Úložiště jaderného odpadu - Katedra energetických zařízení
Transkript
Technická univerzita v Liberci Strojní fakulta Katedra energetických zařízení Úložiště jaderného odpadu Ing. František Lemfeld přednáška pro předměty Jaderná energetika, Termodynamika a sdílení tepla Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Když se řekne jaderný odpad nevyužitelný materiál v pevném, kapalném nebo plynném skupenství, který pro obsah radionuklidů není možno uvést do životního prostředí dělení radioaktivních odpadů nízko-aktivní odpad – low level waste středně-aktivní – middle level waste vysoko-aktivní – high level waste . Nízko-aktivní radioaktivní odpad low-level waste (LLW) při manipulaci a přepravě nevyžaduje stínění ani chlazení tvoří cca 90% objemu všech rad. odpadů, ale pouze 0,1% jejich radioaktivity zdrojem nemocnice, průmysl, palivový cyklus . příklad odpadů: rukavice nářadí oblečení filtry předměty z aktivní zóny JE ukázka odpadu (www.tvo.fi) Středně-aktivní radioaktivní odpad intermediate-level waste (ILW) při manipulaci a přepravě je nutné stínění, chlazení není vyžadováno chemický kal, pryskyřice, plášť reaktoru, kontaminované materiály při odstavení elektrárny z provozu . čištění kontejnmentu odstranění reaktoru – JE Zion zdroj: Exelon Generation Vysoko-aktivní radioaktivní odpad high level waste (HLW) uvolňuje značné množství tepla – vyžaduje chlazení a stínění trvalé uložení pouze v hlubinném geologickém úložišti vyhořelé palivo – méně než 1% objemu jaderných odpadů, ale 90% jejich radioaktivity celosvětová produkce cca 12 000 tun/rok (marathonresources.com) . transportní sud - Olkiluoto přeprava vyhořelého paliva v elektrárně zdroj: POSIVA Úložiště pro nízko-aktivní a středně-aktivní odpady Návštěva elektrárny Olkiluoto - Finsko • JE Loviisa LLW a MLW od 1998 • JE Olkiluoto LLW a MLW od 1992 HLW ve výstavbě od 2004 plánované uvedení do provozu 2020 zdroj: POSIVA Finsko – základní legislativní rámec pro nakládání s odpady The Nuclear Energy Act, Nuclear Energy Decree umožňuje parlamentu povolit výstavbu jaderného zařízení, včetně úložiště jaderných odpadů definují schvalovací proceduru a podmínky pro použití atomové energie a způsob nakládání s odpady definuje odpovědnost a pravomoci úřadů Každý producent jaderné energie ve Finsku je odpovědný za bezpečné nakládání s odpady včetně jeho uložení, přičemž na něj připadají veškeré náklady Fond pro nakládání s odpady v budoucnu musí být postupně navyšován v průběhu doby životnosti elektrárny The Radiation Act prevence a omezení nebezpečných vlivů radiace The Nuclear Liability Act výrobci (držitelé licence) nesou neomezenou finanční odpovědnost zdroj: Ministry of Employment and the Economy Úložiště pro nízko-aktivní a středně-aktivní odpady Olkiluoto • poloostrov s prostorem až pro 7 bloků jaderných elektráren s kompletním zázemím 1,2 – současné bloky OL1,OL2 – v provozu od 1979,1982 – BWR 2 x 860 MWe 3 – OL 3 ve výstavbě - EPR 1600 MWe 4 – další plánovaný blok JE 5 – mezisklad vyhořelého jaderného paliva 6 – hlubinné úložiště LLW a ILW elektrárny využívají pro chlazení mořskou vodu zdroj: TVO Úložiště pro nízko-aktivní a středně-aktivní odpady Olkiluoto • Výstavba • 1988 – začátek výkopových prácí • 1991 – testovací provoz • duben 1992 – schválení provozu • Umístění úložiště méně než kilometr od bloků elektrárny, není potřeba permanentní obsluha zařízení • Celková kapacita úložiště je 40 000 sudů s odpadem (objem sudů 200 l) • Sudy jsou naplněny v elektrárně a po 16 uloženy do betonových zásobníků, které jsou vždy po dvou transportovány pomocí vozidla do úložiště • Úložiště bude rozšířeno pro odpad vzniklý při odstavení jednotlivých bloků z provozu (OL1,OL2) • Cena stavby v r. 1992 – 18 mil. UDS ukázka plnění sudů s odpadem zdroj: TVO Úložiště pro nízko-aktivní a středně-aktivní odpady • Každý transportní cyklus odpadu trvá jeden a půl dne – zahrnuje naložení kontejnerů v elektrárně, dopravu do úložiště, spuštění kontejnerů do sila a zápis informací o souboru odpadů • Produkce odpadů je přibližně 150 m3, což přestavuje 20 transportních cyklů (práce pro jednu osobu na 1,5 měsíce) • K transportu je použito upravené vozidlo běžně používané pro dopravu v přístavech – účinnější brzdy kvůli značnému klesání v tunelu, apod. stejné vozidlo je možno využít pro přepravu paliva v elektrárně • Uložení odpadu • stlačitelné odpady spolu se ztuženýmí tekutými odpady jsou uloženy do sudů o objemu 200 l • nestlačitelný odpad a větší kovové části jsou po redukci objemu uloženy v kovových boxech o objemu 1,5 m3 • filtry a jejich příslušenství jsou uloženy též do boxů a následně v zásobnících do příslušného sila zdroj: TVO Úložiště pro nízko-aktivní a středně-aktivní odpady Olkiluoto – současný stav • v současné době je vybudováno úložiště pro LLW a MLW (ILW) pro bloky OL1 a OL2 – v provozu od 1992 • úložiště je projektováno pro odpady vznikající při provozu jednotlivých bloků a mělo by dostačovat po celou dobu životnosti elektrárny schéma podoby úložiště • s výstavbou bloků OL3 a OL4 je v plánu rozšíření úložiště zdroj: POSIVA Úložiště pro nízko-aktivní a středně-aktivní odpady: popis stavby vstup do objektu úložiště dveře do tunelu cesta transportním tunelem do haly se zásobníky přístup do výkopového tunelu – používán při konstrukčních pracích na úložišti pozice v tunelu tunel pro zavezení odpadů do úložiště – cesta dostatečně dimenzována pro průjezd upraveného transportního vozidla Úložiště pro nízko-aktivní a středně-aktivní odpady: sledování geologických změn skalní podloží úložiště není tvořeno celistvou oblastí, ale existují zde zlomové plochy sila jsou umístěna mimo oblast zlomu, ale dopravní a konstrukční tunel danou oblastí prochází (viz. obr.) oblast zlomu je předmětem kontinuálního sledování změn ve čtyřech různých bodech zobrazení plochy lomu a zakreslení bodů měření ukázka plochy lomu sledování vývoje posunutí v čase Úložiště pro nízko-aktivní a středně-aktivní odpady: současný stav zásobníky LLW a MLW dostačující pro bloky OL1, OL2 zdroj: POSIVA Úložiště pro nízko-aktivní a středně-aktivní odpady k dopravě odpadů do úložiště slouží speciálně vytvořené vozidlo pomocí instalovaného jeřábu je box s odpadem umístěn do odpovídajícího sila příprava vyložení materiálu jeřábová hala zdroj: POSIVA Úložiště pro nízko-aktivní a středně-aktivní odpady odpad v barelech je naložen do boxů, které jsou v řadách na sobě ukládány do zásobníků pohled do zásobníku – současné zaplnění – 1/2 tuhý odpad betonový box betonový zásobník výplňový materiál hranice odstřelu skalní podloží vícevrstvá ochrana před průnikem odpadů do životního prostředí v úložišti probíhá pravidelné měření radiace Úložiště pro nízko-aktivní a středně-aktivní odpady Olkiluoto – plánované rozšíření • vybudováno úložiště LLW a MLW pro bloky OL1 a OL2 • znázorněny připravované zásobníky pro LLW a MLW odpad z budoucích bloků OL3 a OL4 • zásobníky pro radioaktivní odpad z likvidace jednotlivých bloků (odstavení elektrárny z provozu) schéma úložiště zdroj: POSIVA Vysoko-aktivní odpady - úvod • jedná se o vyhořelé palivo z jaderné elektrárny palivový cyklus: 1 - těžba uranové rudy (drcení, mletí, vylouhování roztokem H2SO4, po vysrážení se získá koncentrát ve formě oxidu uranu - „žlutý koláč“) 2 – konverze oxidu uranu na plynný hexafluorid uranu 3 – obohacení na 3-4% U-235 4 – produkce paliva (přeměna na pevný oxid uraničitý ve formě válečků, vytvoření palivové kazety) 5 – použití v JE 6 – mezisklad jaderného paliva 7 – konečné úložiště jaderného paliva zdroj: TVO Těžba uranu • Uran je v přírodě zastoupen cca 500x více než zlato. • Hloubka ložiska pod povrchem spolu s místními geologickými podmínkami rozhodují o volbě mezi povrchovým a podzemním způsobem těžby. • Povrchová těžba vyžaduje vytvoření těžní jámy poněkud větší, než je velikost rudného ložiska - sklon stěn musí být takový, aby nemohlo dojít k jejich sesuvu. • Množství materiálu, který musí být přemístěn pro zajištění přístupu k ložisku, může být značné. Uranový důl Mary Kathleen v Austrálii Těžba uranu • Při hloubce ložiska větší než přibližně 200 m pod povrchem je výhodnější podzemní způsob těžby. • Vytěžený prostor se vyplňuje odpadním materiálem z chemické úpravy. • Kromě rizik vlivem působení hluku, vibrací, prachu, chemikálií, výbušnin a možnosti sesuvu horniny, které jsou vlastní všem těžebním činnostem, je těžba uranu spojena s rizikem zevního a vnitřního ozáření. Princip těžby uranu vyluhováním Rafinace uranu • Výstupem z těžby a následné chemické úpravny je uranový koncentrát UOC, tzv. „žlutý koláč“ • Z toho je potřeba ještě odstranit nežádoucí prvky – • bór, kadmium (vysoký absorpční účinný průřez pro tepelné neutrony) • prvky tvořící těkavé fluory (Mo, V, W) • prvky s vlastnostmi podobnými uranu (thorium) • Rafinačními procesy získaný UOC je přes rozličné chemické formy uranu (UO3, UO2, UF4) konvertován na hexafluorid uranu UF6 případně na kovový uran. • UF6 je jediná plynná sloučenina uranu vhodná pro stále nejpoužívanější obohacovací postupy - difusní a odstředivý. • Konverzí vzniklý plynný UF6 je nejprve stlačením a ochlazením převeden do kapalného stavu, ve kterém je přečerpán do přepravních kontejnerů. V nich postupně chladne a přechází do tuhého stavu, v němž je transportován do obohacovacího závodu. Obohacování uranu • Difuzní obohacování – ve směsi plynů se lehčí molekuly pohybují rychleji než těžší – častěji narážejí na stěny – pokud je stěnou membrána odpovídající velikosti molekul – směs plynu za membránou má vyšší koncentraci lehčích molekul • Odstředivé obohacování - Centrifugy se slučují do stupňů (paralelně, pro zvýšení produkce) a do kaskád (sériově, pro zvýšení stupně obohacení) • Laserové obohacování - potenciální třetí generace obohacovacích technologií vyznačující se nižšími energetickými nároky a nižšími investičními náklady. Centrifugy pro obohacování uranu – Novosibirský závod Výroba peletek - Springfield zdroj: http://www.nuclearsites.co.uk/ Palivová kazeta • peletky oxid uraničitý palivo pro OL3 komponenty palivové kazety pro bloky OL1 a OL2 zdroj: TVO Budova reaktoru 1 – tlaková nádoba reaktoru 2 – hlavní parní potrubí 3 – bazén s palivem 4 – servisní most reaktoru 5 – kolejový jeřáb 7 – pohon kontrolních tyčí 8 – kontejnment pohled na uzavřený reaktor Výměna paliva v elektrárně • při výměně paliva je nejprve bazén reaktoru naplněn vodou – při manipulaci s palivem vrstva vody značně snižuje intenzitu radioaktivního záření • čerstvé palivo i použité palivo odebrané z reaktoru je skladováno v bazénu vedle reaktoru • během jednoho roku uskladnění paliva klesne úroveň radioaktivity na 1% původní hodnoty zdroj: TVO Výměna paliva v elektrárně Zcela zásadní je správné umístění palivových kazet v reaktoru – kazety se liší stářím i výkonem. Rovnoměrná distribuce energie v reaktoru zaručuje vysokou bezpečnost provozu a ekonomicky efektivní využití paliva. Např. v elektrárně Loviisa se každý rok vymění 1/3 paliva v reaktoru, v Olkiluotu je to 1/4 paliva. Čerenkovovo záření palivové tyče (Loviisa – Finsko) zdroj: TVO Dočasné úložiště paliva v elektrárně Olkiluoto Po několika letech se palivo přemístí z bazénu vedle reaktoru do dočasného úložiště. Bazén v úložišti má vlastní systém chlazení, který odvádí teplo do moře (Olkiluoto). Zde zůstává palivo uskladněno minimálně po dobu 40 let, pak je možný jeho převoz do hlubinného úložiště. zdroj: TVO Hlubinné úložiště Dochází zde ke konečnému (trvalému) uložení vysokoaktivního odpadu. Budované úložiště u elektrárny Olkiluoto Složení čerstvého a použitého jaderného paliva zdroj: TVO Hlubinné úložiště Znázornění uložení paliva do skalního podloží Peletky – Palivová tyč a kazeta – Vnitřní mřížka – Měděný kanystr – Betonová bariéra – Skalní podloží zdroj: TVO Hlubinné úložiště – geologický průzkum Lokalita pro umístění hlubinného úložiště musí splňovat řadu kritérií. Při geologickém průzkumu dochází ke stanovení hlavních zlomových oblastí. Těžební vzorky zdroj: POSIVA Hlubinné úložiště – rozvržení tunelů Na základě stanovení zlomových oblastí pak bylo zvoleno rozmístění tunelů úložiště. Plánované rozmístění tunelů – Oblast s kapacitou pro uložení vyhořelého paliva ze současných elektráren (6500 tun – zeleně), plánované rozšíření o 9000 tun modře, 12 000 tun fialově. Hlubinné úložiště – působící vlivy Při návrhu způsobu uložení a kontejneru je nutno brát v potaz řadu vlivů – chemické změny, účinek spodní vody, teplo generované palivem, pohyb a rozpínání horniny, koroze apod. Dvouvrstvé provedení kontejneru pro vyhořelé palivo Hlubinné úložiště – Onlako Při budování úložiště je nutné zhotovit přístupové tunely, výtah a ventilační šachty Onkalo – název pro zařízení na vyhodnocování hornin v podzemí při stavbě úložiště Rozvržení přístupových tunelů Provádění podzemních studií Hlubinné úložiště – šachty a tunely Napojení konstrukčních tunelů Onkalo na systém chodeb úložiště Objem úložiště při různých množstvích paliva Hlubinné úložiště – postup stavby tunelů Vzdálenost úložiště od areálu elektrárny Vstup do tunelu Uzavření kontejnerů před uložením v úložišti Schéma budovy, která bude sloužit ke kompletaci kontejnerů, jejich uzavření a kontrole před spuštěním do úložiště. Varianty kontejnerů Kontejnery na vyhořelé palivo jsou odlišné pro 3 typy elektráren ve Finsku Předpokládaný průběh prací na úložišti Pokles radioaktivity v průběhu času v závislosti na typu paliva BWR – boiling water reactor (Loviisa) VVER 440 – voroněžský typ (Olkiluoto 1 a 2) EPR – european pressurised reactor (Olkiluoto 3) Průběh teploty kontejneru v úložišti Červená křivka zobrazuje průběh teploty kontejneru umístěného v centru úložiště, modrá křivka pak teplotu kontejneru umístěného na okraji úložiště. Teplota v úložišti v hloubce 400 m je 10-11°C. zdroj: POSIVA Kalkulace radiace v případě defektu kontejneru Elektrárna Olkiluoto - princip varného reaktoru • k varu dochází při průchodu vody v prostoru mezi palivovými tyčemi (1) • výkon reaktoru je regulován pomocí regulačních tyčí (2) a recirkulačních čerpadel (3) • pára generovaná v reaktoru je potrubím dopravována do vysokotlaké turbíny (4) • jakmile pára předá část své energie ve vysokotlaké tubíně, je vedena do výměníku (5) kde dojde k opětovnému ohřátí a pára pokračuje do nízkotlaké turbíny (6) • obě turbíny jsou na společném hřídeli spolu s generátorem (7), který dodává el. energii do sítě • pára na výstupu z turbíny pokračuje do kondenzátoru (8), kde kondenzuje na vodu • pro odvod tepla je použita mořská voda (9) – nahrazuje chladící věže • čerpadlo (10) vede vodu zpět do reaktoru Budova reaktoru 1 – tlaková nádoba reaktoru 2 – hlavní parní potrubí 3 – bazén s palivem 4 – servisní most reaktoru 5 – kolejový jeřáb 7 – pohon kontrolních tyčí 8 – kontejnment pohled na uzavřený reaktor Produkce elektrické energie z bloků OL1 a OL2 počáteční výkon obou bloků v roce 1980 – 660 MWe po modernizacích reaktoru a turbíny od r. 2005 výkon 860 MWe Výměna paliva v elektrárně bazén kompletně napuštěn vodou výkon reaktoru odstraněno pomocí jeřábu obsluha provádí výměnu paliva Sestava turbín – OL1 a OL2 pára, která proudí v potrubí pochází přímo z reaktoru – prostor není z důvodu vysokých dávek radioaktivního záření za provozu přístupný po odstavení reaktoru trvá cca 8-12 hodin, než intenzita záření poklesne na hodnoty, při kterých lze začít provádět údržbu
Podobné dokumenty
Zpravodaj Správy úložišť radioaktivních odpadů
10 letech poskytne klíčová data z předpokládané
hloubky úložiště, umožní otestovat technologii
výstavby a konstrukce prvků úložného systému nebo studovat odezvu horninového masívu
na jeho dlouhodob...
Konstruktér Rdultovskij
plněné tritolem ráže 76,2 mm, 107 mm a 122 mm a zasloužil se o to, aby byly zavedeny do
výzbroje ruské armády. V těchto nových střelách poprvé uplatnil svou konstrukční zdatnost
v oblasti rozbušnýc...
Východní fronta 2012 - II. část - KDO JSME?
Když německé tanky pronikly do Sokolova, byl nadporučík Jaroš stále ve spojení s plukovníkem Svobodou,
který mu poslal na pomoc četu rotmistra Voráče a snažil se poslat i 179. tankovou brigádu s ně...
12. Predikce polymorfů
globálního minima celkové mřížkové energie
• mřížková energie je součtem intermolekulárních interakcí mezi
všemi molekulami v nekonečném ideálním krystalu
• jsou zanedbány tepelné efekty => výpočet...
Manuál chemický kroužek
Všechny předměty okolo nás jsou fyzikálními tělesy. Mají svůj objem, hmotnost a zaujímají určitý
prostor.
V chemii nás zajímají jejich složení, především pak z jakých látej jsou tvořeny.
Technologie výroby číslicových obvodů
den ze vstupů má napětí 0 V ), zůstává T2 a tím i T3 zavřený. T3 tak dostává
kladné předpětí a otevírá se – na výstupu je kladné napětí (tj. úroveň logické 1). Je-li na všech vstupech tranzistoru T...
212_FAEZP I - Ostravská univerzita
polohách.
Na základě rozboru rozptylových experimentů usoudil ERNEST RUTHERFORD (1871 – 1937),
roku 1911, že atomy mají jádro, které má kladný elektrický náboj a připadá na něj téměř celá
hmotnost ...