Gospodarka wypalonym paliwem jądrowym analiza opcji dla energetyki jądrowej w Polsce Stefan Chwaszczewski
Program energetyki jądrowej w Polsce: Zainstalowana moc: 6 000 MWe; Współczynnik wykorzystania 90%; Reaktory III lub III+ generacji: Okres eksploatacji 60 lat; Sprawność 34% Wytworzona energia elektryczna: 2820 TWh
Wypalone paliwo: Reaktory PWR wypalenie 60 GWdni/TU 6000 thm; Reaktory BWR wypalenie 50 GWdni/tU 7000 thm
Niezwykle mała efektywność wykorzystania jądrowych surowców energetycznych: Obecnie, dla wytworzenia 1 TWh energii elektrycznej wydobywa się ze środowiska około 20 ton uranu nat. Jest to oczywiście bardzo mało w porównaniu do węgla kam. (200 000 ton) węgla brunatnego (1 mln ton). Ale do wytwarzania energii z tych 20 ton wykorzystuje się około 130 kg!!!! Reszta jest odpadem produkcyjnym (uran zubożony) lub odpadem promieniotwórczym (wypalone paliwo); A uranu w środowisku jest tylko około 0,2%. Dlatego celem opracowania nowych cyklów paliwowych jest: 1. zwiększenie efektywności wykorzystania jądrowych surowców energetycznych oraz 2.minimalizacja ilości i radiotoksyczności odpadów promieniotwórczych
Analizowane trzy opcje postępowania z wypalonym paliwem: 1. Składowanie bez przerobu: 2. Przerób w.p., wykorzystanie MOX: 3. Recykling z wykorzystaniem reaktora wypalającego na neutronach prędkich (FBR) współpracującego z instalacją elektrometalurgicznej technologii przerobu wypalonego paliwa.
Pożyteczne informacje: Rocznie, z elektrowni jądrowych wyładowane jest ponad 11 000 ton HM wypalonego paliwa; Światowy potencjał przerobu wypalonego paliwa: 3 800 t HM; Program Polskiej Energetyki Jądrowej maksymalnie -110 thm wypalonego paliwa rocznie; Możliwe miejsca przerobu: La Hague (Francja) i Sellafield (Anglia) transport : drogą morską; Recykling: Federacja Rosyjska wykorzystanie reaktora BN-600, BOR-60 i sepracja pyroprocesing Instytut Reaktorów Atomowych w Dymitrowgradzie; Recykling USA -Projekt Centrum Recyklingu z reaktorem PRISM na bazie wyników prac w ANL firma GE HITACHI: propozycja budowy w Anglii w celu spalenia ponad 100 ton plutonu militarnego.
Opcje gospodarki wypalonym paliwem: Kanada składowanie; Finlandia składowanie; Francja przerób z MOX Niemcy obecnie składowanie; Japonia przerób z MOX (przed awarią w Fukushimie); Rosja składowanie, przerób, recykling; Korea płd. brak decyzji, na razie przechowywanie; Szwecja składowanie; Anglia przerób z MOX, przyszłość brak decyzji; USA składowanie (?)
Radiotoksyczność R(Sv): R( Sv) F ( Sv / Bq) A ( Bq) i i i Fi -obciążająca skuteczna dawka promieniowania przy wchłonięciu/spożyciu izotopu i o aktywności 1 Bq.
dn dt i n N n n i k N k k i N i i N i j i j
Bilans aktynowców w opcji składowania bez przerobu przy wytworzeniu 1 TWh energii elektrycznej Okres izolacji od środowiska: Aktynowce ok. 130 000 lat; Pr. rozszczepienia 450 lat. Warto zapamiętać: Wystarczy zmniejszyć o trzy rzędy wielkość radiotoksyczności aktynowców aby zrównać ją z rudą uranową.
Bilans aktynowców w opcji przerobu wypalonego paliwa i wykorzystania paliwa MOX przy wytworzeniu 1 TWh energii elektrycznej
Redukcja zawartości izotopów Np, Pu, Am i Cm w reaktorze PWR z wykorzystaniem paliwa U-MOX i Th-MOX na 1 TWh en. el.
Bilans aktynowców w dwóch opcjach postępowania z wypalonym paliwem w programie energetyki jądrowej w Polsce: 1. Składowanie bez przerobu; 2. przerób i wykorzystanie paliwa MOX Porównanie radiotoksyczności aktynowców: Składowanie 1,84 E9 Sv Przerób 6,69 E8 Sv
Redukcja zawartości izotopów Np, Pu, Am i Cm w reaktorze wypalającym na neutronach prędkich (FBR) z porcji wypalonego paliwa reaktora PWR, w którym wytworzono 1 TWh energii elektrycznej Cm245 Cm244 Am243 Th-MOX FBR U-MOX FBR PWR Am241 Izotop Pu242 Pu241 Pu240 Pu239 Pu238 Np237 1 10 100 1 000 10 000 100 000 Zawartość, gram
Wnioski: Trudno będzie przekonać społeczeństwo o możliwości izolacji wypalonego paliwa przez ponad 100 000 lat. Prawdopodobnie energetyka jądrowa zrezygnuje z opcji składowania wypalonego paliwa bez jego przerobu; Opcja przerobu wypalonego paliwa i wykorzystania MOX nie oferuje znaczącej redukcji radiotoksyczności oraz okresu niezbędnej izolacji odpadów i wypalonego paliwa od środowiska. Jest kosztowna i logistycznie skomplikowana (transport);
Wnioski, cd. Wykorzystanie reaktorów na neutronach prędkich wypalających radiotoksyczne izotopy w wykorzystanym paliwie jądrowym razem z instalacją recyklingu wydaje się obiecującym kierunkiem działania dla radykalnej redukcji okresu niezbędnej izolacji odpadów promieniotwórczych powstałych z przerobu wypalonego paliwa; Zastosowanie matrycy torowej w procesie recyklingu znacząco zwiększy jego efektywność;
Wnioski, cd. Prace nad technologią recyklingu są prowadzone przez GE Hitachi z ANL (reaktor PRISM) oraz w Federacji Rosyjskiej. Wykorzystany do tego celu jest reaktor BN- 600 i BOR-60. Prawdopodobnie w okresie 40 lat po wyładowaniu wypalonego paliwa z pierwszego bloku EJ w Polsce (niezbędny okres chłodzenia przed składowaniem) technologia ta zostanie wdrożona i wykorzystane paliwo jądrowe będzie mogło być poddane recyklingowi.
Kierunki dalszy prac: Opracowanie programu dla określania radiotoksyczności produktów przerobu/recyklingu wypalonego paliwa w czasie; Adaptacja lub opracowanie programu obliczeń fizycznych typowego reaktora na neutronach prędkich; Opracowanie symulatora elektro-chemicznej instalacji separacji pierwiastków wypalonego paliwa jądrowego.
Dziękuję za uwagę