2015-10-13
314
В то время как ядерное деление включает расщепление тяжелого атомного ядра, ядерный синтез Процесс объединения двух легких ядер с образованием более массивного ядра. Этот процесс происходит непрерывно звезд во всей вселенной. В ядре Солнца, при температуре 10-15 миллионов ° С, водород превращается в гелий, обеспечивая энергию, которая поддерживает жизнь на Земле.
Возможность получения энергии из слияния был исследован в течение многих десятилетий. Большинство широко изучается реакция синтеза [дейтерия и трития (DT) реакция] показано на рисунке 2.7.Ядра двух изотопов водорода, один (дейтерия), имеющего один нейтрон и один протон, и Другое (тритий), два нейтрона и один протон, в совокупности образуют гелий и нейтрон, высвобождая энергии в процессе. Дейтерий могут быть извлечены из обычной воды. Тритий может быть произведено самим термоядерного реактора, через нейтронного облучения изотопа лития Li6, основной
На очень высоких температурах, необходимых для реакции синтеза, чтобы проходить топливо в форма плазмы, состояние материи, где все электроны были удалены из атомов, оставив только ядра. Понимание и контроль плазмы является серьезной проблемой в развитии Fusion Power. Основная проблема в разработке термоядерного реактора является сдерживание плазмы топливо, которое должно быть сохранено при очень высоких температурах, чтобы инициировать и поддерживать реакцию. Один из наиболее перспективных средств для достижения этой цели является тороидальный (тор или в форме пончика) магнитного заключение система. Другой с инерционным удержанием.
|
|
|
Если они становятся практически, термоядерные реакторы могли бы предложить ряд преимуществ, в том числе:
• практически неограниченно подачи топлива (дейтерия и трития);
• производство только в малых количествах в основном из короткоживущих радиоактивных отходов (в основном трития
и структурные компоненты самого реактора);
• нет возможности аварии с каких-либо существенных последствий за пределами площадки, так как нагрузка топлива будет быть всего несколько граммов в любое время и крах плазме мгновенно остановить слияние Реакция, при отсутствии остаточной производства тепла;
• не существует требования для материалов и технологий концерна для распространения ядерного оружие.
Существующие испытательные объекты магнитного термоядерного синтеза включают совместные европейские Европейского Союза Тор (JET) в Соединенном Королевстве, Лаборатория физики Принстонского плазмы в Юнайтед Штаты, и JT-60U Токамак японского агентства по атомной энергии. Следующим шагом в развитии слияния будет Международный термоядерный экспериментальный реактор (ITER), в настоящее время под Строительство во Франции. Совместно финансируется Китаем, Европейским союзом, Индией, Японией, Республикой онных жизнь. Она будет направлена для демонстрации возможности использования термоядерной энергии. Еще один проект, то будет требуется в полной мере продемонстрировать практическую систему термоядерной энергии; ранняя дата для этого, скорее всего, составит около 2040. Следовательно, коммерческое использование термоядерной энергии, по крайней мере несколько десятилетий далеко.
|
|
|
Параллельно, проектов исследования лазерного термоядерного синтеза или слияние по инерционным удержанием находящихся осуществляется в фонд National Ignition в Соединенных Штатах в рамках проекта LIFE, и в Европе в рамках проекта HiPER. Демонстрация выработки электроэнергии не предвидится Перед меньшей мере двух десятилетий, и коммерческой развертывания еще дальше.
Радиоактивные отходы различных типов приводит от любой деятельности, что делает использование ядерных материалов, в том числе медицинских и промышленных применений. Однако, ядерная энергетика является наиболее importantsource таких отходов из-за больших объемов генерируемых и его давно жил природе. Неважно их происхождение, радиоактивные отходы должны управляться безопасно и экономично.
В общем, радиоактивные отходы делятся на три категории: низкий уровень отходов (НАО), среднеактивные отходы (САО) и высокоактивных отходов (ВАО), в зависимости от его уровня радиоактивности и продолжительность времени остается опасным. Утилизация НАО САО и наиболее зрелый практика, в то время как Наиболее ВАО безопасно хранить в специально отведенных местах. Постоянного захоронения ВАО в глубоких геологических хранилищах принято быть практически по Scientifi и технического сообщества, но пока чтобы быть принятым гражданского общества во многих странах.
Виды радиоактивных отходов
Радиоактивные отходы обычно classifid в небольшом количестве категорий, чтобы облегчить регулирование из обработки, хранения и утилизации, на основании концентрации радиоактивного материала, который они содержат и время, для которых они остаются радиоактивным. В defiitions этих категорий отличаться в деталях от страны к стране; Однако, в общем, они могут быть рассмотрены как низкий уровень, intermediatelevel и высокоактивных отходов.
НАО обычно состоит из элементов, которые вступают в контакт с небольшими количествами недолго радиоактивность, например, спецодежды, контейнеров, шприцы и т.д. НАО обычно могут быть обработаны с помощью резиновых перчатках. Большая часть отходов, образующихся при выводе из эксплуатации атомной электростанции является НАО.
САО обычно возникает из производственных процессов, например, оборудование, которое было использовано в сочетании с ядерными материалами или ионообменных смол, используемых в очистке радиоактивных жидкостей. Он как правило, создает незначительное тепло, но излучает радиацию, которая может быть краткосрочной или долгоживущие, и как правило, требуется экранирование для защиты людей. В случае переработки отработавшего ядерного топлива, нерастворенной металлоконструкции топлива классифицируются как САО.
ВАО в основном состоит из высокоактивных и часто долгоживущих остатков процесса fision, либо содержится в отработанном топливе или в качестве отходов от переработки. Она должна быть в значительной степени экранированные и как правило, требует охлаждения. Хотя отработавшее топливо и переработки отходов во многих уважает удалось же, они отличаются по форме и содержанию, хотя бы потому, ВАО от переработка первоначально находится в жидком виде.
Для обработки и транспортировки отходов, важным фактором является уровень радиоактивности. Но для утилизации, еще одним важным фактором является продолжительность времени, отходы должны храниться изолированными, а определяется "полураспада" на радиоактивных изотопов в нем содержится. Некоторые долгоживущие изотопы, такие как те, что в ВАО требуют изоляции в течение многих тысяч лет. С другой стороны, некоторые отходы, содержащие только короткоживущие радиоактивные изотопы просто не могут быть сохранены, пока их деятельности заглох до незначительного уровня, после чего они больше не classifid в качестве радиоактивных отходов.
|
|
|
Период полураспада радиоактивного изотопа это время, необходимое для половины любого заданного числа атомных ядра распадаться. Это может варьироваться от менее чем за одну секунду до многих тысяч лет, в соответствии с изотопов. Рисунок 6.1 показывает, что после тьфу полураспада, количество радиоактивного изотопа оставшейся составляет около 3% от первоначальной суммы; через 10 периодов полураспада, менее 0,1% остается. Таблица 6.1 показывает некоторые изотопы, которые важны при определении условий для захоронения ВАО. Те, с короткими полураспада доминировать общую активность отходов в начале года, но в долгосрочной перспективе менее активные, но долгоживущие изотопы преобладают.
Радиоактивные объемы отходов, образующихся в ядерной энергии Из-за своей высокой плотности энергии, атомной энергии генерирует относительно небольшой объем отходов на
единица энергии генерируется. Различные циклы реактора и топливных производить различные размеры и виды
отходов. Таблица 6.2 дает общее представление о объемах отходов, образующихся в производстве ядерного
энергия. За эти годы была общая тенденция к сокращению объема отходов
в расчете на единицу произведенной электроэнергии за счет совершенствования методов и технологий.
Чтобы поставить эти величины в перспективе, следует иметь в виду, что количество радиоактивных отходов образуется также в результате заводов и больниц, и что радиоактивные отходы в целом
|
|
|
только небольшая часть токсичных отходов промышленно каждый год, и меньшая доля от
далеко от общего объема отходов общества.
Принципы и практика управления отходами
Управление и распоряжение радиоактивных отходов везде рассматривается как национальной ответственности.
Хотя существуют различные национальные подходы к управлению отходами, международное сотрудничество
создал ряд основополагающих принципов и обязательств, которые формируют общее понимание.
Принципы обращения с радиоактивными отходами Международного агентства по атомной энергии
(МАГАТЭ) являются примером этого. В целом, это указать, что радиоактивные отходы должны управляться
таким образом, чтобы гарантировать, что:
• Существует приемлемый уровень защиты здоровья человека и для окружающей среды, применяя через национальные границы.
• влияние на будущие поколения не больше, чем это приемлемым сегодня, и что чрезмерное
бремени на будущие поколения избежать.
• Существует соответствующая правовая база с четким распределением обязанностей
и обеспечение независимого регулирования.
• Образование отходов хранится на минимальном практически, с взаимозависимостей между
различные необходимые шаги приняты во внимание.
• безопасность объектов для утилизации отходов соответствующим образом обеспечено.
На практическом уровне, мероприятия, необходимые для обращения с радиоактивными отходами может быть должным образом
разделить на следующие этапы:
• сведения к минимуму количества созданных;
• кондиционирование и упаковка для обеспечения безопасного обращения и защиты во время транспортировки;
• временное хранение;
• FIAL утилизации.
Минимизация
Существующие средства могут, с предвидением и хорошей практики, уменьшить количество отходов, созданный. Новый
технологии и проекты заводов также стремиться к снижению отходов с помощью таких средств, как упрощение
требования к техническому обслуживанию.
Кондиционирование и упаковка
Твердые НАО и САО часто может быть супер-спрессованы в гораздо меньших объемах. Так жидких отходов
не могут быть утилизированы, они должны быть преобразованы в твердых телах. Радиоактивные элементы могут быть удалены
от жидкости fitration или ионного обмена и затем сушат, всасывается в fiing среде, или
solidifid в бетоне. После такого кондиционирования, САО и НАО могут быть упакованы для временного хранения или
утилизация в стальные барабаны или контейнеры. Например, металлические остатки ТВС оставили
на от переработки, как правило, уплотняется, а затем закрепил в стальные барабаны для утилизации.
ВАО производится во время переработки возникает как жидкость и должна быть преобразована в твердое
для долгосрочного хранения и захоронения, обычно на процесс vitrifiation (включения его в
Специальный тип стекла). Другие формы отходов, используя керамику также были протестированы. Эти формы отходов
поделиться характеристики будучи чрезвычайно прочный и способен обездвижить отходов очень долго
периоды. Отработанное ядерное топливо, которое не было переработано изначально хранятся под водой в бассейне хранения, как правило, на месте реактора. После нескольких лет он может быть помещен в специализированных контейнеров для
временное хранение и / или утилизации.
Временное хранение
Хранение отличается от выбытия в том, что есть намерение, чтобы получить отходов когда-то в будущем.
Таким образом, активный мониторинг, техническое обслуживание и ведомственного контроля должна поддерживаться для обеспечения безопасности и
безопасность.
Когда сайт утилизация доступен, САО и НАО могут быть отправлены туда непосредственно через регулярные промежутки времени. Если
нет, временное хранение в структуре над землей необходимо. Для ВАО, период временного хранения
всегда необходимо, чтобы позволить первоначально очень высокие уровни радиации и тепла, чтобы упасть.
Было показано, что временное хранение таких отходов может быть продолжено безопасно для многих
десятилетия.
Окончательное захоронение
Утилизация является FIAL шаг в области обращения с радиоактивными отходами. Обычно это понимается положить зачахнуть без намерения их извлечения, и что долгосрочное наблюдение и мониторинг не будут необходимы, чтобы держать его надежно изолированы от населения и окружающей среды. Тем не менее,
в некоторых понятий хранилище поиска отходов не было бы возможно, по крайней мере, до тех пор, будущего решения
производится для герметизации хранилище. Возможные причины для извлечения отходов может включать в себя наличие
более передовые технологии для очистки сточных или решения утилизация отработанного топлива в будущем
реакторы.
Радиоактивные отходы утилизировать в специально отведенных местах, а не смешивается с нерадиоактивный
отходов. Краткосрочные жил САО и НАО будут удаляться обычно на многочисленных сайтах в многих странах;
некоторые сайты уже были поданы и закрыты. Большинство объектов находятся вблизи поверхности и-как правило, оснащены
с простыми инженерных барьеров для улучшения изоляции - обычно прокладки бетона или какой-либо другой
материал в окопов утилизации. Пробелы между упаковками отходов часто подается почвы, глины или
бетон. Низкие крышки проницаемости добавляются к минимуму попадание воды и дренажных систем переадресация
воды от траншеи захоронения или единиц.
Эти меры предосторожности продлить срок службы упаковки отходов и предназначены, чтобы предотвратить возможность миграции радиоактивности с сайта. Тем не менее, ожидается, что в течение
от 100 до 300 лет после закрытия в / НАО САО полигоне активного или пассивного управления будут
применяется, в том числе мониторинга подземных вод, ограничения на доступ, периодического обслуживания и
ограничения на дальнейшее использование земель. После этого периода радиоактивные изотопы распадется на
незначительные уровни.
Решения для долгоживущих отходов, либо ВАО или долгоживущих САО, оказались более неуловимым. Нет хранилище для ВАО (в том числе отработавшего ядерного топлива) еще не был открыт, хотя установки для утилизации тепла не-
генерирующей ВАО в эксплуатацию в Соединенных Штатах. Многие страны, использующие ядерную энергию есть
создание программ по развитию установок для захоронения долгоживущих отходов. Эти планы обсуждаются в
более подробно в следующем разделе.
Геологического захоронения долгоживущих отходов
Основная концепция утилизации активно рассматривается для долгоживущих отходов является захоронение в глубоком подполье, то есть глубокое геологическое захоронение, в целях обеспечения безопасности и сдерживания в течение длительного сроков (см
Рисунок 6.2).Желаемый результат длительной, пассивно безопасная система не навязывая не бремя ухода
на будущих поколений и обеспечить, чтобы ни означающее радиоактивность не возвращается на поверхность среды.Главный вопрос этого подхода заключается в демонстрации suffiient понимание геологических процессов и свойств материалов, чтобы гарантировать герметичность в течение длительного временные рамки будучи
считается.
Геологический барьер
Потенциал вмещающей геологической формации выбраны для их долгосрочной стабильности, а также их способности вместить средство размера suffiient и для предотвращения или ослабления сильно любое возможное
выброс радиоактивности. В дополнение к их изоляции глубоком подполье, ключевой особенностью потенциал
хозяева образований низкий ВПТ грунтовых вод, что является, скорее всего, путь для миграции в
человек окружающая среда. Основные типы формирования изученные до сих пор, соль, осадочные фонды, такие как глина и сланцы, кристаллические образования, такие как гранит, и вулканических образований, таких
а базальта и туфа.
Инженерные барьеры
Инженерные барьеры предусмотрено как дополнение естественные барьеры, предоставляя физическим и
химической сдерживания упаковки отходов. Инженерные барьеры обычно состоят из:
• в случае ВАО, стеклянной матрице;
• в случае отработавшего топлива, топливных гранул и облицовки;
• в случае других отходов, цемента или другого матричного материала.
Эти инженерные барьеры комплектуются стальной или бетонной упаковки отходов и
backfil материалы, размещенные вокруг контейнеров в хранилище.
Количество контейнеров конструкций и материалов были предложены, в зависимости от геологической среды и функции безопасности Удельный отнести к ним. Инженерные барьеры
предназначен для задержки доступа грунтовых вод. Они также могут предоставить химические условия, обеспечивающие
что в маловероятном случае, что любые отходы избегает упаковки, это не легко растворяются и
что любой раствор отходов станет обездвижен.
Обеспечение производительности
Поскольку сроки, участвующие в геологическом распоряжении также за записанной человеческого опыта
и химические и физические взаимодействия комплекс, демонстрируя, что геологического захоронения
будет оставаться в безопасности на его существование diffiult. Defiing соответствующие модели и получения данных
необходимо для оценки эффективности являются основными проблемами.
Сроки, на котором хранилище должно быть продемонстрировано, чтобы выполнить безопасно отличается от
страны - 10 000 лет была specifid в некоторых странах, хотя некоторые из них требуют больше времени и
другие не specifid предела. Любой прогноз столько лет в будущем обязательно составляет
более качественного с указанием безопасности, чем точного прогнозирования поведения хранилище. Тем не менее, даже с учетом неопределенности на несколько порядков, рассчитанных релизы
Было показано, что четко в приемлемых пределах.
Технические confience в практичности геологического захоронения связано с основной Scientifi
знание геологии, гидрологии, материальных наук и геохимии, подкрепляется исследования
под землей. Лаборатории, в основном, установленные в шахтах, используемых помогли получить информацию
от характеристик сайта-Удельный и проверить модели, используемые для обеспечения производительности. Confience
Также было дано исследований поведения месторождений урана и связанных радионуклидов
в их естественных условиях на очень длительных периодов времени, что, сравнивая эти природные аналоги
с репозитория ситуациях. Взятые вместе, эти исследования подтверждается кнопкой, что геологическое захоронение может быть
предназначены для предотвращения вредных выбросов.
Текущая деятельность глубоко утилизация
В 1999 году Соединенные Штаты начали утилизацию отходов, содержащих долгоживущие, не тепло-излучающих радиоактивных отходов от оборонных мероприятий на изоляции отходов опытно-экспериментальный завод (ВИПП) в Нью-Мексико, в пещерах в 650 метрах под землей в пласте соли, В настоящее время это единственный пример
работает глубокое геологическое хранилище для ВАО. В ряде стран, включая Канаду, Соединенные
Королевство и Соединенные Штаты, планирует развивать геологических хранилищ пострадали от общественности
и политическая оппозиция приводя к программам задерживается.
Тем не менее, некоторые страны успешно исходя их долгосрочных планов по развитию
репозитории, в частности, Швеция и Финляндия. В Швеции, после многих лет исследований сайту
и консультации с общественностью, сайт для хранилища отработанного топлива был выбран в 2010 году рядом с Форсмарк АЭС. Заявление на получение разрешения начать строительство был представлен в
2011 года, при эксплуатации запланировано на ближайшее время в 2020 (рис 6.3). Кроме того, в Финляндии сайт имеет
был выбран в Eurajoki, недалеко от атомной электростанции Олкилуото. Приложение разрешение на строительство будет представлен в 2012 году, с работы планируется в 2020 году.
Транспорт радиоактивных материалов
Из-за сравнительно небольших объемов радиоактивных отходов и необходимости длительной изоляции, централизованное хранение и захоронение обычно практикуется. Это, в свою очередь, требует транспорт
с выбранными населенных пунктов. Транспорт также требуется для материалов на переднем конце топливного цикла,
хотя они, как правило, менее опасны, чем радиоактивных отходов, особенно ВАО и провел
топлива.
Радиоактивные материалы, используемые в промышленных и медицинских приложений также требуют транспорт к и
от конечного пользователя. Эти материалы составляют подавляющее большинство движений радиоактивных материалов,
но они в основном малый. Транспорт движения в области ядерного топливного цикла относительно мало
по количеству, но привлечь намного большее количество материала.
Безопасной перевозки радиоактивных материалов, в первую очередь обязанностью каждой страны. Тем не менее, почти в 60 странах применяются Правила МАГАТЭ по безопасной перевозке радиоактивных материалов, которые служат для согласования и стандартизации транспортных практики. Кроме того, Международный
Гражданская Организация Авиации и Международная морская организация включать эти МАГАТЭ
принципы, что делает их обязательными в воздушный и морской транспорт. Эти правила воплощают основной
Принцип, что безопасность зависит от упаковки радиоактивного материала, независимо от того,
он транспортируется. Этот принцип работает, чтобы предотвратить любые радиологические последствия, даже если пакет
должны были быть вовлечены в тяжелой транспортной аварии.
Требования и управления пропорциональны риску, связанному с материалом. Для
Например, некоторые медицинские изотопы могут быть отправлены в простых картонных упаковок, при условии, что радиоактивное содержимое строго ограничено, и пакеты четко обозначены. Отработавшим топливом или ВАО, на
С другой стороны, должны быть отправлены в высоких контейнеров, предназначенных для целостности оградить людей и заверить
сдерживание в экстремальных условиях аварии (рис 6.4).
В 1970-х и 1980-х годов, Соединенные Штаты провели испытания, чтобы определить влияние подвергая
топлива транспортных ядерных контейнеров в условиях реального мира аварии. Испытания включали:
• работает грузовик, загруженный контейнер непосредственно в железобетонной стене в о
130 км / ч;
• удара контейнер отдыхая на трактор-трейлер борт с локомотив примерно
130 км / ч;
• падение контейнера с высоты около 600 метров на уплотненной почве, контейнер
двигаться около 380 км / ч на среду.
Во всех этих испытаний, как в аналогичных испытаний, проведенных в Великобритании в 1984 году, контейнер
сохранился, и последующие осмотры показали, что не могло быть и релиз
радиоактивности.
Транспорт радиоактивных материалов была проведена регулярно с 1960 года без каких-либо
Инцидент приводит к означающих радиологического воздействия на людей и окружающую среду. Несколько миллионов
Поставки всех форм радиоактивных материалов и отходов в настоящее время происходят во всем мире каждый год, из
которых только около 5% относятся к ядерному топливному циклу. С 1970 года было зарегистрировано более 25 000 партий отработанного топлива и ВАО с использованием поезда, грузовики и корабли. Ни один не участвует любой несчастный случай, который
нарушил контейнер или выпущенный радиоактивности
Социальные и политические соображения
Обращение с радиоактивными отходами иногда называют "ахиллесова пята" ядерной энергии
из-за воспринимается отсутствие захоронения. Там часто были diffiulty в достижении
социальной и политической confience радиоактивных стратегий по утилизации отходов.
Технические эксперты confience, что удаление высокой радиоактивных отходов человека
среда захоронением в глубоких геологических хранилищах этически и экологически чистым,
и что технология и хорошо развита и заслуживающим доверия.
Тем не менее, многие люди не разделяют эту confience. Общаясь с каких останков
Ключевым вопросом и проблемой для ядерной энергетики. Однако удаленные риски для человеческих популяций
от продажи долгоживущих радионуклидов, часть общественного мнения считает, что они представляют
нагрузка на будущие поколения, что является этически неудовлетворительным. Другие склонны считать риски в этом
низкого порядка, применяя к будущим поколениям, физические среды и технических возможностей
мы не можем предусмотреть, как незначительны в масштабах рисков, что будущие поколения
должны нести. Это conflct философий тормозит принятие решений по утилизации. Тем не менее, тот факт,
остается то, что эти отходы существует и решения должны быть приняты решения на какой-то момент.
Другие аспекты утилизации отходов в настоящее время обсуждается включают долгосрочное хранение в ожидании
для утилизации, позволяя обратимость действия по удалению и желательность хранилищ,
будет обслуживать несколько стран.
Долгосрочное хранение
Краткосрочный альтернатива FIAL захоронения ВАО и отработавшего топлива является его длительное хранение выше
земля. Это, как правило, признается технически осуществимо и в самом деле, представляет собой существующий
практика. Однако, длительное хранение в целом рассматривалось как менее предпочтителен раствор.
нужно поддерживать безопасность и надзор за окружающей средой сайта увеличивает затраты. Неизбежно долгосрочный ухудшение хранилищ и упаковки отходов, которые они содержат листья
будущие поколения расходы и риски их периодической замены. Эта опция также оставляет открытым
Вопрос о распоряжении отходами, должны в конечном счете это будет принято решение. Тем не менее, это
остается жизнеспособным вариантом, либо на среднесрочный или полу-постоянной основе.
Извлечение отходов
Тесно связана с концепцией долгосрочного хранения, многие из тех же вопросов, стоимости и риска,
делает положение для извлечения отходов, которые уже были помещены в хранилище. Как отметил
выше, это технически осуществимо, по крайней мере, до тех пор, будущее не будет принято решение, чтобы запечатать хранилище раз
не далее отходы не будет сдан на хранение. Но оставляя открытой возможность поиска может conflct с
Цель обеспечения максимальной изоляции отходов в хранилище. Кроме того, он может потребовать fiancial
предоставление для дальнейшего захоронения раз извлеченной материала были обработаны или переработаны. Тем не менее,
поэтапный подход к утилизации могут быть приняты, развивается постепенно к FIAL confiuration репозитория, отложив шаги, которые будут diffiult обратить вспять.
Международные репозитории
Количества отходов, требующих геологического захоронения достаточно малы, чтобы сделать концепцию одного
хранилище, обслуживающие несколько стран привлекательные в принципе, и особенно привлекательные для меньше
Страны, для которых специалисты-затраты на разработку хранилище будет означающее, или для тех, с
diffiult геологические и экологические ситуации. Исследования показывают, что есть вряд ли будет
означающих технические или экологические возражения к разработке международного хранилища. Тем не менее, этические и политические проблемы, связанные с размещением, и общественного нежеланием
принять отходы другой страны, похоже, ставят серьезные препятствия на пути прогресса, по крайней мере, в районе
Будущее.
