Дмитрий Горчаков. Немного атома и радио (nucl0id) wrote,
Дмитрий Горчаков. Немного атома и радио
nucl0id

Categories:

Как ядерное топливо путешествует по городам России

Недавно ко мне обратились журналисты из Тюмени с просьбой прокомментировать фотографии обнаруженных у них в городе вагонов для перевозки отработавшего ядерного топлива. Я коротко рассказал им, а затем более развернуто в своей колонке для e1.ru о том что такое это ОЯТ (не путать с ОГФУ или урановыми хвостами, о которых я много о и подробно рассказывал ранее!), откуда и куда его перевозят у нас в стране, как оно может оказаться в центре крупных городов и насколько это может быть опасно. Пусть это не тянет на подробную статью, которые я обычно публикую, но как небольшой поверхностный обзор тоже может быть полезно.


Фото вагонов с ОЯТ на станции Тюмень. Фото: Тюмень до нашей эры / Vk.cm


Давайте начнем с основ. Атомные станции используют уран в качестве топлива. Но в каком виде он там используется и как туда попадает? Уран добывают, затем обогащают по нужному изотопу - урану-235. Затем приводят в нужную химическую форму – форму диоксида урана.
Затем порошок диоксида урана спекают в керамические таблетки примерно по 4,5 грамма. Таблетки собирают в тепловыделяющие элементы – твэлы. Твэлы собирают в тепловыделяющие сборки ТВС, или топливные кассеты. И уже эти кассеты загружают в реактор. Всего их в типичном реакторе ВВЭР-1000 163 штуки ТВС.

Периодически реактор останавливают и заменяют часть топлива на свежее. Либо по старой схеме - раз в год меняют 20%, либо по новой - раз в полтора года меняют треть. Так что каждая такая кассета работает в реакторе в среднем около 4,5 - 5 лет. Таким образом, в год из реактора выгружают около 15-20 тонн топлива. И для их перевозки нужно как раз примерно те самые 4 вагона, которые обнаружили в Тюмени.

За время работы в реакторе, в топливе сгорает небольшая часть урана, всего несколько процентов. Ну, сгорает не в прямом смысле, это просто такой термин, по аналогии с обычными электростанциями на органическом топливе. Раньше даже атомный реактор по аналогии называли котлом. В реальности часть урана просто распадается в результате цепной реакции деления, и из него образуется так называемые осколки деления – новые более легкие элементы. В основном радиоактивные.

В результате других реакций, в топливе появляется часть новых тяжелых атомов, так называемых минорных актинидов – америция, нептуния, кюрия. Все эти новые элементы ухудшают свойства топлива и их можно отнести к радиоактивным отходам. Хотя при желании их тоже можно выделить и использовать.

Другая же часть топлива, а это более 90% его массы – это оставшийся уран, в основном изотоп 238, который не участвовал в ядерных реакциях. И еще появляется новый элемент плутоний. Эти уран и плутоний при желании и наличии возможностей можно снова использовать в качестве топлива. Получается, как в истории про бочку меда (топливо) и ложку дегтя (отходы).
При этом эта ложка дегтя, т.е. отходы, существенно меняет свойства топлива, делая его очень радиотоксичным.

Если свежее ядерное топливо можно брать в руки и стоять рядом с ним без какой-либо серьезной защиты кроме халата и перчаток (сам так его трогал на заводе в Новосибирске), то отработанное топливо из-за накопленных в нем гамма-излучателей создает такую мощность излучения, что человек рядом с ним получит смертельную дозу за несколько минут. Но к счастью к нему нельзя просто так подойти. Все операции с ОЯТ проводят дистанционно, внутри бассейнов с водой, которая защищает от излучения.


Осмотр свежего ядерного топлива. Источник.

Но что же делать с отработанным топливом? Есть два глобальных стратегических подхода, и разные страны где есть атомная энергетика, придерживаются либо того, либо другого. Где-то считают, что с ОЯТ ничего не надо делать, не надо мараться, надо просто его захоранивать в том виде в каком его достают из реакторов, целиком.

Где-то, например, в России, Франции, Великобритании, Японии, считают, что в этой бочке можно отделить деготь от меда. У этих стран есть технологии, которые позволяют перерабатывать отработанное топливо. Эта переработка позволяет выделять ценные компоненты и повторно их использовать, а значит экономить природные ресурсы. Она же позволяет сокращать в сотни раз объем отходов, идущих на захоронение. Ведь теперь отход - это не вся бочка меда, а лишь та самая ложка дегтя. При этом срок жизни этих отходов можно сократить в тысячи раз, до сотен лет, если загрузить их в специальные ядерные реакторы.

Так вот, в России, как и в некоторых других странах, есть заводы по переработке отработанного топлива. Исторически это делают на ПО Маяк в Озерске, в Челябинской области. Просто процесс очень похож на процесс получения плутония для ядерного оружия, для чего комбинат и был построен в советское время. Но на Маяке перерабатывают далеко не все топливо АЭС. Основные его объемы с самых распространённых реакторов до сих пор в России не перерабатывались, а накапливались.

Сейчас в Росатоме реализуется концепция, согласно которой топливо с атомных станций свозят в централизованное хранилище на Горно-химическом комбинате в городе Железногорск Красноярского края. Этот комбинат, как и Маяк, был создан еще во времена советского атомного проекта в одном из десяти закрытых атомных городов, построенных в свое время для создания атомного оружия.

Ок, мы поняли куда везут, но откуда?
Судя по картинкам из Тюмени, на фото вагоны и контейнеры для перевозки топлива реакторов ВВЭР-1000. Это самый распространенный тип реактора для АЭС в России и постсоветского пространства. Да и в мире подобные водо-водяные реакторы – самые распространенные. В России ВВЭР-1000 работают на 4 из 11 АЭС. Они работают на Балаковской, Калининской, Нововоронежской и Ростовской атомных станциях.

Теперь понятно как контейнеры оказались в Тюмени – по пути с атомных станций на западе России в пункты хранения и будущей переработки на Востоке, в Сибири. Просто у нас одна железнодорожная магистраль через всю страну – Транссиб. По ней они через Тюмень и мой родной Екатеринбург и ездят.

Опасны ли такие перевозки?
Не смотря на то что само отработанное топливо очень радиоактивно, для его перевозки принимают соответствующие меры безопасности. Во-первых, после выгрузки топлива из реактора оно еще несколько лет хранится на станции в специальном бассейне выдержки. Там за счет распада короткоживущих изотопов его активность существенно снижается. Например за первый год она падает в сто раз. А значит снижается и фон от этого топлива и его тепловыделение. Да, даже спустя годы после выгрузки из реактора топливо продолжает греться.

После такой выдержки ОЯТ уже можно отправлять в хранилище или на переработку. Для перевозки такого опасного груза разработаны специальные защитные транспортно-упаковочные комплекты (ТУК) из специальных вагонов и контейнеров. Это не просто металлический бак, это сложная, многослойная, композитная конструкция с датчиками контроля, общей массой более 100 тонн. В ТУК-13 для перевозки топлива ВВЭР-1000 помещается до 12 ТВС или до 6 тонн топлива. И рядом с таким контейнером можно уже спокойно стоять, не рискуя получить опасную дозу. Он блокирует и гамма и нейтронное излучение.


Вагон-транспортер и контейнер ТУК-13 для перевозки топлива реактора ВВЭР-1000. Фото – портал фцп-ярб2030.рф

Но дело не только в защите от радиации. Такие контейнеры рассчитаны, что даже при аварии они не потеряют герметичности, а значит наружу опасные вещества не попадут. Контейнеры конструируют и испытывают так, чтобы они выдерживали падение на бетонную площадку, столкновения с препятствиями, пожары и погружения в воду.

Так что перевозка таких грузов по Транссибу не представляет угрозы. Украсть 100 тонный контейнер непросто, вскрыть без специального оборудования и условий тоже не получится, пускать под откос и даже взрывать бесполезно, он на это рассчитан.

Закончить я хочу двумя выводами. Плохим и хорошим.

Начну с хорошего. Я напомню цифру в 20 тонн топлива, которые ежегодно нужны АЭС для работы. Этого достаточно, чтобы целый год обеспечивать электричеством и частично теплом целый город-миллионник типа Екатеринбурга. Для угольной станции такой же мощности понадобится не 20, а несколько миллионов тонн топлива. Часть его при сжигании в буквальном смысле вылетит в трубу и осядет в наши легких, а затем еще и добавит СО2 в атмосфере со всеми вытекающими последствиями для глобального изменения климата. И эти миллионы тонн надо возить, по той же железной дороге, через те же города… Так что уж лучше наверно возить раз в год 4 вагона с ядерным топливом – это безопаснее.

А плохой вывод заключается в том, что, не смотря за все меры безопасности по перевозке радиоактивных материалов и ядерного топлива, риски аварий на транспорте остаются. Но связаны они в большей степени с другими вещами. В России в год перевозят до 800 миллионов тонн опасных грузов – взрывчатых, горючих и токсичные вещества. И мягко говоря, далеко не все из них перевозятся в таких прочных контейнерах как радиоактивные материалы. Поэтому надо повышать безопасность всех транспортировок, строить объездные пути для товарных поездов вокруг крупных городов, да и вообще вкладываться в инфраструктуру, а еще в науку, технологии, образование и другие важные общественные институты. Тогда люди будут меньше бояться разных страшилок, в том числе ядерных, и всем нам будет житься легче и комфортнее.

Видеобонус.
На эту тему я записал видеоролик для своего youtube-канала, где чуть больше наглядных материалов. Смотрите, подписывайтесь, ставьте лайки, тогда я наверно буду делать больше таких роликов и статей:


Ссылки на использованные источники и материалы для самостоятельного изучения:
1. Развитие кластера по обращению с ОЯТ на ФГУП «ГХК»
2. ТРАНСПОРТИРОВКА РАДИОАКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ. Доклад Беллоны
3. Отработавшее ядерное топливо тепловых реакторов
4. Обзор проблем обращения с радиоактивными отходами. Саров.
5. КОНТЕЙНЕРЫ ДЛЯ ОТРАБОТАВШЕГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА. Сосны.
6. Возможности ОАО «Атомэнергомаш» в области обращения с ОЯТ и РАО Москва Октябрь 2013 года VII Международный Форум «АтомЭко 2013»
7. Программа развития контейнерных технологий обращения с ОТВС российских АЭС, как инструмент унификации решений по длительному хранению ОЯТ Т.Ф. Макарчук М.Ю. Афонютин АО ФЦЯРБ. АТОМЭКСПО-2015 01-03 июня 2015г.
8. Конструкции упаковочных комплектов и контейнеров для перевозки ОЯТ.
9. Радиоактивные компоненты АЭС: обращение, переработка, локализация



Tags: e1, Екб, атом, экология, это интересно
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 74 comments