Как в мире решают проблему ОЯТ. Часть первая, вариант Холтек.

Строительство Белорусской АЭС вышло на финишную прямую. В этом году первый блок выдаст в электроэнергетическую сеть страны первые киловатт-часы. Выработка энергии на АЭС будет сопровождаться побочным процессом, а именно, свежее ядерное топливо будет превращаться в выгоревшее, или как его ещё называют, отработавшее ядерное топливо (ОЯТ). 

Конечно, Белорусская АЭС в этом смысле не уникальна. ОЯТ получается при работе любой АЭС или любого реактора. Как страны и компании предлагают поступать с ОЯТ? Мы расскажем о разных подходах, принятых в мире, и начнём с американской компании «Holtec». 

Сухое решение от «Holtec» 

Компания «Holtec International» .была основана в США в 1986 году. Она поставляет оборудование для АЭС, занимается выводом АЭС из эксплуатации и имеет проект реактора малой мощности собственной разработки, большой интерес к которому проявляют наши соседи в Украине. Но основной бизнес «Holtec», приносящий компании миллиарды долларов – системы для сухого хранения ОЯТ. 

Отработавшее топливо АЭС после выгрузки из активной зоны ядерного реактора на первых порах слишком «горячее». В нём содержатся радиоактивные изотопы с короткими периодами полураспада, и поэтому в первые годы после выгрузки ОЯТ сильно «фонит» и греется за счёт энергии распада. 

Общепринятый в мире подход таков – после выгрузки ОЯТ оставляют на несколько лет в здании энергоблока в специально спроектированном бассейне выдержки, заполненном водой. В зависимости от решения владельцев АЭС отработавшее топливо может провести в бассейне до 10 лет, после чего оно считается «остывшим», и его можно удалить из здания энергоблока. 

Но что с остывшим ОЯТ делать дальше? Пусть большинство короткоживущих изотопов в остывшем ОЯТ распалось, но оно по-прежнему остаётся опасным источником излучения, а внутри ОЯТ продолжается выделение тепла от радиоактивных распадов. На этом этапе и появляется компания «Holtec» с её технологией сухого хранения. 

Технология называется «сухой», так как охлаждение ОЯТ производится за счёт не воды, а воздуха. Отработавшее ядерное топливо     помещают в специализированные стальные контейнеры (корзины), а они, в свою очередь, вставляются в контейнеры из бетона.

Так выглядит сухое хранилище ОЯТ от компании «Holtec» на закрытой АЭС «Сан-Онофре» (США). Фото комиссии по ядерному регулированию США.

В зазоре между стальным и бетонным контейнерами обеспечивается циркуляция воздуха для отвода тепла от ОЯТ, а наличие двух контейнеров гарантирует, что радиоактивные изотопы из ОЯТ не смогут попасть наружу.

Контейнер с ОЯТ загружается в пустую ячейку сухого хранилища на АЭС «Сан-Онофре» (США). Фото комиссии по ядерному регулированию США.

Промежуточное централизованное хранилище. 

Как и многие другие компании мировой атомной отрасли, «Holtec» стремится к расширению бизнеса. В последние несколько лет «Holtec» замахнулся на решение проблемы ОЯТ, скопившихся на американских атомных станциях за многие десятилетия. 

В Соединённых Штатах атомные станции находятся, за малым исключением, в руках частных компаний, а государству законодательно вменено требование предложить для частных АЭС способ или способы обращения с ОЯТ в долгосрочной перспективе (а частники за это должны отчислять в госбюджет определённые денежные суммы). 

В далёком прошлом считалось, что американское государство создаст производственные мощности для переработки ОЯТ, выделения из него урана и плутония с последующим возвращением этих материалов в топливный цикл АЭС (так называемый замкнутый ядерный топливный цикл). Но президент Джимми Картер запретил это делать, так как решил, что появление плутония в топливном цикле гражданских АЭС создаёт угрозу для национальной безопасности США (вдруг террористы или враждебное государство похитят плутоний с американской атомной станции и сделают из него атомную бомбу!). 

Если ОЯТ нельзя перерабатывать, то его придётся хранить вечно. В буквальном смысле слова вечно, потому что отдельные изотопы в составе ОЯТ будут представлять опасность для человека через сотни тысяч или даже через миллион лет. Для хранения требуется подобрать спокойные геологические формации, за стабильность и незыблемость которых на протяжении многих миллионов лет геологи ручаются головой. 

Такое место в США нашлось в южной части штата Невада. Это так называемая «Yucca Mountain», или гора Юкка. С точки зрения специалистов и учёных, это место идеально подходит для вечного захоронения ОЯТ. Но с таким выводом не согласились политики штата, которым не понравилось иметь в штате ядерный могильник (или федеральные власти США не смогли подобрать для политиков Невады нужные слова и доводы). Конфликт быстро вышел на межпартийный уровень – республиканцы поддерживали проект, а демократы были против. В конечном итоге при президенте Бараке Обаме проект был закрыт, а документацию по нему в буквальном смысле слова понесли на помойку (хорошо, что неравнодушные специалисты успели в последний момент остановить это варварство). 

Так как быстрого окончательного решения проблемы ОЯТ в США не нашлось, то оставалось прибегнуть к решениям временным, промежуточным, примерно на 100-200 ближайших лет. Один из вариантов предложила компания «Holtec». Он заключается в том, чтобы в штате Нью-Мексико построить «HI-STORE CIS», промежуточное централизованное сухое хранилище ОЯТ со всех американских АЭС. Минимальный срок хранения в централизованном хранилище составил бы 40 лет, но это не более чем дань требованиям процедур лицензирования ядерных объектов в США (лицензии больше чем на 40 лет в США не выдаются). На практике, сроки хранения ОЯТ в таком хранилище можно будет неоднократно продлевать. 

В переводе на обычный язык, предложение «Holtec» должно выглядеть так: «Мы, американцы, сегодня не знаем, как поступать с нашими запасами ОЯТ, поэтому давайте сложим их в безопасном месте на долгие десятилетия, а наши потомки что-нибудь с ними придумают». 

Предложение слегка циничное, но не такое уж и глупое, как могло бы показаться на первый взгляд. В конце концов, никто не стремится запускать звездолёт к Альфе Центавра прямо сейчас, ведь в недалёком будущем появятся более скоростные космические корабли. Почему бы не применить отложенный подход и к проблеме ОЯТ, тем более, что она проще для решения, чем проблема межзвёздных перелётов? 

Но в случае с «Holtec» что-то пошло не так. В июне президент компании Крис Сингх направил письмо в комиссию по ядерному регулированию США, в котором открытым текстом обвинил неких активистов в том, что они мобилизуют граждан против проекта против проекта «HI-STORE CIS». «Они (активисты) очевидно используют граждан с маргинальными интересами для того, чтобы вывести на новый уровень поднимаемый ими шум», – возмутился президент «Holtec». 

Со словами Криса Сингха трудно спорить, подобное в практике антиядерных активистов случается нередко. Другое дело, что президент «Holtec» написал это в письме, предназначенном для публикации в открытом источнике, на сайте комиссии по ядерному регулированию. В корпоративной культуре резких публичных выпадов в адрес общественности избегают. Сингх нарушил это неписанное правило – значит, он был сильно чем-то раздражён. 

Суды и инциденты. 

Активисты и в самом деле используют все доступные аргументы, чтобы затруднить или даже сорвать планы по строительству хранилища в Нью-Мексико. Так, в июне общественная организация «Beyond Nuclear» инициировала судебное разбирательство в попытке доказать, что условия лицензии на будущее хранилище нарушают американские законы. 

Но к деятельности «Holtec» есть претензии и более практического плана. За последние пару лет компания несколько раз оказывалась в центре скандалов, связанных с нарушениями безопасности. 

В апреле 2018 года на закрытой АЭС «Сан-Онофре» (США) работники, занимавшиеся перегрузкой ОЯТ в контейнеры для сухого хранения, изготовленные «Holtec», обнаружили в одном из контейнеров посторонний предмет – фрагмент болта. Самое плохое, что этот болт был не совсем посторонним, он выпал из одного из узлов контейнера, называющегося «basket shim», уголок из алюминиевого сплава, не допускающий перекосов при установке в контейнер отработавших тепловыделяющих сборок. 

Расследование подтвердило истину, что лучшее – враг хорошего. Конструктора «Holtec» внесли изменения в проект узла чтобы сделать его лучше, заводчане «Holtec» с новой конструкцией не совладали, а работники, выполнявшие приёмку контейнеров, не смогли выявить брак своевременно, так как возможностей для надёжного осмотра дефектного узла не было предусмотрено. 

В том же году на той же станции случился ещё более неприятный инцидент с участием «Holtec». Пара работников-новичков ошиблась при строповке контейнера с ОЯТ и едва не уронила его с высоты 18 футов. Присутствовавшие при операции опытные монтажники находились на достаточно большом расстоянии от места строповки, чтобы не набирать «лишних» доз, и в результате ошибки не заметили. К счастью для «Holtec» и для всех остальных, контейнер всё-таки не упал, потому что в противном случае мог бы произойти серьёзный радиационный инцидент. 

2018 год для «Holtec» вышел не самым лучшим в её истории, потому что кроме двух инцидентов на АЭС «Сан-Онофре» компании пришлось оправдываться перед западными донорами, оплачивавшими работы по строительству хранилища ОЯТ Чернобыльской АЭС (так называемое ХОЯТ-2) на Украине.  Доноры, периодически собирающиеся на свои ассамблеи, летом 2018 года были настолько разозлены медлительностью «Holtec», что потребовали проведения финансового аудита работ «Holtec» по ХОЯТ-2. 

Менеджерам «Holtec» пришлось признать, что ожидания компании по срокам завершения работ на ХОЯТ-2 были «завышенными», отведённого по графику времени на тестирование оборудования оказалось недостаточным, а у части поставленного оборудования были выявлены дефекты. Не обошлось и без упоминаний о так называемых военных рисках работ в чернобыльской зоне Украины, за эти риски «Holtec» настаивал на доплатах. 

Конечно, компания «Holtec» – настоящий апологет технологни сухого хранения ОЯТ. Но такое решение может быть всего лишь временным. В XXII веке нашим потомкам придётся ломать голову над тем, как поступить с отработавшим ядерным топливом, находящемся в отслуживших свой срок промежуточных хранилищах, а в XXI веке нашим современникам требуется внимательно следить за тем, чтобы все работы по заполнению сухих хранилищ выполнялись безопасным образом. 

Но есть ли в мире другие идеи по поводу ОЯТ? Конечно, есть. Например, американская компания «Oklo» разработала проект ядерной батарейки, микрореактора «Aврора», способного использовать в качестве топлива ОЯТ энергетических реакторов. Об этом интересном и просто красивом проекте мы расскажем в следующей статье.