A kiegyensúlyozott nukleárisüzemanyag-ciklus olyan új termékcsalád, amelyet a Roszatom vállalatcsoporton belül a TENEX és a TVEL fejleszt és kínál az ügyfeleknek. A kiegyensúlyozott nukleárisüzemanyag-ciklus olyan módon kezeli a használt nukleáris üzemanyagot, amit jelenleg egyetlen más ország sem képes kivitelezni a világon – ez a Roszatom egyedi megoldása.
A KazAtomExpo fórumon – amelyet nemrégiben tartottak Kazahsztánban – a Roszatom szakemberei két előadást is tartottak egy új termékcsaládról az állami vállalat standján.
A kiegyensúlyozott nukleárisüzemanyag-ciklus a nukleáris üzemanyag többszörös felhasználásának elvén alapul. A reaktor üzemelése során a nukleáris üzemanyag alapját képező urán nem ég ki teljesen. A neutronbesugárzás hatására plutónium keletkezik, egy másik hasadóanyag, amely szintén részt vehet a nukleáris reakciókban és hőt termelhet. Ha ezeket az elemeket kivonják a kiégett fűtőelemekből és újakat készítenek belőlük, számottevően csökken a természetes urán szükséglet és a végleges elhelyezésre kerülő hulladék mennyisége. Ez a többszörös üzemanyag-feldolgozás alapgondolata és a kiegyensúlyozott nukleárisüzemanyag-ciklus lényege.
A kiegyensúlyozott nukleárisüzemanyag-ciklus négy szolgáltatásból takar. Magában foglalja a kiégett fűtőelemek újrafeldolgozását a nagy aktivitású hulladék frakcionálásával, másodszor az urán-plutónium üzemanyag előállítását, harmadszor a minor aktinoidák gyorsreaktorokban történő utóégetését, negyedszer pedig a kiégett fűtőelemek és a nagy aktivitású hulladék hosszú távú tárolására és szállítására szolgáló rendszerek létrehozását. Ez a négy szolgáltatás teljes mértékben lefedi a kereskedelmi reaktorokban használt nukleáris üzemanyag kezelésével kapcsolatos feladatok teljes spektrumát. A szolgáltatások külön-külön vagy együttesen is megrendelhetők. Megoldást nyújtanak minden olyan ügyfél számára, aki nyomottvizes reaktorból (annak bármely típusából, pl. nyomottvizes vagy forralóvizes reaktorból) származó kiégett nukleáris üzemanyaggal rendelkezik. A konkrét tervezést az ügyfél kívánságaihoz és adottságaihoz igazítják.
Hogyan működik a kiégett fűtőelemek eltávolítása és újrafeldolgozása
A kiégett fűtőelemeket a hűtőmedencés hűtés illetve száraz tárolás után speciális szállító- és átrakodó konténerekbe rakják, majd ezeket nagy kapacitású tároló tartályokba helyezik. Amikor ezekből elegendő mennyiség gyűlik össze egy szállítmány összeállításához, Oroszországba küldik azokat a Roszatom létesítményeiben történő újrafeldolgozásra. Ott kezdődik a legérdekesebb dolog – az üzemanyag frakciókra történő szétválasztása (frakcionálás). Először az uránt (a teljes üzemanyagtömeg kb. 96%-a) és a plutóniumot (kb. 1,2%) választják szét, amelyekből különböző típusú új üzemanyagok állíthatók elő. Ezután a minor aktinoidákat – neptúnium, amerícium, kűrium – kivonják. Ezeket gyorsneutronos reaktorokban történő utóégetésre küldik. Végül az úgynevezett „rövid élettartamú frakciót” – főként a stronciumot és a céziumot –vitrifikálják (üvegesítik) és végleges elhelyezésre küldik vissza a feladónak.
Új üzemanyag előállítása
Az atomerőmű tulajdonosa rendelhet a kiégett nukleáris fűtőelemekből kinyert anyagokból készült üzemanyagot. A termikus neutronos reaktorok egyaránt használhatnak regenerált uránból készült üzemanyagot és REMIX üzemanyagot, amely urán és plutónium keverékéből készül. Geometriájában ez a kazetta megegyezik az urán üzemanyagéval, a különbség a neutronfizikai paraméterekben van. Ha a megrendelő nem kíván ezzel ezt az opcióval élni, akkor az uránból és a plutóniumból orosz reaktorok számára készítenek üzemanyagot.
Minor aktinoidák transzmutációja
Nyilvánvalóan ez a legszokatlanabb szolgáltatás a kiegyensúlyozott nukleárisüzemanyag-cikluson belül. Egyedülálló, mert kizárólag a Roszatom valósította meg a gyakorlatban a minor aktinoidák – a hosszú élettartamú és erősen sugárzó transzurán elemek – gyorsreaktorokban történő kiégetésének ötletét. 2024 júliusában a Belojarszki Atomerőmű BN-800-as reaktorába három olyan fűtőelemet raktak be, amelyekhez minor aktinoidákat adtak. (Erről az előző számban írtunk bővebben).
A gyorsneutronos reaktorokban az ameríciumot és a neptúniumot rövid felezési idejű vagy stabil elemmé alakítják, melynek radioaktivitása körülbelül 300 év alatt a természetes uránérc szintjére csökken. Ez rendkívül fontos eredmény, mert jelentősen csökkenti a végleges elhelyezésre visszaküldött radioaktív hulladék mennyiségét és veszélyességének mértékét. Összehasonlításképpen: újrafeldolgozás nélkül a kiégett nukleáris fűtőelemek potenciális veszélyességi ideje legalább 700 000 év lenne.
Tárolás és szállítás
A tárolási és újrafeldolgozási szolgáltatás megrendelésekor lehetőség van egyidejűleg szállító és átrakodó konténerek, nagy kapacitású tárolókészletek, valamint konténeres tárolóhelyiségek vásárlására, amelyekben mindezek elhelyezhetők. Ezek az eszközök biztosítják az üzemanyag biztonságos és megbízható átrakodását, tárolását és szállítását. Ezt a szolgáltatást az épülő Akkuyu Atomerőmű már igénybe is vette: idén februárban érkezett oda a Roszatom TUK-137T.A1 szállító- és átrakodójárműve. A kiegyensúlyozott nukleárisüzemanyag-ciklus ügyfelei számára a Roszatom mintegy 30 évig tárolja a rövid felezési idejű frakciót. Ezt követően az ügyfél országába szállítják azt és a végleges elkülönítésre szolgáló felszínközeli tárolóba helyezik el a közepes aktivitású hulladékkal együtt. Egy másik lehetőség az, hogy a rövid felezési idejű, nagy aktivitású frakciót egyszerre veszik át, és nagy kapacitású tárolókban helyezik el a megrendelő telephelyén, ahol 30 éven belül eléri a végleges elhelyezésre alkalmas állapotot.
Előnyök az ügyfelek számára
A kiegyensúlyozott nukleárisüzemanyag-ciklus segítségével az ügyfél minimalizálni tudja a keletkező nukleáris hulladék mennyiségét. Az előzetes szakértői becslések szerint egy két blokkból álló, VVER-1200 reaktorokkal szerelt atomerőmű 60 éves üzemideje alatt 7 000 m3 kiégett nukleáris üzemanyag keletkezik. Az újrafeldolgozás után hétszer kevesebb anyag marad. A közepes aktivitású hulladék teljes térfogata (a mátrixszal együtt) 30 nagy kapacitású tárolóba fér bele. Az ideiglenes és végleges hulladéktárolás infrastrukturális költségei mintegy 23%-kal csökkennek. Fontos előny a „zöld finanszírozás” alkalmazásának lehetősége: a kiegyensúlyozott nukleárisüzemanyag-ciklus megfelel a fenntartható fejlődés által támasztott minden követelménynek. Általánosságban elmondható, hogy a kiegyensúlyozott nukleárisüzemanyag-ciklus bevezetése és aktív alkalmazása segít megoldani a kiégett nukleáris fűtőelemek felhalmozódásának problémáját, és elősegíti az atomenergia megújuló és tiszta energiaforrásként való elismerését.
A résztvevők visszajelzései szerint a KazAtomExpón elhangzott előadások számos kérdést vetettek fel és sok pozitív visszajelzést váltottak ki. A kérdések elsősorban a nagy aktivitású hulladék frakcionálásának és a minor aktinoidák transzmutációjának megoldására vonatkoztak, ezek széles körben még nem ismert eljárások. A Roszatomnak sikerült olyan terméket létrehoznia, amely eloszlatja az atomerőművek üzemeltetőinek aggodalmait a kiégett nukleáris fűtőelemek hosszú távú sorsával kapcsolatban.
