Fotos de automóviles con combustible nuclear gastado en la estación de Tyumen. Foto: Tyumen BC / Vk.cm
Empecemos con lo básico. Las plantas de energía nuclear utilizan uranio como combustible. Pero, ¿en qué forma se usa allí y cómo llega allí? El uranio se extrae y luego se enriquece en el isótopo requerido: uranio-235. Luego se llevan a la forma química deseada: la forma de dióxido de uranio.
El polvo de dióxido de uranio se sinteriza luego en tabletas cerámicas de aproximadamente 4,5 gramos cada una. Los pellets se recogen en elementos combustibles: barras de combustible. Los elementos combustibles se ensamblan en conjuntos combustibles de conjuntos combustibles o conjuntos combustibles. Y estos casetes ya están cargados en el reactor.
Hay 163 conjuntos de combustible en un reactor VVER-1000 típico.
Aproximadamente una vez al año, el 20% del combustible se descarga del reactor y se reemplaza por uno nuevo. De modo que cada uno de estos casetes funciona en el reactor durante unos 5 años en promedio. Así, se descargan del reactor entre 15 y 20 toneladas de combustible por año. Y para su transporte, necesita casi los mismos 4 autos que se encontraron en Tyumen.
Durante la operación en el reactor, una pequeña parte de uranio, solo un pequeño porcentaje, se quema en el combustible. Bueno, no se quema literalmente, es solo un término así, por analogía con las centrales eléctricas de combustibles fósiles convencionales. Anteriormente, incluso un reactor nuclear se llamaba caldera por analogía. En realidad, parte del uranio simplemente se descompone como resultado de una reacción en cadena de fisión, y a partir de él se forman los llamados fragmentos de fisión: nuevos elementos más ligeros. Mayormente radiactivo.
Como resultado de otras reacciones, aparece una parte de nuevos átomos pesados en el combustible, los llamados actínidos menores: americio, neptunio, curio. Todos estos nuevos elementos empeoran las propiedades del combustible y pueden clasificarse como residuos radiactivos. Aunque, si se desea, también se pueden seleccionar y utilizar.
La otra parte del combustible, y esto es más del 90% de su masa, es el uranio restante, principalmente el isótopo 238, que no participó en reacciones nucleares. Y luego hay un nuevo elemento, el plutonio. Este uranio y plutonio, si se desea y está disponible, se pueden reutilizar como combustible. Resulta, como en la historia sobre un barril de miel (combustible) y una mosca en el ungüento (desechos).
Además, esta mosca en el ungüento, es decir, residuos, cambia significativamente las propiedades del combustible, haciéndolo altamente radiotóxico.
Si se puede recoger combustible nuclear nuevo y colocarlo junto a él sin ninguna protección seria más que una bata y guantes (lo tocó de esta manera en una planta en Novosibirsk), entonces el combustible gastado, debido a los emisores gamma acumulados en él, crea tal poder de radiación. que la persona a su lado recibirá una dosis letal en unos minutos. Pero, afortunadamente, no puedes simplemente acercarte a él. Todas las operaciones del SNF se realizan de forma remota, dentro de piscinas con agua que protege de la radiación.
Inspección de combustible nuclear fresco. Una fuente.
Pero, ¿qué pasa con el combustible gastado? Hay dos enfoques estratégicos globales, y diferentes países donde hay energía nuclear se adhieren a uno u otro. En algún lugar se cree que no es necesario hacer nada con SNF, no es necesario ensuciarse, solo hay que desecharlo en la forma en que se saca de los reactores, por completo.
En algún lugar, por ejemplo, en Rusia, Francia, Gran Bretaña, Japón, se cree que el alquitrán se puede separar de la miel en este barril. Estos países tienen la tecnología para reciclar el combustible gastado. Este reciclaje permite extraer y reutilizar componentes valiosos, ahorrando así recursos naturales. También permite reducir cientos de veces el volumen de residuos a enterrar. Después de todo, ahora la retirada no es todo el barril de miel, sino solo esa mosca en el ungüento. Además, la vida útil de estos desechos se puede reducir miles de veces, hasta cientos de años, si se cargan en reactores nucleares especiales.
Entonces, en Rusia, como en algunos otros países, hay plantas para el reprocesamiento de combustible gastado. Históricamente, esto se hace en Mayak PO en Ozersk, en la región de Chelyabinsk. Es solo que el proceso es muy similar al proceso de obtención de plutonio para armas nucleares, para el cual se construyó la planta en la época soviética. Pero en Mayak, no se procesa todo el combustible de las centrales nucleares. Sus principales volúmenes de los reactores más comunes no se han procesado en Rusia hasta ahora, sino que se han acumulado.
Ahora Rosatom está implementando un concepto según el cual el combustible de las plantas de energía nuclear se lleva a una instalación de almacenamiento centralizada en el Combinado de Minería y Química en la ciudad de Zheleznogorsk, Territorio de Krasnoyarsk. Esta planta, como la de Mayak, se creó durante el proyecto atómico soviético en una de las diez ciudades atómicas cerradas construidas a su debido tiempo para crear armas atómicas.
Ok, entendemos a dónde los llevan, pero ¿de dónde?
A juzgar por las imágenes de Tyumen, en la foto hay vagones y contenedores para transportar combustible desde reactores VVER-1000. Este es el tipo de reactor más común para plantas de energía nuclear en Rusia y el espacio postsoviético. Y en el mundo, estos reactores de agua a presión son los más extendidos. En Rusia, los VVER-1000 funcionan en 4 de las 11 plantas de energía nuclear. Trabajan en las centrales nucleares de Balakovskaya, Kalininskaya, Novovoronezhskaya y Rostov.
Ahora está claro cómo terminaron los contenedores en Tyumen, en su camino desde las plantas de energía nuclear en el oeste de Rusia hasta los futuros puntos de almacenamiento y procesamiento en el este, en Siberia. Solo tenemos una línea principal en todo el país: la Transsib. Viajan a lo largo de Tyumen y mi Ekaterimburgo natal.
¿Es peligroso ese transporte?
A pesar de que el combustible gastado en sí mismo es muy radiactivo, se toman las medidas de seguridad adecuadas para transportarlo. Primero, una vez descargado el combustible del reactor, se almacena en la estación durante varios años más en una piscina de enfriamiento especial. Allí, debido a la desintegración de isótopos de vida corta, su actividad se reduce significativamente. Por ejemplo, en el primer año, cae cien veces. Esto significa que el fondo de este combustible y su liberación de calor también disminuyen. Sí, incluso años después de ser descargado del reactor, el combustible continúa calentándose.
Después de tal exposición, el combustible nuclear gastado ya se puede enviar a una instalación de almacenamiento o para su reprocesamiento. Para el transporte de tales mercancías peligrosas, se han desarrollado kits de embalaje y transporte de protección especiales (TUK) a partir de vagones y contenedores especiales. Este no es solo un tanque de metal, es una estructura compuesta compleja, multicapa con sensores de control, con un peso total de más de 100 toneladas. El TUK-13 para el transporte de combustible VVER-1000 puede acomodar hasta 12 conjuntos combustibles o hasta 6 toneladas de combustible. Y al lado de un recipiente de este tipo, ya puede estar de pie con calma, sin arriesgarse a una dosis peligrosa. Bloquea la radiación gamma y neutrónica.
Carro transportador y contenedor TUK-13 para transporte de combustible del reactor VVER-1000. Foto - portal ftpsp-yarb2030.rf
Pero no se trata solo de protección radiológica. Dichos contenedores están diseñados para que, incluso en caso de accidente, no pierdan su estanqueidad, lo que significa que no saldrán sustancias peligrosas. Los contenedores están diseñados y probados para resistir caídas sobre concreto, colisiones con obstáculos, incendios e inmersión en agua.
Puede ver los fotogramas de video de pruebas extranjeras y demostraciones de las propiedades de dichos contenedores:
O para pruebas rusas (desde 0:50):
Por lo tanto, el transporte de tales mercancías por Transsib no representa una amenaza. No es fácil robar un contenedor de 100 toneladas, no servirá para abrirlo sin equipos y condiciones especiales, es inútil descarrilar e incluso volar, está diseñado para eso.
Quiero terminar con dos conclusiones. Bueno y malo.
Empezaré por lo bueno. Permítanme recordarles la cifra de 20 toneladas de combustible que las centrales nucleares necesitan cada año para su funcionamiento. Esto es suficiente para suministrar electricidad y, en parte, calefacción a más de un millón de ciudades como Ekaterimburgo durante todo un año. Una planta de carbón de la misma capacidad no necesitará 20, sino varios millones de toneladas de combustible. Parte de él, cuando se quema, literalmente volará hacia la tubería y se asentará en nuestros pulmones, y luego agregará CO2 a la atmósfera con todas las consecuencias consiguientes para el cambio climático global. Y estos millones de toneladas deben transportarse, a lo largo del mismo ferrocarril, a través de las mismas ciudades ... Así que probablemente sea mejor transportar 4 vagones de ferrocarril con combustible nuclear una vez al año, es más seguro.
Y la mala conclusión es que, a pesar de todas las medidas de seguridad para el transporte de materiales radiactivos y combustible nuclear, persisten los riesgos de accidentes de transporte. Pero están conectados en mayor medida con otras cosas. En Rusia, se transportan hasta 800 millones de toneladas de mercancías peligrosas por año: sustancias explosivas, inflamables y tóxicas. Y para decirlo suavemente, no todos se transportan en contenedores tan duraderos como los materiales radiactivos. Por lo tanto, es necesario aumentar la seguridad de todo el transporte, construir rutas de circunvalación para los trenes de carga alrededor de las grandes ciudades y, en general, invertir en infraestructura, así como en ciencia, tecnología, educación y otras instituciones públicas importantes. Entonces la gente tendrá menos miedo de varias historias de terror, incluidas las nucleares, y todos viviremos más fáciles y cómodos.
Bono de video.
Sobre este tema, grabé un video para mi canal de youtube , donde hay un poco más de material visual. Mira, suscríbete, entonces probablemente haga más videos y artículos de este tipo:
Enlaces a fuentes y materiales usados para estudio independiente:
1. Desarrollo de un cluster para manejo SNF en FSUE "MCC"
2. TRANSPORTE DE MATERIALES RADIACTIVOS. Informe Bellona
3. Combustible nuclear gastado de reactores térmicos
4. Revisión de problemas de gestión de residuos radiactivos. Sarov.
5. CONTENEDORES PARA COMBUSTIBLE NUCLEAR GASTADO. Pines.
6. OJSC Atomenergomash's Opportunities in Spent Nuclear Fuel and RW Management Moscú Octubre de 2013 VII Foro Internacional AtomEco 2013
7.El Programa para el desarrollo de tecnologías de contenedores para la gestión de SFA de centrales nucleares rusas como herramienta para la unificación de soluciones para el almacenamiento a largo plazo de SNF T.F. Makarchuk M.Yu. Afonyutin JSC FCNRS. ATOMEXPO-2015 01-03 junio 2015
8. Diseño de juegos de empaque y contenedores para transporte SNF.
9. Componentes radiactivos de las centrales nucleares: manipulación, procesamiento, localización