Coraz bliżej zamkniętego jądrowego cyklu paliwowego z myślą o ograniczeniu radiotoksyczności
Aktynowce mniejszościowe (MA) to obecne w wypalonym paliwie jądrowym pierwiastki promieniotwórcze o wysokiej trwałości, takie jak ameryk (Am), neptun (Np) czy kiur (Cm). Jeśli wspomniane izotopy promieniotwórcze z grupy MA zostaną wyodrębnione na etapie rozdzielania w procesie przetwarzania HLLW, a następnie przeobrażone w pierwiastki promieniotwórcze o krótszym okresie połowicznego rozpadu w elektrowni jądrowej, w znacznym stopniu ograniczy to długoterminową radiotoksyczność pozostałych odpadów. Aby zrealizować to założenie, naukowcy uczestniczący w finansowanym przez UE projekcie PELGRIMM przyjrzeli się dedykowanym paliwom jądrowym z dwóch perspektyw: jednorodnego recyklingu MA, w ramach którego kilka procent aktynowców mniejszościowych rozcieńczanych jest paliwami zasilającymi będącymi mieszaniną tlenku uranu i plutonu (U,Pu)O2, oraz niejednorodnego recyklingu MA, w którym wspomniane aktynowce stężone są w paliwach UO2 znajdujących się w płaszczu rdzenia. Zespół inicjatywy PELGRIMM musiał stawić czoła szeregowi wyzwań, włączając w to przygotowanie i wdrożenie nowego testu napromieniowania o nazwie MARINE względem paliw (U,Am)O2 w reaktorze wysokostrumieniowym w holenderskim Petten. Badania nad paliwami do recyklingu jednorodnego i niejednorodnego W odniesieniu do jednorodnego recyklingu MA uczestnicy projektu PELGRIMM przyjrzeli się właściwościom paliw na bazie (U,Pu,Am)O2 pod wpływem napromieniowania w ramach programu doświadczalnego badającego napromieniowane paliwa. Celem tych działań było wzbogacenie i poszerzenie dostępnej bazy danych, a także udoskonalenie kodów przy pomocy opracowanych modeli. W przypadku recyklingu niejednorodnego osiągnięto obiecujące rezultaty przy zastosowaniu napromieniowanych paliw (Am,U)O2, a nowy test MARINE został pomyślnie ukończony. Przygotowano również nowe modele opisujące zachowanie paliw pod wpływem napromieniowania. Jak przyznaje koordynatorka projektu, dr Fabienne Delage: „Oba rodzaje badań nad paliwami zawierającymi aktynowce mniejszościowe rozpoczęły się stosunkowo niedawno. Obecnie wiedza doświadczalna ogranicza się do procesu produkcji na skalę laboratoryjną, niewielkiej liczby wyników doświadczeń pozareaktorowych i równie małej liczby eksperymentów dotyczących napromieniowania”. Innym aspektem projektu były badania nad paliwami w postaci upakowania sferycznego (sphere-pac) stanowiącego alternatywę dla tradycyjnego granulatu. Technologia sphere-pac jest niezwykle atrakcyjnym rozwiązaniem dla paliw zawierających MA, ponieważ upraszcza proces ich wytwarzania, eliminując określone jego etapy obejmujące powstawanie pyłu paliwowego, takie jak rozdrabnianie, prasowanie i mielenie. Ponadto pozytywnie wpłynęłaby ona na kompaktowość procesu produkcji. Wysunięto również niesprawdzoną dotąd hipotezę, zgodnie z którą upakowanie sferyczne mogłoby zwiększyć wydajność paliw pod wpływem napromieniowania ze względu na lepsze właściwości w zakresie wzrostu objętości w postaci stałej i skuteczniejsze wykorzystanie helu wytwarzanego podczas napromieniowania. Jak twierdzi dr Delage: „Istotny wkład projektu PELGRIMM w rozwój obu scenariuszy recyklingu MA nabierze jeszcze większego znaczenia po przeprowadzeniu długoterminowych, wielostopniowych badań potencjału wydajności paliwowej i oceny ograniczeń. Prace te trwają zazwyczaj dłużej niż same projekty, których realizacja zajmuje najczęściej trzy do czterech lat”. W oparciu o wcześniejsze osiągnięcia W rzeczy samej, inicjatywa PELGRIMM wykorzystała osiągnięcia wcześniejszych projektów finansowanych przez UE, w tym FAIRFUELS i ACSEPT, zmierzających do efektywnego zamknięcia jądrowego cyklu paliwowego, a w ostatecznym rozrachunku – ograniczenia ilości oraz radioaktywnej zawartości długożyciowych odpadów promieniotwórczych przeznaczonych do utylizacji w składowiskach geologicznych. Mówiąc o przyszłości, dr Delange podkreśla konieczność przeprowadzenia kilku dalszych prac badawczo-rozwojowych. Jak zaznacza: „Istnieje potrzeba zwiększenia zbioru wyników doświadczeń w zakresie napromieniowania – po pierwsze poprzez wykonanie i ukończenie badań dostępnych obecnie napromieniowywanych paliw po ich napromieniowaniu, a po drugie w drodze testów paliw podczas pracy reaktora oraz w warunkach niestandardowych”. Pozostałe wskazane przez dr Delange obszary, które wymagają szczególnej uwagi, obejmują poszerzenie bazy danych dotyczących właściwości paliw, bieżące tworzenie kodów prognozujących wydajność paliwową, przeniesienie technik produkcji ze skali laboratoryjnej do skali pilotażowej, zwiększenie nacisku na uwzględnianie fizycznych właściwości, konstrukcji i bezpieczeństwa rdzenia reaktora oraz zarządzanie strumieniami odpadów wtórnych.