Бассейны выдержки отработанного топлива ( SFP ) — это бассейны хранения (или «пруды» в Соединенном Королевстве) для отработанного топлива ядерных реакторов . Обычно они имеют глубину 40 или более футов (12 м), а дно высотой 14 футов (4,3 м) оборудовано стеллажами для хранения, предназначенными для хранения топливных сборок, извлеченных из реакторов. Локальный бассейн реактора специально разработан для реактора, в котором использовалось топливо, и расположен на площадке реактора. Такие бассейны используются для кратковременного охлаждения топливных стержней. Это позволяет короткоживущим изотопам распадаться и, таким образом, снижает ионизирующее излучение и тепло распада, исходящие от стержней. Вода охлаждает топливо и обеспечивает радиологическую защиту от его излучения .
Бассейны также существуют на площадках, удаленных от реакторов, для более длительного хранения, таких как независимая установка хранения отработавшего топлива (ISFSI), расположенная на предприятии Morris Operation , или в качестве производственного буфера на 10–20 лет перед отправкой на переработку или хранение в сухих контейнерах .
Хотя для поддержания уровня радиации ниже приемлемого уровня требуется всего лишь около 20 футов (около 6 м) воды, дополнительная глубина обеспечивает запас прочности и позволяет производить манипуляции с топливными сборками без специальной защиты операторов.
Примерно от четверти до трети от общей топливной загрузки реактора удаляется из активной зоны каждые 12–24 месяца и заменяется свежим топливом. Отработанные топливные стержни генерируют интенсивное тепло и опасное излучение, которые необходимо сдерживать. Топливо перемещается из реактора и обрабатывается в бассейне, как правило, с помощью автоматизированных систем обработки, хотя некоторые ручные системы все еще используются. Свежие топливные пучки из активной зоны обычно разделяются на несколько месяцев для первоначального охлаждения, прежде чем сортируются в другие части бассейна для ожидания окончательной утилизации. Металлические стеллажи удерживают топливо в контролируемых положениях для физической защиты и для простоты отслеживания и перестановки. Стеллажи высокой плотности также включают бор-10 , часто в виде карбида бора (Metamic, [1] [2] Boraflex, [2] Boral, [3] Tetrabor и Carborundum [4] ) [5] [6] [2] или другого поглощающего нейтроны материала для обеспечения подкритичности . Качество воды строго контролируется, чтобы предотвратить деградацию топлива или его оболочки. Это может включать в себя мониторинг воды на предмет загрязнения актинидами , что может указывать на утечку топливного стержня. [7] Действующие правила в Соединенных Штатах разрешают переупорядочивать отработанные стержни таким образом, чтобы можно было достичь максимальной эффективности хранения. [5]
Максимальная температура отработанных пучков топлива значительно снижается между двумя и четырьмя годами и меньше между четырьмя и шестью годами. Вода в топливном бассейне непрерывно охлаждается для удаления тепла, выделяемого отработанными топливными сборками. Насосы перекачивают воду из бассейна отработанного топлива в теплообменники , а затем обратно в бассейн отработанного топлива. Температура воды в нормальных рабочих условиях поддерживается ниже 50 °C (120 °F). [8] Радиолиз , диссоциация молекул под действием излучения, вызывает особую озабоченность при влажном хранении, поскольку вода может расщепляться под действием остаточного излучения, а водородный газ может накапливаться, увеличивая риск взрывов. По этой причине воздух в помещении бассейнов, а также вода должны постоянно контролироваться и обрабатываться.
Вместо того, чтобы управлять запасами бассейна, чтобы минимизировать возможность продолжения активности деления , Китай строит ядерный реактор мощностью 200 МВт, который будет работать на отработанном топливе с атомных электростанций для выработки технологического тепла для централизованного теплоснабжения и опреснения . По сути, SFP работает как реактор глубокого бассейна ; он будет работать при атмосферном давлении , что снизит инженерные требования к безопасности. [9]
Другое исследование предполагает аналогичный маломощный реактор, использующий отработанное топливо, где вместо ограничения производства водорода радиолизом , оно стимулируется добавлением катализаторов и поглотителей ионов в охлаждающую воду. Этот водород затем будет удаляться для использования в качестве топлива. [10]
.jpg/1280px-Spent_Fuel_Pool_(02813601).jpg)
Было замечено, что поглощающие нейтроны материалы в бассейнах выдержки отработанного топлива со временем сильно деградируют, что снижает запасы безопасности поддержания подкритичности; [4] [5] [11] [2] [6] Кроме того, было показано, что метод измерения на месте, используемый для оценки этих поглотителей нейтронов (борный измеритель плотности площади для оценки стоек, или BADGER), имеет неизвестную степень неопределенности. [6]
В случае длительного перерыва в охлаждении из-за чрезвычайных ситуаций вода в бассейнах выдержки отработанного топлива может выкипеть, что может привести к выбросу радиоактивных элементов в атмосферу. [12]
В результате землетрясения магнитудой 9, которое произошло на АЭС «Фукусима» в марте 2011 года, три бассейна для отработанного топлива находились в зданиях, которые были повреждены и, как было видно, выделяли водяной пар. Комиссия по ядерному регулированию США ошибочно заявила, что бассейн на реакторе 4 выкипел досуха [13] — это было в то время опровергнуто правительством Японии и признано неверным в ходе последующей инспекции и изучения данных. [14]
По словам специалистов по безопасности АЭС, вероятность критичности в бассейне с отработанным топливом очень мала, обычно ее избегают путем рассеивания топливных сборок, включения поглотителя нейтронов в стеллажи для хранения и в целом тем фактом, что отработанное топливо имеет слишком низкий уровень обогащения для самоподдержания реакции деления. Они также утверждают, что если вода, покрывающая отработанное топливо, испаряется, нет элемента, который мог бы обеспечить цепную реакцию путем замедления нейтронов. [15] [16] [17]
По словам доктора Кевина Кроули из Совета по ядерным и радиационным исследованиям, «успешные террористические атаки на бассейны с отработанным топливом, хотя и трудные, возможны. Если атака приведет к распространению пожара циркониевой оболочки, это может привести к выбросу большого количества радиоактивных материалов». [18] После атак 11 сентября 2001 года Комиссия по ядерному регулированию потребовала от американских атомных станций «обеспечить защиту с высокой степенью надежности» от конкретных угроз, связанных с определенным количеством и возможностями нападающих. Станции также должны были «увеличить количество сотрудников службы безопасности» и улучшить «контроль доступа на объекты». [18]
В 2010 году водолаз, обслуживающий бассейн с отработанным топливом на АЭС Лейбштадт (KKL), подвергся воздействию радиации, превышающей установленные законом годовые пределы дозы после контакта с неопознанным предметом, который позже был идентифицирован как защитная трубка от радиационного монитора в активной зоне реактора, ставшая высокорадиоактивной из-за потока нейтронов . Водолаз получил дозу облучения рук около 1000 мЗв , что в два раза превышает установленный законом предел в 500 мЗв. По данным властей KKL, водолаз не пострадал от каких-либо долгосрочных последствий аварии. [19] [20]
