Малките модулни реактори произвеждат високи нива на ядрени отпадъци

Ядрените реактори генерират надеждно снабдяване с електроенергия с ограничени емисии на парникови газове. Но ядрена централа, която генерира 1000 мегавата електричество, също произвежда радиоактивни отпадъци, които трябва да бъдат изолирани от околната среда в продължение на стотици хиляди години. Освен това цената на изграждането на голяма ядрена електроцентрала може да достигне десетки милиарди долари.

Инженерите се подготвят да тестват усъвършенстван прототип на малък модулен реактор, разработен от Националната лаборатория в Айдахо на Министерството на енергетиката на САЩ. (Кредит на изображението: С любезното съдействие на Националната лаборатория в Айдахо)

За да отговори на тези предизвикателства, ядрената индустрия разработва малки модулни реактори, които генерират по-малко от 300 мегавата електрическа мощност и могат да се сглобяват във фабрики. Анализатори от индустрията казват, че тези усъвършенствани модулни конструкции ще бъдат по-евтини и ще произвеждат по-малко радиоактивни странични продукти от конвенционалните мащабни реактори.

Но проучване от 30 май Известия на Националната академия на науките стигна до обратното заключение.

„Нашите резултати показват, че повечето малки модулни конструкции на реактори действително ще увеличат обема на ядрените отпадъци, изискващи управление и обезвреждане, с фактори от 2 до 30 за реакторите в нашето изследване на казуса“, ​​каза авторът. Линдзи Крал, ръководител на изследването. Възпитаник на Макартър. Постдокторант в Центъра за международна сигурност и сътрудничество (CISAC) към Станфордския университет. „Тези резултати са в рязък контраст с ползите от разходите и намаляването на отпадъците, които поддръжниците твърдят за модерните ядрени технологии.

световна ядрена енергия

По света работят около 440 ядрени реактора, които доставят около 10% от електроенергията в света. В САЩ 93 ядрени реактора генерират почти една пета от електроенергията в страната.

За разлика от електроцентралите, които работят на въглища или природен газ, атомните електроцентрали отделят малко въглероден диоксид, основна причина за глобалното затопляне. Защитниците казват, че с нарастването на глобалното търсене на чиста енергия ще са необходими повече ядрена енергия, за да се сведат до минимум последиците от изменението на климата.

Но ядрената енергия не е без риск. Само в Съединените щати комерсиалните атомни електроцентрали произвеждат повече от 88 000 метрични тона отработено ядрено гориво, както и значителни количества средно и нискоактивни радиоактивни отпадъци. Най-радиоактивните отпадъци, главно отработено гориво, ще трябва да бъдат изолирани в дълбоки геоложки хранилища в продължение на стотици хиляди години. Понастоящем Съединените щати нямат програма за разработване на геоложко хранилище, след като са похарчили десетилетия и милиарди долари в планината Юка в Невада. В резултат на това отработеното ядрено гориво понастоящем се съхранява в басейни или в сухи замъци на реакторни площадки, натрупвайки се със скорост от около 2000 метрични тона годишно.

Прости показатели

Някои анализатори твърдят, че малките модулни реактори значително ще намалят масата на генерираното отработено ядрено гориво в сравнение с много по-големите конвенционални ядрени реактори. Но това заключение е твърде оптимистично, според Крал и неговите колеги.

„Простите измервания, като оценки на масата на отработено гориво, предлагат малко информация за ресурсите, които ще са необходими за съхраняване, опаковане и изхвърляне на отработено гориво и други радиоактивни отпадъци“, каза Крал, който сега е учен в шведската Общество за управление на ядреното гориво и отпадъци. „Всъщност много малко проучвания са анализирали управлението и обезвреждането на потоци ядрени отпадъци от малки модулни реактори“.

Предложени са десетки малки модулни конструкции на реактори. За това проучване Krall анализира потоци от ядрени отпадъци от три типа малки модулни реактори, разработени от Toshiba, NuScale и Terrestrial Energy. Всяка компания използва различен дизайн. Резултатите от казусите бяха потвърдени от теоретични изчисления и по-голямо проектно проучване. Този тристранен подход позволи на авторите да направят някои силни заключения.

„Анализът беше труден, защото нито един от тези реактори все още не е в експлоатация“, каза съавторът на изследването Родни Юинг, Франк Стантън, професор по ядрена сигурност в Станфорд и съдиректор на CISAC. „Освен това проектите на някои от реакторите са собствени, което добавя допълнителни препятствия към изследванията.

Изтичане на неутрон

Енергията се произвежда в ядрен реактор, когато неутрон разделя уранов атом в ядрото на реактора, генерирайки допълнителни неутрони, които разделят други уранови атоми, създавайки верижна реакция. Но някои неутрони излизат от ядрото – проблем, наречен неутронно изтичане – и удрят околните структурни материали, като стомана и бетон. Тези материали стават радиоактивни, когато се “активират” от неутроните, изгубени от ядрото.

Новото проучване установи, че поради по-малкия си размер, малките модулни реактори ще изпитат по-голямо изтичане на неутрони в сравнение с конвенционалните реактори. Това увеличение на изтичането се отразява на количеството и състава на техните отпадъчни потоци.

„Колкото повече неутрони изтичат, толкова по-голямо е количеството радиоактивност, създадено от процеса на неутронно активиране“, каза Юинг. „Открихме, че малките модулни реактори ще произвеждат поне девет пъти повече неутронно активирана стомана от конвенционалните електроцентрали. Тези радиоактивни материали трябва да бъдат внимателно управлявани, преди да бъдат изхвърлени, което ще бъде скъпо.

Проучването установи също, че отработеното ядрено гориво от малки модулни реактори ще се изхвърля в по-големи обеми на единица извлечена енергия и може да бъде значително по-сложно от отработеното гориво, изхвърляно от съществуващите електроцентрали.

„Някои малки модулни конструкции на реактори изискват химически екзотични горива и охлаждащи течности, които могат да произвеждат отпадъци, които е трудно да се управляват за изхвърляне“, каза съавторът Алисън Макфарлейн, професор и директор на Училището по публична политика и глобални въпроси в университета. Британски университет. Колумбия. “Тези екзотични горива и охлаждащи течности може да изискват скъпо химическо третиране преди изхвърляне.”

„Посланието за индустрията и инвеститорите е, че краят на горивния цикъл може да включва скрити разходи, които трябва да бъдат взети предвид“, каза Макфарлейн. “В интерес на проектанта на реактора и регулатора е да разберат последиците от отпадъците от тези реактори.”

Радиотоксичност

Проучването заключава, че като цяло малките модулни конструкции са по-ниски от конвенционалните реактори по отношение на генериране на радиоактивни отпадъци, изисквания за управление и възможности за погребване.

Един от проблемите е дълготрайното излъчване от отработено ядрено гориво. Изследователският екип изчисли, че след 10 000 години радиотоксичността на плутония в отработеното гориво, освободено от трите модула за изследване, ще бъде поне 50% по-висока от тази на плутония в конвенционалното отработено гориво на единица извлечена енергия.

Поради това високо ниво на радиотоксичност, геоложките хранилища за малки модулни отпадъци от реактори трябва да се избират внимателно чрез задълбочен процес на локализиране, казаха авторите.

„Не трябва да сме тези, които правят този вид изследване“, каза Юинг. “Доставчиците, тези, които предлагат и получават федерална подкрепа за разработване на модерни реактори, трябва да се грижат за отпадъците и да провеждат изследвания, които могат да бъдат прегледани в отворената литература.”

Add Comment