Transport materiałów radioaktywnych Thermal photograph of nuclear transport - Nov 5, 2010

Transkrypt

1 Transport materiałów radioaktywnych Thermal photograph of nuclear transport - Nov 5, 2010 Thermography photos showing in 'red' heat emitting from nuclear transport containers in the railway station at Valognes, France. The nuclear waste leaving France is bound for storage in Gorleben, Germany.

2 Dla porównania: Materiał radioaktywny (kryterium dla celów transportu): radioaktywność większa od 0,002 mikrokiura / gram (74 Bq / g ; 74 kbq / kg) Radioaktywność [Bq]

3 Ok. 20 mln transportów materiałów nuklearnych rocznie (transport drogowy, kolejowy, morski) Ok. 95% transportów związane jest z materiałami radioaktywnymi pochodzącymi spoza cyklu paliwowego (z zastosowań w medycynie, przemyśl, nauce) Od 1971 roku odbyło się ok transportów wypalonego paliwa i HLW ( ton)

4 Większość przesyłek nuklearnych odbywa się pomiędzy różnymi etapami cyklu paliwowego, jednak zdarza się też transport pomiędzy fabrykami o podobnym profilu. (np. transport między fabrykami konwersji uranu we Francji) Transport materiałów nuklearnych łączy kolejne etapy cyklu paliwowego

5 Podział cyklu paliwowego na część kopalnia-elektrownia (front end) oraz elektrownia-składowisko (back end)

6 Materiał filmowy: world nuclear transport institute promotional video (5 min 42 s) Generalnie materiały nuklearne pochodzące z I części cyklu (front end - od wydobycia do produkcji energii w elektrowni) są w małym stopniu zabezpieczane podczas transportu gdyż cechują się niską radioaktywnością. Stosowane pojemniki do transportu mają za zadanie raczej wyeliminować ryzyko skażenia chemicznego. To ryzyko jest największe w przypadku UF6. W związku z tym pojemniki na HEX (UF6) są poddawane dodatkowym testom (podwyższonego ciśnienia (>1.4 MPa) oraz temperatury (800 o C przez 30 min)).

7 Transport jest integralną częścią cyklu paliwowego. Na świecie funkcjonuje ok. 430 elektrowni jądrowych w 32 krajach. Kopalnie uranu zlokalizowane są jedynie w kilku regionach. Ponadto, w ciągu ponad 40 lat funkcjonowania energetyki jądrowej rozwinęły się inne zakłady nuklearne specjalizujące się w różnych usługach - reprocesing, MOX, witryfikacja, itp. Większość uranu, przechodzącego przez cykl paliwowy jest kilkukrotnie transportowana. Transport odbywa się przy udziale wyspecjalizowanych firm i wyspecjalizowanego sprzętu. W zdecydowanej większości transportuje się materiały w fazie stałej. Rodzaje transportów materiałów radioaktywnych

8 1. Transport rudy uranowej z kopalni do zakładów przerobu uranu. 2. Transport Yellowcake z zakładów przerobu uranu do zakładów konwersji. 3. Transport UF6 z zakładów konwersji do zakładów wzbogacania. 4. Transport UF6 z zakładów wzbogacania do zakładów produkcji paliwa jądrowego. 5. Transport paliwa do elektrowni jądrowych. 6. Transport zużytego paliwa z elektrowni do miejsc składowania (po tymczasowym składowaniu w basenach) 7. Transport wypalonego paliwa do składowisk docelowych (w planach w przypadku HLW) 8. Transport wypalonego paliwa do zakładów reprocesingu. 9. Transport odzyskanego uranu (RepU) do zakładów wzbogacania. 10. Transport odzyskanego plutonu oraz plutonu z zasobów militarnych do zakładów produkcji paliwa MOX 11. Transport produktów rozczepienia (zwitryfikowanych) do miejsc składowania. 12. Transport odpadów radioaktywnych ze wszystkich zakładów jądrowych do miejsc składowania (radioaktywny osad z sadzawek ewaporacyjnych, hałdy pouranowe, odpady z fabryk konwersji, zubożony uran, zużyte części reaktora, itd.) (objaśnienia do tabeli) Transport materiałów nuklearnych odbywa się drogą lądową (drogową i koleją), morską (statki INF), sporadycznie drogą lotniczą.

9 Klasy radioaktywnych materiałów

10 Pojemniki do transportu materiałów radioaktywnych Typ A: zaprojektowane tak aby wytrzymać wypadki o mniejszej skali. Służą do transportu LLW i innych nisko radioaktywnych materiałów, np. U 3 O 8. (radioizotopy dla medycyny, materiały wykorzystywane w cyklu paliwowym). Typ B: pojemniki na ILW oraz HLW. Odporne na urazy mechaniczne. Zawierają osłony zabezpieczające przed promieniowaniem gamma i neutronowym. (koszt jednego pojemnika ok. 1.6 mln US$). (radioizotopy dla medycyny, SNF, zwitryfikowane HLW). Typ C: zaprojektowane na małe ilości wysoko radioaktywnych materiałów zawierających pluton. Transport lotniczy. Bardziej wytrzymałe niż typ B. Dotychczas nie zostały zastosowane. Pojemniki zawierające materiały radioaktywne muszą zachować szczelność w różnych warunkach, które mogą nastąpić wskutek potencjalnego wypadku. Kontenery są odporne na: pożar, udar mechaniczny, zatonięcie, wysokie ciśnienie, wysoką oraz niską temperaturę. Osłony radiacyjne Transport świeżego paliwa, prętów paliwowych nie wymaga stosowania osłon radiologicznych, HLW wymagają wbudowanych osłon. Aby wyeliminować ryzyko związane z ewentualnym przeładunkiem kontenery najczęściej pełnią dwie funkcje - nadają się zarówno do transportu jak i składowania (storage).

11

12 Przykłady pojemników typu A

13 Radioactive material packing for shipping (type B) - film

14 Transport materiałów rozczepialnych Przykład pojemnika typu B

15 Oprócz pojemników typu A, B i C wyróżnia się: Excepted packages (zastrzeżone przesyłki): zawierają tak mało radioaktywnych substancji, że zagrożenie jest nieistotne; nie podlegają żadnym testom wytrzymałości (np. paczka pocztowa zawierająca radiofarmaceutyki). Industrial packages (przesyłki przemysłowe): zawierają bardzo niskoradioaktywne odpady, np. szpitalne oraz substancje skażone powierzchniowo radioaktywnością - np. części układu chłodzenia reaktora. Pojemniki zawierające materiały rozczepialne (wzbogacony uran, pluton) muszą zapewniać NIE przekroczenie masy krytycznej, dzięki: 1) odpowiedniemu rozmieszczeniu substancji wewnątrz pojemnika, 2) odpowiedniemu rozmieszczeniu pojemników względem siebie. Dopuszczalny poziom radioaktywności w sąsiedztwie pojemnika na radioaktywne odpady Radioaktywność na zewnątrz pojemnika nie powinna przekraczać: 1000 mrem / godz (na powierzchni pojemnika), 200 mrem / godz (na powierzchni samochodu), 10 mrem / godz (w oddaleniu 2 metrów od samochodu) 2 mrem / godz (w kabinie kierowcy)

16 Na powierzchni pojemnika 1000 mrem / godz = 10 msv / godz Na powierzchni ciężarówki 200 mrem / godz = 2 msv / godz Dawka śmiertelna ~ msv / godz Dawka dopuszczalna roczna = 50 msv 280 msv / rok (RAMSAR) 140 godzin - dawka roczna z Ramsar 2 metry od ciężarówki 10 mrem / godz = 0,1 msv / godz = 100 mikrosv / godz do 130 mikrosv / godz - Guarapari (Brazylia) Kabina kierowcy 2 mrem / godz = 0,02 msv / godz = 20 mikrosv / godz średnia dawka roczna = 2,4 msv

17 Testy wytrzymałości Swobodny spadek Uderzenie punktowe Test ogniowy Test zanurzeniowy Dodatkowe testy dla pojemników typu B: - spadek z wysokości 9 m / test zderzeniowy dynamiczny - uderzenie punktowe - test termiczny (800 o C przez 30 min) - test zanurzeniowy (15 metrów przez 8 godz.)

18 Wypalone paliwo, MOX oraz HLW zwitryfikowane są w postaci stałej, są nierozpuszczalne i pozostają w stałej postaci nawet po ewentualnym wypadku. Wypalone paliwo oraz MOX występują w postaci ceramicznych pastylek. MOX jest słabiej radioaktywny w porównaniu z SNF. Pojemniki są poddawane testom: - dwa testy uderzeniowe: upadek z wysokości 9 m na twardą powierzchnię. - test pożarowy: w ogniu o temp 800 o C przez 30 min. - test zanurzeniowy: pod wodą (głębok m, przez 1-8 godz) Materiał filmowy: rocket powered train impact test (ok. 2 min) Nuclear Flask Endurance Testing in USA (2 min 30 s) Transport of nuclear materials has been carried out safely and routinely for over 45 years. During this period there has never been a transport incident that has caused significant radiological damage to people or the environment. Wystąpił jeden wypadek z udziałem pojemnika typu B, który uległ rozszczelnieniu.

19 Cylindry na wypalone paliwo (typ B)

20 Cylinder na wypalone paliwo jądrowe

21 Wypalone paliwo jest transportowane do miejsc INTERIM Storage lub do zakładów reprocesingu Transport odbywa się w cylindrach typu B - stalowych lub stalowo-ołowianych, puste cylindry ważą ok. 110 ton, mieszczą w sobie ok. 6 ton wypalonego paliwa.

22 Pojemnik na zwytrifikowane odpady Po kilkuletnim składowaniu wytwarzanie ciepła w takich pojemnikach jest rzędu 1,5 kw lub mniej Osłony przed promieniowaniem: - neutronowym, - gamma, oraz radiator termiczny + elementy antywstrząsowe Cylinder Typ B zbudowany jest m.in. z 25 cm nierdzewnej stali. Cylinder zawiera 28 pojemników stalowych z zeszklonymi HLW.

23 Zwitryfikowane odpady są pakowane do cylindrów typu B. Zazwyczaj 28 kanistrów ze szkłem jest pakowanych do cylindrów typu B. W latach odbyło się 12 transportów morskich zwitryfikowanych HLW z Francji do Japonii, składających się z 1310 pojemników zawierających 700 ton szkła. INF - Irradiated Nuclear Fuel Specjalnie zaprojektowane statki transportują wysoko radioaktywne materiały takie jak: HLW, MOX i pluton. Statki należą do floty PNTL - Pacific Nuclear Transport Ltd. Flota PNTL zrealizowała 170 transportów przez 30 lat, trasy o łącznej długości ok. 8 mln km bez wypadku. Klasa INF 1 - transport materiałów o radioaktywności mniejszej niż TBq Klasa INF 2 - transport materiałów o radioaktywności mniejszej niż TBq Klasa INF 3 - transport materiałów o dowolnym stopniu radioaktywności

24 Systemy zabezpieczeń statków klasy INF3 wzmocnienia na wypadek kolizji; grodzie kolizyjne; dziobowe stery strumieniowe; awaryjne generatory; wzmocnione pokrywy luków; podwójne systemy nawigacji; podwójne radary; podwójne stery i śruby napędowe; niezależne silniki oraz przekładnie, systemy chłodzenia i wentylacji (temp w lukach < 50 o C) Dawka pochłonięta załogi nie przekracza 0,08 msv / rok

25 Systemy zabezpieczeń floty INF 3 (c.d.): 1) ciągły monitoring pozycji statku, 2) ciągły monitoring sonaru, 3) ciągły monitoring radiacji, 4) ciągły monitoring przez grupę specjalistów z lądu (ekipa międzynarodowa). Pacific Egret

26 Ryzyko związane z zatonięciem statku klasy INF3 Materiał filmowy: INS Pacific Heron 1 min 50 s

27 Pluton transportuje się w porcjach po kilka kilogramów maksymalnie. Transport drogowy składa się z kilku/kilkunastu pojemników wchodzących do jednego kontenera mieszczącego maksymalnie 200 kg plutonu. Statkiem można jednorazowo przewieźć kilka takich kontenerów. Pluton zawiera ok. 30% Pu-240 dlatego nadaje się jedynie do wykorzystania w elektrowni jądrowej. Pluton transportuje się również w formie MOX

28 Transport materiałów nuklearnych na trasie Japonia - Europa Transport wypalonego paliwa z Japonii do Europy Transport paliwa MOX z Europy do Japonii Transport zwitryfikowanych HLW z Europy do Japonii Transport MOX do Japonii w 1999 został zawrócony do UK w związku z podejrzeniem sfałszowania dokumentów potwierdzających jakość produktu

29 Obecnie transporty Japonia - Europa są coraz rzadsze ponieważ Japonia wybudowała składowisko INTERIM (50 lat) w Rokkasho. Buduje także zakłady reprocesingu oraz produkujące paliwo MOX. Trasy Europa - Japonia Przez kanał Panamski (ok. 25% transportów), wokół Przylądka Horn, wokół Przylądka Dobrej Nadziei, informacja jest upubliczniona, każdy transport trwa od 6 do 8 tygodni. Statki nie zatrzymują się w portach pośrednich.

30 Potencjalne trasy dojazdu do składowiska Yucca Mountains

31 Potencjalne zagrożenia związane z transportem HLW do Yucca

32 Zabezpieczenie transportowanego materiału polega na: - ograniczaniu ilości radioaktywnych materiałów w kontenerach, - zapobieganiu osiągnięcia krytycznego stanu, - kontroli radioaktywności na zewnątrz kontenera, - kontroli ilości wydzielanego ciepła.

33 Transport yellowcake oraz UF 6 bez osłon radiologicznych. Większe jest zagrożenie chemiczne niż związane z promieniowaniem. Testy - pojemnik na UF6 - test ciśnienia 1,4 MPa, - swobodny spadek, - test termiczny. Transport UF 6

34 Zabezpieczenia przed stanem krytycznym w transportowanym paliwie: - odpowiednie upakowanie prętów paliwowych w kontenerach - ograniczenie liczby prętów transportowanych w kontenerze - ograniczenie liczby kontenerów w transporcie

35 LLW są transportowane bez osłon radiologicznych w cylindrach stalowych, zazwyczaj podlegają kompakcji przez transportem do miejsca składowania. Większość LLW transportowane jest w granicach kraju, w których jest wytwarzana. Transport ILW wymaga ekranów radiologicznych. ILW są transportowane do Interim Storage, miejsc ostatecznej depozycji (w planach, np. w Szwecji, Finlandii) lub zakładów utylizacji odpadów.

36 Koncentrat rudy uranowej

37 Hex 48 cylinder

38 Monitoring poziomu promieniowania

39 Front end transport - Francja

40 Transport drogowy wypalonego paliwa - Japonia back - end transport

41 Przeładunek - Japonia

42 Cylinder na wypalone paliwo

43 Transport morski HLW

44 Transport kolejowy wypalonego paliwa - UK

45 W okresie ostatnich 50 lat nie zdarzył się wypadek, podczas transportu, który doprowadziłby do skażenia radioaktywnego środowiska lub zagrożenia zdrowia człowieka. Zagrożenia związane z transportem materiałów nuklearnych Koncentrat rudy uranowej (Yellowcake): niska radioaktywność, małe ryzyko związane z toksycznością proszku w przypadku inhalacji. 200 litrowe cylindry pakowane do kontenerów. Bez osłon radioaktywności. Sześciofluorek uranu: niska radioaktywność, zagrożenie chemiczne związane z tym, że UF6 produkuje toksyczne związki w kontakcie z wilgotnym powietrzem. Transportowany w pojemnikach pełniących jednocześnie rolę przechowalników. Dwutlenek uranu (wzbogacony): niska radioaktywność, zagrożenie związane z niekontrolowaną reakcją jądrową. Pręty paliwowe: analogicznie, najczęściej transport na ciężarówkach, 4-5 ciężarówek wystarczy do zaspokojenia pracy elektrowni 1000 MW przez rok. Bez osłon radiologicznych. Wypalone paliwo oraz HLW: wysoko radioaktywne, wymagane stosowanie osłon, małe niebezpieczeństwo dyspersji lub rozpuszczenia (odpady zwitryfikowane). MOX: niska radioaktywność (ale większa niż świeżego paliwa uranowego), zagrożenie w przypadku osiągnięcia stanu krytycznego, chemiczne zagrożenie małe (ceramiczna struktura). Pluton: zagrożenie chemiczne, zagrożenie stanem krytycznym, mniejsze ryzyko radiologiczne.

46 Transport LLW (low level waste) i ILW (intermediate level waste) LLW - transport w stalowych cylindrach po sprasowaniu. Większość LLW transportowane jest w granicach kraju, w którym jest wytwarzana. ILW - odpady z elektrowni i zakładów reprocesingu. Przewożone są do INTERIM storage (tymczasowych składowisk) lub do docelowych składowisk (np. w Szwecji) lub do zakładów przetwarzania odpadów. Wypalone paliwo jądrowe wymaga chłodzenia, przed transportem musi być chłodzone na miejscu co najmniej przez 5 miesięcy. Transportowane jest do miejsca składowania lub do fabryki reprocesingu. Transport w pojemnikach typu B (o masie ok. 110 ton). W każdym pojemniku mieści się ok. 6 ton SNF. Wiele pojemników zawierających materiały radioaktywne wzięło udział w wypadkach: pojemniki excepted i industrial : 90% tych pojemników uległo rozszczelnieniu. Pojemniki typu A: 1% uległo zniszczeniu w tym 39% z tego 1% uległo rozszczelnieniu. Pojemniki typu B: kilka brało udział w wypadkach, z tego jest 1 udokumentowany przypadek zniszczenia takiego pojemnika (zawierał przemysłowe izotopy radioaktywne)