В 1954 году в СССР, в Обнинске, была построена и запущена первая в мире атомная электростанция.
Ее реактор АМ (Мирный атом) был маломощным, вся станция производила всего 5 МВт электроэнергии, но его запуск положил начало развитию мирной атомной энергетики.
Четыре года спустя, в 1958 году, на Сибирском химическом комбинате был введен в эксплуатацию первый энергоблок Сибирской АЭС мощностью 100 МВт. Однако эта станция была двойного назначения.
Его реактор МИ-2 стал использоваться для производства электроэнергии и тепла, но основной его задачей было производство оружейного плутония.
Первой гражданской атомной электростанцией большой мощности стала Белоярская АЭС.
Сейчас ее первые реакторы уже остановлены.
Эта статья об их истории, о трудностях обращения с накопившимся отработавшим ядерным топливом и путях решения связанных с ним проблем.
Белоярская АЭС.
На переднем плане - первая очередь станции с реакторами АМБ.
Источник .
Реакторы АМБ В 1964 году в СССР начал работать первенец двух направлений мирной атомной энергетики.
В сентябре на Нововоронежском АЭС был запущен первый водо-водяной реактор ВВЭР-210. Но за шесть месяцев до этого, в апреле 1964 года, на Белоярской АЭС заработал водно-графитовый реактор АМБ-100. Так, первой мирной АЭС промышленной мощности в СССР стала Белоярская АЭС с реакторной установкой АМБ-100 («Атом Мирный Большой») мощностью 100 МВт. Этот реактор больше не производил плутоний для оружия, а сама станция не располагалась на территории оружейного завода.
Однако конструкция реактора была аналогична как своим мирным (АМ), так и военизированным (ЭИ и АД?) предшественникам - это был водографитовый канальный реактор с трубчатыми твэлами.
Второй, вдвое более мощный, энергоблок с реактором АМБ-200 заработал в декабре 1967 года.
Они проработали 17 и 21 год и были остановлены в 1984 и 1989 годах соответственно.
Вы можете посмотреть документальный фильм о строительстве и организации Белоярской АЭС в 1960-е годы - Белоярская АЭС им.
И.
В.
Курчатова, 1965 г.
Во многом работа этих реакторов носила исследовательский характер; полученные в результате его работы данные послужили основой для создания в десятки раз более мощных реакторов РБМК, составивших основу советской атомной энергетики в 1970-1980-е годы.
На реакторах АМБ впервые в промышленном масштабе была опробована схема ядерного перегрева пара с целью повышения КПД (достигнуто значение 37%).
Однако эксплуатация энергоблоков АМБ сопровождалась значительным количеством отклонений и сбоев в работе.
Были и несчастные случаи.
Так, 25 мая 1976 года на втором энергоблоке при выходе на мощность после срабатывания аварийной защиты было повреждено несколько десятков тепловыделяющих сборок (ТВС).
Эта авария была одной из самых тяжелых по последствиям и восстановительные работы длились около 9 месяцев.
Белоярская АС и сегодня остается особенной, инновационной и экспериментальной – использует новые для отрасли решения.
Сейчас здесь работают единственные в мире промышленные энергоблоки с реакторами на быстрых нейтронах БН-600 и БН-800. 
Самый мощный действующий в мире промышленный реактор на быстрых нейтронах — БН-800. Фото автора.
Первая ступень АЭС с блоками АМБ находится в режиме долгосрочной консервации.
Энергоблоки полностью остановлены уже более 30 лет, но, согласно международным стандартам, их нельзя вывести из эксплуатации, пока на них осталось отработавшее топливо.
Оставшееся от них отработавшее топливо было выгружено в бассейны выдержки; технологические отверстия в самих реакторах закрывались с помощью специальной консервирующей смолы.
Пульт управления реактором АМБ-200. Пульт до сих пор частично используется для управления подачей тепла от станции в город Заречный и для обеспечения собственных нужд БА.
Фото автора.
Для полного вывода из эксплуатации этих энергоблоков необходимо, прежде всего, решить вопрос с отработавшим ядерным топливом (ОЯТ), которого накопилось чуть менее 300 тонн, и большая часть которого находится на станции в неудовлетворительном состоянии.
Накопленное отработанное ядерное топливо реакторов АМБ относится к так называемому ядерному наследию СССР, для решения проблем которого в последние годы были приложены значительные усилия.
Особенности топлива АМБ Одной из основных проблем, связанных с тем, почему ранее не была организована переработка или безопасное хранение ОЯТ АМБ, является большое разнообразие видов этого топлива и его нестандартные габариты.
За почти 38 реакторо-лет работы АМБ было испытано более 40 типов тепловыделяющих сборок (ТВС) испарительных и перегревательных каналов реакторов.
ТВС имеют нестандартные размеры — 14 м в длину, что на 4 м длиннее ТВС крупнейшего отечественного реактора РБМК.
При этом топливо помещалось только в центральные 6 метров, соответствующие высоте активной зоны, а 4-метровые концевые выключатели были заполнены пирографитом.
Нетипичным было и само гранулированное топливо – оно содержалось в наполнителе (медь, магний или кальций), масса которого достигала 16%.
Урановое топливо, обогащенное из От 2 до 20% для U-235 по составу делился на несколько групп — оксид (близкий к современному диоксиду урана), сплав металлов с добавкой 3-9% магния, карбид (UC).
За период эксплуатации его извлекли из реакторов 7196 топливных каналов (около 285 тонн ОЯТ), из них 2227 (около 95 тонн ОЯТ) были отправлены на завод РТ-1 ПО «Маяк» в Озерске, а остальная часть оставалась в реакторных хранилищах на Белоярской АЭС до 2016 года.
1970-е и 1980-е годы.
Исследована возможность переработки топлива на ПО «Маяк».
Показана принципиальная возможность организации начальных этапов процесса.
Но основные проблемы были связаны с сокращением собраний и подготовкой их к роспуску.
До практической переработки отработавшего ядерного топлива дело так и не дошло, поэтому проблема обращения с топливом АМБ ждала своего отложенного решения.
ОЯТ АМБ хранилось на Белоярской АЭС в двух бассейнах выдержки в 17- и 35-местных ящиках (кассетах) и в одиночных пеналах.
Крышки на 35 мест были изготовлены из нержавеющей стали, крышки на 17 мест - из углеродистой стали и перед установкой в бассейн были покрыты свинцовым суриком внутри и снаружи.
Изначально канистры планировалось непродолжительное время хранить в двух бассейнах хранения, а затем отправить на радиохимическую переработку на ПО «Маяк».
Но из-за распада СССР процесс затянулся на два десятилетия.
Уже в начале 2000-х гг.
Самой большой проблемой было топливо в 17-местных кассетах.
К тому времени большинство этих кассет находились в пулах хранения более 20 лет, что превысило их предполагаемый 15-летний срок службы.
Поэтому предполагалось, что все они потеряли герметичность и были заполнены водой из бассейнов-охладителей.
При этом в них были загружены облученные ТВС более ранних и несовершенных конструкций со значительно более высоким выгоранием, а также почти все поврежденное топливо.
Всего в кассетах содержится около 20% ТВС, поврежденных в процессе эксплуатации.
Вероятным состоянием продуктов коррозии топлива является смесь в виде пульпы продуктов коррозии компонентов топливной композиции с фрагментами графитовых втулок.
Значительное количество топлива имело магниевую матрицу, которая при повреждении уплотнения оболочки твэла подвержена коррозии в воде.
Топливо также может оказаться на дне бассейна.
На заводе РТ-1 ПО «Маяк» хранится 131 кассета К-17 (около 95 тонн отработавшего топлива), которые поставлялись туда в течение 10 лет, начиная с 1972 года.
Кассеты расположены в глубоководной части завода.
бассейн отработавшего топлива.
Кассеты из коррозионностойкой стали в количестве 103 шт. и 28 кассет из черной конструкционной стали подвешены на консолях бассейна.
Для предотвращения коррозии их помещают в корпуса из нержавеющей стали.
Используемый метод обеспечивает безопасное хранение отработавшего топлива и предотвращает загрязнение вод бассейна продуктами деления отработавших ТВС, но не гарантирует, что в будущем не возникнут проблемы, которые впоследствии приведут к разрушению топлива в кассетах, а также как необходимость отказаться от хранения кассет в подвешенном состоянии.
Выбор вариантов обращения с топливом Учитывая сложность ситуации с топливом АМБ, рассматривались самые разные варианты обращения с ним: отправка на временное хранение с последующим решением вопроса переработки; отправка на длительное хранение с последующим захоронением; нарезка и укладка в канистры на самом АЭС с последующей отправкой на переработку на ПО «Маяк»; доставка отработавших тепловыделяющих сборок на ПО «Маяк», резка и переработка.
Однако из-за большого количества аварийного топлива, продолжающейся его деградации и высокой стоимости строительства современного хранилища для такого количества нестандартного топлива было принято решение о переработке отработавшего топлива АМБ на ПО «Маяк».
Для этого необходимо было провести ряд срочных мероприятий по устранению угроз безопасному хранению отработавшего ядерного топлива на Белоярской АЭС (например, с 2001 года организована система очистки воды бассейна выдержки).
, а заодно подготовить решение двух задач - транспортировки топлива и дальнейшей его переработки на заводе РТ-1. Перевозка топлива Для безопасного вывоза топлива из БАЭС на ФГУП ПО «Маяк» потребовалось разработать специальный транспортно-упаковочный комплект (ТУК) для длинномерных ТВС длиной около 14 м и специальный вагон-контейнеровоз.
, провести обоснование безопасности транспортирования и хранения поврежденного топлива, а также обращения с длинномерными ТВС.
В результате РФЯЦ-ВНИИТФ совместно с ОАО «Уралхиммаш» к 2006 году развитый И запатентованный два варианта транспортно-упаковочного контейнера ТУК-84 для загрузки 17- и 35-местных кассет с СЯС АМБ.
Контейнер ТУК-84 имеет длину более 15 метров, диаметр до 1,4 м.
Топливные кассеты загружаются в герметичную металлическую канистру, а она уже помещена в прочный контейнер толщиной более 20 см.
ТУК оснащен системами контроля температуры и давления внутри канистры с топливом.
Один из варианты дизайна для перевозки 35-местных кассет ТВС.
Масса контейнера 86600 кг, пенала 3820 кг и кассеты на 35 мест 9650 кг.
Корпус ТУК-84 изготавливается по специальной технологии раскатки «скрученный сосуд», когда стальные полосы толщиной 5 мм и шириной 1,4 м наматываются и свариваются в цилиндр переменной толщины.
Подобная технология используется для создания сосудов высокого давления в химической промышленности.
В сочетании с переменным сечением это позволяет создать особо прочный кузов при минимальном весе.
В результате ТУК для перевозки длинномерного топлива АМБ имеет массу менее 90 тонн, что позволяет без ограничений перевозить его по железной дороге в специальных вагонах.
Механические испытания ТУК-84 на падение с высоты.
К 2014 году на ОАО «Уралхиммаш» в Екатеринбурге было изготовлено 6 унифицированных ТУК-84, позволяющих перевозить всю номенклатуру канистр с топливом АМБ, хранящихся на БАЭС.
ТУК прошел испытания на все виды аварийных воздействий, включая падение с высоты 9 м на плоскость и с высоты 1 м на штырь.
Контейнеры подходят для перевозки как автомобильным, так и железнодорожным транспортом.
В 2008 году на Тверском вагоностроительном заводе было выпущено шесть контейнеровозов для перевозки ТУКов.
Внешний вид контейнеровозов для перевозки ТУК-84. Его длина более 28 метров.
Источник .
В результате в ноябре 2016 года на ПО «Маяк» прибыл первый опытный вагон-контейнеровоз, доставивший на радиохимический завод кассету с отработавшим топливом реакторов АМБ, которую сняли с транспортно-упаковочного комплекта и поместили в бассейн выдержки ПО «РТ».
-1 растение.
Такие поставки осуществляются на регулярной основе в обычном режиме.
В конце 2019 года завершился первый этап вывоза ОЯТ – его вывезли.
Посмотреть, как осуществляется доставка и выгрузка топлива, можно на этом видео из информационного центра ПО «Маяк».
Переработка ОЯТ на ПО «Маяк» С 1977 года ПО «Маяк» эксплуатирует единственный в России завод по переработке отработавшего топлива РТ-1. Здесь перерабатывается широкий спектр топлива энергетических и исследовательских реакторов, топливо ледоколов и подводного атомного флота.
Однако в силу своей специфичности и малосерийности на РТ-1 никогда не было линии по переработке топлива АМБ.
Однако ряд исследований ранее проведенный , показал принципиальную возможность переработки ОЯТ АМБ по технологии классического процесса ПУРЕКС с растворением топлива в кислотах и выделением ценных компонентов (урана и плутония), но без «привязки» такой работы к технологии установки РТ-1. Проведено позже Исследования показывают что такая переработка возможна на малозагруженной второй линии переработки топлива реактора на быстрых нейтронах на РТ-1. Так что принципиальных сложностей с самой обработкой нет. Однако необходимо создать инфраструктуру и цеха для приема и утилизации отработавшего топлива АМБ.
Для этих задач на ПО «Маяк» проектируется специальное здание режуще-проникающего отделения (СПД) для подготовки к переработке топлива, как уже находящегося на «Маяке», так и топлива в кассетах для его дальнейшей доставки с Белоярского ПО.
Проект отрезно-штрафного отделения (СДП) ФГУП ПО «Маяк».
Источник .
В рамках Федеральной целевой программы НРС-1 (Федеральная целевая программа «Обеспечение ядерной и радиационной безопасности на 2008 год и на период до 2015 года») в 2012 году началось строительство первой очереди комплекса обращения с ОЯТ АМБ.
В рамках этой же программы финансировались работы по созданию ТУК-84 и необходимой инфраструктуры на самом Белоярском АЭС.
В 2015 году завершен первый этап проекта подготовки отделения резки и проплавки ОЯТ, включающий экспериментальный стенд для резки ТВС и реконструкцию бассейна выдержки Б-4, что позволило начать прием топлива на ПО «Маяк» в 2016 году.
Экспериментальный стенд для резки ТВС на ПО «Маяк» В конце 2019 года были разыграны конкурсные процедуры на достройку второго этапа ОРП («объект 630») стоимостью около 2 миллиарда рублей .
Финансирование работ уже осуществляется в рамках Федеральной целевой программы НРС-2 ( Федеральная целевая программа «Обеспечение ядерной и радиационной безопасности на 2016 – 2020 годы и на период до 2030 года» ).
В 2024 году планируется начать переработку топлива реакторов АМБ-100 и АМБ-200. До этого момента уже вывезенное топливо будет храниться на ПО «Маяк», а оставшееся отработанное топливо будет вывезено на 2026-2027 годы.
Стоит отметить, что решение проблемы топлива реактора АМБ — это лишь один из примеров проблем ядерного наследия в виде накопленного топлива.
Помимо него, на многих реакторных установках накопилось пусть и небольшое по количеству, но разное по качеству топливо в результате исследовательских работ, которое ранее не подвергалось переработке - топливо некоторых исследовательских реакторов, экспериментальное топливо реакторов атомных подводных лодок.
Часть этого топлива неисправна.
Кроме того, уже накопилось большое количество топлива от мощных серийных реакторов АЭС - РБМК и ВВЭР-1000. В рамках ликвидации этого ядерного наследия на заводе РТ-1 ПО «Маяк» не только заработала вторая технологическая линия по переработке отработавшего топлива реакторов АМБ, но в 2016 году уже завершили реконструкцию и ввели в эксплуатацию третья технологическая линия.
Он может перерабатывать несколько видов топлива, в том числе топливо, которое ранее нигде не перерабатывалось.
Например, первой операцией на модернизированной линии стала переработка уран-бериллиевого топлива атомных подводных лодок.
Эта линия позволила переработать длинномерное отработавшее ядерное топливо, такое как ВВЭР-1000, которого в России накопилось более шести тысяч тонн.
В результате всех запланированных модернизаций установка РТ-1 на ПО «Маяк» сможет перерабатывать практически всю номенклатуру отечественного ядерного топлива, как уже накопленного, так и вновь вырабатываемого.
Доставка отработавшего ядерного топлива реакторов ВВЭР-1000 из Ростовского АЭС в декабре 2016 года.
Источник .
После запуска участка резки и переработки топлива АМБ на "Маяке" первая очередь Белоярского АЭС может быть окончательно выведена из эксплуатации, демонтирована и освобождена площадка для нового промышленного строительства.
Таким образом, должен быть безопасно завершен жизненный цикл самого первого из российских реакторов переменного тока промышленной мощности.
Использованные источники:
- Проблемы ядерного наследия и пути их решения (том 1), 2012.
- «Вывоз отработавшего топлива реакторов АМБ-100 и АМБ-200 Белоярского АЭС на ФГУП ПО «Маяк».
Анфалова О.
В.
и другие.
Вопросы радиационной безопасности, Номер: 2 (94) Год: 2019
- Дизайн транспортно-упаковочного комплекта ТУК-84. Атомная энергия (Том 100, №6 (2006)), Анфалова О.
В.
и так далее.
- Создание технологий обращения с отработавшим ядерным топливом АМБ Белоярского АО.
Кудрявцев Е.
Г.
Экологическая безопасность №1-2010: Обращение с ОЯТ.
- Организация отработавшего ядерного топлива реакторов АМБ и ВВЭР-440 для обеспечения его совместной радиохимической переработки на ПО «Маяк».
Кудинов А.
С.
Автореферат диссертации, 2015 г.
- Возможности и перспективы переработки ОЯТ на заводе РТ-1. Выступление главного инженера ФГУП ПО «Маяк» Д.
Колупаева на форуме «Атомеко-2017».
-
Солнечная Активность
19 Oct, 24 -
Невероятная Машина Или Мой Лучший Тест
19 Oct, 24 -
Midi-Блютуз-Клавиатура На Esp32
19 Oct, 24 -
Планы На Будущее
19 Oct, 24
