. . .
Pada tahun 1964, anak sulung dari dua arah energi nuklir damai mulai bekerja di Uni Soviet. Pada bulan September, reaktor air bertekanan pertama VVER-210 diluncurkan di PLTN Novovoronezh. Namun setengah tahun sebelumnya, pada bulan April 1964, reaktor grafit air AMB-100 dioperasikan di PLTN Beloyarsk. Jadi, pembangkit listrik tenaga nuklir damai pertama dengan kapasitas industri di Uni Soviet adalah PLTN Beloyarsk dengan reaktor AMB-100 (Atom Peaceful Large) dengan kapasitas 100 MW. Reaktor ini tidak lagi memproduksi plutonium untuk senjata, dan stasiunnya sendiri tidak berada di wilayah pabrik senjata. Namun demikian, desain reaktornya mirip dengan pendahulunya yang damai (AM) dan semi-militer (EI dan ADE) - ini adalah reaktor saluran air grafit dengan elemen bahan bakar tubular. Unit kedua, dua kali lebih kuat, dengan reaktor AMB-200 dioperasikan pada bulan Desember 1967.Mereka bekerja selama 17 dan 21 tahun dan dihentikan masing-masing pada tahun 1984 dan 1989.
Tentang pembangunan dan penataan PLTN Beloyarsk pada tahun 1960-an, Anda dapat menonton film dokumenter ini - PLTN Beloyarsk dinamai I. Di Kurchatova, 1965
Dalam banyak hal, pekerjaan reaktor ini bersifat penelitian, data yang diperoleh dari operasinya berfungsi sebagai dasar untuk pembuatan puluhan kali lebih kuat reaktor RBMK, yang membentuk dasar tenaga nuklir Soviet pada 1970-an-1980-an.
Di reaktor AMB, untuk pertama kalinya dalam skala industri, skema superheating uap nuklir diuji untuk meningkatkan efisiensi (tercapai nilai 37%). Namun, pengoperasian unit daya AMB disertai dengan sejumlah besar penyimpangan dan malfungsi. Ada juga kecelakaan.
Jadi, pada 25 Mei 1976, di unit kedua, setelah mencapai daya, setelah perlindungan darurat dipicu, beberapa puluh unit bahan bakar (FA) rusak. Kecelakaan ini adalah salah satu yang paling parah dalam hal konsekuensi dan pekerjaan restorasi berlangsung sekitar 9 bulan.
PLTN Beloyarsk saat ini tetap istimewa, inovatif dan eksperimental - menggunakan solusi yang baru di industri. Sekarang satu-satunya unit tenaga industri di dunia dengan reaktor cepat BN-600 dan BN-800 beroperasi di sini.
Reaktor cepat industri terkuat yang beroperasi di dunia adalah BN-800. Foto oleh penulis.
Tahap pertama PLTN dengan unit AMB berada dalam mode konservasi jangka panjang. Unit daya telah benar-benar mati selama lebih dari 30 tahun, tetapi menurut standar internasional, unit tersebut tidak dapat dinonaktifkan selama telah menghabiskan bahan bakar. SNF yang tersisa dari mereka diturunkan ke kolam bahan bakar bekas, lubang teknologi di reaktor itu sendiri ditutup menggunakan pengawet resin khusus.
Blok panel kendali reaktor AMB-200. Panel kontrol sebagian masih digunakan untuk mengontrol pasokan panas dari stasiun ke kota Zarechny dan untuk memastikan kebutuhan BNPP sendiri. Foto oleh penulis.
Untuk penghentian total unit-unit ini, pertama-tama perlu untuk menyelesaikan masalah bahan bakar nuklir bekas (SNF), yang telah menumpuk sedikit kurang dari 300 ton, dan sebagian besar berada di stasiun dalam kondisi yang tidak memuaskan.
SNF yang terakumulasi dari reaktor AMB milik apa yang disebut warisan nuklir USSR, untuk memecahkan masalah yang telah dilakukan upaya besar dalam beberapa tahun terakhir.
Fitur bahan bakar AMB
Salah satu masalah utama yang terkait dengan mengapa pemrosesan ulang atau penyimpanan aman bahan bakar nuklir bekas AMB tidak diatur sebelumnya adalah berbagai jenis bahan bakar ini dan dimensinya yang tidak standar. Selama hampir 38 tahun pengoperasian reaktor AMB, lebih dari 40 jenis fuel assemblies (FAs) telah diuji untuk saluran evaporasi dan saluran superheating reaktor.
Rakitan bahan bakar memiliki dimensi non-standar - panjang 14 m, yang lebih panjang 4 m dari rakitan bahan bakar reaktor RBMK Rusia terbesar. Pada saat yang sama, bahan bakar ditempatkan hanya di 6 meter pusat, sesuai dengan ketinggian inti, dan sakelar batas 4 meter diisi dengan pyrographite. Bahan bakar butiran itu sendiri juga tidak biasa - ada di bahan pengisi (tembaga, magnesium atau kalsium), yang massanya mencapai 16%. Bahan bakar uranium dengan pengayaan dari 2 hingga 20% dalam U-235 dibagi menjadi beberapa kelompok dalam komposisi - oksida (mendekati uranium dioksida modern), paduan logam dengan penambahan 3-9% magnesium, karbida (UC).
Selama periode operasi, 7.196 saluran bahan bakar telah dipindahkan dari reaktor(sekitar 285 ton bahan bakar nuklir bekas), yang 2227 (sekitar 95 ton bahan bakar nuklir bekas) dikirim ke pabrik RT-1 di PA Mayak, Ozersk, dan sisanya tetap di fasilitas penyimpanan dekat reaktor di PLTN Beloyarsk hingga 2016. Pada 1970-an dan 1980-an. kemungkinan pemrosesan ulang bahan bakar di PA Mayak diselidiki. Kemungkinan mendasar pengorganisasian tahap awal proses ditunjukkan. Tetapi masalah utama terkait dengan pemotongan majelis dan mempersiapkan mereka untuk pembubaran. Hal tersebut tidak sampai pada praktek pengolahan ulang bahan bakar nuklir bekas, sehingga masalah penanganan bahan bakar AMB menunggu penyelesaiannya yang tertunda.
SNF dari AMB disimpan di PLTN Beloyarsk dalam dua kolam penyimpanan dalam kaset (kaset) berukuran 17 dan 35 kompartemen dan dalam satu kotak. Sarung 35 tempat duduk terbuat dari baja tahan karat, sarung 17 tempat duduk dari baja karbon, dan ditutup dengan timah merah di dalam dan di luar sebelum dipasang di kolam. Awalnya direncanakan akan disimpan sebentar di dua tangki penyimpanan, kemudian dikirim untuk pengolahan radiokimia di PA Mayak. Namun sehubungan dengan runtuhnya Uni Soviet, proses tersebut berlarut-larut selama dua dekade.
Sudah di awal tahun 2000-an. Masalah terbesar adalah bahan bakar di kaset 17 kursi. Sebagian besar kaset ini pada saat itu berada di kolam penampungan selama lebih dari 20 tahun, yang melebihi perkiraan masa pakai 15 tahun mereka. Oleh karena itu, diasumsikan bahwa mereka semua kehilangan kekencangannya dan terisi air dari kolam penyimpanan. Pada saat yang sama, mereka dimuat dengan rakitan bahan bakar iradiasi dari desain sebelumnya dan tidak sempurna dengan pembakaran yang jauh lebih tinggi, serta hampir semua bahan bakar rusak. Secara total, kaset berisi sekitar 20% dari bahan bakar yang rusak selama operasi. Keadaan kemungkinan hasil korosi bahan bakar adalah campuran berupa slurry dari hasil korosi komponen komposisi bahan bakar dengan fragmen bushing grafit. Sejumlah besar bahan bakar memiliki matriks magnesium,yang, jika kekencangan kelongsong elemen bahan bakar rusak, dapat menyebabkan korosi dalam air. Bahan bakar juga bisa berakhir di dasar kolam.
Di pabrik RT-1 PA Mayak, disimpan 131 kaset K-17 (sekitar 95 ton bahan bakar nuklir bekas), yang dipasok di sana selama 10 tahun, mulai tahun 1972. Kaset ditempatkan di bagian air dalam kolam bahan bakar bekas. Kaset baja tahan korosi, 103 pcs. dan 28 kaset dalam baja struktural hitam disimpan digantung dari konsol biliar. Untuk mencegah korosi, mereka ditempatkan dalam kotak baja tahan karat. Metode yang diterapkan memastikan penyimpanan yang aman dari bahan bakar nuklir bekas dan mencegah kontaminasi air kolam dengan produk fisi dari bahan bakar nuklir bekas, tetapi tidak menjamin bahwa tidak akan timbul masalah di masa depan yang akan menyebabkan kerusakan bahan bakar di dalam kaset, serta kebutuhan untuk menolak menyimpan kaset dalam keadaan ditangguhkan.
Pilihan opsi penanganan bahan bakar
Mempertimbangkan kompleksitas situasi dengan bahan bakar AMB, berbagai opsi untuk menanganinya dipertimbangkan: mengirimkannya untuk penyimpanan sementara dengan penyelesaian masalah pemrosesan berikutnya; mengirim untuk penyimpanan jangka panjang dengan penguburan berikutnya; pemotongan dan penempatan dalam tabung di PLTN itu sendiri, kemudian dikirim untuk diproses di PA Mayak; pengiriman rakitan bahan bakar bekas ke PA Mayak, pemotongan dan pengolahan.
Namun, karena jumlah bahan bakar darurat yang besar, degradasi yang terus-menerus dan karena tingginya biaya pembangunan fasilitas penyimpanan modern untuk bahan bakar non-standar dalam jumlah besar, diputuskan untuk memproses ulang AMB SNF di PA Mayak. Untuk melakukan hal ini, perlu dilakukan sejumlah tindakan mendesak untuk menghilangkan ancaman terhadap penyimpanan yang aman bahan bakar nuklir bekas di PLTN Beloyarsk (misalnya, sejak 2001, sistem pemurnian air untuk kolam bahan bakar bekas telah diatur), dan pada saat yang sama menyiapkan solusi untuk dua masalah - transportasi bahan bakar dan pemrosesan lebih lanjut di pabrik RT-1.
Transportasi bahan bakar
Untuk pemindahan bahan bakar yang aman dari BNPP ke FSUE PA Mayak, perlu dikembangkan Transport and Packaging Kit (TUK) khusus untuk rakitan bahan bakar panjang dengan panjang sekitar 14 m dan mobil kontainer khusus, untuk menjamin keselamatan pengangkutan dan penyimpanan bahan bakar rusak, serta mengembangkan penanganan long fuel. TVS.
Hasilnya, RFNC-VNIITF bersama dengan OJSC Uralkhimmash pada tahun 2006 dikembangkan dan dipatenkan.dua versi transportasi TUK-84 dan wadah pengemasan untuk memuat kaset 17 dan 35 kursi dengan SNF AMB. Wadah TUK-84 memiliki panjang lebih dari 15 meter, diameter hingga 1,4 m. Kaset berisi bahan bakar dimasukkan ke dalam wadah bersegel logam, dan sudah ditempatkan dalam wadah yang kuat dengan tebal lebih dari 20 cm. TUK dilengkapi dengan sistem kontrol suhu dan tekanan di dalam wadah dengan bahan bakar.
Salah satu pilihan desain untuk mengangkut kaset 35 kursi dengan bahan bakar. Berat wadah adalah 86600 kg, kasingnya 3820 kg dan kaset 35 kursi adalah 9650 kg.
Bodi TUK-84 dibuat menggunakan teknik roll-to-roll khusus "kapal bengkok", saat strip baja setebal 5 mm dan lebar 1,4 m digulung dan dilas ke dalam silinder dengan ketebalan bervariasi. Teknologi serupa digunakan untuk membuat bejana tekan di industri kimia. Dikombinasikan dengan penampang variabel, ini menciptakan rumahan yang sangat kuat dengan bobot minimal. Alhasil, TUK angkutan long fuel AMB memiliki massa kurang dari 90 ton, sehingga memungkinkan diangkut dengan kereta api dengan gerbong khusus tanpa batasan.
Uji jatuh mekanis TUK-84.
Pada 2014, OJSC Uralkhimmash di Yekaterinburg memproduksi 6 TUK-84 terpadu, yang memungkinkan pengangkutan seluruh jajaran casing dengan bahan bakar AMB yang disimpan di BNPP. TUK telah diuji untuk semua jenis dampak darurat, termasuk jatuh dari ketinggian 9 m ke pesawat dan dari 1 m ke pin.
Kontainer tersebut cocok untuk transportasi baik dengan mobil maupun dengan kereta api. Pada tahun 2008, enam wagon-container untuk pengangkutan TUK diproduksi di sebuah pabrik pengangkutan di Tver.
Tampak luar gerbong kontainer untuk pengangkutan TUK-84. Panjangnya lebih dari 28 m. Sumber .
Akibatnya, pada November 2016, mobil kontainer prototipe pertama tiba di PA Mayak, mengirimkan kaset dengan SNF dari reaktor AMB ke pabrik radiokimia, yang dikeluarkan dari set pengangkutan dan pengemasan dan ditempatkan di kolam penyimpanan pabrik RT-1. Sejak 30 Oktober 2017, pengiriman tersebut telah dilakukan secara rutin secara reguler. Pada akhir 2019, tahap pertama penghapusan SNF telah selesai - 124 kaset dengan rakitan bahan bakar AMB telah dilepas .
Anda dapat melihat bagaimana bahan bakar dikirim dan dibongkar di sini dalam video ini dari pusat informasi Mayak PA.
Pemrosesan ulang SNF di PA Mayak
Sejak 1977, satu-satunya pabrik pemrosesan ulang SNF Rusia RT-1 telah beroperasi di PA Mayak . Ini memproses berbagai bahan bakar untuk pembangkit listrik dan reaktor penelitian, pemecah es, dan armada nuklir kapal selam. Namun, karena spesifisitas dan batch kecilnya, RT-1 tidak pernah memiliki saluran untuk memproses ulang bahan bakar AMB. Namun sejumlah penelitian dilakukan sebelumnya, menunjukkan kemungkinan mendasar dari pemrosesan ulang AMB bahan bakar nuklir bekas menggunakan teknologi proses PUREKS klasik dengan melarutkan bahan bakar dalam asam dan memisahkan komponen berharga (uranium dan plutonium), tetapi tanpa "mengikat" pekerjaan tersebut dengan teknologi pabrik RT-1. Studi yang dilakukan kemudian menunjukkan bahwa pemrosesan ulang ini dimungkinkan pada saluran kedua yang kurang dimanfaatkan untuk memproses ulang bahan bakar dari reaktor cepat di RT-1. Jadi tidak ada kesulitan mendasar dengan pemrosesan itu sendiri. Namun perlu dibuat infrastruktur dan workshop untuk penerimaan dan pemisahan SNF AMB. Untuk tugas tersebut, PA Mayak sedang merancang gedung khusus untuk cutting and penalizing department (ORD) untuk mempersiapkan bahan bakar yang diolah ulang, keduanya sudah ditempatkan di Mayak, dan bahan bakar dalam kaset untuk pengiriman selanjutnya dari PLTN Beloyarsk.
Proyek Cutting and Penalizing Department (ODS) di FSUE PA Mayak. Sumber .
Dalam kerangka FTP NRS-1 (Program Target Federal “Memastikan Keamanan Nuklir dan Radiasi untuk 2008 dan untuk Periode hingga 2015”), pada tahun 2012, pembangunan tahap pertama kompleks manajemen SNF SNF dimulai. Dalam kerangka program yang sama, pekerjaan dibiayai untuk membuat TUK-84 dan infrastruktur yang diperlukan di PLTN Beloyarsk itu sendiri. Pada tahun 2015, tahap pertama proyek untuk persiapan bagian pemotongan dan pengemasan SNF telah diselesaikan, termasuk tempat percobaan untuk pemotongan rakitan bahan bakar dan rekonstruksi kolam bahan bakar bekas B-4, yang memungkinkan dimulainya pengambilan bahan bakar di PA Mayak pada tahun 2016.
Stand eksperimental untuk memotong rakitan bahan bakar di PA Mayak
Pada akhir 2019, prosedur kompetitif dimainkan untuk menyelesaikan tahap kedua PIU ("objek 630"), senilai sekitar 2 miliar rubel . Pembiayaan pekerjaan sudah dilakukan dalam kerangka FTP NRS-2 ( Program Target Federal "Memastikan Keamanan Nuklir dan Radiasi untuk 2016 - 2020 dan untuk Periode hingga 2030" ). Pada tahun 2024, direncanakan untuk mulai memproses ulang bahan bakar dari reaktor AMB-100 dan AMB-200. Hingga saat itu, bahan bakar yang sudah diekspor akan disimpan di PA Mayak, dan sisa bahan bakar nuklir bekas akan dikeluarkan pada 2026-2027 .
Perlu diketahui bahwa penyelesaian masalah BBM AMB hanyalah salah satu contoh permasalahan warisan nuklir berupa bahan bakar terakumulasi. Selain itu, banyak pabrik reaktor telah terakumulasi, walaupun kecil jumlahnya, tetapi bervariasi karena pekerjaan penelitian tentang kualitas, bahan bakar yang belum pernah diproses sebelumnya - bahan bakar beberapa reaktor penelitian, bahan bakar eksperimental untuk reaktor kapal selam nuklir. Beberapa bahan bakar ini rusak. Selain itu, bahan bakar telah terkumpul dalam jumlah besar untuk reaktor serial bertenaga PLTN - RBMK dan VVER-1000.
Sebagai bagian dari penghapusan warisan nuklir ini, di PLTN RT-1 PA Mayak, tidak hanya jalur teknologi kedua yang digunakan untuk memproses ulang SNF reaktor AMB, tetapi pada tahun 2016 rekonstruksi selesai dan jalur teknologi ketiga dioperasikan. Ia dapat mengolah bahan bakar dari beberapa jenis, termasuk yang belum pernah diproses sebelumnya. Misalnya, operasi pertama di jalur modern adalah pemrosesan ulang bahan bakar uranium-berilium dari kapal selam nuklir. Pada jalur ini, SNF panjang dapat diproses, seperti VVER-1000, yang lebih dari 6 ribu ton telah terkumpul di Rusia. Sebagai hasil dari semua peningkatan yang direncanakan, pabrik RT-1 di PA Mayak akan dapat memproses hampir seluruh rangkaian bahan bakar nuklir domestik, baik yang sudah terakumulasi maupun yang baru dibentuk.
Pengiriman bahan bakar nuklir bekas dari reaktor VVER-1000 dari PLTN Rostov pada Desember 2016. Sumber .
Setelah peluncuran bagian pemotongan dan pemrosesan bahan bakar AMB di Mayak, tahap pertama PLTN Beloyarsk akhirnya dapat dinonaktifkan, dibongkar, dan dibersihkan untuk konstruksi industri baru. Dengan demikian, siklus hidup reaktor pertama pembangkit listrik tenaga nuklir Rusia dengan kapasitas industri harus diselesaikan dengan aman.
Sumber bekas:
- Masalah Warisan Nuklir dan Cara Mengatasinya (Volume 1), 2012
- “Penghapusan bahan bakar nuklir bekas dari reaktor AMB-100 dan AMB-200 dari PLTN Beloyarsk ke FSUE PA Mayak. Anfalova O.V. et al. Issues of radiation safety, Issue: 2 (94) year: 2019
- Desain kemasan transportasi menetapkan TUK-84. Energi Atom (Volume 100, No. 6 (2006)), OV Anfalova dan sebagainya.
- Penciptaan teknologi manajemen SNF untuk AMB PLTN Beloyarsk. Kudryavtsev E.G. Keamanan Lingkungan # 1-2010: Manajemen SNF.
- Penyelesaian bahan bakar nuklir bekas dari reaktor AMB dan VVER-440 untuk memastikan pemrosesan ulang radiokimia bersama di PA Mayak. Kudinov A.S. Abstrak disertasi, 2015
- Peluang dan prospek pengolahan ulang bahan bakar nuklir bekas di PLTN RT-1. Presentasi chief engineer FSUE PA Mayak D. Kolupaev di forum "Atomeko-2017".