Эта двойственность порождает сложный выбор о дальнейшей судьбе ОЯТ — вот уже много десятилетий подавляющее большинство стран, обладающих атомной энергетикой не могут определится, необходимо ли захоранивать ОЯТ или перерабатывать.
В этом тексте я по возможности аккуратно попытаюсь посчитать расходную и доходную часть экономики ОЯТ.
Использованные термины и сокращения:
Делящиеся материалы (ДМ) — собственно ядерное топливо, поддерживающее цепную реакцию деления (Pu239, U235, Pu241, U233). То, что называется топливом, на самом деле, кроме ДМ обычно содержит и другие материалы — кислород, уран 238 и продукты деления
Продукты деления — осколочные элементы, образующиеся из ДМ в результате реакции деления. Обычно радиоактивные изотопы от 70 до 140 номера таблицы Менделеева.
PWR/ВВЭР — самый распространенный в мире тип ядерных реакторов, с водой под давлением (не кипящей) в первом контуре, с тепловым нейтронным спектром.
БН — другой тип реакторов, с быстрым нейтронным спектром и натрием в качестве теплоносителя.
ЗЯТЦ — замыкание ядерного топливного цикла, перспективный метод расширения топливной базы ядерной энергетики. Подразумевает использование реакторов БН или БРЕСТ.
БРЕСТ — еще один тип реакторов, с быстрым нейтронным спектром и свинцовым теплоносителем, теоретически являющийся более безопасным, чем БН. Ни один подобный реактор пока не построен.
Дебет
Расходы на ОЯТ начинаются у оператора АЭС, когда оно покидает приреакторный бассейн выдержки и отправляется либо в сухое, либо в мокрое хранилище. Удобно здесь и далее все расходы пересчитывать в удельные затраты на килограмм тяжелых металлов ОЯТ, так вот в случае отправки в сухое хранилище такие расходы составляют от 130 до 300 долларов на кг ОЯТ и определяются в основном стоимостью контейнеров хранения либо здания, в котором размещается ОЯТ. Из этой суммы от 5 до 30 долларов приходится на транспортные операции.
Загрузка в транспортный контейнер, пожалуй, самого дорогостоящего ОЯТ в мире — из уцелевшего бассейна выдержки 4 блока Фукусимской АЭС
Эти суммы, на самом деле, ничтожны. Килограмм ОЯТ, когда еще был топливом, выработал (если взять PWR/ВВЭР) от 400 до 500 МВт*ч электроэнергии, стоимостью где-то 16...50 тысяч долларов, т.е. перемещение в промежуточное хранение не стоит и 1% доходов от производства атомной электроэнергии.
Впрочем, промежуточное хранение на то и промежуточное, что у него должно быть какое-то продолжение. Это может быть либо прямое захоронение ОЯТ в неизменном виде, либо переработка.
Сухое контейнерное хранение является самым дешевым вариантом промежуточного хранения ОЯТ на сегодня — не нужно здание, если площадка расположена на территории АЭС — не нужна даже дополнительная охрана. Гигаваттный блок за год использует топлива примерно на 2,5 таких контейнера стоимость по 0,5-1 млн $ штука.
Глубокое захоронение ОЯТ сегодня реализуется в виде конкретных проектов в Финляндии, Швеции, США и Швейцарии и исследуется для разных площадок еще в двух десятках стран. Пример Финляндии и Швеции показывает, что стоимость прямого захоронения будет скорее всего в районе 1000 долларов на килограмм ОЯТ или чуть ниже — и общие затраты к моменту окончательного снятия вопроса с ОЯТ с плеч оператора АЭС составят, соответственно что-то вроде 1000-1200 долларов на килограмм. Интересно, что эта сумма составляет примерно половину стоимости свежего топлива.
Контейнеры для окончательного геологического захоронения. Технология требует выдержки в 20-30 лет прежде, чем выполнять это захоронение, впрочем сегодня во многих странах нет проблем с поиском ОЯТ, которое хранится уже 30+ лет
Однако, стоимость прямого захоронения схожа со стоимостью переработки — может быть извлекая ценные материалы можно снизить общие расходы, или даже выйти в плюс?
Кредит
Основным мотивом к радиохимической переработке ОЯТ является наработанное в нем новое ядерное топливо, и чуть шире — вообще делящиеся материалы. Стоимость этих извлекаемых материалов является неким якорем во всей экономике переработки, проще говоря, это однозначно самое ценное, что можно извлечь из ОЯТ. Сравнивая со стоимостью U235, извлеченного из природного урана (примерно 25 тысяч долларов за кг) можно достаточно быстро прикидывать, стоит ли овчинка (переработка) выработки.
Если поискать информацию по стоимости переработки, то можно найти цифры от 700 до 2000 долларов за килограмм тяжелых металлов ОЯТ (без учета веса металлических частей тепловыделяющей сборки с топливом, с которыми тоже приходится возиться, и кислорода — ведь топливо в основном находится в форме оксида). В ОЯТ современных рабочих лошадок атомной энергетики — реакторов PWR/ВВЭР содержится от 1,5 до 2,5% делящихся материалов (первая цифра относится к современным конструкциям топлива, из которых выжимают по максимуму, вторая — к старому, вылежавшемуся ОЯТ).
Перегрузка на АО Маяк нового транспортного контейнера ТУК-141с топливом из реакторов Балаковской АЭС в сентябре этого года — начало процесса переработки
Можно перемножить. Потратив от 700 до 2000 долларов мы получим 25000х1,5-2,5%=375...625 долларов делящихся материалов. Ситуация ухудшается еще больше, если вспомнить об изотопном составе извлеченных из ОЯТ PWR/ВВЭР делящихся материалов — уран будет загрязнен нейтронным ядом U236, а плутоний чуть ли не наполовину состоять из неделящихся изотопов (Pu240, Pu242). Кроме того, последующая фабрикация свежего ОЯТ с довольно радиоактивным плутонием тоже дороже, чем работа с “органическим” обогащенным продуктом природного урана.
И тут в стройном (я надеюсь) повествовании по экономике ОЯТ, которое есть сегодня стоит сделать шаг в сторону и посмотреть так же на стоимость топливного цикла применительно к быстрым реакторам и ЗЯТЦ — то, что рассматривали специалисты в 60х и 70х как будущее отрасли.
Упрощенная (действительно упрощенная) схема топливного цикла с переработкой без быстрых реакторов довольно бесмысленна, о чем ниже.
И ситуация сразу улучшится. Во-первых, быстрый спектр нейтронов требует гораздо большего количества делящихся материалов в активной зоне, что достигается увеличением их концентрации: до 20-30% плутония или 235 урана, против 4-5% для реакторов с тепловым спектром. Т.е. для получения того же количества Pu239 нам надо переработать в 5-6 раз меньше ОЯТ. Кроме все мы помним о том, что быстрые реакторы — это бридеры, и в ОЯТ у них содержится больше ДМ, чем в свежем топливе!
Есть еще один аспект, если уж мы сравниваем ДМ из ОЯТ и природный уран. При концентрации ДМ в свежем топливе БН, скажем, 27%, выгорает из этого не больше 11%. Т.е. ? добытого природного урана без переработки пойдут в отвал, что катастрофически роняет экономику быстрых реакторов без переработки ОЯТ (например, БН-600). Ситуация, фактически обратная ВВЭРам.
Но давайте посчитаем. Если из килограмма ОЯТ БН мы извлекаем 300 грамм плутония, то в эквиваленте природного урана наша прибыль — 7500 долларов, что заведомо больше стоимости переработки этого килограмма в 2000 долларов. Тут правда надо вспомнить, что сгорает в следующем цикле около ? извлеченного количества, т.е. доход сокращается до 2500 долларов на килограмм ОЯТ.
Фактически это означает, что расходы на переработку ОЯТ — фабрикацию нового топлива для быстрых реакторов эквивалентны фабрикации топлива из природного урана — перерабатывающий “хвост” перестает быть обузой.
На деле, конечно, я упрощаю. всякие вещи, типа минорных актиноидов, захоронения продуктов деления тянут экономику переработки вниз, и реальный результат сильно зависит от технологии. Для примера — ниже расчетные цифры по выходу разных неприятных вещей при переработки ОЯТ во Франции (для 6 разных сценариев развития этой переработки) в объеме, охватывающем ОЯТ от 100 до 150 гигаватт мощностей.
Ниже табличка, которая показывает сокращение потребности в природном уране за счет использования делящихся материалов из переработанного топлива.
А теперь посмотрим, нет ли еще чего полезного в ОЯТ, что могло бы улучшить экономику переработки в целом. Тут необходимо вспомнить, что продукты деления урана и плутония — это примерно 70 изотопов 25 элементов. Некоторые нуклиды — стабильные и радиоактивные, в принципе, представляют коммерческий интерес.
Палладий. На каждую тонну продуктов деления приходится примерно 5% палладия сложного изотопного состава. Т.е. из каждой тонны ОЯТ БН, содержащей 100 килограмм продуктов деления, можно будет извлечь около 5 килограмм палладия, из тонны ОЯТ ВВЭР — 800 грамм. К сожалению, палладий будет радиоактивен из-за изотопа Pd-107 (его примерно 14% из всех изотопов палладия в ОЯТ), который имеет период полураспада 6,5 млн лет, т.е. дождаться его распада не получится. Удельная активность извлеченного из ОЯТ палладия будет около 1,2 МБк/г — это довольно много, НРБ-99 устанавливает предел безопасного годового поступления палладия такой активности в 1,45 грамма в год.
Теоретически, если этот радиоактивный палладий найдет применение (в каких-нибудь промышленных катализаторах, скажем) и цена его будет равна цене природного (~30000 долларов за кг!), то добытый из ОЯТ палладий будет восполнять 1-2% стоимости переработки ОЯТ.
Родий. Другой металл платиновой группы. Из тонны ОЯТ БН можно будет извлечь 1,2 кг родия, а из тонны ОЯТ ВВЭР — порядка 500 грамм. Самый долгоживущий радиоактивный изотоп Rh-102 с периодом полураспада 3,74 года, Где-то за 50 лет выдержки радиоактивность родия упадет до значений, после которых его можно считать не радиоактивным. Стоимость родия примерно такая же (сейчас даже больше), чем у палладия, соответственно добытый из ОЯТ родий будет восполнять 0,3-0,5% стоимости переработки.
Рутений. Кроме печально известного Ru-106 среди продуктов деления есть и стабильные изотопы этого элемента. Рутения по массе в ОЯТ примерно на 25% больше, чем палладия, а не радиоактивным (после распада основного количества Ru-106) он становится примерно за 40 лет выдержки. К сожалению, стоимость рутения в 6 раз ниже, чем палладия, поэтому он так же добавляет при продаже всего 0,2-0,4% от стоимости переработки ОЯТ.
Серебро. Среди осколков деления его доля приблизительно 0,8%. Т.е. из этой тонны осколков его будет около 8 кг. Имеет два относительно долгоживущих радиоактивных изотопа. Ag-110m с периодом полураспада 250 суток и Ag-108m c периодом полураспада 418 лет. Второй изотоп образуется со сравнительно малым выходом. Остаточная активность после 30 лет выдержки будет 2,9 мкКи/г, несколько повыше радиоактивности природного урана, но соизмеримо. Пригодно для технического применения, однако из-за относительно низкой стоимости вряд ли экономически оправдано.
Ксенон. Это самый распространенный из осколков урана или плутония — только стабильные изотопы составляют около 12% массы продуктов деления. Не смотря на его низкую, на фоне палладия или рутения, стоимость (~50 долларов за кг) тот факт, что ксенон — это благородный газ делает его интересным. При любой переработке ОЯТ ксенон выделяется в газообразном виде, поэтому никакой специальной радиохимии для его получения не нужно, что резко снижает себестоимость. Есть, правда, одна проблема — хотя среди изотопов ксенона нет долгоживущих (подарок природы!), его всегда сопровождает криптон, изотоп Kr-85 которого является долгоживущим радиоактивным элементом.
Тем не менее криогенная ректификация может помочь получить чистый ксенон, который находит сегодня все больше применения в ионных двигателях космических аппаратов, в наркозе и т.п. Не смотря на это, мне не удалось найти следов практики сохранения ксенона при переработке ОЯТ — обычно его просто сбрасывают в атмосферу.
Технически есть еще несколько элементов, которые в будущем могут представлять интерес для извлечения из ОЯТ — например теллур. Однако текущая стоимость этих материалов, как и в случае серебра не оправдывает их добычи из ОЯТ.
Доли различных элементах в продуктах деления U235
В итоге получается, что в лучшем случае, при снятии барьеров на использование слабо радиоактивного палладия, драгоценные металлы могут вернуть около 2-2,5% стоимости переработки ОЯТ, а в худшем — порядка 0,5% и это означает, что их извлечением из осколочной массы никто заниматься не будет.
Баланс
Заканчивая описание этого раздела необходимо сказать, что выжидательная позиция по захоронению объясняется еще и возможным появлением новых методов переработки ОЯТ, например предлагаемой в рамках БРЕСТ электрорастворением расплава ОЯТ или еще более экзотичными ректификацией фторидов ОЯТ или разделением в виде плазмы. Теоретически, переработка ОЯТ может быть заметно дешевле, выигрывая по общим расходам у сценария с захоронением. Впрочем, стать этой теории практикой мешает позиция США, всячески препятствующей развитию переработки ОЯТ в мире, и технические сложности.
Возвращаясь к экономике: видя общую картину, хочется рассмотреть еще один вариант — бесконечное “промежуточное” хранение. Если заглянуть в оценки операционных расходов площадки хранения, то мы увидим там цифры в 5-15 долларов на килограмм топлива в год, причем 90% этой суммы обуславливается стоимостью охраны площадки. Получается, что разница между стоимостью прямого захоронения и накопленной стоимостью хранения выбирается за 50-100 лет, на которые обычно и рассчитываются контейнеры сухого хранения или здания хранения.
Получается следующая градация действий — дешевле всего “промежуточно” хранить, однако этот процесс рискует затянуться (как это происходит в США, где национальное захоронение ОЯТ обсуждается уже 40 лет) и стать существенным фактором в общей цене жизненного цикла ядерного топлива. Наилучшим мгновенным решением в плане стоимости является как можно более быстрое захоронение ОЯТ в глубокой геологии. Ну а если есть надежда на развитие атомной энергетики в сторону ЗЯТЦ — то необходимо развивать переработку ядерного топлива.
Кстати, посмотрите классный ролик про создание и испытания бетонной пробки для туннелей финского захоронения Онкало.
Комментарии (94)
pzhivulin
30.01.2018 06:11Есть расчёт по стоимости строительства/эксплуатации сравнимой по мощности современной атомной электростанции со всеми службами хранения и современной солнечной электростанции с соответствующим комплексом хранения энергии на батареях?
tnenergy Автор
30.01.2018 09:47Пока второй вариант в 1,5-2 раза дороже. Но если литий-ионные батареи заменить на гидроаккумулирующую станцию на удачном рельефе, то стоимость уже может сравняться (см проект Valhalla в Чили).
AquiHostStrider
02.02.2018 11:11Ну если учесть потери на саморазряд АБ, деградацию ФЭ-модулей и самих аккумуляторов, а также зависимость эффективности генерации от погоды, то…
Ig_B
30.01.2018 09:09Горит ли образовавшийся в реакторе на БН плутоний в тех же условиях как и U238?
tnenergy Автор
30.01.2018 11:48Учитывая, что U238 не "горит" в принципе, я вас не очень понимаю.
Ig_B
30.01.2018 12:41А что «горит» в реакторе на БН?
tnenergy Автор
30.01.2018 12:46Плутоний. А уран 238 трансмутируется в новый плутоний.
Если идти еще чуть дальше, то на самом деле уран 238 тоже делится, просто нейтронами с энергией >1 МэВ, которых в БН на три порядка меньше, чем нейтронов с энергием <1 МэВ. Т.е. немножко все же горит, но очень незначительно.
barnes
30.01.2018 13:57Почему не горит? На быстрых нейтронах еще как горит. Так называемая реакция Джекила-Хайда. Но в реакторе такого само собой не получишь.
BorodaTHOR
30.01.2018 09:21Топливо надо выдержать как можно дольше на воздухе для уменьшения остаточных энерговыделений, так что СХОЯТ (сухое хранилище) — вынужденная мера. Это позволяет использовать контейнеры из более дешевых материалов. Т.о. утверждение:
дешевле всего “промежуточно” хранить, однако этот процесс рискует затянуться (как это происходит в США, где национальное захоронение ОЯТ обсуждается уже 40 лет) и стать существенным фактором…
весьма спорное.
Есть еще один интересный момент — «дожигание» отработавшего топлива, например ВВЭРов, в CANDU.tnenergy Автор
30.01.2018 09:45Топливо надо выдержать как можно дольше на воздухе для уменьшения остаточных энерговыделений, так что СХОЯТ (сухое хранилище) — вынужденная мера.
Для чего надо?
весьма спорное.
Пардон, а есть варианты дешевле контейнерного хранения?
Есть еще один интересный момент — «дожигание» отработавшего топлива, например ВВЭРов, в CANDU.
Насколько я помню, у DUPIC ограничение по выгоранию что-то вроде 45 ГВт*дней/тонна, а современные ВВЭР/PWR уже показывают выгорания 60+. Ну и сама переупаковка ОЯТ… собственно результат такой, что нигде этот DUPIC не применяется.
200sx_Pilot
30.01.2018 09:22На каждую тонну продуктов деления приходится примерно 5% палладия сложного изотопного состава. Т.е. из каждой тонны ОЯТ БН можно будет извлечь около 5 килограмм палладия,
Или 0,5% или 50кг.
И % приходятся не на тонну, это безразмерная относительная величина.tnenergy Автор
30.01.2018 09:54В каждой тонне ОЯТ БН 10% осколков. Из этих 100 килограмм осколков 5% или 5 кг — палладий. Так понятнее?
1Fedor
30.01.2018 09:22«Глубокое захоронение ОЯТ сегодня реализуется в виде конкретных проектов в Финляндии, Швеции, США и Швейцарии и исследуется для разных площадок еще в двух десятках стран».
А разве есть где-то захоронение ОЯТ?
Мне кажется это все проекты.
Онкало испытания бетонной пробки.tnenergy Автор
30.01.2018 09:51В Onkalo первое опытное захоронение будет в этом или следующем году. Как рутинной практики — нигде нет, но финны уже вплотную подобрались.
playnet
30.01.2018 10:09Неужели даже грубое разделение на элементы это слишком дорого? Хранить потом подобное с подобным. И в чем проблема переработки урана, есть же центрифуги, технологии… Опять обогащаем эту же смесь и снова в работу.
vassabi
30.01.2018 11:09в чем проблема переработки урана, есть же центрифуги, технологии…
наверно в том, что урановая руда гораздо меньше излучает?playnet
30.01.2018 12:011) и так выдерживают сколько-то лет до снижения активности
2) процессы автоматизированы, люди не нужны. Учитывая значительно более высокое обогащение на входе, нужно гораздо меньше центрифуг. Да и не думаю, что уран из отлежавшихся ТВЭЛов сильно радиоактивнее свежедобытого и наверное допустимо пустить на те же разделители, ближе к выходу.
kisaa
30.01.2018 12:112) Сильно. Очень сильно. Неактивированная (не обученная нейтронами) сборка практически не фонит. А извлечённая из реактора — фонит очень.
NiTr0_ua
30.01.2018 13:01предварительное химическое разделение элементов, а потом уже — изотопы урана в центрифуги.
+ после 30-40 лет хранения активность таки сильно падает.tnenergy Автор
30.01.2018 13:15- после 30-40 лет хранения активность таки сильно падает.
Через 30 лет активность ОЯТ упадет примерно в 10 раз. Но до природного урана еще 7 порядков останется.
tnenergy Автор
30.01.2018 12:411) и так выдерживают сколько-то лет до снижения активности
Что бы активность ОЯТ снизилась до активности исходного топлива, нужно подождать несколько миллионов лет.
2) процессы автоматизированы, люди не нужны.
На существующих заводах — нужны.
Учитывая значительно более высокое обогащение на входе, нужно гораздо меньше центрифуг.
Эффективное обогащение на входе с учетом U236 меньше, чем у природного урана.
Да и не думаю, что уран из отлежавшихся ТВЭЛов сильно радиоактивнее свежедобытого и наверное допустимо пустить на те же разделители, ближе к выходу.
Раньше так поступали с топливом из реакторов-наработчиков. Но результат не очень — каскады потом приходится долго отмывать, прежде чем начать работать с чистым ураном.
tnenergy Автор
30.01.2018 12:39Опять обогащаем эту же смесь и снова в работу.
В современном ОЯТ изотопный состав урана хуже, чем в природном уране. Смысл возится с радиоактивным сырьем, если есть условно нерадиоактивное лучшего качества?
Garlic_Sting
30.01.2018 10:32В разделе об извлечении палладия из ОЯТ, 5% от 1-й тонны это 50 кг
Ilyato
30.01.2018 12:235% от продуктов деления. В тонне ОЯТ БН и ОЯТ ВВЄР содержится разное количество продуктов деления, но в любом случае меньше тонны.
qwertyqwerty
30.01.2018 11:42Что будет если запустить отработанное ядерное топливо… например в космос и там взорвать или пустить в свободное плавание?
ganzmavag
30.01.2018 12:19Учитывая, что не все ракеты долетают до космоса, в случае возникновения проблем при пуске будет так себе.
darthslider
30.01.2018 12:33Лёгкий гуглинг показывает, что стоимость доставки 1кг груз на низкую орбиту на «Востоке» примерно 1 586. Но зачем оно нам на низкой орбите? Мысль отправлять на Солнце вполне разумна, но стоимость будет просто космической.
Это даже если убрать все риски неудачного запуска.
andrey_gavrilov
30.01.2018 12:57Мысль отправлять на Солнце вполне разумна
— _Нет_. Под каким-то из постов Валентина это (и прочие, более привлекательные космические альтернативы) разбиралось в комментах.darthslider
30.01.2018 13:35Насколько я помню, вся проблема в том, что а) запуски не 100% надёжны и неудачные запуски могут иметь крайне серьёзные последствия б) это ОЧЕНЬ дорого.
Гипотетически, при 100% надёжности и бесплатной доставке это отличный способ утилизации ядерного топлива. Солнце в 333000 раз тяжелее Земли. Если всю планету туда постепенно утилизировать, то оно вряд ли заметит :)
stalinets
31.01.2018 14:04+1Только чтобы попасть в Солнце, нужно затратить очень много энергии, больше, чем для Марса, например.
darthslider
31.01.2018 14:09Так я именно это и написал ниже. Стоимость выведения на низкую орбиту просто для примера стоимости даже столь «простого» перемещения.
legrus
30.01.2018 15:47Второй космической?
darthslider
30.01.2018 16:54Если не ошибаюсь, то почти в три раза больше (https://geektimes.ru/post/291377/)
tmg
30.01.2018 12:09а если использовать очень глубинное хранение, после заполнения — использовать подземный атомный \ термоядерный взрыв — освободить хранилище и еще больше углубить его и заново загружать в хранилище отходы, после чего опять опустошение, взрыв и так по кругу?
Или после первого взрыва хранилище обвалится?tnenergy Автор
30.01.2018 12:36+1использовать подземный атомный \ термоядерный взрыв — освободить хранилище
Каким образом оно при этом "освобождается"? Вы просто вместо тщательно спроектированных барьеров не распространения получаете случайные или их отсутствие в принципе.
tmg
30.01.2018 13:00при взрыве глубина хранилища увеличится и все отходы которые не оказались в стекловидном покрытии хранилища, окажутся в расплаве \ линзе на дне хранилища на большей глубине, что были раньше — с каждым новым взрывом — больше помещается, больше загружаем и глубже оказываются отходы
vassabi
30.01.2018 13:03так ведь крышка хранилища будет улетать дальше от центра, чем дно.
… а если в обломках копаться — то вы еще и радиоактивную пыль получите.
tnenergy Автор
30.01.2018 13:17больше помещается, больше загружаем и глубже оказываются отходы
Проблема же не в том, что под землей места мало, проблема в том, что за 100-500 тысяч любые барьеры могут разрушится и радинуклиды мигрировать до поверхности. А вы предлагаете разрушить барьеры сразу.
myldy
30.01.2018 13:34На новой земле глубинные взрывы все равно дают поверхностный фон (радиоактивные частички снаряда («порох») с огромным импульсом обладают большой проникающей способностью). Думается, что дополнительная грязная начинка просто позволит обнаруживать его бытовым дозиметром.
AquiHostStrider
02.02.2018 11:28Тогда есть идея получше — закидывать в жерло действующего вулкана, коих на Земле немало. Все радиоактивные компонены растворятся в огромной массе лавы до приемлемых концентраций. И это будет много дешевле выпуливания отработанных стержней в космос.
vassabi
30.01.2018 12:49кроме того что обвалится, еще и затопится, и потом эта водичка будет где-то выходить на поверхность в неожиданном месте…
Greendq
30.01.2018 12:57Вот если
Не смотря на это, мне не удалось найти следов практики сохранения ксенона при переработке ОЯТ — обычно его просто сбрасывают в атмосферу.
— то что делают с криптоном? Хранят в баллонах под давлением или тоже того, стравливают в атмосферу?myldy
30.01.2018 13:42В баллонах не хранят. В зависимости от конструкции ксенон накапливается либо в газосборниках в ТВС (которые впоследствии протыкаются), либо в первом контуре (стравливается перед перегрузкой, в случае аварии, либо реже — в процессе эксплуатации). Есть нормы на совокупную активность сбрасываемых газов (в сутки), есть требования по метеорологическим условиям для сброса (определяется для каждого объекта индивидуально), еще кое-какие требования.
NiTr0_ua
30.01.2018 13:06к слову не учтен еще технеций-99/молибден-99 (который довольно-таки востребован и куда дороже драгемталлов, хоть после хранения его таки очень мало останется).
tnenergy Автор
30.01.2018 13:20У молибдена-99 период полураспада 2,75 дня, если взять обычное время охлаждения ТВС в 5 лет, то его там на 200 порядков(!) меньше уже будет, что, собственно означает, что ни одного атома молибдена-99 в сборке не окажется.
В наработчиках медицинского осколочного молибдена мишени выдерживают 1-2 дня, потом перерабатывают.
myldy
30.01.2018 13:55Навскидку, кроме обозначенных в статье потенциально перспективно выделение других пригодных для нужд ядерной медицины и дефектоскопии изотопов?
Стронций-90, Иттрий-90 (несмотря на период полураспада, его активность за 10 лет спадает на 22%, т.к. он является осколком деления), Ниобий-95, Цезий-134, Европий 154, 155. Это мы еще не говорим про переработку графита из РБМК и т.д.
Если развернуть бешеную радиохимию и разделить ОЯТ до пары десятков элементов, то можно было бы половину всех ИЯУ в мире закрыть, оставив только Молибден, Йод-125,131 и еще несколько изотопов. Другое дело, что сложность такого производства будет просто беспрецедентная.tnenergy Автор
30.01.2018 14:26Ну стронций и цезий на маяке извлекали промышленно. Медицинские изотопы требуют очень высоких коэффициентов очистки. Ниобий 95?? Не доживет до переработки. Изотопы Европия очень сильно выгорают в нейтронном потоке.
В общем, как я понимаю, чаще всего овчинка выделки не стоит.
olekl
30.01.2018 15:17А так, из любопытства — если в бридере плутония образуется чуть ли не больше, чем выгорает 235 урана, то почему нельзя не менять топливо и перерабатывать его, а продолжить «сжигать» наработанный плутоний, пока не закончится 238 уран?
tnenergy Автор
30.01.2018 15:23Потому что накапливающиеся продукты деления ухудшают нейтронный баланс (служат нейтронными ядами) и твэлы имеют определенный ресурс по выгоранию (не больше ~10% атомов или 100 ГВт*дней на тонну).
Получается, что больше чем 10% за раз "пережечь" сложно технически и не выгодно с точки зрения падающего коэффициента воспроизводства плутония из-за отравления активной зоны.
vanxant
30.01.2018 16:12Вы почти додумались до жидкосолевых реакторов, где где вместо твэлов и теплоносителя у вас просто бочка с расплавленными солями урана и плутония. Из бочки можно потихоньку вычерпывать содержимое, чтобы химически/механически убирать всякую гадость, а взамен засыпать свежих дровишек.
tnenergy Автор
30.01.2018 16:16+2Конструкция настолько простая, удобная и эффективная, что за всю историю атомной индустрии было всего 2 жидкосолевых реактора, первых из которых просуществовал несколько месяцев, а второй — 2 года, из которых находился на мощности около года.
Это сарказм, если коротко.
Tyrauriel
30.01.2018 16:56Существовали реакторы-наработчики плутония. Электричества от них не было, но тепло было.
Сложно сделать узкоспециализированный реактор-трансмутатор для ОЯТ?
И нет бридера, у которого коэф воспроизводства максимально высокий в ущерб производству электроэнергии и тепла. Либо задаться целью сделать размножитель при радиактивных отходов.
Tyrauriel
30.01.2018 17:02Не хватило времени на редактирование.
Либо задаться целью сделать размножитель производящий при этом минимум радиактивных отходов в ущерб остальным качествам.tnenergy Автор
30.01.2018 17:40Используя только реакторы деления нельзя уменьшить суммарную активность. Можно только изменить ее параметры — например сделать более ОЯТ активными, но со спадом активности за более короткое время, можно "сжечь" самую неприятную часть изотопов, например минорные актиниды.
Nick_Shl
30.01.2018 23:24Вопрос про "переработку". Соответствует ли это действительности:
Слово "переработка" может обмануть несведущего человека. Здесь переработка не в том, что из чего-то опасного делают что-то менее опасное. Переработка отработанного ядерного топлива ? это процесс извлечения урана и плутония. А цезий, стронций и всё остальное будет оставаться в этих отходах, которые запакуют в стекло и вернут вам в качестве высокоактивных отходов. Предполагается, что на БелАЭС будет вырабатываться 26 тонн отработанного ядерного топлива в год. Их отправят в Россию, где с помощью химических процессов из них будут добывать уран и плутоний. В результате чего будет образовываться большое количество вторичных высокоактивных отходов. На свои 26 тонн вы получите 150-200 тонн запаянных в стекло высокоактивных отходов.
Смысл тогда такой "переработки", что бы захоранивать вместо 1 тонны 6-8?
tnenergy Автор
31.01.2018 00:11Вопрос про "переработку". Соответствует ли это действительности:
В целом — очень однобокая подача, хотя прямой лжи нет. Разбираю:
Здесь переработка не в том, что из чего-то опасного делают что-то менее опасное. Переработка отработанного ядерного топлива ? это процесс извлечения урана и плутония.
В целом да, радионуклиды никуда не деваются. Но все же переработанное ОЯТ в долговременном плане гораздо более безопасная форма хранения.
А цезий, стронций и всё остальное будет оставаться в этих отходах, которые запакуют в стекло и вернут вам в качестве высокоактивных отходов.
Да, верно. Законы РФ запрещают принимать радиоактивные отходы на захоронение.
Предполагается, что на БелАЭС будет вырабатываться 26 тонн отработанного ядерного топлива в год. Их отправят в Россию, где с помощью химических процессов из них будут добывать уран и плутоний.
Скажем так, формально вся эта конструкция с невозможностью принять Белорусское ОЯТ или РАО из этого ОЯТ на захоронение в Россию подразумевает, что либо Белоруссия сама себе соорудит геологическое захоронение (сложно и дорого), либо отправит на переработку и захоронит когда-то лет через 40 у себя РАО из ОЯТ. Других вариантов нет.
В результате чего будет образовываться большое количество вторичных высокоактивных отходов.
Нет, не будет. При переработке на РТ-2 не должно образовываться даже большого количества низкоактивных отходов. Фактически объем отходов сравним с весом ОЯТ, поступившим на переработку.
На свои 26 тонн вы получите 150-200 тонн запаянных в стекло высокоактивных отходов.
Нет, это не верно. Сейчас Маяк на тонну тяжелых металлов "серийно" перерабатываемого топлива ВВЭР-440 выдает примерно 160 килограмм стекла и килограмм 200 цементированных среднеактивных отходов. При этом, правда, образуется несколько тонн низкоактивной воды (загрязненной тритием, как на Фукусиме), но она остается в России.
Смысл тогда такой "переработки", что бы захоранивать вместо 1 тонны 6-8?
В литературе обычно считается (например см. фундаментальную работу MIT The Future of the Nuclear Fuel Cycle), что захоронение РАО от ОЯТ примерно в 4-6 раз менее объемно, чем само ОЯТ с учетом размера контейнера, в котором надо это ОЯТ хоронить.
stalinets
31.01.2018 14:27Не раз читал очень простое предложение по захоронению высокоактивных отходов. Запаять какое-то их количество в шар из максимально тугоплавкого металла (вольфрама, например) и просто закопать в землю. В отсутствии теплоотдачи шар постепенно наргеется так, что начнёт плавить окружающий грунт и потихоньку проваливаться всё глубже и глубже. Если правильно подобрать активность (и как следствие тепловыделение), размеры и толщину стенок шара, он по идее без последствий должен уйти на десятки километров вглубь. Там температура повышается из-за близости мантии и он, теоретически, где-то очень глубоко всё же разрушится, но это нас уже волновать не будет, так как над ним будет огромная толща грунта. Особенно если это сделать на дне океана.
Читал возражение, что, дескать, мы так, сбрастывая вниз много таких шаров, можем породить новый вулкан, притом очень «нехороший», который при извержении выплеснет назад всю радиоактивную гадость.
Но, может быть, если пускать каждый такой шар в новом месте не очень близко друг от друга, это сработает?
Или, как писали выше, пускать их в месте, где, например, материк наползает на океаническую кору и вдавливает её в мантию, или где существует мантийное течение вниз к ядру, чтобы наши расплавленные и раздавленные шары утонули в мантии насовсем и не вернулись наверх в лаве вулкана.
Интересно, не рассматривал ли кто-нибудь всерьёз такой проект утилизации. Не пробовали ли поставить эксперимент.tnenergy Автор
31.01.2018 16:03Вопрос в основном в том, что будет, если шар в процессе разогрева или начала движения разрушится и все радионуклиды у нас останутся примерно на дне скважины.
Сейчас есть популярное более вменяемое предложение — хоронить ОЯТ на глубине 2,5-5 км в кристаллических породах в скважинах большого диаметра (>0.5 м). Интерес к этом связан с тем, что сооружение таких скважин заметно подешевело за последние пару десятков лет.
samuraitch
31.01.2018 16:03Простите, комментарий не по существу, но надо использовать термин «дебЕт», а не «дебИт»
onthefly
31.01.2018 17:08Эти суммы, на самом деле, ничтожны. Килограмм ОЯТ, когда еще был топливом, выработал (если взять PWR/ВВЭР) от 400 до 500 МВт*ч электроэнергии, стоимостью где-то 16...50 тысяч долларов, т.е. перемещение в промежуточное хранение не стоит и 1% доходов от производства атомной электроэнергии.
Не хочу сходу уличать в подмене или незнании понятий стоимость/себестоимость и выручка/доход, но хотелось бы деталей. Оценка экономической эффективности АЭС — сложнейшая задача, а вы, вероятно, решив её, не уделили ей никакого внимания при том, что эта тема несравнимо важнее и актуальнее, чем предмет вашего топика.
Тут и оценка капитальных затрат, в том числе и на строительство АЭС и сопутствующей инфраструктуры, и выведение из эксплуатации (эта статья расходов у нас традиционно не учитывается, в отличие, например, от Японии), и себестоимость энергии, и коэффициент использования установленной мощности и масса других факторов. Всё это крайне интересно, но при этом почти нигде не публикуется, поскольку станции у нас строятся не только по экономическим причинам. Учитывая непрозрачность, решения могут приниматься также исходя из внутренних номенклатурных и коррупционных интересов госмонополий, энергетического лобби и иных доминирующих групп.
Могли бы вы подробнее раскрыть ход ваших мыслей и вычислений а также источники, на которые вы опирались? Смущает фрагментарность логики: тут у вас стоимость, да ещё с почти троекратным разбросом, а следом вы уже имеете вычисленный каким-то образом доход.
У меня, конечно, промелькнуло подозрение, что цифры взяты с потолка, а путаница в терминах вызвана незнанием предметной области, но хочется верить, что я ошибаюсь.tnenergy Автор
31.01.2018 21:44Не хочу сходу уличать в подмене или незнании понятий стоимость/себестоимость и выручка/доход, но хотелось бы деталей.
Ну раз по сути вы этим все равно занимаетесь, то можно было бы сходу свои цифры привести, и сократить число комментариев.
Оценка экономической эффективности АЭС — сложнейшая задача, а вы, вероятно, решив её, не уделили ей никакого внимания при том, что эта тема несравнимо важнее и актуальнее, чем предмет вашего топика.
Можете зайти в мой блог, увидеть там тэг "финансы" и с удовлетворением заметить, что я регулярно занимаюсь попытками расчета экономики АЭС. И еще больше я читаю чужих статей по экономике АЭС.
Но поскольку в данной статье я рассуждаю про ОЯТ, а не про экономику АЭС, которая очень разная в различных странах мира, и не про место АЭС в мировой экономике, то эта тема не затронута.
Тут и оценка капитальных затрат, в том числе и на строительство АЭС и сопутствующей инфраструктуры, и выведение из эксплуатации (эта статья расходов у нас традиционно не учитывается, в отличие, например, от Японии), и себестоимость энергии, и коэффициент использования установленной мощности и масса других факторов.
Вы забыли сказать где "тут". В расходной части ОЯТ это все учитывать не надо. Я рассуждаю про ОЯТ. Вам не понятна логика?
Кстати, в экономических расчетах АЭС обычно учитывается стоимость вывода, хотя бы потому, что в большинстве стран есть фонды вывода АЭС, в которые перечисляется какой-то процент доходов, и не учитывать это в текущей деятельности невозможно.
Всё это крайне интересно, но при этом почти нигде не публикуется, поскольку станции у нас строятся не только по экономическим причинам.
Публикуется, и у нас, и в англоязычной прессе, навалом — можно только этой темой заниматься и не иметь проблем с "что бы почтить по профессиональной тематике".
Могли бы вы подробнее раскрыть ход ваших мыслей и вычислений а также источники, на которые вы опирались?
Куда уж подробнее-то? Берем выработку энергии, которая получается с килограмма топлива (эту информацию можно найти в миллиарде источников), умножаем на среднюю стоимость электроэнергии, взятую из опять же любого статистического источника. Я сделал еще один шаг — расширил стоимость отпуска электроэнергии АЭС на почти все мировые значения — т.е. взял диапазон стоимости МВт*ч от 40 до 100 долларов.
У меня, конечно, промелькнуло подозрение, что цифры взяты с потолка, а путаница в терминах вызвана незнанием предметной области, но хочется верить, что я ошибаюсь.
Вы можете легко это доказать, не привлекая "недостаточное количество публикаций" — например найти осредненные цифры по а) стоимости мегаватт*часа э/э б) энерговыработки килограмма ядерного топлива в) стоимости промежуточного хранения ОЯТ резко отличающиеся от моих, тогда мы поговорим, у кого же проблемы со знанием предметной области.
onthefly
01.02.2018 14:52Я рассуждаю про ОЯТ. Вам не понятна логика?
Не бывает дохода от использования топлива, это подмена понятий, порочная логика (либо логика таксиста, водителя шахид-мобиля, если угодно). А последний абзац, к сожалению, показывает, что вы действительно не вполне понимаете, о чём пишете, пытаясь связать стоимость (вместо себестоимости) и доход.
Если отбросить экономику, в остальном написано классно и увлекательно. Возможно, вам не стоит затрагивать в ваших топиках экономические вопросы, поскольку это не самая сильная ваша сторона.tnenergy Автор
01.02.2018 16:11Т.е. по сути мы от вас комментариев не дождемся, только обсуждения что я знаю и что я не знаю?
onthefly
01.02.2018 16:46Выше два комментария с указанием на ошибки и подмену понятий. Это нормально, что человек, не понимающий различий между выручкой и доходом, не узрел в них сути.
tnenergy Автор
01.02.2018 17:22Выше два комментария с указанием на ошибки и подмену понятий.
Вы выше пишите "вы не в праве использовать понятие" — это не указание на ошибки, это ваше мнение обо мне и моих текстах. Ошибки формулируются как "вы не вправе использовать понятие А, потому что [факты и логика] это приводит к Б, а вы хотите узнать С".
Вы вот например, не вправе использовать "расходы на декомиссию не учитываются в жизненном цикле АЭС", и я вам указал почему — потому что это сразу приведет к перекосам в текущей экономике, платежи есть, а они не учитывают, так не бывает.
Давайте-ка вы в таком же стиле будете продолжать.
tnenergy Автор
01.02.2018 17:18Не бывает дохода от использования топлива
Поясните мне, почему я не могу для понимания масштаба связать расходы на захоронение и доходы, полученные от продажи электроэнергии, выработанной с помощью этого топлива? Раз вы считаете, что я ничего не понимаю — берите и объясняйте.
А последний абзац, к сожалению, показывает, что вы действительно не вполне понимаете, о чём пишете, пытаясь связать стоимость (вместо себестоимости) и доход.
Вот опять, вместо того, что бы писать про мою личность, поясните, почему я не в праве связать стоимость, по которой продается мегаватт*час и доход?
onthefly
02.02.2018 02:27Вы полагаете, что общая стоимость реализованного электричества есть доход, в то время как это всего лишь выручка. Чтобы посчитать доход, вам нужно знать расходы (о структуре расходов я говорил выше) и вычесть их из выручки. Не понимая таких простых вещей, странно вообще рассуждать об экономике и уж тем более пускаться в споры.
берите и объясняйте.
Я указал вам на ошибки, но не обязан устранять ваше невежество. Берите и изучайте матчасть самостоятельно.
И личность ваша тут ни при чём, коли вы оперируете понятиями, не понимая их, указание на сей факт не является аргументом ad hominem. Напротив, ваше ложное обвинение в этом является демагогическим приёмом, направленным в мой адрес. См Демагогия: опыт классификации. Б. КАЦЕНЕЛЕНБАУМ, доктор физико–математических наук. Наука и жизнь. 1989. №9, п. 4в.
Засим ухожу из топика, впредь буду ваше творчество пропускать не читая.
Gryphon88
Есть какие-то новости по БН и ЗЯТЦ? Планируется ли строительство генерирующих комплексов в рамках ЗЯТЦ?
myldy
Решение по БН-1200 до сих пор не принято, все остальное — пустое сотрясание воздуха. В КРЭА до сих пор девизом твердят, что с 2035 года Росатом в России только быстрые блоки будет строить.
tnenergy Автор
Новости такие, что ГХК 2 года не может запустить серийное производство МОКС-топлива (в СМИ с помпой запущенное еще в конце 2015). Из-за этого переход БН-800 на полностью МОКС-зону, который должен был начаться в конце 2017 года пока отложен.
Реальность VS радужные ожидания — в реальности даже ЗЯТЦ вокруг одного реактора представляет собой титанические усилия.
Строительство новых мощностей пока тоже в планах.
Gryphon88
Т.е. проблемы больше организационные и денежные, но не инженерные и технические? Не будет как с термоядом «Все почти готово, осталось только придумать пару материалов и чуть-чуть дописать теорию»?
andrey_gavrilov
с термоядом ситуация «не заплатили за энергетический термояд». Примерно с 70-х.
В этой связи вам придется найти другой объект для вашей метафоры.
tnenergy Автор
Инженерные и технические проблемы по сути всегда организационные и денежные — если есть бесконечно денег и людей, то инженерных проблем не будет.
Если говорить про ГХК, то там автоматическое оборудование по производству топлива не работает/работает не правильно — это пытаются решать, но все это сложно в силу специфики.
Kir1564
Проблемы больше денежные. Значительно рентабельнее на настоящий момент построить стандартную АЭС, чем возиться с ЗЯТЦ. Отсюда возникают и оставшиеся проблемы. Даже строительство обычных АЭС в РФ собираются сдвигать на пару лет вправо.
Просто ЗЯТЦ и термояд это на возможную далекую перспективу, когда начнут заканчиваться нефть, газ и уран.