Теңдестірілген ядролық отын циклі (теңдестірілген ЯОЦ) — бұл Росатом құрылымында дамытып, «Техснабэкспорт» және «ТВЭЛ» тұтынушыларына ұсынатын жаңа өнім бағыты. Теңдестірілген ЯОЦ қазіргі уақытта әлемдегі басқа ешбір ел жүзеге асыра алмайтын ПЯО-мен жұмыс істеу тәсілдерін ұсынады, – бұл Росатомның бірегей ұсынысы.
Жақында Қазақстанда өткен KazАtomЕxpo форумында Росатом мамандары мемлекеттік корпорация стендінде жаңа өнім бағытына арналған екі дәріс өткізді.
Теңдестірілген ЯОЦ ядролық отынды көп рет пайдалану тұжырымдамасына негізделген. Реакторда жұмыс істеген кезде ядролық отын негізін құрайтын уран толығымен жанбайды. Сонымен қатар нейтрондармен өзара әрекеттескенде плутоний түзіледі — бұл ядролық реакцияларға қатысып, жылу шығара алатын тағы бір бөлінетін материал. Егер осы элементтерді пайдаланылған отыннан (ПЯО) алып тастап, олардан жаңа отын жасаса, табиғи уранға деген қажеттілік пен түпкілікті көмуге жіберілген қалдықтардың көлемі күрт төмендейді. Бұл теңдестірілген ЯОЦ шеңберінде отынды көп рет қайта өңдеудің негізгі идеясы.
Теңдестірілген ЯОЦ – бұл төрт қызметтен тұратын кешен. Ол, біріншіден, жоғары белсенді қалдықтарды фракциялау арқылы ПЯО өңдеуді, екіншіден, уранплутоний отынын өндіруді, үшіншіден, жылдам реакторларда минор актинидтерін жағуды және төртіншіден, ПЯО және жоғары белсенді қалдықтарды ұзақ мерзімді сақтау және тасымалдау жүйелерін құруды қамтиды. Бұл төрт қызмет коммерциялық реакторлардың ПЯО-мен жұмыс істеуіне байланысты міндеттер спектрін толығымен жабады. Қызметтерді жеке немесе бірге сатып алуға болады. Олар ВВЭР, PWR, BWR және т.б. әртүрлі модификациядағы қысыммен берілетін суы бар кез-келген реактордағы ПЯО иелеріне жарамды.
Бұл қалай жұмыс істейді: ПЯО шығару және қайта өңдеу
Сақтау бассейнінде салқындатылған пайдаланылған ядролық отын (ПЯО) арнайы көліктік-қайта тиеу қаптау контейнерлеріне (КҚ ТҚК) тиеледі. Бірте-бірте ПЯО сыйымдылығы жоғары қаптамалы сақтау жинақтарына (СЖ ҚСЖ) жүктеледі. Мұндай жинақтар көлік эшелонын қалыптастыру үшін жеткілікті болған кезде, олар Ресейге Росатом кәсіпорындарына қайта өңдеуге жіберіледі. Онда ең қызығы – отынды фракцияларға бөлу (фракциялау) басталады. Алдымен уранды (отынның барлық массасынан шамамен 96%) және плутонийді (шамамен 1,2%) бөліп алады, оларды әртүрлі отынның жаңа бөліктерін өндіруге пайдалануға болады. Содан кейін минор актинидтері — нептуний, америкий, курий алынады. Олар жылдам нейтрондардағы реакторларға толық жану үшін жіберіледі. Ақырында, «қысқа өмір сүретін фракция»— негізінен стронций мен цезий – шыныланады да түпкілікті көмуге жіберіледі.
Жаңа отын өндірісі
АЭС иесі ПЯО-дан алынған материалдардан отынға тапсырыс бере алады. Жылу нейтронындағы реакторларда қайта қалпына келтірілген ураннан алынған отынды да, уран мен плутоний қоспасынан жасалған «РЕМИКС» отынын да қолдануға болады. Ол геометриясы бойынша уранмен бірдей, айырмашылықтары – нейтронды-физикалық параметрлерде. Егер Тапсырыс беруші бұл опцияны қолданғысы келмесе, уран мен плутоний ресейлік реакторларға отын дайындау үшін қолданылады.
Минор актинидтерінің трансмутациясы
Бұл теңдестірілген ЯОЦ шеңберіндегі ең ерекше қызмет екені анық. Бұл бірегей, өйткені тек Росатом жылдам реакторларда минор актинидтерін — ұзақ өмір сүретін және өте радиоуытты трансуран элементтерін жағу идеясын практикалық іске асыруға қол жеткізді. 2024 жылдың шілдесінде Белоярск атом электр станциясындағы БН-800 реакторына отынға минор актинидтері қосылған үш жылу шығаратын құрылғы жүктелді. Бұл туралы біз алдыңғы басылымда толығырақ жаздық.
Жылдам реакторларда америций мен нептуний қысқа өмір сүретін немесе тұрақты элементтерге айналады, олардың радиоактивтілігі шамамен 300 жыл ішінде табиғи уран кені деңгейіне дейін төмендейді. Бұл өте маңызды нәтиже, өйткені ол көмуге жіберілген радиоактивті қалдықтардың көлемі мен қауіптілік дәрежесін айтарлықтай төмендетуге мүмкіндік береді. Салыстыру үшін: қайта өңдеусіз ПЯО-ның ықтимал қауіптілік мерзімі кемінде 700 мың жылды құрайды.
Сақтау және тасымалдау
Сыртқа шығару және қайта өңдеу қызметіне тапсырыс бере отырып, сонымен бірге көліктік-қайта тиеу қаптау контейнерлерін, сыйымдылығы жоғары қаптамалы сақтау жинақтарын, сондай-ақ мұның бәрі орналастырылатын контейнерлік сақтау пункттерін сатып алуға болады. Осы компоненттердің барлығы отынның шамадан тыс жүктелуін, сақталуын және тасымалдануын сенімді және қауіпсіз етеді. Бұл қызметті «Аккую» атом электр станциясы пайдаланып үлгерді: осы жылдың ақпан айында ТУК-137Т.А1 моделінің бас данасы келді, оны Росатом көліктік-тиеу ретінде жіктейді.
Теңдестірілген ЯОЦ Тапсырыс терушілері үшін Росатом шамамен 30 жыл бойы қысқа өмір сүретін жоғары белсенді фракцияға төтеп бере алады. Содан кейін оны тапсырыс берушінің еліне жеткізеді, соңғы оқшаулау үшін орташа белсенді қалдықтармен бірге жер бетіне жақын қоймаға орналастырады. Алайда, тағы бір нұсқа болуы мүмкін: қысқа өмір сүретін жоғары белсенді фракцияны дереу алып, оны тапсырыс берушінің алаңында сыйымдылығы жоғары қаптау жинақтарына орналастыру керек, олар 30 жыл ішінде көмуге жарамды күйге жетеді.
Тапсырыс берушілерге пайдасы бар
Теңдестірілген ЯОЦ көмегімен тапсырыс беруші өндірілген қалдықтардың көлемін азайта алады. Сарапшылардың алдын ала бағалауы бойынша, ВВЭР-1200 реакторлары бар екі блокты атом электр станциясының 60 жылдық қызметінде 7 мың м3 ПЯО (қаптамамен қоса) түзіледі. Өңдеуден кейін ПЯО жеті есе аз қалады. Орташа белсенді қалдықтардың барлық көлемі (матрицамен бірге) сыйымдылығы жоғары 30 қаптама жинағына сәйкес келеді. Қалдықтарды уақытша және түпкілікті сақтау үшін инфрақұрылым шығындары шамамен 23%-ға қысқарады. Маңызды плюс – «жасыл қаржыландыруды» пайдалану мүмкіндігі: теңдестірілген ЯОЦ тұрақты дамудың барлық заманауи талаптарына жауап береді. Тұтастай алғанда теңдестірілген ЯОЦ-ны енгізу және белсенді пайдалану ПЯО жиналу мәселесін шешуге мүмкіндік береді және ядролық энергетиканы жаңартылатын және таза энергия көзі ретіндегі мәртебесін растайды.
Қатысушылардың пікірлері бойынша KazAtomExpo-да дәрістер көптеген сұрақтар мен мақтаулар тудырды. Сұрақтар, ең алдымен, жоғары белсенді қалдықтарды фракциялау және минор актинидтерін трансмутациялау бойынша әлі күнге дейін таныс емес кең ауқымды шешімдерге қатысты болды. Мақтау Росатомның АЭС операторынан ПЯО-ның ұзақ мерзімді тағдырына қамқорлығын тоқтататын үйлесімді өнім жасай алуымен байланысты болды.
