Более безопасное хранение отработавшего ядерного топлива

Когда топливные стержни в ядерном реакторе «израсходованы» или больше не пригодны для использования, их извлекают из активной зоны реактора и заменяют свежими топливными стержнями. Отработавшие топливные стержни по-прежнему высокорадиоактивны и продолжают выделять значительное количество тепла в течение десятилетий. Тепловыделяющие сборки, состоящие из десятков и сотен топливных стержней каждая, перемещаются в бассейны с водой для охлаждения.Они хранятся на стеллажах в бассейне, погруженные на глубину более двадцати футов, и вода постоянно циркулирует, чтобы отводить тепло от стержней и поддерживать их безопасную температуру.

Поскольку в Соединенных Штатах не существует постоянного хранилища отработавшего топлива, владельцы реакторов хранят отработавшее топливо на площадках реакторов. Поскольку количество отработавшего топлива увеличилось, Комиссия по ядерному регулированию разрешила многим владельцам электростанций увеличить количество в своих бассейнах хранения в пять раз по сравнению с тем, на которое они были рассчитаны. В результате практически все бассейны с отработавшим топливом в США были «переустановлены» для хранения сборок с отработавшим топливом с плотностью, близкой к плотности в активной зоне реактора. Чтобы предотвратить критическое состояние отработавшего топлива, отработавшие тепловыделяющие сборки помещают в металлические ящики, стенки которых содержат бор, поглощающий нейтроны.

Особенность

Более безопасное хранение ядерных отходов

Ядерные отходы накапливаются, и они не хранятся так безопасно, как могли бы быть.

Каковы риски и уязвимости?

Если в результате неисправности, стихийного бедствия или теракта вода из бассейна вытечет или система охлаждения перестанет работать, стержни начнут нагревать оставшуюся в бассейне воду, в результате чего она закипит и испарится. Если вытекающую или выкипающую воду нельзя восполнить достаточно быстро, уровень воды упадет, обнажив топливные стержни.

Как только топливо будет открыто, оно может стать достаточно горячим, чтобы вызвать разрыв металлической оболочки, покрывающей урановое топливо, и воспламенение, что, в свою очередь, может еще больше нагреть топливо до тех пор, пока оно не будет повреждено. Такое событие может привести к выбросу в окружающую среду большого количества радиоактивных веществ, таких как цезий-137. Это может начаться с недавно выгруженного отработавшего топлива, которое горячее топлива, находившегося в бассейне в течение более длительного времени.Типичный бассейн с отработавшим топливом в Соединенных Штатах содержит несколько сотен тонн топлива, поэтому, если бы огонь распространялся от более горячего топлива к более холодному, радиоактивный выброс мог бы быть очень большим.

Бассейны выдержки в кипящих реакторах располагаются только в пределах вторичной защитной оболочки реактора — здания реактора, а не в пределах более прочной первичной защитной оболочки, предназначенной для предотвращения выхода радиации, выбрасываемой из корпуса реактора во время аварийного события, в окружение. Таким образом, любое излучение, высвобождаемое из бассейна с отработавшим топливом, с большей вероятностью достигнет внешней среды, чем излучение, высвобождаемое из активной зоны реактора. Более того, из-за того, что бассейн выдержки находится за пределами первичной защитной оболочки, он более уязвим, чем активная зона реактора, для некоторых террористических атак, таких как преднамеренные авиакатастрофы.

Продолжающееся добавление отработавшего топлива в эти бассейны усугубляет эту проблему, увеличивая количество радиоактивного материала, который может быть выброшен в окружающую среду. Большой радиационный выброс из бассейна с отработавшим топливом может привести к выбросу большего количества цезия-137, чем Чернобыльская катастрофа, что приведет к тысячам смертей от рака и сотням миллиардов долларов затрат на дезактивацию и экономическому ущербу.

Преимущества сухого хранения в бочках

Риски, связанные с отработавшим топливом в бассейнах хранения, можно снизить, если часть его переместить в сухие контейнеры. Типичные сухие контейнеры изготавливаются из стали и бетона, а бетон обеспечивает радиационную защиту, и хранятся на реакторах США на открытом воздухе на бетонных площадках. Чтобы стать достаточно прохладным, чтобы его можно было поместить в сухие контейнеры, которые в настоящее время лицензированы и используются в Соединенных Штатах, отработавшее топливо должно сначала провести пять лет в бассейне с отработавшим топливом. К тому времени он достаточно остынет, чтобы дальнейшее охлаждение могло быть достигнуто за счет естественной конвекции — воздушного потока, движимого остаточным теплом самого отработавшего топлива.

Перемещая топливо из бассейнов отработавшего топлива в сухие контейнеры, заводы могут снизить риск отработавшего топлива несколькими способами:

1. С меньшим количеством отработавшего топлива, остающегося в бассейнах, у рабочих будет больше времени, чтобы справиться с потерей охлаждения или потерей воды из бассейна, потому что количество тепла, выделяемого отработавшим топливом, меньше. При меньшем нагреве вода нагревается и испаряется дольше.
2. Если в бассейне меньше топлива, его можно распределить больше, что облегчает охлаждение топлива водой или даже воздухом, если бассейн быстро осушается после аварии.
3. Поскольку в бассейне меньше топлива, если рабочие не смогут предотвратить аварию, количество радиоактивного материала, выброшенного из бассейна, будет намного меньше, чем в противном случае.

После терактов 11 сентября NRC ввел новые требования к владельцам реакторов, чтобы снизить риски авиационных атак как на реакторы, так и на бассейны с отработавшим топливом. В частности, требовалось, чтобы более горячее отработанное топливо было рассредоточено по всему бассейну, а не концентрировалось в одном месте. Также потребовалась разработка стратегии обеспечения резервного водоснабжения бассейнов на случай авианалета. Однако этих мер недостаточно для обеспечения безопасности бассейнов при широком диапазоне сценариев аварий и атак.

Сочетание снижения вероятности события и уменьшения последствий события значительно снижает риск аварии с отработавшим топливом. В отличие от бассейнов с отработавшим топливом, сухие контейнеры не подвержены потере охлаждающей жидкости, поскольку их охлаждение является пассивным.

Хотя сухие бочки по-прежнему уязвимы для угроз безопасности, эти риски снижаются. В отличие от большого количества топлива в одном бассейне выдержки, каждый сухой контейнер вмещает только от 10 до 15 тонн отработавшего топлива, или лишь несколько процентов типичного бассейна выдержки. Таким образом, потребуются нарушения безопасности во многих сухих контейнерах, чтобы получить масштаб радиологического выброса, который может возникнуть в результате нарушения безопасности в одном бассейне с отработавшим топливом.Точно так же террористам пришлось бы вскрывать множество сухих контейнеров, чтобы высвободить столько радиоактивности, сколько может высвободить один бассейн с отработавшим топливом. Таким образом, нападение на зону хранения сухих контейнеров в большинстве случаев приведет к гораздо меньшему выбросу радиоактивности, чем нападение на бассейн хранения.

Рекомендации UCS

• Все отработавшее топливо должно быть переведено из влажного хранилища в сухое в течение пяти лет после выгрузки из активной зоны реактора. Этого можно добиться с помощью существующих технологий.
• NRC следует обновить существующие правила, чтобы требовать, чтобы места хранения сухих контейнеров были более защищены от террористических атак.