Десятки атомных реакторов старых поколений не соответствуют современным требованиям к безопасности, морально и технически устарели. Старые АЭС по всему миру теперь надо постепенно выводить из эксплуатации и закрывать, а отработанное топливо и оборудование — резать, заливать бетоном и захоранивать подальше от людей.
Переработка и захоронение отработанного ядерного топлива и других отходов — сложная инженерная задача. В первую очередь потому что все операции на АЭС выполняются роботами, а не людьми, в целях безопасности. Само топливо и фрагменты реактора следует разрезать на небольшие фрагменты и помещать в контейнеры для захоронения. Например, на Чернобыльской АЭС это канистры длиной всего 4444 мм и диаметром 1876,4 мм. На ЧАЭС используется стационарная циркулярная пила, которая может разрезать только стержни, которые предварительно помещают в станок.
Работы по доставке и разрезанию отработанного топлива на ЧАЭС осуществляются в автоматическом режиме, с дистанционным управлением. Американская компания Holtec для этого построила роботизированный мини-завод, на котором осуществляется подготовка отработанного топлива для захоронения.
Схема сухого хранилища отработанного топлива «ХОЯТ-2» (Interim Spent Fuel Storage Facility, ISF-2) на территории ЧАЭС, где происходит разрезание отходов перед их захоронением
После резки фрагменты стержней отработанного топлива помещаются в канистры с двойными стенками, которые заливаются бетоном и переносятся в хранилище.
Зона хранения отработанного топлива в Interim Spent Fuel Storage Facility, Чернобыльская АЭС
Если необходимо резать только стержни и ничего больше, как на ЧАЭС, то это довольно простая задач. Достаточно простого лазерного резака.
Резак с циркулярной пилой для распила стержней. Фото сделано во время приёмки завода «ХОЯТ-2» в эксплуатацию
Пример ЧАЭС хорошо демонстрирует, с какими проблемами сталкиваются инженеры при разработке автоматизированного оборудования для резки ядерных отходов. К счастью, наука не стоит на месте, и роботехнические компании готовы предложить более продвинутое и универсальное оборудование для утилизации ядерных отходов. С учётом необходимости вывода из эксплуатации старых небезопасных ядерных реакторов такое оборудование придётся весьма кстати.
Британская компания OC Robotics разработала необычную машину, похожую на толстую металлическую змею со смертельным жалом. Это роботизированный манипулятор LaserSnake2, который точно позиционируется по всем степеням свободы и оснащён мощным лазерным резаком для резки любого материала.
Проект находился в разработке с 2013 года. Его вела OC Robotics при участии TWI, National Nuclear Laboratory, ULO Optics и Laser Optical Engineering. Финансирование осуществляли Innovate UK, Департамент по делам энергетики и изменения климата Великобритании, а также Управление по выводу из эксплуатации ядерных объектов Великобритании.
После трёхлетней разработки «лазерной змеи» в июле-августе 2016 года машину установили и опробовали на заводе по переработке ядерных отходов First Generation Reprocessing Plant в Селлафилде (Великобритания). Это обширный атомный комплекс на побережье Ирландского моря. В разные годы здесь производился оружейный плутоний (с 1950 года), изготавливалось топливо для АЭС, перерабатывалось облученное ядерное топливо, работала АЭС (с 1956 по 1983 годы).
Эксплуатация LaserSnake2 показала, что машина успешно справляется поставленными задачами. В ноября 2016 года этот робот даже был удостоен награды Technology/Innovation Implementation Award от Управления по выводу из эксплуатации ядерных объектов Великобритании.
Технология нового поколения может найти широкое применение в реальных условиях утилизации и переработки ядерных отходов. В том числе на станциях, которые выводятся из эксплуатации.
Резак спроектирован на базе мощного лазера с оптической системой фокусировки (см. параметры пучка и скорость резки при тестировании 5-киловаттного лазера и разных дифракционных линз).
Резак LaserSnake2 справляется даже с толстыми металлическими деталями.
Дистанционное управление резаком осуществляет группа инженеров, которая располагается в безопасном помещении.
Разработчики считают, что LaserSnake2 может пригодиться не только для утилизации отходов, но и для выполнения задач по лазерной резке в любых враждебных для человека или ограниченных условиях, в том числе под водой. В перспективе ничто не мешает объединить этого робота с мобильной платформой, обеспечив ему определённую свободу передвижений.
Кроме ядерной энергетики, LaserSnake2 предлагается использовать в нефтегазовом секторе, где такая установка может принимать участие в работах по инспекции и ремонту труб и оборудования, в строительстве и инженерных работах. К примеру, в стеснённых условиях конструирования авиалайнера, при сборке и обслуживании крыльев самолёта.
Вместе с роботом поставляется программное обеспечение для управления. Разработчики могут приспособить дизайн LaserSnake2 для выполнения специфических задач.
Комментарии (20)
1kne
29.11.2016 18:49+1Насколько мне известно, в качестве одного из конструкционных материалов манипуляторов такого типа используется пластик. Интересно, как решается вопрос деструктуризации полимерных соединений ионизирующим излучением от РАО? Эксперты?
N1GZ
30.11.2016 15:05Не эксперт, но металлы вроде тоже деградируют. Для корпусов ВВЭР вроде хитрые марки сталей используют что бы срок службы был подольше.
koldyr
29.11.2016 22:18+5А мне вот интересно: есть ли план последующей утилизации завода?
И к чему сходится последовательность заводов по утилизации заводов.hokum13
30.11.2016 12:00Ряд сходится к единице.
А если серьезно, то ни кто не откажется от ядерной/термоядерной энергетики. А значит количество таких заводов будет только расти.
unxed
29.11.2016 23:30+1Занятно что сам факт необходимости закрытия «устаревших» ядерных станций читателю предлагается принять на веру. А какие критерии устаревания хотя бы?
Авария на ЧАЭС произошла не из-за «устаревшей» конструкции, а из-за недокументированного поведения реактора в определенном режиме работы, если что.
vanxant
30.11.2016 05:24+1У оборудования АЭС, в том числе реакторов и машин первого контура, как и у любых других устройств, есть срок службы, 20-60 лет. В первую очередь из-за усталости металла, особенно эксплуатируемого в жестких радиационных условиях. Каждый атом металла реактора за время работы испытывает десятки смещений, из-за чего металл становится хрупким и рано или поздно лопнет.
Это же касается и бетонных конструкций реакторного здания.
Поэтому реакторы на АЭС не меняют, а просто строят рядом новый энергоблок. А старый приходится резать и захоранивать в бочках с бетоном.ignite
30.11.2016 19:07Для продления срока службы проводят отжиг стенок реактора на месте. У нас ВВР 440 отжигают.
RusakovMxL
30.11.2016 09:12На предприятии есть службы анализа металлических и бетонных конструкций. Металлоконструкции анализируются, к примеру, дефектоскопистами. Бетонные конструкции тоже осматриваются. Проходят люди и смотрят на состояние прочноплотных боксов и ответственных бетонных конструкций (мелкие трещинки, крупные трещины). Трещины банально прямо по стене отмечают маркером. Обходы проходят с определенной периодичностью и если трещина пошла дальше, она выйдет за обрисовку маркером.
Еще анализируют частоту отказов оборудования по свищам и по моральному состоянию оборудования (электронного, механического) и принимают решение о необходимости реконструкции и продлении срока работы реактора, либо полное закрытие блока и вывод его из эксплуатации.
РБМК-1000 на ЛАЭС хотели закрыть из-за «распухания» графитовой кладки внутри реактора и заклинивания стержней регулирования нейтронного потока внутри каналов реактора. Был риск несрабатывания аварийной защиты в случае необходимости. Это, в принципе, тоже один из примеров дефектоскопии. На гигтаймсе как-то проскакивала статья об этом. Была разработана методика НИКИЭТ-ом. Проблему устранили. А так бы — закрыли реактор.
Методов анализа много. За этим строго следят.
Vadzimkan
30.11.2016 10:28Станции вырабатывают свой ресурс, что требует захоронения оборудования и конструкций.
Инженерная мысль не стоит на месте и на смену более ранним моделям станций приходят новые, боле безопасные и эффективные.
Где-то вообще отказываются от АЭС в пользу других источников энергии.
dan939
30.11.2016 10:25в цену энергии, вырабатываемой ядерными электростанциями должна быть заложена цена расходов на утилизацию всей цепочки производимых отходов. ну и ещё стоимость ликвидации последствий возможной аварии надо закладывать сразу.
impetus
«а потом четыре дня не могли отмыть меня» — специфика обработки РАО — всё, что с ними соприкасается — само становится радиоактивными отходами, причём гораздо быстрее, чем хотелось бы…
unxed
для лазерной резки соприкасаться не обязательно, впрочем, газоотвод как-то решать придётся в любом случае.
а вот циркулярная пила из чернобыля и стружка, которую она образует — это да.
impetus
+ пыле- и дымоотвод. (ну и испаряемого материала тоже)
mrsantak
Так вроде наведенную радиоактивность создает только излучение нейтронов. А остальные типы излучения не превращают облученные материалы в радиоактивные.
SuperZveruga
А потом заходит дядя Вася в рукавицах и собирает всё это в кучку.