QUẢN LÝ VÀ LƯU GIỮ NHIÊN LIỆU ĐÃ CHÁY
13.1. Vấn đề lưu giữ nhiên liệu đã cháy
Ngày nay trên thế giới có hai hướng quản lý ОЯТ:
tái chế ОЯТ ở các nhà máy hóa phóng xạ để tách urani chưa cháy, các đồng vị plutoni được tạo ra và các sản phẩm phân hạch;
xây dựng các kho lưu giữ lâu dài ОЯТ ở dạng chưa tái chế trong các côngtenơ và các thùng bao đặc biệt.
Quản lý ОЯТ của lò phản ứng WWER-440. Ở Nga, công suất của nhà máy PT tái chế ОЯТ của các lò phản ứng WWER-440 cho phép hoàn toàn đảm bảo tái chếОЯТ của các nhà máy điện hạt nhân sử dụng lò phản ứng WWER-440 có ở trong nước và ở nước ngoài.
Khác biệt căn bản của nhà máy PT so với các nhà máy tương tựở nước ngoài là ở việc bố trí thiết bị của các công đoạn chủ chốt quá trình tái chếОЯТ. Dành cho các công đoạn
đó, các xí nghiệp trong ngành đã nghiên cứu và chế tạo loại thiết bị đặc chủng, khác hẳn vềđộ tin cậy cao và mức dự trữ hoạt động lớn so với thiết bị tương tự của các nhà máy ở
nước ngoài.
Sản phẩm dòng plutoni cuối cùng của nhà máy là plutoni dioxit, được chuyển vào kho lưu giữ và dòng urani – hecxahydrat uranylnitrat có hàm lượng 235U từ 2 đến 2,4 %. Việc làm giàu thêm urani của quá trình tái chế ОЯТ các lò phản ứng WWER-440 là nhờ trộn với urani đã làm giàu cao, nhận được khi tái chế ОЯТ của các tầu ngầm và tàu phá băng nguyên tử, các lò phản ứng БН-350 và БН-600. Sản phẩm được chuyển đến các xí nghiệp
của ngành và được sử dụng để chế tạo nhiên liệu hạt nhân cho các lò РБМК (lò phản ứng công suất lớn dạng kênh).
Quản lý ОЯТ của lò phản ứng WWER-1000. Các BNL của WWER-1000 không thể
tái chế được ở nhà máy PT vì nó khác nhiều so với các BNL của lò phản ứng WWER- 440 về khối lượng và về hàm lượng các vất liệu phân hạch. Đã quyết định xây dựng gần thành phố Krasnoiask nhà máy PT-2 để tái chế ОЯТ các lò phản ứng WWER-1000, ở đó, từ 1985, tổ hợp chôn giữОЯТ của các lò phản ứng WWER-1000 đang hoạt động. Việc xây dựng tổ hợp tái chế PT-2 đã bắt đầu vào giữa năm 1984 và bị tạm dừng vào năm 1989.
Theo thiết kế, sản phẩm cuối cùng của nhà máy là các viên urani dioxit, được chuyển
đến nhà máy chế tạo BNL cho lò phản ứng WWER-1000, và bột plutoni oxit, được sử
dụng để chế tạo nhiên liệu hỗn hợp urani-plutoni cho lò phản ứng WWER-1000.
Ở Nhà máy điện hạt nhân sử dụng WWER-1000 được tính trước các kho lưu giữ trung gian ОЯТ trong các côngtenơ vận chuyển lưu động. Nhiên liệu đã cháy sau khi lưu giữở
các kho cạnh lò trong ba năm, trong thời kỳ dừng lò hàng năm theo kế hoạch sẽ được chuyển vào các côngtenơ vận chuyển lưu động, các côngtenơ này được chuyển đến nhà kho côngtenơ trung gian của Nhà máy điện hạt nhân. Thông thường, mỗi Nhà máy điện hạt nhân sẽ có một số côngtenơ để xếp nhiên liệu được dỡ ra từ một lò phản ứng khi thay
đảo nhiên liệu theo kế hoạch. Hiện nay, đối với ОЯТ của các lò phản ứng WWER-1000, người ta sử dụng các côngtenơ TK-13, xếp được đến 12 BNL đã cháy.
Trước khi đưa vào vận hành nhà máy PT-2, kho chứa của Tổ hợp Hóa-mỏ thực hiện chức năng của kho chứa khu vực và để tích trữОЯТ. Sau khi đưa vào vận hành nhà máy PT-2, nó sẽ thực hiện chức năng của kho đệm.
Theo nhịp độ nhập ОЯТ từ các nhà máy điện hạt nhân bắt đầu từ năm 2010, kho chứa ở
Tổ hợp Hóa-mỏ hầu như sẽ chứa đủОЯТ vào năm 2015 và sẽ tiến hành xử lý hóa-phóng xạОЯТ.
Quản lý ОЯТ của các lò phản ứng РБМК. Kho chứa cạnh nhà máy để lưu giữ ОЯТ
của các lò phản ứng РБМК (XОЯТ-1) sẽ gồm hai phân đoạn. Phân đoạn đầu có nhiệm vụ
lưu giữ các caset chưa bóc tách. Trong phân đoạn sau có buồng bảo vệ để bóc tách các caset ra thành các cụm thanh nhiên liệu (ПТ) riêng và khoang bảo quản các thùng chứa các cụm đó.
Tổng dung lượng các kho chứa cạnh lò và cạnh nhà máy của NMĐHN sử dụng lò phản
kế, thời hạn chứa đầy các kho chứa cạnh nhà máy của các NMĐHN Lenigrad, Kursc, Smolen cũng gần đến nơi.
Theo bảng 13.1, không có NMĐHN nào đủ chỗ bố trí và lưu giữ lâu dài toàn bộ số lượng
ОЯТ trong thời hạn sử dụng, tính cả việc tháo dỡ tổ máy, khi mà tất cả các caset cần đưa ra khỏi tổ máy.
Hiện nay, đối với các NMĐHN sử dụng РБМК-1000, đang nghiên cứu vấn đề về bố trí trong khu vực nhà máy các kho lưu giữ lâu dài XОЯТ-2 kèm theo buồng bảo vệ để bóc tách các BNL thành ПТ và xếp chúng trong các hộp nhiều chỗ. XОЯТ-2 có nhiệm vụ lưu giữ lâu dài (40 năm) tất cả ОЯТ của các tổ máy trong toàn bộ thời hạn vận hành NMĐHN. Việc lưu giữ nhiên liệu được thực hiện trong khối bê tông cốt thép trong các hốc đặc biệt, ởđó đặt những thùng chứa ОЯТ. Sau khi lưu giữ lâu trong XОЯТ-2, dự tính rằng ОЯТ có thểđược chuyển đến nơi chôn giữ trong các thành hệđịa chất.
Tình hình lưu giữ nhiên liệu đã cháy ở các lò phản ứng dạng WWER, БН và АМБ được trình bày trong bảng 13.2. Bảng 13.1. Lưu giữОЯТ cùng các lò phản ứng РБМК NMĐHN sử dụng lò phản ứng РБМК Số lượng tổ máy Số lượng ОЯТ tháo dỡ sau 30 năm vận hành, caset Tổng dung lượng của các kho chứa hiện tại ở NMĐHN, caset Thời hạn đầy kho, năm Lenigrad Smolen Kursc 4 3 5 62 100 47 000 47 200 41 400 453 000 75 500 2000 2010 2003 Bảng 13.2. Số lượng nhiên liệu hạt nhân đã cháy ở các NMĐHN của Nga sử dụng lò
phản ứng dạng WWER, БН và АМБ (số liệu năm 1995)
Tên NMĐHN Khối lượng ОЯТ, tấn Hoạt độ, GCi Novovoronhet
Kalenin
Nhà máy điện hạt nhân Balov Kolsc Beloarsc 204 209 137 277 250 0,16 0,167 0,11 0,22 0,29
Bilibin Tổng cộng 104 1181 0,218 1,165 13.2. Các vấn đề quản lý phế thải phóng xạ
Việc hiện thực hóa quan điểm nhiều tầng bảo vệ môi trường xung quanh khi quản lý PAO lỏng và rắn được dự kiến thực hiện trong một số giai đoạn:
Giai đoạn thứ nhất. Điều hòa các phể thải. Tính toán trước việc thu gom, phân loại và chuyển các phế thải lỏng và rắn thành dạng thuận tiện lưu giữ, vận chuyển và chôn giữ.
Điều hòa các phế thải: lỏng:
điều hòa; cô đặc;
đựng phế thải trong các thùng phuy, côngtenơ hoặc trong các thùng chuyên dụng. rắn:
đốt; ép;
khử phóng xạ; phủ lớp bảo vệ;
bao gói trong các côngtenơ hoặc trong các loại hòm khác.
Giai đoạn thứ hai. Lưu giữ tạm thời phế thải đã được điều hòa. Có thể là do cần thiết giảm độ phóng xạ của phế thải, nhưng nguyên nhân cơ bản (và điều đó đặc trưng cho phần lớn các quốc gia) là không có nơi chôn giữ trong khu vực.
Giai đoạn thứ ba. Vận chuyển. Phần bắt buộc trong sơ đồ quản lý PAO trong điều kiện xây dựng nơi chôn giữ trong khu vực.
Giai đoạn thứ tư. Chôn giữ phế thải phóng xạ. Có nhiệm vụ loại trừ hoàn toàn phế thải khỏi môi trường hoạt động của con người.
Tùy thuộc vào mức phóng xạ và sự có mặt của các nuclit phóng xạ sống lâu hay ngắn mà việc chôn giữ có thể được thực hiện trong nơi chôn giữ trên mặt đất, dưới sâu và trong tầng địa chất sâu. Nơi chôn giữ có thểđược bố trí trong khu vực xí nghiệp (khi có các các
điều kiện địa chất thuận lợi), hoặc ở một nơi được chọn một cách đặc biệt.
Theo luật hiện hành trong lĩnh vực bảo vệ môi trường, các thiết kế cho tất cả các giai
đoạn quản lý PAO nhất thiết phải có các mục vềđánh giá ảnh hưởng của các giải pháp kỹ
rủi ro). Các giải pháp được chấp nhận cần được chọn trên cơ sở so sánh các phương án thay thế.
Quản lý PAO của NMĐHN. Điểm đặc biệt của PAO NMĐHN là sự không cố định thành phần và khối lượng, thậm chí đối với các nhà máy có các tổ máy cùng một dạng.
Điều này cần phải tính đến khi nghiên cứu các công nghệ và thiết bị để xử lý, đóng gói, vận chuyển và chôn giữ phế thải.
Phân tích thực tế hiện tại về PAO của NMĐHN cho thấy, ở tất cả các nhà máy đều sử
dụng quá trình bốc hơi phế thải lỏng trước khi làm sạch phần ngưng trên phin lọc trao đổi ion. Cặn chưng cất được đựng trong các thùng đặc biệt. Ở một số nhà máy sử dụng các thiết bị đóng rắn cặn chưng cất ở dạng muối nóng chảy và hợp chất bitum. Chủ yếu là, PAO rắn được chứa trong các khoang bê tông mà không xử lý và không bao gói. Ở một số Nhà máy điện hạt nhân sử dụng các thiết bị đốt các PAO rắn cháy được. Việc nghiên cứu chế tạo các côngtenơ bảo vệ dùng một lần bằng các vật liệu compozit trên cơ sở bê tông để bao gói và lưu giữ PAO trong khu vực Nhà máy điện hạt nhân, để vận chuyển và chôn giữ trong các nơi chôn giữ vùng, cũng như việc nghiên cứu chế tạo các côngtenơ
vận chuyển quay vòng đang nằm trong giai đoạn nghiên cứu và hoàn thiện. Đối với một loạt các nhà máy điện hạt nhân đang thiết kế các thiết bị đóng cứng các cặn chưng cất,
đốt và ép các phế thải rắn, vốn dự tính đóng gói các phế thải tái chế trong các thùng phuy kim loại và các côngtenơ bê tông. Để lưu giữ các thùng đóng gói chứa phế thải người ta
đang thiết kế các kho chứa đặc biệt, được bố trí trong khu vực nhà máy .
Trong lĩnh vực chôn giữ các phế thải đã được điều hòa người ta tiến hành các nghiên cứu kinh tế-kỹ thuật về tính hợp lý và hiệu quả kinh tế của việc xây dựng các nơi chôn giữ
khu vực cho PAO của Nhà máy điện hạt nhân. Các kết cấu của nơi chôn giữ dạng trên mặt đất hoặc dưới đất, có tính đến các điểm đặc biệt về khả năng bố trí chúng, đang được nghiên cứu.