Ядерно-топливный цикл

Ядерно-топливный цикл

Ядерно-топливным циклом (ЯТЦ) называется целенаправленная совокупность производств и технологий, охватывающих всю последовательность обращения ядерного топлива — от добычи руды до операций с ОЯТ.

Термин «топливный цикл» указывает на тот факт, что ОЯТ после прохождения специальной переработки может (хотя и необязательно должно) использоваться повторно.

Стадии ЯТЦ

В упрощенном понимании ЯТЦ можно разделить на три стадии. Начальная охватывает производственные операции от добычи урановой руды до поставки ТВС на площадку АЭС. Далее следует стадия использования топлива в реакторе для выработки электроэнергии. Заключительная стадия предполагает отправку облученного топлива в специальное хранилище или на завод по переработке ОЯТ.

Вариантов ЯТЦ, в принципе, может быть очень много — в зависимости от типа (или типов) реакторов, используемого ядерного топлива, технологических связей, характера и значимости внутренних и внешних материальных и энергетических потоков и т. д. В некоторой аналогии планирование структуры ЯТЦ напоминает игру в конструктор «Лего» — комбинируя положение определённых элементов схемы, можно добиться её конфигурации с заданными функциональными свойствами.

Типы ЯТЦ

Тип ЯТЦ, в общем, определяется подходом к обращению с ОЯТ. В простейшем варианте ЯТЦ дальнейшее использование ОЯТ после его удаления из реактора вообще не предусматривается, оно отправляется на долгосрочное хранение, а в перспективе — на окончательное («вечное») захоронение. Такой простейший тип ЯТЦ называется «открытым», или «разомкнутым» (циклом, как таковым, он и не является).

Дальнейшего полезного использования ОЯТ в нём не предусматривается, отработавшие ТВС рассматриваются в рамках этой концепции лишь как радиоактивные отходы. В современной мировой атомной энергетике открытый ЯТЦ является преобладающим. Он принят в США, Финляндии, Швеции и ряде других стран. Его преимуществами является относительная простота и дешевизна, недостатками — очень низкий уровень использования природного энергетического сырья и нерешённость проблемы невозвратного долговременного хранения либо окончательного захоронения значительных объёмов ОЯТ.

Но ОЯТ можно переработать — этот элемент структуры ЯТЦ в открытом цикле отсутствует. Физический смысл такой переработки всегда одинаков — разделение извлечённого после выдержки в хранилище ОЯТ на несколько фракций. Основными из них являются топливный уран (со значительным выгоранием по урану-235, который и обеспечил ранее полученную на АЭС энергию), образовавшийся из урана-238 при облучении топлива плутоний (по массе — около 20% изначально содержащегося в топливе урана-235), высокорадиоактивные продукты деления и облучённые конструкционные материалы (около 40% начальной массы ТВС). Продукты деления и конструкционные материалы во всех типах ЯТЦ рассматриваются, в общем, как радиоактивные отходы — в дальнейшем они должны отправляться на захоронение (хотя некоторые перспективные ЯТЦ и предусматривают некоторые дальнейшие технологические процедуры с этими фракциями).

Однако физический объём РАО, по сравнению с открытым циклом, при наличии переработки ОЯТ многократно уменьшается, а технологии хранения и захоронения существенно упрощаются. А вот дальнейшее обращение с так называемой «фракцией тяжёлых металлов» (уран и плутоний) зависит от выбора содержания и обеспечивающих технологий следующих за радиохимией стадий ЯТЦ. Однако в этом случае они рассматриваются не как РАО, а в качестве вновь получаемых энергетических материалов — происходит «замыкание» ЯТЦ по топливу. Поэтому, независимо от конкретного типа такого ЯТЦ, они объединяются термином «замкнутый топливный цикл». Каждый «оборот» топлива в такой замкнутой цепочке принято называть рециклом, а вновь используемый урановый компонент — регенерированным ураном.

Следует, однако, учитывать, что в настоящее время в мировой ядерной энергетике темпы наработки ОЯТ как по техническим, так и по экономическим причинам значительно превосходят мощности по его радиохимической переработке — из 30 стран, где эксплуатируются энергоблоки АЭС, только 4 (Англия, Франция, Россия, Индия) имеют промышленные радиохимические предприятия. Поэтому большая часть ОЯТ после выгрузки из реактора и выдержки в пристанционном хранилище направляется на длительное (десятки лет и более) хранение с учётом возможности последующей переработки. Такой подход к организации ЯТЦ называется «отложенным решением». Он принят, в частности, и в России.

Разумеется, структура ЯТЦ может быть гораздо более сложной и разветвлённой — с включением и иных типов ядерно-технических установок и технологических процессов, что может преследовать весьма разнообразные конечные приоритеты. Однако принципиальный выбор открытого либо замкнутого, в том или ином виде, типа ЯТЦ (что определяется концепцией обращения с ОЯТ) имеет место в любом случае. 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить