הפוטנציאל לעיבוד ולצמיחה מחדש של דלק גרעיני

הפוטנציאל לעיבוד ולצמיחה מחדש של דלק גרעיני

דלק גרעיני חריף, שנחשב לעתים קרובות לבזבוז, הוא למעשה משאב המכיל יותר מ-95% מהערך האנרגטי שמופיע במקור בדלק אורניום טרי. עיבוד והתחדשות הן טכנולוגיות שמשחזרות את אורניום בלתי בשימוש ופלוטוניום מדלק מושקע, מה שהופך אותם לרכיבי דלק חדשים.תהליכים אלה כבר פעילים במשך עשרות שנים במדינות רבות, המציעות נתיב אסטרטגי לצמצום כמויות הפסולת, לשמר אורניום טבעי, ולשפר את הטכנולוגיה של אנרגיה גרעינית, ולשיפור.

מהו דלק גרעיני חריף?

דלק גרעיני חריף הוא דלק שהוסר מכור גרעיני לאחר שהוא כבר לא יכול להמשיך לקיים תגובת שרשרת ביעילות.למרות שנקרא "מעווט", הוא עדיין מאוד רדיואקטיבי וחמ חום תרמי.

• (ב) [ה]ה[[המאה ה-20]], [[1924]]]]]], [[1948]], [[1966]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]
• (FLT:0)Uranium-235FLT:1 (~0.8-1.2%) - איזוטופ הזייף המאלץ את הכור, עדיין נוכח בריכוזים מעט מעל רמות טבעיות.
• (FLT:0) פלוטוניום FLT:1 (~0.8-1.0%) - המיוצר על ידי לכידת נייטרון ב U-238, כולל fissile Pu-239 ו-Pu241.
• (ב) [17] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

הרדיואקטיביות והחום העזים דורשים כי דלק מאוחסן בבריכה קרירה או קסק יבש במשך עשרות שנים לפני כל טיפול לעיבוד מחדש.ניהולו הוא אתגר מרכזי להתרחבות כוח גרעיני, במיוחד כשמדינות מבקשות למזער מאגרי פסולת לטווח ארוך.

מוטיבציה לעיבוד ולעבד מחדש

במקום לטפל בדלק המבזבז כפסולת ברמה גבוהה, עיבוד מחדש והתחדשות מאפשרים התאוששות של חומרים יקרי ערך.

• יעילות הקוד:0 (Resource יעילות:0) 1FLT:1 אורניום טבעי הוא משאב סופי. עיבוד מחדש והתחדשות מאפשר התאוששות של עד 96% מהאורניום הנותרים ופלוטוניום, מרחיבה משמעותית את אספקת הדלק.
• (FLT:0Waste הפחתה בנפח:0) פיזור אורניום ופלוטוניום מדלק מובזבז מפחית את נפח הפסולת ברמה גבוהה הדורשת סילוק גיאולוגי עמוק ב 80%.
• (FLT:0) דלג רדיואקטיביות ארוכת טווח: ⁇ FLT 1:1 מוצרים פיספיגה מתקלקל בתוך כמה מאות שנים, בעוד פלוטוניום וכמה אקטינידים קטנים נשארים מסוכנים במשך מאות אלפי שנים.חלוקת ואסטרטגיות טרנספורמטיביות, אשר מופעלות על ידי עיבוד מחדש, יכולים להפחית את הסיכון לטווח ארוך.
• (ב) ⁇ :0) מדינות עם משאבי אורניום מקומיים מוגבלים יכולות להיות פחות מהסתמכות על יבוא על ידי מיחזור הדלק שלהם.
• (ב) שיקולים לא הפצתיים: 1FLT) בעוד עיבוד חוזר מעלה חששות, אמצעי הגנה מתקדמים ומסגרות בינלאומיות במטרה להפוך אותו בטוח.

המניעים הללו הובילו השקעות בעיבוד תשתיות בצרפת, רוסיה, יפן, בריטניה והודו, בין היתר.

Reמעבד טכנולוגיות

תהליך PUREX

תהליך PUREX (Plutonium ו-Uranium Recovery by Extraction) הוא הטכנולוגיה המתקדמת ביותר לעיבוד מסחרי.פיתוח בשנות ה-40, הוא מעסיק סדרה של פעולות החילוץ ממס באמצעות tributyl פוספט בדילול אורגני.דלק Spent מומס לראשונה חומצה חנקית, אז אורניום ו plutonium מופרדים ממוצרים fsioniss ו- קטין לפעול לדלקת אורניום חדש לאחר מכן הם פורמול.

צמחי PUREX קיימים בהאג (צרפת), Mayak ו-Sewsk (רוסיה), Sellafield (בריטניה), ו-Tokai (יפן) מתקנים אלה עיבדו אלפי טונות של דלק מושקע במשך עשרות שנים.הטכנולוגיה היא טובה, אך מייצרת זרם פלוטוניום טהור, אשר מעלה חששות להפצת תפוצה.

עיבוד Pyroמעבד

עיבוד, הידוע גם בשם עיבוד אלקטרומטרי של איידהו, משתמש מלחים מלוטנים ואלקטרורפינינג כדי להפריד אקטינידים ממוצרים סדקים.זה מתאים במיוחד לדלקים מתכתיים ולטיפול בדלק מכורים מהירים.התהליך אינו מניב יתרונות פלוטוניום טהור; במקום זאת, הוא מייצר תערובת של אורניום, פלוטוניום, וקטנות כי הוא בעל יכולת הפעלה גבוהה של תרופות, הוא כולל קומפקטיות של תאים חשמליים, אשר נמצאים בשימוש במעבדות, עם יכולת רדיואקטיביים, אשר מופעלת גבוהה.

שיטות מתקדמות

כדי להפחית את הסיכונים התפוצה ולשפר את ניהול הפסולת, תהליכים אקסקטיביים מתקדמים משלבים אלמנטים של PUREX עם שלבים חלוקתיים.דוגמאות כוללות את ה-Selective ActiNide Extraction, DIAMEX (DIAMide EXtraction), ו- ganEX (קבוצת ActiNide EXtraction) תהליכים.

Re-enrichment of Reprocessed Uranium

אורניום מעובד (RepU) יש ריכוז U-235 בדרך כלל בין 0.8% ל 1.2% - בדומה אורניום טבעי (0.711%) אבל לעתים קרובות מעט גבוה יותר.

• (ב) [15] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) [15] ⁇ 236:2363 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

למרות אי-השוויון הזה, ניתן לחדש את השימוש בטכנולוגיית ההעשרה הסטנדרטית של גזי-הייצור.התהליך כולל האכלה של אורניום מעובד מחדש לערים צ'נטריפוגות כדי להגדיל את ריכוז U-235 לרמות כורים (בדרך כלל 35% עבור כור מים קלים) טיפול מיוחד נדרש כדי להימנע מהדבקה ובעיות מוצר.

העושר מחדש אינו תמיד תחרותי מבחינה כלכלית בהשוואה אורניום עשיר ממקורות טבעיים, במיוחד כאשר מחירי אורניום נמוכים.עם זאת, הוא הופך אטרקטיבי במחזור דלק סגור שבו המחירים גבוהים, עלויות ההספקה הן פנימיות, או אבטחת אנרגיה היא עדיפות.

מיפוי עולמי ונוף מדיניות

צרפת צרפת צרפת

צרפת מפעילה מחזור דלק סגור לחלוטין.דלק סרגל מ-56 הכורים שלה נשלח למפעל לעיבוד מחדש של לה האג (משותף על ידי Orano) פלוטוניום התאושש משמש לייצור דלק תחמוצת חלקיקים מעורבת (MOX) אשר לאחר מכן טעון כ -30% מהכורים בצרפת.האורניום המעובד מחדש מאוחסן או נשלח לחידוש מדיניות צרפת הפחת בהצלחה את נפח הפסולת הארוך שלה על ידי פחת של 5 שפכים.

רוסיה רוסיה רוסיה

רוסיה יש ניסיון רב עיבוד מחדש, החל ייצור פלוטוניום צבאי. תחנת RT-1 במעבדים Mayak מבלה דלק מ-VVER-440 כורים, כורים ימיים, וכורים מחקריים. at Seversk, מתקן חדש בקנה מידה גדול לעיבוד מחדש של מאיאק נמצא בבנייה כדי להתמודד עם דלק VVER-1000.רוסיה מפתחת גם את הכור המהיר המשויך על מתקן reProworking כחלק מ"מחזור ההחלמה"Rrareomrererereen" הגדול ביותר, כולל מנוע הסגור לחלוטין.

יפן יפן יפן

יפן כבר רדפה זמן רב במחזור דלק סגור כדי לנצל את משאבי האנרגיה המוגבלים שלה.זה כיום פועל צמח עיבוד קטן ב Tokai והוא מונה למפעל הגדול Rokkasho Reprocessing צמחי (800 t / yr) פלוטוניום התאושש נועד לייצור דלק MOX, עם צמח MOX הושלם ב Rokkasho. עם זאת, עיכובים תפעוליים ובשלב הגרעיני שלאחר Fukushima בשלב איטי עדיין התקדמות.

בריטניה

בריטניה הפעילה את צמח ה-Thermal Oxide Reprocessing (ORTHP) ב-Sellafield מ-1994 עד 2018 עיבוד של יותר מ-7,000 טון של דלק תחמוצת-חמצני עבור לקוחות מקומיים וזרים.הצמח נמצא כעת מוזנח.הממלכה המאוחדת גם הפעילה דלק מגנוקס בסאלפילד.עם סגירת THORP, המדינה הפעילה את המיקוד שלה כדי לספק דלק ישיר, למרות שהוא משמר את המחקר המתקדם והמתקדמים על פני .

ארצות הברית

ארה"ב לא ביצעה מחדש דלק מבזבז מאז שנות ה-70, כאשר הנשיא קרטר עצר את הנוהג המסתים סיכונים ההתפשטות מאז, ארה"ב רדפה מחזור דלק חד-דרך עם סילוק גיאולוגי ישיר בהר יוקה (כיום זנח) עם זאת, מחקר על טכנולוגיות מתקדמות של עיבוד חוזר ומכשירי כור מהיר ממשיך במעבדות לאומיות.

הודו וסין

הודו, עם עתודות הטוריום הגדולות שלה ואורניום מוגבל, רדפה תוכנית גרעינית תלת-שלבית הכוללת עיבוד של דלק מכווני מים כבדים מחוסנים.הודו מפעילה צמח קטן PUREX והיא מפתחת כורים מהירים שבסופו של דבר ישרוף את הפלוטויום המוחזרים.סין מרחיבה במהירות את יכולות העיבוד שלה: מפעל בגניסו הוא מבצעי, ומתקן מסחרי גדול (800/yr) מפותח עם התרחבות גרעינית חיונית לכדי פיתוח מחדש של סין.

שיקולים סביבתיים ובטיחות

עיבוד מחדש והתחדשות מציעים יתרונות סביבתיים ברורים במונחים של הפחתה בפסולת. כור ממוצע של 1,000 מ"ר מייצר כ-30 טון של דלק מושקע בשנה.לאחר עיבוד מחדש, נפח הפסולת ברמה גבוהה מתכווץ ל-3 מ"ק של מ"ק של מכשפות זכוכית מחוסמות.זה מקטין את שטח הקרקע הדרושה לסילוק גיאולוגי ואת עלויות ניטור לטווח ארוך.

עם זאת, עיבוד צמחים עצמם לייצר משככי נוזלים וגזיים רדיואקטיביים כי יש לנהל בקפידה.שחרור של טריטייום, פחמן-14, קריפטון-85 נשלטים על ידי מגבלות רגולטוריות קפדניות.התהליכים הכימיים צורכים אנרגיה משמעותית ומייצרים זרמי פסולת משניים, כגון מוצרי הפחתה לפתרון.

סיכון הפצתי הוא דאגה גדולה: PUREX מייצרת זרם פלוטוניום טהור שניתן להסיט אותו עבור כלי נשק.כדי לצמצם את זה, אמצעי הגנה בינלאומיים (IAEA) וטכנולוגיות מתקדמות (COEX, pyroמעבדing) לשמור על פלוטוניום מעורב עם אקטויניים אחרים או אורניום.בנוסף, מתקני עיבוד מחדש נמצאים תחת אמצעי אבטחה מחמירים וחשבונאות.

יכולת כלכלית היא אתגר נוסף.עלות הבנייה והפעלת הצמחים היא גבוהה; כמה ניתוחים מראים כי זול יותר לאחסן דלק מבלה ישירות ולחכות לרשות העתיד.אבל כאשר עלויות של מרחב ההתחדשות הגיאולוגי, מחירי האורניום וחיצוניות סביבתית נגרמות, מחזור הדלק הסגור יכול להיות תחרותי.

עתיד Outlook ומחזורי דלק מתקדמים

הפוטנציאל של עיבוד מחדש והתחדשות קשור קשר הדוק לפיתוח של הדור הרביעי כורים מהירים. כורים מהירים יכולים לשרוף את המתליעים ארוכי-הימים שהופרדו על ידי עיבוד מחדש, מה שממיר אותם למוצרים קצרים ומוציאים יותר אנרגיה.זהו החזון של "מחזור דלק סגור", שבו שום חומר לא מבזבז והסיכון הרדיואקטיבי מופחת לכמה מאות שנים.

כמה עיצובים של כור מהיר נמצאים בפיתוח:

• ה-FLT:0 PRISMFLT:1 (Power Reactor Innovative Smallמודול) על ידי GE Hitachi, כור מהיר נתרן שנועד לצרוך פלוטוניום וקטיניסטים קלים.
• ה-FLT:0BN-1200GIRFLT 1 ברוסיה, כור מהיר נתרן גדול שנבנה עבור מחזור דלק מלא.
• [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]
• פרויקט ה-FLT:0 (התגובה הטכנולוגית של סויום) המתקדם של פרויקט "ההמפ" (ASTRID) בצרפת, נבנה מחדש.

בנוסף, מערכות מונעות על ידי מאיץ (ADS) יכולות להעביר פועלים קטנים באמצעות ניטרון ספארי, שעלולות להפחית את הנטל המפואר עוד יותר.מחקר על טכנולוגיות אלה ממשיך במוסדות כגון FLT:0 הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה אטומית של אטומית FLT:1, FLT:2 האגודה הגרעינית העולמית של LT-3, ומעבדות לאומיות.

עבור חידוש מחדש, שיטות העשרה מבוססות לייזר, כגון SILEX (הפרדת Isotopes על ידי לייזר Exציטוט), יכול להציע עלויות נמוכות יותר ומודולריות.

שיתוף פעולה בינלאומי הוא חיוני.פרויקטים כמו FLT:0 , 000 ההרחבה של הפורום הבינלאומי של IV:2 הסוכנות לאנרגיה גרעינית של ה-OECD FLT 3) לתאם מחקר על מחזורי דלק מתקדמים, בטיחות ואבטחה. מרכזי מחזור דלק רב-צדדיים, שבו מדינות מחזיקות במשותף ופועלות מחדש והפעלה מחדש של מתקני השיקום והעשרה, הוצעו להורדת סיכונים ועלויות התפוצה.

מסקנה

עיבוד מחדש והתחדשות הן טכנולוגיות בוגרות שכבר הוצבו בקנה מידה מסחרי במדינות רבות.הם מציעים יתרונות משמעותיים: נפחי פסולת מופחתים, שימור משאבי אורניום, ואבטחת אנרגיה מוגברת.האתגרים הטכניים של טיפול אורניום מעובד וניהול מלאי פלוטוניום הם הבינו היטב, וגישות מתקדמות כמו עיבוד ופעולה של הפרדה קבוצתית כדי להתגבר על חששות ההתפשטות.

המקרה הכלכלי נותר משתנה בהתאם למחירי אורניום, עלויות ניהול הפסולת, ומדיניות לאומית.עבור מדינות המחויבות לאנרגיה גרעינית ארוכת טווח, מחזור הדלק הסגור הוא נכס אסטרטגי התואם מטרות קיימות.כמערכות מתקדמות מהר וניתוק-הטרנסמולציה מגיעות באינטרנט, התפקיד של עיבוד מחדש והתחדשות מחדש יהיה מרכזי עוד יותר.

לקריאה נוספת, מדריך האגודה הגרעינית של אגודה גרעינית בעולם בנושא מחזור דלק גרעיני 1 ו-FLT:2IAEA מבלה את דף ניהול הדלק של הסוכנות 3 מספק סקירה טכנית ומדיניות מפורטת.