?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry | Next Entry

МОКС и Ремикс

Замыкание ядерного топливного цикла - сложная технология, состоящая из многих процессов, которую непросто охватить во всем многообразии.

Одной из не очевидных сложностей является наличие в мире 400 гигаватт ядерной энергетики, не очень-то приспособленной к ЗЯТЦ, но зато задающей верхнюю планку себестоимости атомной энергии. При попытке прикрутить к существующим технологиям ЗЯТЦ сразу раздаются возмущенные вопросы финансистов, которым не нравится итоговый результат по затратам. Но есть один довольно интересный обходной путь, который избрала эта технология - это уменьшение количества и злобности отработанного ядерного топлива путем его переработки, как мы помним - это одна из трех важнейших ног ЗЯТЦ.

Сегодня я хочу рассказать о плюсах и минусах работающей прямо сегодня технологии замыкания и о проблемах и перспективах ее развития.

В прошлый раз для иллюстрации про ЗЯТЦ я утащил фото испанской Enusa с таблетками, в этот - их же твэлы.

Для начала несколько фактов из жизни современных реакторов с водой под давлением - рабочих лошадок атомной энергетики. В ходе работы в такой реактор мощностью в 1 гигаватт электрический приходится загружать каждый год примерно 20 тонн тепловыделяющих сборок, в которых только 0,9 тонны представляют собой топливо - уран 235. За год (на самом деле не за год, но для простоты мы будем считать так) из этих 900 килограмм образуется много тепла, ~850 килограмм продуктов деления (высокорадиоактивных отходов) а из имеющегося тут же U238 - 350 килограмм плутония. В свою очередь из 350 килограмм плутония, который почти такое же топливо 150-180 сгорает в ходе той де кампании, а 170-200 кг остается.


Работа с плутонием в перчаточных ящиках на МОКС-производстве в английском Sellafields

В итоге облученное в реакторе ядерное топливо (ОЯТ) представляет собой нечто парадоксальное: смертельную опасность снаружи и старый добрый профит где-то внутри. Для того, что бы понять что с этим можно сделать, надо еще раз посмотреть на составляющие ОЯТ, которые выкидывают современные реакторы.


  • Продукты деления, 850 кг, которые в идеале надо бы отделить от остальных 20 тонн, на порядок уменьшив объем хранения

  • Уран в количестве примерно 70% от всей массы, представляющий собой что-то вроде природного урана - 235 изотопа слегка больше (0,9-1%), но больше содержание изотопа 232 (злобно радиотоксичный) и 236 (нейтронный яд, заставляет класть больше 235

  • Плутоний, которого в ОЯТ 0,8-1% Ядерное топливо, но к сожалению, прошедший современный PWR такой плутоний нашпигован на 40% старшими изотопами (Pu240, Pu241, Pu242) из которых четные - не ядерное топливо, а нейтронные яды, а 241 быстро распадается в Америций241, который что? Правильно - минорный актиноид

  • Минорные актиноиды, общим содержанием в районе 0,2-0,3% Сюда относят Нептуний, Америций и Кюрий. Это все нестабильные изотопы, весьма радиотоксичные, являющиеся скорее нейтронными ядами (кроме нептуния) в ВВЭР/PWR, но и портящие малину с захоронением ПД своими длинными периодами полураспада (сотни и тысячи лет)

  • Металлические детали тепловыделяющих сборок - из нержавейки и циркония, которые проще всего захоронить вместе с ПД.

Итак, представьте себе, что наш завод по переработки ОЯТ все это дело разделил, ПД и металл отправил вглубь Земли, минорные актиноиды отложил на будущее (благо их мало) и теперь нам надо придумать, как попробовать отбить зверские расходы этого завода с имеющимся у нас на руках ураном и плутонием.


Иммобилизированные в алюмофосфатном стекле высокорадиоактивные продукты переработки ОЯТ в нержавеющих контейнерах.

Собственно, простых варианта два: МОКС и Ремикс.

МОКС - это когда весь плутоний из ОЯТ складывается в отдельную бочку, туда же досыпается обедненный уран до микса 6-8% плутония и 92-94% обедненного урана. Из полученной смеси формируются таблетки и затем новые ТВС. В Европе 70% ОЯТ перерабатывается и превращается в МОКС-кассеты, которые загружаются в те же европейские реакторы.

Ремикс - это когда в уран-плутониевую смесь из ОЯТ досыпается обогащенный уран (20-40%) до смеси состава примерно 4% U235, 1-2% плутония и ~95% остальных изотопов урана, в основном естественно 238.

Второй вариант чуть более полно использует остаточный топливный потенциал ОЯТ, но логичен лишь тогда, когда у вас есть много урана высокого обогащения (например - оружейного) или большие центрифужные обогатительные мощности. Например - в России или в меньшей степени - во Франции.



Планируемый завод (цветастенький справа) по переработке ОЯТ ВВЭР/РБМК в ГХК, Железногорск и 4 модуля хранения ОЯТ на 35000 тонн.

Теперь, когда мы разобрались, что такое современный МОКС и Ремикс, посмотрим на плюсы и минусы.

  • К плюсам можно отнести примерно четырехкратное сокращение обьемов радиоактивных отходов и очень значительное сокращение сроков, которые эти отходы будут оставаться опасными - со 100 тысяч лет до нескольких сот (особенно если с МА удасться разобраться)

  • Есть статистически заметная экономия природного урана - для МОКС это примерно 12,5%, для Ремикс - в районе 22%

  • С другой стороны, в отличии от взрослого ЗЯТЦ за второй проход через реактор МОКС/Ремикс кассеты набирают уже такое количество нежелательных изотопов, что превращаются в малополезную бяку. В ЗЯТЦ с быстрыми бридерами теоретически можно 50-70% исходного природного урана превратить в тепло и свет, а в таком варианте - 1-1,5% (но это лучше, чем 0,7% открытого цикла).

  • Цена переработки-производства МОКС/Ремикс зашкаливает - если одна ТВС из природного урана стоит сегодня 0,7-1 миллион долларов, то МОКС - 2,5-3,5 миллиона. Кроме адски непрятной радиохимии сложностей (= цены) добавляет то, что кассеты свежего топлива становятся более радиоактивными, чем кассеты с урановым топливом.


Скандальный строящийся американский завод MFFF по производству МОКС-топлива из оружейного плутония по французской технологии.


Наконец, в перспективе существующий недоЗЯТЦ (еще раз напомню, что в Европе заметная часть атомной энергетики работает именно по такому циклу) имеет интересное развитие через введение быстрых бридеров. БН-1200 можно кормить МОКС-кассетами с плутонием извлеченным из ОЯТ ВВЭР (т.е. некачественным), при этом чудесным образом мы будем получать обратно плутония больше и качественного - с небольшим содержанием четных изотопов. В свою очередь этот плутоний из БН можно загружать в ВВЭР. Правда, ни при каком разумном соотношении ВВЭР и БН от потребности в природном уране отказаться не получится, но это уже явный шаг к дальнейшему замыканию.

Именно такую, двухкомпонентную ядерную энергетику рассматривают, как перспективную в России. И лет 30 назад рассматривали во Франции, что наводит на мысль, что пытаться сегодня оценивать перспективы реализации замыкания топливного цикла неблагоразумно.

Comments

( 93 comments — Leave a comment )
readercom
Apr. 16th, 2016 09:21 pm (UTC)
Чисто спросить. Я никто.

> К плюсам можно отнести примерно четырехкратное сокращение обьемов радиоактивных отходов и очень значительное сокращение сроков, которые эти отходы будут оставаться опасными - со 100 тысяч лет до нескольких сот (особенно если с МА удасться разобраться)

То бишь там реакция тоже будет идти?
readercom
Apr. 16th, 2016 09:30 pm (UTC)
Не обращайте внимание.

> мы будем получать обратно плутония больше и качественного - с небольшим содержанием четных изотопов.

Читаю как музыку. Напишу в палату про вечный двигатель.
(no subject) - probawxy - Apr. 17th, 2016 04:38 am (UTC) - Expand
(no subject) - Андрей Гаврилов - Apr. 17th, 2016 06:25 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Apr. 17th, 2016 06:52 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Apr. 16th, 2016 10:07 pm (UTC) - Expand
(no subject) - porter333 - Apr. 17th, 2016 10:31 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Apr. 17th, 2016 11:00 am (UTC) - Expand
(no subject) - kincajou - Apr. 17th, 2016 12:16 am (UTC) - Expand
zoghozzerofive
Apr. 16th, 2016 09:39 pm (UTC)
Помнитца американское министерство энергетики разражалось анонсами лютого улучшения центрифужной технологии (якобы за счет композитных деталей, увеличения размеров и угловой скорости) не знаю чем сердце успокоилось, но теоретически отделение изотопных овец от козлищ должно слегка удешевляться. По каковой причине РХЗ вроде бы как стать дешевле и доступнее. Или там собственно разделение не самая затратная часть?
tnenergy
Apr. 16th, 2016 10:07 pm (UTC)
Это был проект "Американская центрифуга", и он почил в бозе из-за наличия стай отечественных центрифуг и ВОУ-НОУ.

Но к теме переработки ОЯТ и ЗЯТЦ это имеет отдаленное отношение, и совсем никакого к дешевизне РХЗ.
egh0st
Apr. 16th, 2016 09:57 pm (UTC)
в ходе той де кампании

примерно 4% U235, 1-2% плутония и ~95% остальных изотопов плутония, в основном естественно 238.
tnenergy
Apr. 16th, 2016 10:04 pm (UTC)
Опечатка, 238 урана, конечно.
readercom
Apr. 16th, 2016 10:09 pm (UTC)
Обалдеть. В дальнейшем всерьез буду тихо млеть и гордиться вами, умники.
probawxy
Apr. 17th, 2016 04:46 am (UTC)
А может быть мы не правы? Может положительный выхлоп всего написанного - локализация, утилизация и захоронение дурного интереса и восторга безграмотных профанов в одном сосредоточенном месте?

Кстати, известный популяризатор и певец замкнутого цикла Анпилогов наконец понял, что так дальше нельзя и закончил свою книгу в минорных тонах о дальнейших энергетических перспективах, о чём недавно и написал в своём ЖЖ.
(no subject) - tnenergy - Apr. 17th, 2016 08:17 am (UTC) - Expand
(no subject) - wi1d_wind - Apr. 17th, 2016 09:27 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Иванов Иван - Apr. 22nd, 2016 09:46 am (UTC) - Expand
ardelfi
Apr. 16th, 2016 11:30 pm (UTC)
1. Очевидно что возможность переработки создаёт возможность гармонизации цикла для уменьшения появления в нём вредных изотопов.
2. С финансированием похоже актуальны высокотворческие подходы, а в целом думаю всё может закончиться известной формой лизинга: продажей энергии. Сегодня так продаётся газ -- есть тариф, и покупателя не волнует сколько стоит добыча, перекачка и прочее. Так проще и выгоднее всем, при условии что контракт длительный и выполняется. Для АЭС это наверно вековой контракт, и поэтому обычный мозг финансиста не может его понять -- это за пределами финансового горизонта.
3. Неприятная радиохимия -- это PUREX с кучей грязи на выходе. Но уже ведь придумали (ре)фабрикатор для БРЕСТа -- интересно очень интересно было бы узнать как там "пиро" устроено. Может и топливо нынешних реакторов можно так разбирать?
tnenergy
Apr. 17th, 2016 07:09 am (UTC)
>С финансированием похоже актуальны высокотворческие подходы, а в целом думаю всё может закончиться известной формой лизинга: продажей энергии.

Ну очевидно, что других применений, нужных сразу всему человечеству у этого нет. Хотя плутоний в будущем может стать торгуемым... Пока это невозможно.

>Но уже ведь придумали (ре)фабрикатор для БРЕСТа -- интересно очень интересно было бы узнать как там "пиро" устроено.

"Пиро" там устроено, как растворение оболочек в цинке и электролиз массы нитридов в виде раствора в расплавленном кадмии. Но это все еще НИРится и будет готово в лучшем случае через несколько лет. При этом современный PUREX с предварительным отделением ГПД/ЛПД и рециркуляцией воды предлагается к строительству на ОДЦ и его параметры будут - никаких ЖРО при стоимости переработки 600$/килограмм тяжелых металлов ОЯТ.
(no subject) - ardelfi - Apr. 17th, 2016 07:49 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Apr. 17th, 2016 08:13 am (UTC) - Expand
(no subject) - ardelfi - Apr. 17th, 2016 08:48 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Apr. 17th, 2016 08:54 am (UTC) - Expand
(no subject) - ardelfi - Apr. 17th, 2016 08:58 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Apr. 17th, 2016 09:36 am (UTC) - Expand
(no subject) - ardelfi - Apr. 17th, 2016 09:56 am (UTC) - Expand
(no subject) - bkl - Apr. 17th, 2016 10:14 am (UTC) - Expand
(no subject) - ardelfi - Apr. 17th, 2016 10:33 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Apr. 17th, 2016 07:32 pm (UTC) - Expand
(no subject) - mik - Apr. 17th, 2016 02:18 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Apr. 17th, 2016 02:46 pm (UTC) - Expand
(no subject) - mik - Apr. 17th, 2016 02:51 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Apr. 17th, 2016 03:08 pm (UTC) - Expand
(no subject) - mik - Apr. 17th, 2016 05:19 pm (UTC) - Expand
(no subject) - mik - Apr. 17th, 2016 05:24 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Apr. 17th, 2016 07:24 pm (UTC) - Expand
(no subject) - mik - Apr. 17th, 2016 07:27 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Apr. 17th, 2016 07:30 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Mad Max - May. 2nd, 2016 03:42 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - May. 2nd, 2016 04:27 pm (UTC) - Expand
(no subject) - ptrdenis - May. 2nd, 2016 10:23 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Mad Max - May. 4th, 2016 02:44 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - May. 4th, 2016 04:37 pm (UTC) - Expand
(no subject) - mik - Apr. 19th, 2016 06:33 pm (UTC) - Expand
alexbreeze
Apr. 17th, 2016 02:58 am (UTC)
не совсем понял последний абзац-"что пытаться сегодня оценивать перспективы реализации замыкания топливного цикла неблагоразумно". Это что значит -ЗЯТС недостижим в ближайшее время?
probawxy
Apr. 17th, 2016 04:39 am (UTC)
О, хоть один догадался!
(no subject) - Андрей Гаврилов - Apr. 17th, 2016 04:44 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Apr. 17th, 2016 07:12 am (UTC) - Expand
probawxy
Apr. 17th, 2016 04:33 am (UTC)
"Итак, представьте себе, что наш завод по переработки ОЯТ все это дело разделил" -

- Ну-ка, ну-ка с этого места поподробнее: как это можно разделить "плутоний нашпигованный на 40% старшими изотопами (Pu240, Pu241, Pu242)" - это тянет не то что на нобелевку, а на вечную благодарность ото всего человечества.
Андрей Гаврилов
Apr. 17th, 2016 04:47 am (UTC)
разделил на перечисленные пункты - ПД, уран, плутоний, МА, металлоконструкции. Вам жжение пониже поясницы видимо мешает адекватно текст понимать. Ледку и холодку господину, спи@#$вшему чужое лицо на аватарку!

Edited at 2016-04-17 04:48 am (UTC)
niko1aeva
Apr. 17th, 2016 05:00 am (UTC)
Вопрос дилетанта: а в чем собственно заключается "вредность" старших изотопов плутония? Раскройте в паре фраз термины "нейтронный яд" и "злобно радиоактивный компонент".
И второй вопрос - почему нельзя Pu238 отделять от старших изотопов точно теми же центрифугами, что и при обогащении природного урана?
tnenergy
Apr. 17th, 2016 06:57 am (UTC)
>Раскройте в паре фраз термины "нейтронный яд" и "злобно радиоактивный компонент".

Нейтронный яд - это вещество с большим сечением захвата нейтронов, которое снижает реактивность реактора и заставляет добавлять в него больше делящихся материалов для компенсации этого.

Злобно радиоактивными обычно у меня являются те вещества, при обращении с которыми нужны особые меры безопасности - гамма защита (т.е. метр бетона) или хотя бы герметично отделенное пространство (перчаточные ящики) со своей спецвентиляцией и нормами ядерной/радиационной безопасности.

Обогащенный урановый продукт, из которого изготавливают таблетки ядерного топлива такими характеристиками не обладает, поэтому я перечислил минусы по сравнению с так сказать исходным уровнем.
(no subject) - niko1aeva - Apr. 17th, 2016 09:39 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Apr. 17th, 2016 09:55 am (UTC) - Expand
(no subject) - niko1aeva - Apr. 17th, 2016 09:44 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Apr. 17th, 2016 09:57 am (UTC) - Expand
(no subject) - iggosh - Oct. 3rd, 2016 07:39 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Oct. 3rd, 2016 08:21 pm (UTC) - Expand
freedom_of_sea
Apr. 17th, 2016 06:27 am (UTC)
проблема ваша в том что вы используете в энергетике только управляемые изотопы, которые подвергаются вынужденному распаду. Сразу нейтронные яды.

Нужно просто свалить в кучу и греть пар. Когда перестало греть - сваливать в зоны сабдукции
tnenergy
Apr. 17th, 2016 06:59 am (UTC)
Я как-то пытался оценить энергетику на продуктах деления http://tnenergy.livejournal.com/23315.html
Что-то не очень выходит. Еще предложения?
(no subject) - freedom_of_sea - Apr. 17th, 2016 07:34 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Apr. 17th, 2016 08:15 am (UTC) - Expand
(no subject) - freedom_of_sea - Apr. 17th, 2016 08:19 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Apr. 17th, 2016 08:28 am (UTC) - Expand
(no subject) - freedom_of_sea - Apr. 17th, 2016 05:50 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Apr. 17th, 2016 07:22 pm (UTC) - Expand
(no subject) - freedom_of_sea - Apr. 17th, 2016 07:46 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Apr. 17th, 2016 08:36 pm (UTC) - Expand
(no subject) - freedom_of_sea - Apr. 21st, 2016 07:17 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Apr. 17th, 2016 08:37 pm (UTC) - Expand
(no subject) - freedom_of_sea - Apr. 21st, 2016 07:16 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Apr. 21st, 2016 08:26 am (UTC) - Expand
siron_nsk
Apr. 17th, 2016 06:33 am (UTC)
Офигеть, это мы десятки килограмм массы переводим в энергию по той самой формуле E=MC^2, я думал там граммы от силы, не звезда всё же)
tnenergy
Apr. 17th, 2016 07:04 am (UTC)
Гигаватник "худеет" в год на килограмм за счет E=mc^2. Все в месте - килограмм 400 в энергию превращают.
(no subject) - b_my - Apr. 19th, 2016 10:49 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Mad Max - May. 2nd, 2016 03:54 pm (UTC) - Expand
(no subject) - siron_nsk - May. 2nd, 2016 06:11 pm (UTC) - Expand
(Deleted comment)
(no subject) - tnenergy - Jun. 9th, 2016 06:14 pm (UTC) - Expand
(Deleted comment)
(no subject) - tnenergy - Jun. 9th, 2016 06:40 pm (UTC) - Expand
(Deleted comment)
(no subject) - tnenergy - Jun. 9th, 2016 06:55 pm (UTC) - Expand
(Deleted comment)
(no subject) - tnenergy - Jun. 9th, 2016 07:33 pm (UTC) - Expand
(Deleted comment)
zelanton
Apr. 17th, 2016 08:57 am (UTC)
>>>>Скандальный строящийся американский завод MFFF по производству МОКС-топлива из оружейного плутония по французской технологии.

А что за скандал?
tnenergy
Apr. 17th, 2016 09:40 am (UTC)
MFFF строится по соглашению об уничтожении оружейного плутония (СОУП) США-Россия путем переработки в топливо. Но он оказался в итоге запредельно дорогим (вместо 1 миллиарда долларов - 8), поэтому американцы тормознули его строительства, чем нарушают выполнение СОУП. Отсюда скандалы. Подробности - http://www.atominfo.ru/news5/e0040.htm

С нашей стороны уничтожением плутония должны были заниматься реакторы БН-800 и БН-600, и почти все готово к этому процессу.

zelanton
Apr. 17th, 2016 09:01 am (UTC)
И расскажите как там дела с плотным топливом для БН-800?
tnenergy
Apr. 17th, 2016 09:42 am (UTC)
Для БН-800 не планировалось плотного топлива, только МОКС. По программе нитридного топлива недавно писал http://tnenergy.livejournal.com/50809.html и http://tnenergy.livejournal.com/51052.html
Mad Max
May. 2nd, 2016 03:24 pm (UTC)
" БН-1200 можно кормить МОКС-кассетами с плутонием извлеченным из ОЯТ ВВЭР (т.е. некачественным), при этом чудесным образом мы будем получать обратно плутония больше и качественного - с небольшим содержанием четных изотопов."

А это за счет чего происходит?
В жестком спектре (на быстрых нейтронах) четные ("некачественные") изотопы плутония дожигаются (делятся при захвате быстрых нейтронов?) быстрее чем образуются новые их порции из "хорошего" (239го) плутония? В отличии от тепловых, где наоборот - чем дольше топливо работало, тем выше доля нечетных.
tnenergy
May. 2nd, 2016 04:18 pm (UTC)
>В жестком спектре (на быстрых нейтронах) четные ("некачественные") изотопы плутония дожигаются (делятся при захвате быстрых нейтронов?) быстрее чем образуются новые их порции из "хорошего" (239го) плутония?

Да, именно так. С ростом средней энергии нейтронов сечение захвата линейно падает для всех изотопов плутония, а сечение деления "появляется" для четных изотопов.



( 93 comments — Leave a comment )

Profile

tnenergy
Ядерная энергия

Latest Month

February 2018
S M T W T F S
    123
45678910
11121314151617
18192021222324
25262728   
Powered by LiveJournal.com