Переработка отработанного ядерного топлива в США может возродиться – вот почему

Министерство энергетики (DOE) активизировало усилия по изучению возможности переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) или отработанного ядерного топлива (UNF) из национального парка легководных реакторов (LWR), выделив 38 миллионов долларов США в виде федеральных премий дюжины проектов 21 октября.

Команды получат финансирование в рамках запущенной Министерством энергетики в марте 2022 года программы «Преобразование радиоизотопов UNF в энергию» (CURIE) для работы над проектами, которые будут способствовать переработке ОЯТ. По данным Министерства энергетики, проекты будут направлены на сокращение объема высокоактивных отходов (ВАО), которые потребуют постоянного захоронения, но они также потенциально обеспечат сырье, которое можно будет использовать в отечественных усовершенствованных реакторах.

Эти награды представляют собой важнейшее достижение новой стратегии страны по обращению с ОЯТ из парка легководных реакторов, большая часть которого находится на временном хранении в ожидании окончательной утилизации. На сегодняшний день атомная отрасль безопасно хранит 88 500 метрических тонн коммерческого ОЯТ и ВАО в бассейнах отработавшего топлива и сухих контейнерах на 76 действующих и выведенных из эксплуатации реакторных площадках в 35 штатах, но многие эксперты полагают, что такой подход крайне неэффективен и неустойчив. Федеральное финансирование, вызванное неопределенностью ситуации и опасениями по поводу будущих поставок топлива для усовершенствованных ядерных реакторов, дает новый импульс коммерческой переработке ОЯТ, которая, как надеется агентство, будет экономически жизнеспособной и устойчивой к распространению.

Эти усилия расходятся с давними амбициями США по утилизации ОЯТ путем прямого захоронения в геологическом хранилище, предназначенном для сдерживания остаточных опасностей в течение 100 000 или более лет. Отчасти из-за политического тупика в Конгрессе и многолетнего невыполнения Министерством энергетики «стандартного контракта» о начале утилизации ОЯТ в соответствии с требованиями Закона о политике в отношении ядерных отходов 1982 года (NWPA), геологическое захоронение в Юкка-Маунтин, штат Невада, застопорилось. остановился. Недавно Министерство энергетики начало внедрять процесс размещения временного хранилища на основе согласия. Однако эти подходы подходят для однократного топливного цикла.

Программа CURIE Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства энергетики США (ARPA-E) еще не является частью официальной стратегии по ядерным отходам. Она направлена ​​на изучение замкнутого ядерного цикла, обеспечивая коммерчески выгодную переработку ОЯТ из нынешнего парка LWR.

КЮРИ предполагает, что если будут устранены ключевые пробелы или барьеры в технологиях переработки, мониторинге процессов и проектировании предприятий, коммерческая переработка может процветать. В программе утверждается, что переработка ОЯТ для извлечения актиноидов, пригодных для повторного использования, и переработки их в новое топливо потенциально может «улучшить использование топлива – особенно в сочетании с современными быстрыми реакторами – и резко сократить объем ВАО, требующих утилизации».

Эта мера примечательна тем, что, хотя США изучали переработку на протяжении десятилетий, начиная с Манхэттенского проекта времен Второй мировой войны по извлечению плутония из облученного металлического уранового топлива, выброшенного из производственных реакторов в Хэнфорде, попытки коммерческой переработки столкнулись с техническими, экономическими и нормативными проблемами. . И хотя США на протяжении десятилетий рассматривали вариант переработки как потенциальный путь вперед, приоритеты исследований ядерных отходов в последние годы менялись в зависимости от разных администраций (см. врезку «Возрождение переработки как пути развития ядерных отходов»).

Первоначально правительство США разработало технологию переработки в рамках усилий по созданию атомной бомбы во время Второй мировой войны, но переработка отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) превратилась в важный путь решения проблемы будущего дефицита поставок ядерного топлива на ранних этапах коммерческой ядерной энергетики. с 1950-х по конец 1970-х годов. Частично из-за неуверенности в поставках урана в 1970-х годах в нескольких странах возникли исследовательские программы реакторов-размножителей с целью изучения возможностей воспроизводства реакторов на быстрых нейтронах. Селекционеры пообещали превратить богатый уран-238 (U-238) в полезное топливо (плутоний-239), производить больше полезного топлива, чем они потребляют, и использовать 60% или более энергетической составляющей уранового топлива.