Критерии выбора типовых технологий подготовки РАО к окончательной изоляции

В.С.Гупало, В.Ю.Коновалов, ФГУП ВНИПИпромтехнологии

Основной целью переработки РАО при их подготовке к окончательной изоляции является концентрирование радионуклидов в минимальном объеме с целью снижения стоимости их захоронения, а также уменьшения объемов хранилищ, заполненных радиоактивными материалами.

Существующий опыт обращения с отходами показывает, что технологии переработки и кондиционирования, а соответственно и установки их реализации, создавались с учетом специфики образующихся РАО для конкретных предприятий и в большинстве своем не являются унифицированными и универсальными.

Сложившаяся ситуация, с одной стороны, объясняется наличием большого разнообразия типов накопленных отходов, затрудняющих применение единой типовой технологии их переработки и подготовки к захоронению. Так, РАО могут различаться по степени активности, агрегатному состоянию, солесодержанию, горючести, радионуклидному составу и другим показателям. С другой, она является следствием существующей практики обращения с РАО, направленной на длительной хранение отходов, а не на их окончательную изоляцию. Все это объясняет экономически неэффективное применение в настоящее время частных технологий для конкретных отходов конкретного предприятия и делает не возможным проведение в масштабах отрасли подготовки существующих отходов к захоронению.

По результатам анализа работ по переработке и иммобилизации РАО на различных предприятиях (на АЭС, специализированных комбинатах Радон, предприятиях ПО «Маяк», ГХК, СХК) определен перечень используемых технологий и установок, а также условий, ограничивающих их применение. Результаты анализа возможностей технологий (и реализующих их установок) приведены в виде обобщенной технологической схемы подготовки РАО всех типов к окончательной изоляции (рис.1.).


Рис. 1. Обобщенная технологическая схема подготовки РАО различных типов к окончательной изоляции

При разработке обобщенной схемы выделены 7 основных категорий РАО, требующих принципиально различных способов подготовки. Также на схеме отражено, что в настоящее время разработано и экспериментально подтверждено большое число, зачастую конкурирующих между собой, технологий, позволяющих перерабатывать отходы широкого диапазона первоначальных свойств, и образующих таким образом элементы обобщенной технологической схемы, что обуславливает необходимость выбора типовых технологий переработки отходов, и создания на этой основе системы подготовки РАО всех типов к захоронению

Вместе с тем наличие большого количества конкурирующих способов переработки, а также необходимость принятия экономически эффективных решений при разработке типовых технологий подготовки РАО к окончательной изоляции, требует выбора и обоснования технологически и экономически оптимальных схем.

В качестве показателей оценки эффективности технологий различными исследователями используются такие, как коэффициент очистки ЖРО, степень сокращения объема радиоактивных отходов, удельные энергозатраты на очистку ЖРО, удельная стоимость очистки ЖРО, возможности и варианты кондиционирования вторичных отходов и многие другие. Вместе с тем, приведенные показатели не позволяют оценить эффективность проведения переработки в общей схеме обращения с отходами, конечной целью которой является их окончательная изоляция.

Для сравнительной количественной оценки эффективности технологии подготовки РАО к захоронению предложено использовать показатель, представленный суммарной стоимостью переработки и захоронения единичного объема отходов с учетом свойств конечного продукта. Критерием наибольшей эффективности технологии является минимальная величина этого показателя.

С использованием предложенного критерия проведена оценка эффективности приведенных на рисунке технологий подготовки РАО к захоронению. Результаты оценки приведены на рисунках 2 и 3.

Основой для расчетов стоимости заключительного этапа явились: для определения технико-экономических показателей технологий переработки РАО – экспертные оценки специалистов ВНИИНМ имени Бочвара и МосНПО «РАДОН»; для оценок стоимости окончательной изоляции РАО – работы, выполняемые по проектированию аналогичных сооружения, выполненные ФГУП ВНИПИпромтехнологии. Из анализа зависимостей, приведенных на рис.2. следует, что для жидких РАО снижение стоимости заключительного этапа обращения с РАО при применении технологий их переработки происходит в 2–5 раз по сравнению с вариантом окончательной изоляции РАО отвержденных в цементный компаунд без предварительной переработки.


Рис. 2. Изменение удельной стоимости подготовки и захоронения ТРО


Рис. 3

Для твердых РАО эффект применения технологий переработки незначителен (а зачастую и отсутствует) по сравнению с вариантом окончательной изоляции РАО без предварительной переработки.

Необходимо также заметить, что в силу высокой стоимости технологии сжигания, она менее выгодна для подготовки РАО к окончательной изоляции по сравнению с захоронением без переработки, даже, несмотря на значительное снижение объема РАО (до 50 раз).

Вместе с тем, приведенные результаты показывают, что с изменением объема перерабатываемых отходов в силу разницы первоначальных затрат (на создание установок по переработке) изменяется как абсолютная (удельная), так и относительная (общая) эффективность применения технологий.

Приведенные графики показывают, что большей эффективностью обладает стратегия минимизация числа пунктов подготовки отходов к захоронению – создания региональных центров по переработке на предприятиях с большим объемом накопленных или образующихся РАО. Для мест сосредоточения малых объемов РАО при невозможности их вывоза для переработки в региональные центры целесообразно применение мобильных модульных установок.

Технология подготовки отходов к окончательной изоляции предполагает, кроме переработки, проведение их кондиционирования – заключения в матричный материал. К наиболее часто рассматриваемым матричным материалам относятся стеклоподобные и минералоподобные матрицы, цементная, а также ранее используемая битумная, которые отличаются удерживающими нуклиды способностями, физико-механическими свойствами, а также затратами на их создание.

При этом основной целью кондиционирования РАО должно являться обеспечение надежной локализации радионуклидов в пределах могильника, а также возможность безопасного осуществления транспортных и погрузочных операций. Следовательно, выбор оптимальной технологии иммобилизации должен базироваться на способности матрицы удерживать радионуклиды, и учитывать соотношение ориентировочного срока службы матричного материала к периоду сохранения иммобилизуемыми нуклидами потенциальной опасности.

Обобщение результатов ранее выполненных исследований по оценки скоростей выхода радионуклидов из наиболее часто рассматриваемых типов матриц приведено в таблице 1. Таблица 1. Скорости выхода радионуклидов из матриц.

Приведенные результаты показывают, что исследуемые матрицы обладают разной удерживающей способностью по отношению к различным радионуклидам. С использованием приведенных результатов была оценена пригодность наиболее надежных стеклоподобных матриц для изоляции типичных представителей коротко (Cs-137), долго (Pu-239) и ультра долгоживущих (U-238) радионуклидов. Результаты оценки зависимости вышедшего загрязнения от времени приведены на рис.4.


Рис.4. Оценка задерживающей способности матричных материалов

Из приведенных на графике зависимостей видно, что для долгоживущих и ультра долгоживущих радионуклиды не могут быть эффективно локализованы в матричном материале, так как срок сохранения ими потенциальной опасности превышает время выхода из матричного материала основного количества этих нуклидов. Т.е. стеклоподобные матрицы не способны обеспечить долгосрочную изоляцию долгоживущих РАО от среды обитания человека или внести ощутимый вклад в обеспечение безопасности, способное повлиять на снижение стоимости проектных решений по окончательной изоляции (глубины размещения могильника и пр.). Таким образом, единственной целью кондиционирования долгоживущих РАО в матричные материалы является возможность обращения с ними до загрузки в могильник или для тепловыделяющих РАО их длительное хранение с вентиляцией.

Для сравнительной количественной оценки эффективности технологии подготовки РАО к захоронению предложено использовать показатель, представленный суммарной стоимостью переработки и окончательной изоляции единичного объема отходов с учетом свойств конечного продукта.

С использованием предложенного критерия проведена оценка эффективности технологий подготовки РАО. Так для жидких РАО применение технологий переработки крайне эффективно (снижение общей стоимости в 2–5 раз), для твердых РАО эффект применения технологий переработки незначителен в силу высокой начальной стоимости оборудования.

Показано, что большей экономической эффективностью обладает стратегия минимизация числа пунктов подготовки отходов к окончательной изоляции, то есть создание региональных центров по переработке на предприятиях с большим объемом накопленных или образующихся РАО. Для мест сосредоточения малых объемов РАО при невозможности их вывоза для переработки в региональные центры целесообразно применение мобильных модульных установок.

Выполнена оценка эффективности применения матричных материалов для изоляции различных радионуклидов. Показано, что долгоживущие радионуклиды не могут быть эффективно локализованы в матричном материале, так как срок сохранения ими потенциальной опасности превышает время выхода из матричного материала основного количества этих нуклидов. То есть матричные материалы не способны обеспечить надежную изоляцию долгоживущих РАО от среды обитания человека или внести ощутимый вклад в обеспечение безопасности, способное повлиять на снижение стоимости проектных решений по окончательной изоляции (глубины размещения могильника и пр.).

Таким образом, выполненная оценка эффективности применения различных матричных материалов для РАО, содержащих долгоживущие радионуклиды показала, что единственной целью кондиционирования долгоживущих РАО в матричные материалы является возможность обращения с ними до загрузки в могильник. Чем больше срок временного хранения, тем более высокие требования предъявляются к стеклу, керамике, цементу.

Заключение

1. Предложена обобщенная схема и выделены основные категории РАО, требующие принципиально различных способов подготовки к окончательной изоляции.

2. Определено, что в отрасли разработано и экспериментально подтверждено достаточное количество технологий, позволяющих осуществлять подготовку отходов широкого диапазона первоначальных свойств, позволяющих создавать систему подготовки РАО всех типов к окончательной изоляции.

3. Для сравнительной количественной оценки эффективности технологии подготовки РАО к захоронению предложено использовать показатель, представленный суммарной стоимостью переработки и окончательной изоляции единичного объема отходов с учетом свойств конечного продукта.

4. Так для жидких РАО применение технологий переработки крайне эффективно (снижение общей стоимости в 2–5 раз), для твердых РАО эффект применения технологий переработки незначителен

5. Наибольшей экономической эффективностью обладает стратегия минимизация числа пунктов подготовки отходов к окончательной изоляции, то есть создание региональных центров по переработке на предприятиях с большим объемом накопленных или образующихся РАО. Для мест сосредоточения малых объемов РАО при невозможности их вывоза для переработки в региональные центры целесообразно применение мобильных модульных установок.

6. Таким образом, выполненная оценка эффективности применения различных матричных материалов для РАО, содержащих долгоживущие радионуклиды показала, что единственной целью кондиционирования долгоживущих РАО в матричные материалы является возможность обращения с ними до загрузки в могильник. Чем больше срок временного хранения, тем более высокие требования предъявляются к стеклу, керамике, цементу.

По материалам Международной конференции «Стратегия безопасности использования атомной энергии»

назад

Материалы из архива

9.2008 Наша деятельность требует высокой квалификации

С.А.Адамчик, заместитель руководителя Ростехнадзора. — Сергей Анатольевич, кого сегодня в нашей стране волнует безопасность атомной отрасли? — Наверно, в большей мере население. Хотя у меня такое впечатление складывается, что ему уже все равно – оно не очень активно. Его провоцируют на формирование отдельных мнений, особенно в районах строительства атомных станций, а в целом наше население проявляет активность только, если что-то случается. Даже достаточно страшное событие – Чернобыльская катастрофа – сегодня уже стало забываться.

5.2009 Система АЭС малой мощности как фактор национальной безопасности России

Т.Д.Щепетина, к.т.н., нач. лаб. ИЯР РНЦ «Курчатовский институт» Но никогда ИМ не увидеть НАС      Прикованными к веслам на галерах!В.Высоцкий, «Еще не вечер»Концепция национальной безопасности Российской Федерации - система взглядов на обеспечение в Российской Федерации безопасности личности, общества и государства от внешних и внутренних угроз во всех сферах жизнедеятельности… в экономической, внутриполитической, социальной, международной, информационной, военной, пограничной, экологической и других сферах.

8.2008 Дайджест за июль 2008 г. от РНЦ «Курчатовский институт»

Глава «Росатома» о мировой ядерной энергетикеВ статье, опубликованной в немецкой газете «Frankfurter Algemeine  Zeitung» генеральный директор ГК «Росатом» С. Кириенко заявил:· Продовольственный кризис, глобальное потепление и неравномерное распределение ресурсов для развития частично являются результатом энергетического дефицита и вызванного им роста цен на энергию.