После окончания работы в активной зоне реактора отработавшие топливные сборки (ОТВС) проходят сложный и многоэтапный процесс обращения, который включает в себя несколько последовательных стадий хранения и транспортировки. Сначала сборки дистанционно, с помощью специальной разгрузочно-загрузочной машины, перемещаются в приреакторные бассейны выдержки (БВ). Эти водонаполненные отсеки, облицованные нержавеющей сталью, служат для первоначального охлаждения топлива и снижения его радиоактивности. Дефектные кассеты для дополнительной безопасности помещают в герметичные пеналы, также заполненные водой.
Промежуточное и долгосрочное хранение
После выдержки в бассейнах в течение 3–10 лет топливо перегружают в отдельно стоящие промежуточные хранилища отработавшего ядерного топлива (ХОЯТ). На этом этапе, который может длиться от 10 до 30 лет, обычно также используется «мокрый» метод хранения — в водной среде. Для топлива, прошедшего длительную выдержку и имеющего меньшее тепловыделение, разработаны и применяются технологии «сухого» хранения. В этом случае топливные сборки помещают в специальные герметичные упаковки или контейнеры, которые затем устанавливают в железобетонные модули или камеры. Хранение осуществляется в инертной газовой среде или на воздухе, что обеспечивает безопасность на протяжении многих десятилетий, вплоть до 50 лет в централизованных долговременных хранилищах.
Оптимизация и экономия пространства
Для более эффективного использования площадей хранилищ рассматриваются варианты уплотненного хранения. Один из перспективных подходов — использование в конструкциях стеллажей бористой стали, обладающей высокой коррозионной стойкостью и свойствами поглотителя нейтронов. Это позволяет повысить требования ядерной безопасности и, как следствие, разместить больше топливных сборок на той же площади, увеличив вместимость хранилищ примерно в 1,5 раза.
Транспортировка за пределы АЭС
Перевозка облученного топлива к местам переработки или окончательного захоронения — критически важная операция. Она осуществляется, как правило, железнодорожным транспортом или по комбинированным маршрутам, включающим наземные и морские перевозки на специализированных судах. Ключевым элементом безопасности при транспортировке являются специальные транспортные упаковочные комплекты (ТУК) или контейнеры. Эти массивные конструкции выполняют несколько функций: эффективно отводят остаточное тепло от топлива, обеспечивают надежную радиационную защиту и гарантируют сохранность груза даже в аварийных ситуациях.
Мировые и российские стандарты безопасности
На мировом рынке ведущими производителями таких контейнеров для топлива реакторов типа PWR и BWR являются компании Transnuclear (Франция, серия TN) и Gesellschaft für Nuklear-Service (Германия, модели CASTOR). В России для этих целей создана собственная серия контейнеров, адаптированных под разные типы реакторов: ТК-6 (для ВВЭР-440), ТК-10 и ТК-13 (для ВВЭР-1000), ТК-11 (для РБМК).
Эти упаковочные комплекты рассчитаны на экстремальные условия. Они должны сохранять целостность и безопасность при температурах от -50 до +80 °C, при свободном падении с высоты 9 метров и даже при погружении в воду на глубину до 15 метров. Нормы радиационной безопасности строго регламентированы: мощность дозы на поверхности контейнера не должна превышать 2 мЗв/ч, а на расстоянии двух метров — 0,1 мЗв/ч. Конструкция также обеспечивает температурный режим: внутри контейнера, рассчитанного на тепловыделение до 36 кВт, температура топливных сборок не превышает 350 °C, а наружная стенка нагревается не более чем до +90 °C.
Логистика и экономика перевозок
Современные транспортные контейнеры вмещают от 12 до 24 топливных сборок, а их полная масса в загруженном состоянии достигает 110–125 тонн. Типичный железнодорожный состав для перевозки ОТВС в России включает до 8 вагонов-контейнеров, 1–2 вагона для персонала сопровождения и вагоны прикрытия в голове и хвосте поезда для дополнительной безопасности. Стоимость таких высокотехнологичных и безопасных перевозок составляет от 20 до 80 долларов США за один килограмм содержащегося в топливе урана.