ТВЭЛ дал разъяснения о рециклировании
Разговоры о повторном использовании обедненного урана, который будут поступать из Франции в Россию, а если точнее, то непосредственно на предприятия АО “СХК” (входит в Топливную компанию Росатома АО “ТВЭЛ”), не утихают. Подробные разъяснения по данной теме от процесса добычи сырья до преимуществ для российской атомной энергетики в переработке регенерированного урана дал ОА “ТВЭЛ”.
Добыча и переработка урана для получения ядерного топлива
Производство ядерного топлива начинается с добычи урана. Его добывают несколькими способами: открытым – в карьере, когда урановая руда залегает не глубоко от поверхности, и шахтным способом в случае, если руда залегает глубоко под землей. Однако самым экологичным и технологичным способом добычи считается подземное скважинное выщелачивание, когда для добычи используются скважины, куда закачивают специальный щелочной раствор, который впитывает в себя уран.
Урану, извлеченному из недр, предстоит пройти сложный технологический процесс, который начинается с того, что раствор урана или урановая руда поступают в горнообогатительную фабрику для получения уранового концентрата.
Урановый концентрат направляется на конверсионный завод (на СХК), где подвергается глубокой очистке от химических примесей и фторируется для получения гексафторида урана. Газ гексафторид урана (ГФУ) закачивают в газовые центрифуги, где происходит разделение изотопов Урана-235 и Урана-238. При этом для производства ядерного топлива для АЭС с тепловыми реакторами используется только Уран-235, которого в общей доле природного урана менее 1%. Чтобы увеличить топливную базу атомной энергетики и меньше вмешиваться в природу, можно и нужно получать Уран-235, используя технологии рециклинга, из обедненного гексафторида урана (ОГФУ) и регенерированного урана.
Обедненный гексафторид урана (ОГФУ)
Уран-238, оставшийся в процессе разделения ГФУ, называется «обедненным». Обедненный гексафторид урана (ОГФУ) хранится на складах открытого типа в толстостенных стальных контейнерах на бетонных площадках на территории разделительных предприятий. Безопасность такого подхода подтверждается многолетним российским и зарубежным опытом. При этом за весь период хранения ОГФУ в мировой и российской практике не было зафиксировано ни одного существенного с точки зрения безопасности события по международной шкале INES.
ОГФУ примерно в два раза менее радиоактивен, чем ГФУ из природного урана.
Сегодня российские предприятия имеют возможность извлекать из ОГФУ прошлых лет дополнительный энергетический уран. Доля остаточного содержания Урана-235 в ОГФУ в начальный период развития технологии обогащения урана (газовая диффузия и первые поколения газовых центрифуг) составляла порядка 0,3%. В результате в значительной части как российских, так и зарубежных запасов ОГФУ содержится такое количество изотопа Уран-235, которое, благодаря высокой эффективности отечественной газоцентрифужной технологии обогащения, делает экономически оправданным его повторное использование в качестве сырья для производства топлива для тепловых реакторов.
С точки зрения организации производственного процесса нет разницы, с каким сырьем работать – ураном из природного сырья или ОГФУ – технологии идентичны.
С точки зрения экологии рециклинг ОГФУ – современный и ответственный подход, отвечающий общепризнанным целям устойчивого развития.
Регенерированный уран
Еще одним источником получения урана за счет рециклирования ядерных материалов является регенерированный уран, или иначе говоря, «восстановленный» уран, который получают после переработки отработанного ядерного топлива (ОЯТ). В ОЯТ остается Уран-235 и его также можно выделить, дообогатить и вернуть в топливный цикл, сокращая использование природного урана. При этом важно понимать, что регенерат содержит делящийся изотоп U-235 в количестве не меньшим, чем природный уран. После обогащения или смешивания с обогащённым или природным ураном регенерат может быть использован в виде топлива в легководных и газографитовых реакторах. Регенерат также может использоваться при изготовлении MOX-топлива для реакторов на быстрых нейтронах.
Использование регенерированного урана позволяет значительно снизить расходы на изготовление ядерного топлива и тоже важный элемент рециклинга в атомной промышленности
Энергетический уран из ОГФУ и регенерата обогатительные комбинаты Топливной компании Росатома «ТВЭЛ» получают не только из собственного сырья, но и, используя технологические преимущества, предоставляют услугу зарубежным заказчикам, тем самым увеличивают собственную топливную базу и оказывают влияние в мировом масштабе на экологичность атомной энергетики.
Рециклирование ядерных материалов – залог расширения сырьевой базы атомной энергетики
Рециклирование или повторное использование сырья – это современный подход, который позволяет многократно использовать ядерные материалы, без добычи природного урана. Технологии, которые сейчас создаются в области ядерного топливного цикла, имеют по-настоящему стратегическое значение для развития всей атомной энергетики, причем не только в России, но и в мире. Конечная цель – сбалансированный ядерно-топливный цикл, который предполагает: решение проблемы накопления ОЯТ (переработка и рециклинг ядерных материалов), многократное расширение сырьевой базы атомной энергетики, повторное использование облученного ядерного топлива вместо его хранения, снижение себестоимости топлива на его жизненном цикле с учетом обращения с ОЯТ, совместное функционирование АЭС на тепловых и быстрых нейтронах, замыкание ЯТЦ и расширенное воспроизводство ядерных материалов. Такой подход полностью отвечает целям устойчивого развития ООН, одним из обязательных условий достижения которых является разумное потребление. Создание «Сбалансированного ЯТЦ» начато в 2019 г. в рамках практической реализации положений Стратегии развития ядерной энергетики России до 2050 г.
Росатом – один из мировых лидеров в технологиях рециклирования ядерных материалов. А так как в настоящее время у французской стороны отсутствуют производственные мощности, которые позволили бы осуществлять переработку регенерата, Росатом заключил контракты по переработке этого ядерного материала. На сегодня в Российской Федерации накоплен более чем 35-летний опыт использования регенерированного урана для производства ядерного топлива для АЭС российского и западного дизайна.
Разница в контрактах
Госкорпорация «Росатом» сотрудничает с французскими компаниями в рамках проектов по переработке регенерированного урана – компаниями Orano и EDF.
Контракт с Orano предполагает поставку регенерированного урана из Франции для внутренних нужд российской атомной энергетики.
Использование регенерированного урана из Франции позволит сэкономить столько природного урана, сколько бы пришлось добывать на руднике в течение нескольких лет.
Что касается контрактов, подписанных в 2018 году с французской компании Electricite de France SA (EDF), то они предполагают услуги по конверсии и обогащению регенерированного урана EDF, а также техническому обслуживанию упаковочных контейнеров для данного материала.
Российская компания стала одним из победителей международного тендера, показав свое соответствие техническим, экологическим и коммерческим требованиям заказчика и нормам МАГАТЭ. Поставки в Российскую Федерацию регенерированного урана с последующим экспортом уранового продукта, полученного в результате его переработки, будут осуществляться до 2032 года. Переработанный в России регенерированный уран будет использоваться при фабрикации топлива для французских АЭС. Загрузка первых топливных сборок с использованием переработанного материала запланирована уже в 2023 году на французской АЭС «Крюас».
Перевозка и хранение регенерированного урана
Обращение с регенерированным ураном и транспортировка этого сырья осуществляется в соответствии со всеми международными и российскими требованиями по безопасности и с соблюдением всех российских и международных правил безопасности транспортировки соответствующих грузов.
Требования к транспортировке по территории Российской Федерации устанавливаются Федеральными нормами и правилами в области использования атомной энергии НП-053-16 «Правила безопасности при транспортировании радиоактивных материалов», утвержденными приказом Ростехнадзора от 15.09.2016 № 388, в редакции от 5.10.2020. Они разработаны в соответствии с нормами МАГАТЭ по безопасности SSR-6 (Rev. 1), «Правила безопасной перевозки радиоактивных материалов, редакция 2018».
Остатки после переработки
Количество, возникающих при переработке французского регенерированного урана отходов, будет составлять не более одного процента от общего объема таких отходов, образующихся при плановой работе комбината.
В целом при переработке одной тонны регенерированного урана в виде оксида (порошка) получается шесть литров жидких РАО, которые подлежат изоляции в остеклованном виде.
Основной принцип работы установки заключается в отверждении РАО внутри стеклоподобного компаунда, физико-химические свойства которого исключают попадание радионуклидов в окружающую среду и обеспечивают его дальнейшее безопасное хранение.
Ранее были проведены ресурсные испытания этого оборудования. Образцы готового продукта полностью соответствовали действующей нормативной документации в области обращения с РАО и подтвердили готовность к исполнению одного из основных требований контракта по переработке регенерированного урана – исключить образования ЖРО и, соответственно, их закачку на глубинное захоронение.
Компаунд, используемый в технологии отверждения отходов, надежно изолирует их основную активность, полностью исключая влияние на окружающую среду.
Технология переработки регенерата, реализованная на СХК – это еще и новый тип автоматизированного производства, в котором минимизировано участие персонала.
О состоянии радиационной обстановки всегда можно узнать на сайте предприятия, где в режиме реального времени транслируются данные о радиационной обстановке системой АСКРО.
Сырье для энергетики будущего
Важно и то, что и обедненный уран с увеличенным относительно природного содержанием изотопа Уран-238, и регенерированный уран является сырьем для атомной энергетики будущего, которая предполагает переход на новую технологическую платформу – так называемый замкнутый топливный цикл, которая позволит многократно использовать ядерное топливо. Впервые в мире этот подход реализуется в России. Эта технология базируется на реакторах на быстрых нейтронах (Стратегия развития ядерной энергетики России до 2050 года и на перспективу до 2100 года). Его используют уже сейчас для производства МОКС-топлива (уран-плутониевого топлива), которое работает в реакторе на быстрых нейтронах на Белоярской АЭС.
Проект «Прорыв» (строительство «быстрого» реактора БРЕСТ с пристанционным комплексом по переработке ОЯТ), который реализуется в Северске – должен продемонстрировать всему миру, как будет выглядеть атомная энергетика будущего, основанная на технологиях рециклинга ядерных материалов. Впервые в мире на одной площадке будут совмещены и инновационный атомный энергоблок с реактором на быстрых нейтронах, и завод по производству ядерного топлива, и модуль по переработке отработавшего топлива. Все вместе это будет называться пристанционный замкнутый ядерный топливный цикл.