir. biyolojik tehlike: trityum, iyot ve kripton. Nükleer yakıtın çözünmesi sırasında çoğunlukla serbest kalırlar ve gaz akışlarıyla birlikte giderler, ancak kısmen çözelti halinde kalırlar ve daha sonra yeniden işleme zinciri boyunca çok sayıda ürüne dağıtılırlar. Trityum özellikle tehlikelidir, tritiyumlu su NTO'su oluşturur ve bu durumda ayrıştırılması zordur. sıradan su H2O. Bu nedenle, yakıtın çözünmeye hazırlanması aşamasında, yakıtın radyoaktif gazların büyük kısmından arındırılması ve bunların küçük hacimli atık ürünlerde yoğunlaştırılması için ek işlemler gerçekleştirilir. Oksit yakıt parçaları, 450-470 o C sıcaklıkta oksijen ile oksidatif işleme tabi tutulur. Yakıt kafesinin yapısı UO 2 -U 3 O 8 geçişi nedeniyle yeniden düzenlendiğinde, gaz halindeki fisyon ürünleri - trityum, iyot, ve soy gazlar açığa çıkar. Gazlı ürünlerin salınması sırasında ve ayrıca uranyum dioksitin nitröz okside geçişi sırasında yakıt malzemesinin gevşemesi, malzemelerin nitrik asitte daha sonra çözünmesini hızlandırmaya yardımcı olur.

Nükleer yakıtı çözeltiye aktarma yönteminin seçimi, yakıtın kimyasal formuna, yakıtın ön hazırlama yöntemine ve belirli bir verimliliğin sağlanması ihtiyacına bağlıdır. Uranyum metali 8-11M HNO3'te, uranyum dioksit ise 6-8M HNO3'te 80-100 o C sıcaklıkta çözülür.

Yakıt bileşiminin çözünmesi üzerine tahrip olması, tüm radyoaktif fisyon ürünlerinin salınmasına yol açar. Bu durumda gaz halindeki fisyon ürünleri egzoz gazı tahliye sistemine girer. Atık gazlar atmosfere verilmeden önce temizlenmektedir.

Hedef ürünlerin izolasyonu ve saflaştırılması

İlk ekstraksiyon çevriminden sonra ayrılan uranyum ve plütonyum, fisyon ürünlerinden, neptunyumdan ve birbirlerinden nükleer yakıt çevriminin özelliklerini karşılayacak seviyeye kadar arıtılarak ticari forma dönüştürülür.

En iyi sonuçlar Uranyumun daha fazla saflaştırılması, ekstraksiyon ve iyon değişimi gibi farklı yöntemlerin birleştirilmesiyle sağlanır. Bununla birlikte, endüstriyel ölçekte, aynı solvent - tributil fosfat ile tekrarlanan ekstraksiyon döngülerinin kullanılması daha ekonomik ve teknik olarak daha basittir.

Ekstraksiyon döngülerinin sayısı ve uranyum saflaştırmasının derinliği, yeniden işleme için sağlanan nükleer yakıtın türü ve yakılması ve neptunyum ayırma görevi ile belirlenir. Uranyumdaki α-yayıcıların safsızlık içeriğine ilişkin teknik spesifikasyonları karşılamak için, genel neptunyum giderme faktörünün ≥500 olması gerekir. Sorpsiyonla saflaştırmanın ardından uranyum, sulu bir çözeltiye yeniden ekstrakte edilir ve bu, saflık, uranyum içeriği ve 235U zenginleştirme derecesi açısından analiz edilir.

Uranyum rafinasyonunun son aşamasında, ya uranil peroksit, uranil oksalat, amonyum uranil karbonat veya amonyum uranat formunda çökeltme ve ardından kalsinasyon yoluyla ya da uranil nitrat hekzahidratın doğrudan termal ayrışması yoluyla uranyum oksitlere dönüştürülmesi amaçlanır.

Uranyumun ana kütlesinden ayrıldıktan sonra plütonyum, γ- ve β-aktivitesi için fisyon ürünlerinden, uranyumdan ve diğer aktinitlerden kendi arka planına kadar daha fazla saflaştırmaya tabi tutulur. Tesisler, son ürün olarak plütonyum dioksit üretmeye ve daha sonra, kimyasal işlemle birlikte, özellikle plütonyum nitrat çözeltilerini taşırken özel önlemler gerektiren plütonyumun pahalı taşınmasını önleyen yakıt çubukları üretmeye çalışıyor. Plütonyumun saflaştırılması ve konsantre edilmesine yönelik teknolojik sürecin tüm aşamaları, nükleer güvenlik sistemlerinin özel güvenilirliğinin yanı sıra personelin korunmasını ve kirlenmenin önlenmesini gerektirir. çevre plütonyumun toksisitesi ve yüksek düzeyde α radyasyonu nedeniyle. Ekipman geliştirilirken kritikliğe neden olabilecek tüm faktörler dikkate alınır: bölünebilir malzemenin kütlesi, homojenlik, geometri, nötronların yansıması, nötronların ılımlılığı ve emiliminin yanı sıra bu süreçte bölünebilir malzemenin konsantrasyonu vb. Minimum Sulu bir plütonyum nitrat çözeltisinin kritik kütlesi 510 g'dır (eğer bir su reflektörü varsa). Plütonyum dalındaki operasyonlar sırasında nükleer güvenlik, cihazların özel geometrisi (çapları ve hacimleri) ve sürekli prosesin belirli noktalarında sürekli olarak izlenen çözeltideki plütonyum konsantrasyonunun sınırlandırılmasıyla sağlanır.

Plütonyumun nihai saflaştırılması ve konsantrasyonuna yönelik teknoloji, ardışık ekstraksiyon veya iyon değişimi döngülerine ve plütonyum çökeltmesi için ek bir arıtma işlemine ve ardından termal olarak dioksite dönüştürülmesine dayanmaktadır.

Plütonyum dioksit, kalsine edildiği, ezildiği, elendiği, harmanlandığı ve paketlendiği koşullandırma ünitesine girer.

Karışık uranyum-plütonyum yakıtının üretimi için, uranyum ve plütonyumun kimyasal olarak birlikte çökeltilmesi yöntemi tavsiye edilir; bu, yakıtın tam homojenliğinin elde edilmesini mümkün kılar. Bu işlem, kullanılmış yakıtın yeniden işlenmesi sırasında uranyum ve plütonyumun ayrılmasını gerektirmez. Bu durumda uranyum ve plütonyumun yer değiştirme sıyırma yoluyla kısmen ayrılmasıyla karışık çözeltiler elde edilir. Bu şekilde, PuO2 içeriği %3 olan termal nötronlar üzerindeki hafif su nükleer reaktörleri için (U, Pu)O2'nin yanı sıra %20 PuO2 içeriği olan hızlı nötron reaktörleri için elde etmek mümkündür.

Kullanılmış yakıtın yenilenmesinin fizibilitesine ilişkin tartışma yalnızca bilimsel, teknik ve ekonomik nitelikte değil aynı zamanda siyasi niteliktedir; çünkü yenileme tesislerinin inşası potansiyel bir nükleer silahların yayılması tehdidini oluşturur. nükleer silahlar. Temel sorun, üretimin tam güvenliğini sağlamaktır; plütonyumun kontrollü kullanımı ve çevre güvenliği garantilerinin sağlanması. Bu nedenle, şimdi yaratıyorlar verimli sistemler Nükleer yakıtın kimyasal olarak yeniden işlenmesine ilişkin teknolojik sürecin kontrolü, sürecin herhangi bir aşamasında bölünebilir malzeme miktarını belirleme yeteneği sağlar. Plütonyumun sürecin herhangi bir aşamasında uranyum ve fisyon ürünlerinden tamamen ayrılmadığı ve patlayıcı cihazlarda kullanım olasılığını önemli ölçüde karmaşıklaştıran CIVEX süreci gibi sözde alternatif teknolojik süreç önerileri de şunları sağlamaya hizmet ediyor: Nükleer silahların yayılmasının önlenmesine ilişkin garantiler.

Civex - plütonyum salmadan nükleer yakıtın çoğaltılması.

SNF'nin yeniden işlenmesinin çevre dostu olmasını geliştirmek için, yeniden işleme sisteminin bileşenlerinin uçuculuğundaki farklılıklara dayanan sulu olmayan teknolojik süreçler geliştirilmektedir. Sulu olmayan süreçlerin avantajları, kompaktlıkları, güçlü seyreltmelerin olmaması ve büyük hacimlerde sıvı radyoaktif atık oluşumu ve radyasyon ayrışma işlemlerinin daha az etkisidir. Üretilen atık katı fazdadır ve çok daha küçük bir hacim kaplar.

Şu anda, istasyonda aynı birimlerin (örneğin, aynı tipte üç termal nötron ünitesi) değil, farklı tiplerin (örneğin, iki termal ve bir) inşa edildiği bir nükleer santral düzenlemenin bir çeşidi incelenmektedir. hızlı reaktör). İlk olarak, 235U bakımından zenginleştirilmiş yakıt bir termal reaktörde (plütonyum oluşumu ile) yakılır, daha sonra yakıt, elde edilen plütonyum kullanılarak 238U'nun işlendiği hızlı bir reaktöre aktarılır. Kullanım döngüsünün bitiminden sonra kullanılmış yakıt, doğrudan nükleer santralin topraklarında bulunan radyokimya tesisine verilir. Tesis, yakıtın tamamen yeniden işlenmesine girişmiyor; yalnızca uranyum ve plütonyumun kullanılmış yakıttan ayrılmasıyla sınırlı (bu elementlerin heksaflorür florürlerinin damıtılmasıyla). Ayrılan uranyum ve plütonyum, yeni karışık yakıtın üretiminde kullanılıyor ve geri kalan kullanılmış yakıt, ya faydalı radyonüklidlerin ayrılması ya da imha edilmesi için bir tesise gidiyor.

Gezegenin nüfusu ve enerji ihtiyacı, gaz ve petrol fiyatlarıyla birlikte her yıl artıyor; bu arada, bunların işlenmesi, dünyanın ekolojisi açısından üzücü ve geri dönüşü olmayan sonuçlara yol açıyor. Ve bugün nükleer enerjinin ne kârlılık ne de küresel enerji ihtiyaçlarını karşılama yeteneği açısından değerli bir alternatifi yok.

Bu tür ifadeler kulağa çok soyut gelse de, pratikte nükleer enerjiden vazgeçilmesi, gıda, giyim, ilaç, konfor gibi herkes için gerekli olan şeylerin fiyatında keskin bir artış anlamına gelecektir. Aletler, eğitim, tıp, dünya çapında özgürce hareket etme yeteneği ve çok daha fazlası. Böyle bir durumda en iyi çözüm, nükleer enerjiyi mümkün olduğu kadar güvenli ve verimli hale getirmeye odaklanmaktır.

Şu gerçeği herkes bilmiyor: Taze nükleer yakıt insanlar için herhangi bir tehlike oluşturmuyor. Endüstriyel otomasyonun yaygınlaşmasından önce, uranyum dioksit yakıt peletleri montaj çubuklarına elle çakılıyordu. Yakıtın radyoaktivitesi, bir nükleer reaktörde ışınlama sonrasında birkaç milyon kat artar. Şu anda insanlar ve çevre için tehlikeli hale geliyor.

Her üretim gibi nükleer santraller de atık üretir. Aynı zamanda nükleer santrallerin ürettiği atık miktarı diğer endüstrilere göre önemli ölçüde daha azdır ancak çevreye olan tehlikesinin yüksek olması nedeniyle özel muamele gerektirir. Ve burada medyada sıklıkla ortaya çıkan RW (radyoaktif atık) ve SNF (harcanmış nükleer yakıt) kavramları arasındaki bazı kafa karışıklıklarını açıklığa kavuşturmak gerekiyor.

İle Rus sınıflandırması SNF, reaktörden çıkarılan kullanılmış yakıt elemanlarını ifade eder. Madenlerden çıkarılan doğal uranyumun kullanılmış nükleer yakıta dönüştürüldüğü yolu izleyelim. Bildiğimiz gibi doğal uranyum, uranyum-235 ve uranyum-238 izotoplarından oluşur. Modern nükleer enerji santralleri uranyum - 235 ile çalışır. Ancak 235 izotopunun düşük içeriği nedeniyle (sadece %0,7), nükleer yakıt olarak kullanılmak üzere, dünyanın bağırsaklarından çıkarılan uranyumun yüzde birkaç oranında zenginleştirilmesi gerekir. Reaktörlerde kullanılan uranyum, yakıt düzeneklerinin altıgen çubuklar şeklinde monte edildiği yakıt elemanlarına (yakıt elemanları) yerleştirilir. Kritik kütleye ulaşılıncaya kadar reaktöre daldırılırlar. Reaktörü başlatmadan önce yakıt çubukları %95 uranyum-238 ve %5 uranyum-235 içermektedir. Reaktörün çalışması sonucunda uranyum-235 yerine fisyon ürünleri (radyoaktif izotoplar) ortaya çıkıyor. Çubuklar çıkarılır, ancak kullanılmış nükleer yakıt olarak kullanılır.

SNF zengin kaynak potansiyeline sahiptir. İlk olarak, kullanılmış yakıttan kimyasal olarak çıkarılabilen radyoizotoplar geniş uygulama tıbbi ve bilimsel amaçlar için. Ve sadece tıbbi amaçlar için değil - uranyumun bölünmesi sırasında bir reaktörde oluşan platin grubu metaller, cevherden elde edilen aynı metallerden daha ucuzdur. İkincisi, kullanılmış yakıt, dünya çapında gelecekteki nükleer santrallerin ana yakıt unsuru olarak kabul edilen uranyum-238'i içermektedir. Böylece yeniden işlenmiş kullanılmış nükleer yakıt, yalnızca taze nükleer yakıt elde etmek için en zengin kaynak olmakla kalmaz, aynı zamanda sorunları da çözer. ekolojik sorunlar uranyum yatakları: uranyum madenleri geliştirmenin bir anlamı yok çünkü zaten şu an Rusya'da 22 bin ton kullanılmış nükleer yakıt biriktirildi. Aynı zamanda, yeniden işlenemeyen ve çevreden güvenilir bir izolasyon gerektiren kullanılmış yakıttaki radyoaktif elementlerin içeriği sadece% 3'tür. Referans olarak: 50 ton kullanılmış nükleer yakıtın yeniden işlenmesi 1,6 milyar metreküp tasarruf sağlar doğal gaz veya 1,2 milyon ton petrol.

Radyoaktif atıklar (RAW) ayrıca radyoizotoplar da içerir. Aradaki fark, bunları çıkarmanın mümkün olmaması veya çıkarmanın maliyetinin ekonomik olarak uygun olmamasıdır. Şu anda radyoaktif atıkların türüne bağlı olarak radyoaktif atıkların yönetilmesinin çeşitli yolları vardır. Eylem sırası şu şekildedir: ilk olarak radyoaktif atık hacmi azaltılır. Bu durumda, katı radyoaktif atıklar için presleme veya yakma, sıvı radyoaktif atıklar için ise pıhtılaşma ve buharlaştırma, mekanik veya iyon değiştirme filtreleri aracılığıyla işleme uygulanır. Özel kumaş veya fiber filtreler kullanılarak yapılan arıtma sonrasında gaz halindeki radyoaktif atıkların hacmi azaltılır. Bir sonraki aşama immobilizasyondur, yani radyoaktif atıkların, radyoaktif atıkların çevreye salınma olasılığını azaltan dayanıklı bir çimento, bitüm, cam, seramik veya diğer malzemelerden oluşan bir matris içine yerleştirilmesidir. Ortaya çıkan kütleler özel kaplara konularak depolanır. Son aşama, radyoaktif atık içeren kapların imha alanına taşınmasıdır.

Bilim adamlarına göre günümüzde radyoaktif atıkların bertaraf edilmesinin en etkili yöntemi yerkabuğunun istikrarlı jeolojik oluşumlarıdır. Bu yöntem, onbinlerce ila milyonlarca yıllık bir süre boyunca etkili bir yalıtım bariyeri sağlar. Avrupa Atom Topluluğu'nun elektronik bülteninde yayınlanan, Fransa'daki Subatech laboratuvarı ile Belçika'daki SCK-CEN araştırma merkezinin ortak araştırmasının sonuçları, nükleer atık içeren blokların bütünlüğünü koruyabilme süresinin 100 bin yılı aştığını gösterdi. Araştırmacılar bu sonuca, çeşitli zaman dilimlerinde açık ve kapalı yakıt döngülerinden gömülü nükleer atıkların olası çözünmesine ilişkin olasılıksal tahminler yaptıktan sonra ulaştılar.

Moskova'da düzenlenen son uluslararası bilimsel ve uygulamalı konferansta, nükleer enerjinin güvenliği, verimliliği ve ekonomisi de, kullanılmış nükleer yakıt yönetiminin acil sorunları tartışıldı. Rusya'da kullanılmış nükleer yakıtın depolanması ve yeniden işlenmesi şu anda Mayak üretim birliği (Ozersk, Çelyabinsk bölgesi) ve Madencilik ve Kimya Kombinesi (Zheleznogorsk, Krasnoyarsk bölgesi Devlet Şirketi Rosatom'un nükleer ve radyasyon güvenliği kompleksinin bir parçası olan. Devlet Şirketi "Rosatom" Danışmanı I.V. Gusakov-Stanyukovich, "2011-2020 ve 2030'a kadar olan dönem için altyapı oluşturma ve kullanılmış nükleer yakıtın işlenmesine yönelik program" departmanı hakkında konuştu. Ona göre bugün mevcut olan 22.000 ton kullanılmış yakıtın çoğu nükleer santrallerde bulunmaktadır. Aynı zamanda yıl içinde depolamaya çıkarılan miktar, nükleer santralin bu süre içinde üretebildiği miktardan daha azdır. Ve eğer VVER tipi reaktörler (basınçlı su güç reaktörü) kullanan istasyonlardan kullanılmış yakıt, Federal Devlet Üniter İşletmesi Madencilik Kimyasal Kombinesinde depolanmak üzere veya Federal Devlet Üniter İşletmesi PA Mayak'ta yeniden işlenmek üzere taşınırsa, o zaman temel sorun an, miktarı 12,5 bin ton olan RBMK reaktörlerinin (yüksek güçlü kanal reaktörü) kullanılmış yakıtıdır. Madencilik ve Kimya Kombinesinde RBMK kullanılmış yakıt için kuru depolama tesisi yakın zamanda faaliyete geçti ve 2012 baharında Leningrad NPP'den kullanılmış yakıtı taşıyan ilk tren buraya geldi. Gelecekte, Leningrad, Kursk ve Smolensk NPP'lerinden şartlandırılmış SNF, Madencilik ve Kimya Kombinesine gönderilecek ve standart altı SNF, PA Mayak'a gönderilecek.

Altyapı oluşturma ve kullanılmış nükleer yakıtın işlenmesine yönelik programın 2018 yılına kadar uygulanması, kullanılmış nükleer yakıtın nükleer santral sahalarından yıllık olarak çıkarılması hacminin artırılmasını mümkün kılacak ve bu, yıllık kullanılmış nükleer yakıt üretimini 1,5 kat aşacaktır. Ve 2030 yılına kadar, RBMK-1000 ve VVER-1000 reaktörlerinden gelen kullanılmış yakıtın tamamı, MCC sahasında uzun vadeli merkezi depolama için yerleştirilecek ve bundan sonra MCC'nin ana uzmanlığı, MOX yakıtı üretimi olacak. VVER-440 ve BN-600 reaktörlerinin yanı sıra nakliye ve araştırma reaktörlerinden gelen kullanılmış yakıt planlarına gelince, bu kullanılmış yakıtların işlenmesi Mayak'ta gerçekleştirilecek. Kullanılmış yakıtın coğrafi uzaklığı nedeniyle merkezi yeniden işleme tesislerine taşınmasının pratik olmadığı Bilibino Nükleer Santrali bir istisna olacak ve bu nedenle sahada gömülecek.

Nükleer enerji, çeşitli amaçlara yönelik çok sayıda işletmenin birleşiminden oluşmaktadır. Bu endüstrinin hammaddeleri uranyum madenlerinden çıkarılmaktadır. Daha sonra akaryakıt üretim tesislerine teslim edilir.

Yakıt daha sonra reaktör çekirdeğine gireceği nükleer santrallere taşınır. Nükleer yakıt kullanım ömrünün sonuna ulaştığında bertarafa tabi tutulur. Tehlikeli atıkların yalnızca yakıtın yeniden işlenmesinden sonra değil, aynı zamanda uranyum madenciliğinden reaktörde çalışmaya kadar herhangi bir aşamada ortaya çıktığını belirtmekte fayda var.

Nükleer yakıt

İki tür yakıt vardır. Bunlardan ilki sırasıyla madenlerden çıkarılan uranyumdur. doğal kökenli. Plütonyum oluşturabilen hammaddeler içerir. İkincisi yapay olarak oluşturulan (ikincil) yakıttır.

Nükleer yakıt ayrıca kimyasal bileşimine göre de bölünmüştür: metalik, oksit, karbür, nitrür ve karışık.

Uranyum madenciliği ve yakıt üretimi

Uranyum üretiminin büyük bir kısmı sadece birkaç ülkeden geliyor: Rusya, Fransa, Avustralya, ABD, Kanada ve Güney Afrika.

Uranyum nükleer santrallerde yakıt olarak kullanılan ana elementtir. Reaktöre girmek için birkaç işlem aşamasından geçer. Çoğu zaman, uranyum yatakları altın ve bakırın yanında bulunur, bu nedenle çıkarılması değerli metallerin çıkarılmasıyla gerçekleştirilir.

Madencilik sırasında uranyumun zehirli bir madde olması ve madenciliği sırasında ortaya çıkan gazların çeşitli kanser türlerine neden olması nedeniyle insan sağlığı büyük risk altındadır. Cevherin kendisi çok az miktarda uranyum içermesine rağmen - yüzde 0,1'den 1'e kadar. Uranyum madenlerinin yakınında yaşayan nüfus da büyük risk altındadır.

Zenginleştirilmiş uranyum nükleer santrallerin ana yakıtıdır, ancak kullanımından sonra büyük miktarda radyoaktif atık kalır. Tüm tehlikelerine rağmen uranyum zenginleştirmesi nükleer yakıt yaratmanın ayrılmaz bir sürecidir.

İÇİNDE doğal form Uranyum pratik olarak hiçbir yerde kullanılamaz. Kullanılabilmesi için zenginleştirilmesi gerekmektedir. Zenginleştirme için gaz santrifüjleri kullanılır.

Zenginleştirilmiş uranyum sadece nükleer enerjide değil, silah üretiminde de kullanılıyor.

Toplu taşıma

Yakıt döngüsünün herhangi bir aşamasında ulaşım vardır. Mevcut tüm yollarla gerçekleştirilir: kara, deniz, hava yoluyla. Bu sadece çevre için değil insanlar için de büyük bir risk ve büyük bir tehlikedir.

Nükleer yakıt veya elementlerinin taşınması sırasında birçok kaza meydana gelmekte ve bunun sonucunda radyoaktif elementlerin salınımına neden olmaktadır. Bu, güvensiz olarak değerlendirilmesinin birçok nedeninden biridir.

Reaktörlerin hizmet dışı bırakılması

Reaktörlerin hiçbiri sökülmedi. Ünlü Çernobil bile Uzmanlara göre sökme maliyeti, yeni bir reaktör inşa etme maliyetine eşit, hatta onu aşıyor. Ancak hiç kimse tam olarak ne kadar paraya ihtiyaç duyulacağını söyleyemez: Maliyet, araştırma için küçük istasyonların sökülmesi deneyimine dayanarak hesaplandı. Uzmanlar iki seçenek sunuyor:

1. Reaktörleri ve kullanılmış nükleer yakıtı depolara yerleştirin.
2. Hizmet dışı bırakılan reaktörlerin üzerine lahitler inşa edin.

Önümüzdeki 10 yıl içerisinde dünya genelinde 350'ye yakın reaktörün kullanım ömrü dolacak ve hizmet dışı bırakılması gerekecek. Ancak güvenlik ve fiyat açısından en uygun yöntem icat edilmediğinden bu sorun hala çözüme kavuşturulmaktadır.

Şu anda dünya çapında 436 reaktör faaliyet göstermektedir. Elbette bu enerji sistemine büyük bir katkı ama çok güvensiz. Araştırmalar, 15-20 yıl içinde nükleer santrallerin yerini rüzgar enerjisi ve güneş panelleriyle çalışan santrallerin alacağını gösteriyor.

Nükleer atık

Nükleer santrallerin faaliyetleri sonucunda büyük miktarda nükleer atık ortaya çıkmaktadır. Nükleer yakıtın yeniden işlenmesi de geride tehlikeli atık bırakıyor. Ancak hiçbir ülke soruna çözüm bulamadı.

Günümüzde nükleer atıklar geçici depolama tesislerinde, su havuzlarında tutuluyor ya da yeraltına sığ bir şekilde gömülüyor.

En güvenli yöntem özel depolama tesislerinde depolamadır ancak diğer yöntemlerde olduğu gibi burada da radyasyon sızıntısı mümkündür.

Aslında nükleer atığın bir değeri vardır, ancak depolama kurallarına sıkı sıkıya uyulması gerekir. Ve bu en acil sorundur.

Önemli bir faktör atığın tehlikeli olduğu zamandır. Her birinin toksik olduğu kendi bozunma dönemi vardır.

Nükleer atık türleri

Herhangi bir nükleer santralin işletimi sırasında atıkları çevreye karışır. Bu, soğutma türbinleri ve gazlı atıklar için sudur.

Nükleer atıklar üç kategoriye ayrılır:

1. Düşük seviye - nükleer santral çalışanlarının kıyafetleri, laboratuvar ekipmanları. Bu tür atıklar tıbbi kurumlardan ve bilimsel laboratuvarlardan da gelebilir. Büyük bir tehlike oluşturmazlar ancak güvenlik önlemlerine uyulmasını gerektirirler.
2. Orta seviye - yakıtın taşındığı metal kaplar. Radyasyon düzeyleri oldukça yüksektir ve onlara yakın olanların korunması gerekir.
3. Yüksek seviye, kullanılmış nükleer yakıt ve onun yeniden işleme ürünlerinden kaynaklanmaktadır. Radyoaktivite düzeyi hızla düşüyor. Yüksek seviyeli atık çok küçüktür, yaklaşık yüzde 3, ancak tüm radyoaktivitenin yüzde 95'ini içerir.

Tehlike sınıfları 1'den 5'e kadar olan atıkların uzaklaştırılması, işlenmesi ve bertaraf edilmesi

Rusya'nın tüm bölgeleriyle çalışıyoruz. Geçerli lisans. Tam bir kapanış belgeleri seti. Bireysel yaklaşım müşteriye ve esnek fiyatlandırma politikasına.

Bu formu kullanarak hizmet talebinde bulunabilir, ticari teklif talep edebilir veya uzmanlarımızdan ücretsiz danışmanlık alabilirsiniz.

Göndermek

20. yüzyılda ideal enerji kaynağına yönelik aralıksız arayışlar sona ermiş gibi görünüyordu. Bu kaynak, atomların çekirdekleri ve bunlarda meydana gelen reaksiyonlardı - nükleer silahların aktif gelişimi ve nükleer santrallerin inşası tüm dünyada başladı.

Ancak gezegen hızla nükleer atıkların işlenmesi ve yok edilmesi sorunuyla karşı karşıya kaldı. Enerji nükleer reaktörler tıpkı bu endüstrinin atıkları gibi pek çok tehlike taşıyor. Alanın kendisi aktif olarak gelişirken, şimdiye kadar kapsamlı bir şekilde geliştirilmiş bir işleme teknolojisi bulunmuyor. Bu nedenle güvenlik öncelikle uygun imhaya bağlıdır.

Tanım

Nükleer atık belirli kimyasal elementlerin radyoaktif izotoplarını içerir. Rusya'da, 170 sayılı “Atom Enerjisinin Kullanımına İlişkin” Federal Kanun'da (21 Kasım 1995 tarihli) verilen tanıma göre, bu tür atıkların daha fazla kullanılması öngörülmemektedir.

Malzemelerin ana tehlikesi, canlı bir organizma üzerinde zararlı etkiye sahip olan devasa dozlarda radyasyonun yayılmasıdır. Radyoaktif maruziyetin sonuçları arasında genetik bozukluklar, radyasyon hastalığı ve ölüm yer alır.

Sınıflandırma haritası

Rusya'daki nükleer malzemelerin ana kaynağı nükleer enerji sektörü ve askeri gelişmelerdir. Tüm nükleer atıkların, fizik derslerinden aşina olduğu üç derecelik radyasyonu vardır:

• Alfa - yayılıyor.
• Beta yayan.
• Gama - yayılıyor.

İlki, diğer ikisinden farklı olarak tehlikeli olmayan düzeyde radyasyon ürettikleri için en zararsız olarak kabul edilir. Doğru, bu onların en tehlikeli atık sınıfına girmelerini engellemez.


Genel olarak, Rusya'daki nükleer atıkların sınıflandırma haritası onu üç türe ayırıyor:

1. Katı nükleer enkaz. Çok miktarda malzeme içerir Bakım enerji sektöründe personel kıyafetleri, çalışma sırasında biriken atıklar. Bu tür atıklar fırınlarda yakılıyor, ardından küller özel bir çimento karışımıyla karıştırılıyor. Varillere dökülür, mühürlenir ve depoya gönderilir. Cenaze töreni aşağıda ayrıntılı olarak anlatılmaktadır.
2. Sıvı. Nükleer reaktörlerin çalışması teknolojik çözümler kullanılmadan mümkün değildir. Buna ek olarak, özel giysilerin işlenmesinde ve çalışanların yıkanmasında kullanılan su da buna dahildir. Sıvılar iyice buharlaştırılır ve ardından gömme gerçekleşir. Sıvı atıklar sıklıkla geri dönüştürülüyor ve nükleer reaktörlerde yakıt olarak kullanılıyor.
3. İşletmedeki reaktörlerin, taşıma ve teknik kontrol ekipmanlarının tasarım unsurları ayrı bir grup oluşturur. Bunların imhası en pahalı olanıdır. Bugün iki seçenek var: lahitin yerleştirilmesi veya kısmi dekontaminasyonla sökülmesi ve ayrıca gömülmek üzere depoya gönderilmesi.

Rusya'daki nükleer atık haritası aynı zamanda düşük seviyeli ve yüksek seviyeli olanları da tanımlıyor:

• Düşük seviyeli atık - tıbbi kurumların, enstitülerin ve kuruluşların faaliyetleri sırasında ortaya çıkar. Araştırma merkezleri. Burada kimyasal testleri gerçekleştirmek için radyoaktif maddeler kullanılıyor. Bu malzemelerin yaydığı radyasyon düzeyi çok düşüktür. Uygun şekilde bertaraf edilmesi, tehlikeli atıkları yaklaşık birkaç hafta içinde normal atık haline getirebilir ve daha sonra normal atık olarak bertaraf edilebilir.
• Yüksek düzeyde atık, reaktör yakıtı ve askeri sanayide nükleer silah geliştirmek için kullanılan malzemelerdir. İstasyonlardaki yakıt, radyoaktif madde içeren özel çubuklardan oluşuyor. Reaktör yaklaşık 12 - 18 ay kadar çalışır ve bu sürenin sonunda yakıtın değiştirilmesi gerekir. Atıkların hacmi çok büyüktür. Ve bu rakam nükleer enerji sektörünü geliştiren tüm ülkelerde artıyor. Çevre ve insanlar için felaketi önlemek amacıyla yüksek seviyeli atıkların bertaraf edilmesinde tüm nüanslar dikkate alınmalıdır.

Geri dönüşüm ve imha

Şu anda nükleer atıkların bertaraf edilmesi için çeşitli yöntemler bulunmaktadır. Hepsinin avantajları ve dezavantajları var ama neresinden bakarsanız bakın radyoaktif maruz kalma tehlikesinden tamamen kurtulmanıza izin vermiyorlar.

Cenaze

Atık bertarafı, özellikle Rusya'da aktif olarak kullanılan en umut verici bertaraf yöntemidir. İlk olarak atığın vitrifikasyonu veya “vitrifikasyonu” işlemi gerçekleşir. Harcanan madde kalsine edilir, ardından karışıma kuvars eklenir ve bu "sıvı cam" özel silindirik çelik kalıplara dökülür. Ortaya çıkan cam malzemenin suya karşı dayanıklı olması, radyoaktif elementlerin çevreye girme olasılığını azaltıyor.

Bitmiş silindirler demlenir ve iyice yıkanır, en ufak kirlenmelerden kurtulur. Daha sonra çok uzun bir süre depoya gönderilirler. uzun zaman. Depolama tesisinin zarar görmemesi için depolama tesisi jeolojik açıdan stabil alanlarda konumlandırılmaktadır.

Jeolojik bertaraf, atıkların uzun süre bakım gerektirmeyecek şekilde 300 metreden daha derinde gerçekleştirilmektedir.

Yanan

Yukarıda bahsedildiği gibi bazı nükleer maddeler, enerji sektöründe üretimin doğrudan sonucu ve bir tür yan ürün atığıdır. Bunlar üretim sırasında radyasyona maruz kalan malzemelerdir: atık kağıt, ahşap, giyim, evsel atıklar.

Bütün bunlar, atmosferdeki toksik maddelerin seviyesini en aza indiren özel olarak tasarlanmış fırınlarda yakılır. Diğer atıkların yanı sıra kül de çimentolanmıştır.

Çimentolama

Rusya'da nükleer atıkların çimentolama yoluyla bertarafı (yöntemlerden biri) en yaygın uygulamalardan biridir. Buradaki fikir, ışınlanmış malzemeleri ve radyoaktif elementleri özel kaplara yerleştirmek ve daha sonra bu kapların özel bir solüsyonla doldurulmasını sağlamaktır. Böyle bir çözümün bileşimi, bütün bir kimyasal element kokteyli içerir.

Sonuç olarak pratikte etkilenmez dış ortam Bu da neredeyse sınırsız bir süre elde etmenizi sağlar. Ancak böyle bir cenaze töreninin yalnızca orta tehlike seviyesindeki atıkların bertarafı için mümkün olduğuna dair bir rezervasyon yaptırmaya değer.

Fok

Atık hacminin bertaraf edilmesini ve azaltılmasını amaçlayan uzun süredir devam eden ve oldukça güvenilir bir uygulama. Temel yakıt malzemelerinin işlenmesinde kullanılmaz ancak diğer atıkların işlenmesine olanak sağlar. düşük seviye tehlike. Bu teknolojide düşük basınç kuvvetine sahip hidrolik ve pnömatik presler kullanılır.

Yeniden kullan

Radyoaktif maddelerin enerji alanında kullanımı bu maddelerin spesifik aktivitesinden dolayı tam anlamıyla gerçekleşmemektedir. Zamanını harcayan atıklar hala reaktörler için potansiyel bir enerji kaynağı olmaya devam ediyor.

Modern dünyada ve özellikle Rusya'da enerji kaynaklarıyla ilgili durum oldukça ciddidir ve bu nedenle yeniden kullanma Nükleer malzemelerin reaktörler için yakıt olarak kullanılması artık imkansız görünmüyor.

Günümüzde harcanan hammaddelerin enerji uygulamalarında kullanılmasını mümkün kılan yöntemler bulunmaktadır. Atıklarda bulunan radyoizotoplar gıda işlemede ve termoelektrik reaktörleri çalıştırmak için “pil” olarak kullanılıyor.

Ancak teknoloji hâlâ gelişme aşamasında ve ideal bir işleme yöntemi bulunamadı. Ancak nükleer atıkların işlenmesi ve imhası, bu tür atıkların reaktörlerde yakıt olarak kullanılması sorununu kısmen çözebilir.

Ne yazık ki Rusya'da nükleer atıklardan kurtulmanın böyle bir yöntemi pratikte geliştirilmiyor.

Birimler

Rusya'da, dünya genelinde bertaraf edilmek üzere gönderilen nükleer atık miktarı yılda onbinlerce metreküpe ulaşıyor. Avrupa'daki depolama tesisleri her yıl yaklaşık 45 bin metreküp atık kabul ederken, Amerika Birleşik Devletleri'nde bu hacmi yalnızca Nevada eyaletindeki bir çöp sahası emiyor.

Nükleer atıklar ve bununla ilgili yurt dışında ve Rusya'da yapılan çalışmalar, yüksek kaliteli teknoloji ve ekipmanlarla donatılmış uzman kuruluşların faaliyetleridir. İşletmelerde atık açığa çıkıyor çeşitli şekillerde yukarıda açıklanan işleme. Sonuç olarak hacmi azaltmak, tehlike düzeyini azaltmak, hatta enerji sektöründeki bazı atıkların nükleer reaktörlerde yakıt olarak kullanılması mümkün.

Huzurlu atom, her şeyin o kadar basit olmadığını uzun zamandır kanıtladı. Enerji sektörü gelişiyor ve gelişmeye devam edecek. Aynı şey askeri alan için de söylenebilir. Ancak bazen diğer atıkların emisyonunu göz ardı edersek, nükleer atıkların uygunsuz şekilde bertaraf edilmesi tüm insanlık için tam bir felakete neden olabilir. Dolayısıyla bu sorun çok geç olmadan erken bir çözüm gerektiriyor.