Fotos de carros com combustível nuclear usado na estação de Tyumen. Foto: Tyumen BC / Vk.cm
Vamos começar com o básico. As usinas nucleares usam urânio como combustível. Mas de que forma é usado lá e como chega lá? O urânio é extraído e depois enriquecido no isótopo necessário - urânio-235. Em seguida, eles são trazidos para a forma química desejada - a forma de dióxido de urânio.
O pó de dióxido de urânio é então sinterizado em comprimidos de cerâmica de cerca de 4,5 gramas cada. As pelotas são coletadas em elementos combustíveis - barras de combustível. Os elementos de combustível são montados em conjuntos de combustível de conjuntos de combustível ou conjuntos de combustível. E esses cassetes já estão carregados no reator.
Existem 163 conjuntos de combustível em um reator VVER-1000 típico.
Aproximadamente uma vez por ano, 20% do combustível é descarregado do reator e substituído por um novo. Portanto, cada um desses cassetes funciona no reator por cerca de 5 anos em média. Assim, cerca de 15-20 toneladas de combustível são descarregadas do reator por ano. E para o transporte deles, você precisa dos mesmos 4 carros que foram encontrados em Tyumen.
Durante a operação no reator, uma pequena parte do urânio, apenas alguns por cento, queima no combustível. Bem, ele não queima literalmente, é apenas um termo, por analogia com usinas convencionais de combustível fóssil. Anteriormente, até mesmo um reator nuclear era chamado de caldeira por analogia. Na realidade, parte do urânio simplesmente se decompõe como resultado de uma reação em cadeia de fissão, e os chamados fragmentos de fissão são formados a partir dele - novos elementos mais leves. Principalmente radioativo.
Como resultado de outras reações, uma parte de novos átomos pesados aparece no combustível, os chamados actinídeos menores - amerício, neptúnio, cúrio. Todos esses novos elementos agravam as propriedades do combustível e podem ser classificados como rejeitos radioativos. Embora, se desejado, eles também possam ser selecionados e usados.
A outra parte do combustível, e isso é mais de 90% de sua massa, é o urânio remanescente, principalmente o isótopo 238, que não participou das reações nucleares. E então há um novo elemento, o plutônio. Este urânio e plutônio, se desejados e disponíveis, podem ser reutilizados como combustível. Acontece, como na história de um barril de mel (combustível) e uma mosca na sopa (resíduos).
Além disso, esta mosca na pomada, ou seja, resíduos, altera significativamente as propriedades do combustível, tornando-o altamente radiotóxico.
Se o combustível nuclear fresco puder ser recolhido e colocado ao lado dele sem qualquer proteção séria além de um roupão e luvas (ele tocou dessa forma em uma usina em Novosibirsk), então o combustível irradiado, devido aos emissores gama acumulados, cria tal poder de radiação que a pessoa ao lado dele receberá uma dose letal em alguns minutos. Mas, felizmente, você não pode simplesmente abordá-lo. Todas as operações com combustível nuclear usado são realizadas à distância, dentro de piscinas com água que protege contra as radiações.
Inspeção de combustível nuclear novo. Uma fonte.
Mas e quanto ao combustível usado? Existem duas abordagens estratégicas globais e diferentes países onde existe energia nuclear aderem a uma ou a outra. Em algum lugar acredita-se que nada precisa ser feito com SNF, não precisa se sujar, basta descartá-lo na forma em que é retirado dos reatores, inteiramente.
Em algum lugar, por exemplo, na Rússia, França, Grã-Bretanha, Japão, acredita-se que o alcatrão pode ser separado do mel neste barril. Esses países possuem a tecnologia para reciclar o combustível usado. Essa reciclagem permite que componentes valiosos sejam extraídos e reutilizados, economizando recursos naturais. Também permite reduzir em centenas de vezes o volume de resíduos a enterrar. Afinal, agora a retirada não é todo o barril de mel, mas apenas aquela própria mosca na pomada. Além disso, a vida útil desses resíduos pode ser reduzida milhares de vezes, até centenas de anos, se carregados em reatores nucleares especiais.
Portanto, na Rússia, como em alguns outros países, existem fábricas de reprocessamento de combustível irradiado. Historicamente, isso é feito no Mayak PO em Ozersk, na região de Chelyabinsk. Só que o processo é muito parecido com o processo de obtenção de plutônio para armas nucleares, para o qual a usina foi construída na época soviética. Mas em Mayak, nem todo o combustível da usina nuclear é processado. Seus principais volumes dos reatores mais comuns não foram processados na Rússia até agora, mas acumulados.
Agora, a Rosatom está implementando um conceito segundo o qual o combustível das usinas nucleares é levado para uma instalação de armazenamento centralizado na Combinação de Mineração e Química na cidade de Zheleznogorsk, Território de Krasnoyarsk. Esta planta, como o Mayak, foi criada durante o projeto atômico soviético em uma das dez cidades atômicas fechadas construídas no devido tempo para criar armas atômicas.
Ok, nós entendemos para onde eles estão levando, mas de onde?
A julgar pelas fotos de Tyumen, na foto há vagões e contêineres para transporte de combustível dos reatores VVER-1000. Este é o tipo mais comum de reator para usinas nucleares na Rússia e no espaço pós-soviético. E no mundo esses reatores de água pressurizada são os mais difundidos. Na Rússia, o VVER-1000 opera em 4 das 11 usinas nucleares. Eles trabalham nas usinas nucleares Balakovskaya, Kalininskaya, Novovoronezhskaya e Rostov.
Agora está claro como os contêineres acabaram em Tyumen - a caminho de usinas nucleares no oeste da Rússia para armazenamento e futuros pontos de processamento no leste, na Sibéria. Temos apenas uma linha principal em todo o país - o Transsib. Eles viajam ao longo dela através de Tyumen e minha terra natal, Yekaterinburg.
Esses transportes são perigosos?
Apesar do fato de o combustível usado ser muito radioativo, medidas de segurança apropriadas são tomadas para transportá-lo. Em primeiro lugar, após o combustível ter sido descarregado do reator, ele é armazenado na estação por mais alguns anos em uma piscina de resfriamento especial. Lá, devido ao decaimento de isótopos de curta duração, sua atividade é significativamente reduzida. Por exemplo, no primeiro ano, ele cai cem vezes. Isso significa que o fundo desse combustível e sua liberação de calor também diminuem. Sim, mesmo anos depois de ser descarregado do reator, o combustível continua a aquecer.
Após tal exposição, o combustível nuclear gasto já pode ser enviado para uma instalação de armazenamento ou para reprocessamento. Para o transporte de tais mercadorias perigosas, kits de embalagem e transporte de proteção especial (TUK) foram desenvolvidos a partir de vagões e contêineres especiais. Este não é apenas um tanque de metal, é uma estrutura complexa, multicamadas e composta com sensores de controle, com um peso total de mais de 100 toneladas. O TUK-13 para transporte de combustível VVER-1000 pode acomodar até 12 conjuntos de combustível ou até 6 toneladas de combustível. E ao lado desse recipiente, você já pode ficar em pé com calma, sem arriscar uma dose perigosa. Ele bloqueia a radiação gama e de nêutrons.
Transportador de carro e container TUK-13 para transporte de combustível do reator VVER-1000. Foto - portal ftpsp-yarb2030.rf
Mas não se trata apenas de proteção contra radiação. Esses recipientes são projetados de forma que mesmo em um acidente eles não percam sua estanqueidade, o que significa que nenhuma substância perigosa sairá. Os recipientes são projetados e testados para resistir a quedas no concreto, colisões com obstáculos, incêndios e imersão na água.
Você pode assistir a quadros de vídeo de testes estrangeiros e demonstrações das propriedades de tais contêineres:
Ou para testes em russo (a partir de 0:50):
Portanto, o transporte dessas mercadorias pelo Transsib não representa uma ameaça. Não é fácil roubar um contentor de 100 toneladas, não funciona para abrir sem equipamentos e condições especiais, é inútil descarrilar e até explodir, é para isso.
Quero terminar com duas conclusões. Bom e mau.
Vou começar com o bom. Deixe-me lembrá-lo da cifra de 20 toneladas de combustível de que as usinas nucleares precisam todos os anos para operar. Isso é suficiente para fornecer eletricidade e, em parte, aquecimento para uma cidade inteira de mais de um milhão de habitantes como Yekaterinburg por um ano inteiro. Para uma usina a carvão com a mesma capacidade, não 20, mas vários milhões de toneladas de combustível serão necessários. Parte dele, quando queimado, irá literalmente voar para dentro do cano e se estabelecer em nossos pulmões, e então adicionar CO2 à atmosfera com todas as conseqüências para a mudança climática global. E esses milhões de toneladas têm que ser transportados, ao longo da mesma ferrovia, pelas mesmas cidades ... Portanto, provavelmente é melhor transportar 4 vagões com combustível nuclear uma vez por ano - é mais seguro.
E a conclusão ruim é que, apesar de todas as medidas de segurança para o transporte de materiais radioativos e combustível nuclear, os riscos de acidentes de transporte permanecem. Mas eles estão mais conectados com outras coisas. Na Rússia, até 800 milhões de toneladas de mercadorias perigosas são transportadas por ano - substâncias explosivas, inflamáveis e tóxicas. E, para dizer o mínimo, nem todos são transportados em contêineres duráveis como materiais radioativos. Portanto, é necessário melhorar a segurança de todo o transporte, construir vias de circulação para trens de carga nos grandes centros e, em geral, investir em infraestrutura, bem como em ciência, tecnologia, educação e outras instituições públicas importantes. Assim, as pessoas terão menos medo de várias histórias de terror, incluindo as nucleares, e a vida será mais fácil e confortável para todos nós.
Bônus de vídeo.
Sobre esse assunto, gravei um vídeo para meu canal no youtube , onde há um pouco mais de materiais visuais. Olha, inscreva-se, goste, então provavelmente farei mais vídeos e artigos desse tipo:
Referências a fontes e materiais usados para estudo independente:
1. Desenvolvimento de um cluster para gerenciamento SNF no FSUE "MCC"
2. TRANSPORTE DE MATERIAIS RADIOATIVOS. Relatório de Bellona
3. Gasto de combustível nuclear de reatores térmicos
4. Revisão de problemas de gerenciamento de rejeitos radioativos. Sarov.
5. RECIPIENTES PARA COMBUSTÍVEL NUCLEAR GASTO. Pines.
6. Oportunidades de OJSC Atomenergomash na esfera de SNF e RW Management Moscou outubro de 2013 VII Fórum Internacional AtomEco 2013
7.O Programa de Desenvolvimento de Tecnologias de Contêineres para a Gestão de SFAs de NPPs Russas como Ferramenta para a Unificação de Soluções para Armazenamento de Longo Prazo de Combustível Nuclear Usado T.F. Makarchuk M.Yu. Afonyutin JSC FCNRS. ATOMEXPO-2015 01 a 03 de junho de 2015
8. Projeto de conjuntos de embalagem e contêineres para transporte SNF.
9. Componentes radioativos de usinas nucleares: manuseio, processamento, localização