Исследователи из Принстонского университета нашли способ сделать ядерный термоядерный реактор на токамаке более безопасным, используя изолирующий порошок бора. Новое исследование опубликовано в журнале МАГАТЭ «Nuclear Fusion» и получено из Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL), финансируемой Министерством энергетики США.

Токамак, подобный огромному, который достигнет 200 млн°С в Китае в 2020 г., представляет собой термоядерный плазменный реактор, в котором чрезвычайно горячая заряженная плазма вращается и генерирует практически неограниченную энергию. В Принстоне исследуется, как порошок бора может предотвратить один из фундаментальных недостатков в существующей технологии плазменных реакторов.

Плазма является летучей, и частицы, которые выходят из горячего потока плазмы, вступают в реакцию с материалами, которые окружают токамак. Это останавливает реакцию термоядерного синтеза, так как температура снижается в эффективной зоне, но что более важно, это также чрезвычайно опасно для самого реактора и всего вокруг него.

Команда лаборатории PPPL обнаружила, что, хотя борирование (буквально покрытие бором) помогает поддерживать плазму в правильном состоянии реакции, существующий метод слишком опасен. Ученые используют диборановый газ, который состоит из бора и взрывоопасного горючего водорода. Чтобы использовать его, ученые должны полностью остановить свои токамаки, ввести газ, а затем снова уйти из-за воспламеняемости. В лаборатории PPPL они думали, что должен быть лучший способ.

Чтобы сделать процесс столь же эффективным, но гораздо более безопасным, команда лаборатории PPPL проверила использование, как чистого бора, так и порошков нитрида бора. Порошки инертны, то есть они не реагируют ни с чем и не загораются. Исследователи применили порошки, вводя их в токамак во время его работы, что является еще одним улучшением метода по сравнению с диборановым газом. Оказавшись внутри, порошок работал так же, как и газ. Он поддерживал температуру в зоне с высокими эксплуатационными характеристиками, что обеспечивает более стабильную плазму и предотвращает соскабливание стенок камеры токамака.

Использование порошка может также помочь ученым в разработке более простых и безопасных форм плазменных реакций, называемых плазмой низкой плотности. Этими плазмами можно управлять более безопасно, и они могут стать более практичной формой для реактора для использования в энергетическом секторе. Когда плазменная реакция считается довольно опасной и экспериментальной, наличие каких-либо вариантов – это способ привлечь больше исследователей и открыть поле для новых идей.

Поскольку ученые могут просто добавлять больше порошка по мере необходимости, команда лаборатории PPPL полагает, что исследование имеет большие последствия и для использования классических термоядерных реакторов, где непрерывное время безотказной работы жизненно важно для любой версии, которая может использоваться в долгосрочной перспективе. Это один из способов добраться до стационарного термоядерного аппарата.

Принстонская лаборатория физики плазмы — это национальная лаборатория, финансируемая правительством, в той же категории, что и в Аргонне, Ферми и Лос-Аламосе. Министерство энергетики США финансирует и поддерживает эти лаборатории для профессиональной науки и как основное место, где происходят инновации. Если бы практический термоядерный реактор появился в одной из этих лабораторий, это было бы действительно доказательством концепции.

Источник: Popular Mechanics, 26.12.2019.

Ученые Сегедского университета изучают лазерную процедуру, которая может уменьшить радиоактивный распад отработавшего топлива АЭС.

С использованием современных технологий уровень радиации отработавшего ядерного топлива уменьшится до уровня ниже естественного уровня радиации через 300 тыс. – 500 тыс. лет. Использование трансмутации, теория которой не нова, но прорыв еще не достигнут, может быть уменьшено в тысячу раз. Эксперименты уже ведутся в лазерном научно-исследовательском институте ELI в Сегеде, как и изготовление соответствующего оборудования.

Исследование, проведенное совместно с французским, американским и японским университетами, может дать результаты в течение пятнадцати лет.

Источник: Remix, 26.12.2019.

Сотрудники компании «CH2M HILL PlateauRemediationCompany» (CHPRC), подрядчика Ричлендского операционного офиса (RichlandOperationsOffice – RL) Управления по обращению с радиоактивными отходами (EM), отметили 1,6 млн км безопасного вождения для удаления обломков от очистки на установке по удалению и восстановлению окружающей среды (EnvironmentalRestorationDisposalFacility – ERDF) в Ханфорде.

Отчет компании CHPRC о безопасном вождении относится к августу 2016 г., когда подрядчик принял на себя управление предприятием по удалению низкоактивных отходов после того, как был завершен контракт предыдущего подрядчика.

Установка ERDF начала функционировать в 1996 г., на объект было вывезено более 18 млн тонн загрязненной почвы, обломков и твердых отходов, в основном из районов вдоль реки Колумбия. Установка площадью 43,3 гектара поддержала демонтаж более 800 объектов и восстановление более 1300 площадок для отходов. Установка ERDF уже более 20 лет является важнейшим компонентом стратегии очистки Ханфорда. Предприятие сыграло ключевую роль в перемещении большей части загрязненного материала от реки Колумбия, и оно будет и впредь поддерживать работу по снижению риска на Центральном плато Ханфорда, где производилась бόльшая часть плутония. С тех пор, как объект начал работать в 1990-х годах, водители с установки ERDF проехали около 48,3 млн км в поддержку усилий по очистке окружающей среды на территории Ханфорда площадью 148,7 тыс. гектаров.

Источник: EM Update. Vol. 11, Issue 47, 10.12.2019

Группа по ядерным исследованиям и консультациям (Nuclear Research and Consultancy Group – NRG) начала новое исследование, как часть своей программы по технологии расплава соли. Исследование направлено на имитацию того, что происходит, когда расплавленная соль остывает до температуры ниже 150°С.

Результаты исследования будут способствовать анализу безопасности реакторов на расплавах солей. В 2018 г. группа NRG сообщила, что исследование будет включать мониторинг давления, дозы и температуры и будут исследованы пять солей. Образцы соли будут предоставлены чешским исследовательским центром Řež. Новая экспериментальная установка Saga предназначена для испытаний ряда конфигураций (или схем) реакторов на расплавах солей.

В отличие от большинства экспериментов на высокопоточном реакторе (High Flux Reactor) группы NRG в Петтене (Нидерланды) облучение будет происходить в бассейне с отработавшим топливом вместо активной зоны реактора. Это позволит использовать сильное гамма-поле, излучаемое отработавшим ядерным топливом.

Группа NRG сотрудничает с центром Řež и Свободным университетом (Free University) Берлина (Германия). Более широкая программа по расплавам солей осуществляется в сотрудничестве с Европейским объединенным исследовательским центром, который является службой Европейской комиссии по науке и знаниям, и с Техническим университетом Делфта.

Группа NRG может выполнять сложные облучения, которые необходимы для ядерных исследований и разработок. Программа реактора на расплаве солей поддерживается правительством Нидерландов и европейскими фондами.

Реакторы на расплавах солей представляют собой ядерные реакторы деления, в которых основной теплоноситель и/или топливо представляют собой смесь расплавленной соли. Они предлагают множество преимуществ по сравнению с обычными АЭС, включая более высокую эффективность и более низкое образование отходов. Некоторые конструкции не требуют твердого топлива, что исключает необходимость его изготовления и удаления.

МАГАТЭ сообщило, что в последние годы растущий интерес к этой технологии привел к возобновлению деятельности по разработкам.

Источник: Nucnet, 19.12.2019

Компания «General Fusion» получила финансирование для начала программы по проектированию, строительству и эксплуатации прототипной демонстрационной установки для термоядерного синтеза. Компания «General Fusion» была основана в 2002 г. и базируется в Ванкувере (Канада).

Прототипная установка предназначена для подтверждения эффективности термоядерной технологии компании «General Fusion» для намагничивания мишеней в среде соответствующей электростанции. Компания «General Fusion» получила 65 млн долларов от сингапурской глобальной инвестиционной компании «Temasek» и 50 млн канадских долларов (38 млн долларов США) от канадского Фонда стратегических инноваций.

В системе компании Magnetised Target Fusion используется сфера, заполненная расплавом свинца и лития, который перекачивается для образования вихря. Импульс магнитно-ограниченного плазменного топлива затем впрыскивается в вихрь, и волна давления сжимает плазму, создавая условия синтеза в топливе. Этот процесс затем повторяется, в то время как тепло от реакции улавливается в жидком металле и используется для выработки электроэнергии с помощью паровой турбины.

Источник: World Nuclear News, 17.12.2019

В журнале «Environmental Science and Technology» опубликована статья, которая дает новое понимание биогеохимии урана и может помочь с ядерным наследием в Великобритании. Статья называется «Образование комплекса U(VI)-персульфид в процессе экологически значимого сульфидирования оксидов железа (оксигидро)» (Formation of a U(VI)-persulfide complex during environmentally relevant sulfidation of iron (oxyhydr)oxides).

Работа, проведенная группой исследователей из Манчестерского университета и Алмазного источника света и обращения с радиоактивными отходами, впервые показывает, как уран образует уран-серный комплекс в условиях, обычно встречающихся в окружающей среде, и как это соединение может быть важным посредником в иммобилизации урана.

Профессор Кэтрин Моррис, заместитель декана исследовательского центра факультета науки и техники Манчестерского университета и директор по исследованиям в центре по удалению радиоактивных отходов компании «British Nuclear Fuels Ltd» (BNFL), объясняет, почему воссоздание и изучение этих химических комплексов очень важно для понимания и обращения с радиоактивными отходами. Она объясняет, чтобы иметь возможность прогнозировать поведение урана во время геологического удаления, необходимо принять во внимание, что уран мог участвовать в других процессах, происходящих в земле. Эти биогеохимические реакции часто представляют собой сложный комплекс взаимодействия между растворенными химическими веществами, минеральными поверхностями и микроорганизмами.

Недавние исследования впервые показали, что уран-сульфидный комплекс может образовываться в условиях, характерных для глубокой подземной среды. Этот комплекс затем трансформируется в неподвижные наночастицы оксида урана.

В эксперименте исследователи изучали уран, когда он находится на поверхности минерального ферригидрита, который является широко распространенным минералом в окружающей среде. Исследователи использовали метод рентгеновской абсорбционной спектроскопии (X-ray Absorption Spectroscopy – XAS) для изучения образцов на алмазном источнике света (Diamond Light Source), на национальном синхротроне Великобритании. Данные спектроскопии XAS в сочетании с компьютерным моделированием показали, что в ходе реакции сульфидирования во время этого биогеохимического процесса образовался короткоживущий и новый комплекс U(VI)-персульфид.

Профессор Сэм Шоу, исследователь экологической минералогии в Манчестерском университете сообщил, что светящийся луч синхротрона на образце заставляет уран испускать рентгеновские лучи. Анализируя рентгеновский сигнал от образцов, сотрудники смогли определить химическую форму урана, и с какими другими элементами он связан. Для дальнейшей проверки теории образования комплексов уран-сера сотрудники также провели компьютерное моделирование, чтобы определить, какой тип комплекса может образоваться с большей вероятностью. Это первое наблюдение этой формы урана в водных условиях и дает новое понимание того, как уран ведет себя в окружающей среде, где присутствует сульфид. Эта работа демонстрирует глубокое понимание, которое можно развить в этих сложных системах, и эти знания помогут поддержать усилия по обращению с радиоактивными отходами на установке геологического удаления.

Доктор Люк Таунсенд, научный сотрудник в области радиохимии окружающей среды в Манчестерском университете, который провел это исследование в рамках своей докторской диссертации, добавляет, что в лаборатории при имитации процессов, происходящих в окружающей среде, с помощью таких сложных экспериментов сложно создать точную, высококачественную, воспроизводимую науку, в то же время сохраняя актуальность геологической среды для удаления. Однако получение таких результатов делает вполне оправданной всю тяжелую работу и приверженность группы проекту.

Измерения на установке для спектроскопии XAS были выполнены в Алмазе (Diamond) на линиях луча I20 и B18 исследователями, которые использовали высоко контролируемые эксперименты по сульфидированию, которые имитируют биогеохимические процессы в глубокой подземной среде. Это было объединено с геохимическим анализом и компьютерным моделированием для отслеживания и понимания поведения урана.

Завершает работу директор по физике в Алмазе (Diamond) Лоран Чапон, сообщая, что это еще один пример того, как современные аналитические инструменты Алмаза позволяют ученым следить за сложными процессами и помогать им решать задачи 21-го века. В этом случае линии лучей позволили получить реальное представление об экологической значимости этого нового комплекса уран-сера, который способствует пониманию геологического удаления.

Источник: Nuclear Power Daily, 19.12.2019

Компания RIKEN продемонстрировала компактную систему нейтронных источников, управляемую ускорителем (RIKEN Accelerator–Driven Compact Neutron Source System – RANS-II). Система будет использоваться в широком спектре областей, включая диагностику износа бетонной инфраструктуры и анализ сырьевых материалов и продукции на заводах.

В настоящее время источники нейтронов, используемые в промышленных целях, находятся в Японском исследовательском центре по ускорению протонов (Japan Proton Accelerator Research Center – J-PARC) и на Японском исследовательском реакторе № 3 (Japan Research Reactor No. 3 – JRR-3). В сотрудничестве с промышленностью компания RIKEN работает над созданием транспортабельной системы источника нейтронов. В 2013 г. удалось неразрушающе визуализировать внутреннюю коррозию стали с помощью компактной системы RANS. Затем в 2016 г., в компании разработали технологию, позволяющую увидеть внутренние повреждения бетона, а в 2018 г. компания создала технологию для неразрушающего измерения содержания соли в бетоне.

С системой RANS-II компания RIKEN, уменьшив размер системы RANS, успешно сократила длину и вес предыдущей системы в 2 раза, уменьшив энергию пучка протонов из линейного ускорителя с 7 МэВ до 2,49 МэВ и используя вместо соединения двух ускорителей один ускоритель, который упоминается как радиочастотный квадрупольный ускоритель (radio-frequency quadrupole accelerator – RFQ). Кроме того, размер экранирующего объекта был существенно уменьшен до одной седьмой или около того.

В будущем компания RIKEN попытается реализовать прототип наружной измерительной системы, которая будет переносимой и неразрушающей, и которая способна визуализировать внутреннее разрушение мостовых конструкций и подобных конструкций. В то же время компания нацелена на разработку системы компактных фиксированных источников нейтронов, которая будет легко внедрена на рабочих местах.

Члены группы по технологиям нейтронных пучков из Центра усовершенствованной фотоники (Center for Advanced Photonics – RAP) компании RIKEN, занимающейся разработкой системы, упомянули о разрушении моста в порту в Тайване. Они подчеркнули, что использование нейтронных систем является эффективным средством для поддержания и ремонта инфраструктуры, подверженной старению и разрушению конструкции, добавив, что проникновение влаги и соли в бетон и коррозия арматуры были особой проблемой.

По всей Японии ухудшается состояние инфраструктуры, которая была разработана и построена в период после периода высокого экономического роста с 1954 по 1973 гг. Согласно последней Белой книге Министерства земли, инфраструктуры, транспорта и туризма, около 25% дорожных мостов (длиной 2 метра или более) в стране имели срок более 50 лет к концу 2017 финансового года, и ожидается, что этот показатель вырастет до 39% к концу 2022 финансового года и до 63% к концу 2032 финансового года. Аналогичные показатели для стен причальных гаваней составляют примерно 17% к концу 2017 финансового года, 32% к концу 2022 финансового года и 58% к концу 2032 финансового года. Таким образом, планирование обслуживания, управления и обновления является насущной потребностью.

Источник: Japan Atomic Industrial Forum, 28.11.2019

Рабочие недавно добились прогресса в дезактивации и восстановлении газодиффузионного завода в Падьюке (Paducah Gaseous Diffusion Plant – PGDP), когда они подготовили и отправили первую из 22 холодных ловушек, хранящихся на площадке Управления по обращению с радиоактивными отходами (EM) в Падьюке.

В годы обогащения урана на заводе PGDP холодные ловушки поддерживали различные процессы, включая деятельность на заводе C-410 для загрузки. На этом объекте площадью 2 гектара производился гексафторид урана (UF₆). Эти холодные ловушки представляют собой длинные цилиндрические теплообменники, которые использовались на заводе C-410 для преобразования газа UF₆ в твердое вещество, которое впоследствии было сжижено, перенесено в цилиндры и затем подано по трубам в систему оборудования для технологического газа, где происходило обогащение.

Холодные ловушки на заводе PGDP могут весить до 7257 кг. Компания «Four Rivers Nuclear Partnership» (FRNP), подрядчик управления EM по дезактивации и восстановлению на площадке в Падьюке, возглавила действия по отправке первой холодной ловушки за пределы площадки для удаления. Эта холодная ловушка весила приблизительно 6803,9 кг. Ловушка была упакована и отправлена в неизменном состоянии, а не в уменьшенном. Доставка холодной ловушки в целости и сохранности обеспечила работникам дополнительные гарантии за счет снижения риска воздействия опасных материалов. Значительная часть работы и планирования была направлена на подготовку холодной ловушки для первой отправки за пределы площадки.

Источник: EM Update. Vol. 11, Issue 46, 26.11.2019

В Айдахской национальной лаборатории (INL) в рамках проекта очистки для снижения потенциального радиационного облучения работников и повышения производительности труда используется технология виртуальной реальности.

В рамках проекта Управления по обращению с радиоактивными отходами (EM) по извлечению кальцина была создана лаборатория виртуальной реальности для планирования задач по извлечению гранулированных высокоактивных отходов. Кальцин – это сухой побочный продукт жидких отходов, образовавшихся при переработке отработавшего ядерного топлива на площадке лаборатории INL. Переработка завершилась в 1992 г.

В соответствии с соглашением со штатом Айдахо, управление EM должно извлекать, обрабатывать, переупаковывать и подготавливать 4400 м³ кальцина для отправки для удаления за пределами штата к 2035 г. Материал хранится в шести отдельных бункерах в бетонных камерах на установке для хранения кальцинированных твердых частиц в Центре ядерных технологий и инжиниринга в Айдахо. Бункеры представляют собой серию длинных цилиндров, и количество бункеров в каждом наборе варьируется.

Компания «Fluor Idaho», подрядчик управления EM по очистке участка лаборатории INL, разрабатывает технологию, которая может быть использована для извлечения кальцина из старых бункеров и переноса материала в новые. После этого пустые бункеры будут закрыты в соответствии с законами штата и федеральными природоохранными законами.

Команда разработчиков проекта работала с трехмерными (3-D) компьютерными моделями объектов, где хранится кальцин, на основе оригинальных строительных чертежей. Используя эти модели и недавно приобретенное оборудование лаборатории виртуальной реальности, команда может поместить изображения инженеров, техников и руководства в виртуальный макет опасных зон и моделировать рабочие задачи без риска воздействия.

Это дает компании более полное представление о проблемах, которые существуют в бункерах, и о том, как их преодолеть. Использование технологии виртуальной реальности дает преимущество. Компания «Fluor Idaho» планирует включить виртуальную реальность в другие аспекты проекта.

Испытания поисковой системы продолжаются на полноразмерной копии одного из бункеров с использованием смоделированного кальцинированного материала. Трубопровод и другие внутренние препятствия были добавлены в макет, чтобы максимально точно воспроизвести реальную картину. В дополнение к испытаниям роботизированных и других технологий для извлечения кальцина из одного бункера, в проекте разрабатывают стратегию для извлечения и закрытия пяти других бункеров. Макетирование поможет инженерам порекомендовать конечное состояние для бункеров.

Источник: EM Update. Vol. 11, Issue 46, 26.11.2019

Первый в Китае коммерческий проект по отоплению с помощью АЭС начал действовать на АЭС «Хайян» в провинции Шаньдун. Первоначально два блока с реакторами AP1000 будут обеспечивать отопление жилья площадью до 700 тыс. м².

Компания «Shandong Nuclear Power Company» (SDNPC) является дочерней компанией Государственной энергетической инвестиционной корпорации (SPIC) и владельца АЭС «Хайян». Компания SDNPC объявила, что после нескольких дней пробной эксплуатации демонстрационная система централизованного теплоснабжения была официально введена в эксплуатацию.

Система извлекает нерадиоактивный пар из второго контура двух блоков АЭС «Хайян» с реакторами AP1000, который затем подается через многоступенчатый теплообменник на теплообменную станцию на месте. Это тепло затем подается на внешнюю теплообменную станцию, принадлежащую местной тепловой компании «Fengyuan Thermal Power», откуда нагретая вода течет по трубам муниципального отопления к потребителям. Эта система зимой первоначально отапливает 700 тыс. м² жилья, включая общежитие компании SDNPC и жителей Хайяна.

Ожидается, что такое использование нагревания с использованием атомной энергии позволит избежать использования 23,2 тыс. тонн угля в год, сокращая выбросы сажи на 222 тонны, диоксида серы на 382 тонны, оксида азота на 362 тонны и углекислого газа на 60 тыс. тонн. Ожидается, что к 2021 г. проект обеспечит отопление всего города Хайян.

По сообщению компании SDNPC, с небольшими изменениями блоки АЭС «Хайян-1 и -2» могут иметь мощность для отопления до 30 млн м². С завершением и вводом в эксплуатацию следующих блоков на АЭС «Хайян», АЭС может в конечном итоге обеспечить отопление более 200 млн м² в радиусе 100 км, избегая использования около 6,62 млн тонн угля. Для АЭС «Хайян» запланировано до шести блоков с реакторами CAP1000.

Компания SDNPC сообщила, что использование тепла атомной энергетики не увеличивает цену, которую платят потребители, и интересы тепловых компаний не пострадают. Кроме того, экологические выгоды являются «огромными», эффективность АЭС повышается, а новые отрасли стимулируются.

Правительство Китая сделало отопление с использованием экологически чистой энергии приоритетом и в 2017 г. выпустило руководство по этому вопросу на зиму в северном Китае. Национальная энергетическая администрация опубликовала пятилетний план на 2017–2021 годы, в котором особое внимание уделяется технологиям чистого отопления.

Блок АЭС «Хайян-1» введен в коммерческую эксплуатацию в октябре 2018 г., а блок АЭС «Хайян-2» в январе 2019 г. В совокупности блоки АЭС «Хайян-1 и -2» будут ежегодно поставлять в сеть около 20 ТВт·ч электроэнергии, что достаточно для удовлетворения одной трети потребностей домохозяйств в провинции Шаньдун.

В октябре 2019 г. компания SDNPC подписала контракт на крупномасштабный демонстрационный проект по опреснению воды в Хайяне для обеспечения водой жителей и промышленных предприятий в этом районе.

Источник: World Nuclear News, 18.11.2019

На Чернобыльской АЭС (ЧАЭС) начались испытания по проекту «Создание установки по освобождению материалов от регулирующего контроля». Общей целью проекта является повышение уровня безопасности и рентабельности обращения со всеми видами радиоактивных материалов на Украине и проведение всех возможных мероприятий для сокращения количества отходов и выполнения долгосрочных задач по окончательному безопасному захоронению.

Проект финансируется Европейским союзом в рамках Программы «Инструмент сотрудничества в сфере ядерной безопасности 2011 года. Часть II». Работы по проекту выполняет подрядчик – чешская компания VF a.s.

Использование установки по освобождению материалов от регулирующего контроля является последним этапом процесса обращения с радиоактивными материалами. Материалы, предназначенные для освобождения от регулирующего контроля, будут попадать на участок только после дезактивации и выполнения других мероприятий, предусмотренных процессом. Данная установка путем спектрометрических измерений позволит обосновывать возможность освобождения материалов от регулирующего контроля и возвращать их в народнохозяйственное использование.

В первый день в испытаниях приняли участие представители подразделений ЧАЭС, производственная деятельность которых связана с обращением с радиоактивными материалами, радиационным контролем, демонтажем оборудования, охраной труда. Кроме того, на испытаниях присутствовали специалисты Государственной инспекции ядерного регулирования Украины (ГИЯРУ) и Государственного научно-технического центра по ядерной и радиационной безопасности (ГНТЦ ЯРБ). Представители регулирующего органа будут присутствовать на площадке на протяжении всего срока испытаний.

Также особенную заинтересованность в участии в испытаниях проявили представители НАЭК «Энергоатом», поскольку приобретенный ЧАЭС опыт в сфере освобождения радиоактивных материалов от регулирующего контроля имеет практическую пользу и для предприятий, находящихся в подчинении у Национальной энергогенерирующей компании, которая планирует создавать соответствующие участки на площадках обособленных подразделений НАЭК.

Промышленная мощность данной установки – 10 тонн в сутки, однако оборудование будет использовано только после завершения периода опытно-промышленной эксплуатации.

На протяжении первого дня испытаний выполнено 5 тестов, включенных в общую утвержденную программу. Все тесты прошли успешно. Претензии к работе оборудования и программного обеспечения не зафиксированы.

Для обоснования освобождения от регулирующего контроля радиоактивных материалов в соответствии с уровнями освобождения применяются результаты лабораторных исследований репрезентативных проб радиоактивных материалов, измерений и расчетов. Для измерений удельной активности радионуклидов в партиях радиоактивных материалов наиболее оптимальными являются спектрометрические методы, поскольку программное обеспечение спектрометрических установок позволяет оптимизировать параметры измерений и автоматизировать вычисления.

Основным технологическим оборудованием этой установки является стационарная система гамма-спектрометрического контроля (FRM-03) на базе детекторов из особо чистого германия. С ее помощью будут проводиться операции по определению удельной активности материала, суммарной активности содержания измеряемого контейнера, определение минимальной детектированной активности. При этом будет обеспечиваться автоматическая транспортировка измеряемого контейнера и определение его веса, оперативное ведение журнала учета данных с формированием протокола измерений. Все процессы на установке будут проходить автоматически.

Сейчас освобождение радиоактивных материалов на Украине проводится относительно небольшими объемами, однако в будущем планируется значительное расширение этой деятельности. Это, в частности, связано с выводом из эксплуатации энергоблоков №1–3 Чернобыльской АЭС.

Источник: ЧАЭС, 25.10.2019

Исследовательская группа медицинского факультета Университета Киндай объявила о создании совместно с компанией «Hayakawa Rubber Co., Ltd.» (компании, известной своей радиационно-стойкой резиной) материала, защищающего от излучения, известного как мягкий вольфрамовый каучук герметика (soft tungsten rubber – STR). Материал можно размягчить и придать форму в воде при температуре 60°С, что позволит ему сохранять свою форму при нормальных температурах.

Компания «Hayakawa Rubber» столкнулась со многими технологическими проблемами, включая устойчивость к землетрясениям, в ходе разработки резиновых строительных материалов для Японского исследовательского центра по ускорению протонов (J-PARC) в Токае (префектура Ибараки), в которой она смогла сохранить эластичность резины в высоко радиоактивной среде.

Недавно разработанный герметик STR включает в себя специальную технологию смешивания в продукт, который обеспечивает превосходную гибкость и технологичность. Ожидается, что в качестве защитного материала, заменяющего обычный токсичный свинец и сурьму, он будет способствовать снижению побочных эффектов и повышению точности лучевой терапии. Герметик STR также может быть использован повторно.

Празднуя свое столетие, компания «Hayakawa Rubber» долгое время посвятила снижению нагрузки на окружающую среду, включая переработку резины из восстановленных шин после войны.

По сообщению Университета Киндай, электронные лучи могут использоваться при медицинском облучении с использованием STR-экранов, размещаемых непосредственно на коже. Повышенную точность можно ожидать не только для маленьких целей, но и в ситуациях, когда местоположение цели значительно изменяется в результате дыхания. Кроме того, легкость и скорость формирования специфического экранирования могут минимизировать келоидные рубцы, позволяя облучать раны сразу после операции.

Источник: JAIF, 3.10.2019

Компания «Laker TRF Ltd» заявляет, что ее технология удаления трития из воды может обеспечить экономически эффективное и надежное применение для легкой воды, такой, как загрязненная вода на АЭС «Фукусима-I», и для термоядерных реакторов, таких, как ITER. Компания «Laker TRF Ltd» является дочерним предприятием компании «Laker Energy Products».

Технология канадской компании по усовершенствованной дистилляции воды (Advanced Water Distillation – AWD) была первоначально разработана для реакторов с тяжелой водой под давлением. На испытательной установке в Оквилле, Онтарио, которая эксплуатировалась в течение года, было показано, что удаление трития из легкой воды с использованием технологии AWD в пять раз эффективнее, чем для тяжелой воды. Многоколонный демонстрационный завод должен быть построен в 2020 г.

Тритий является тяжелым радиоактивным изотопом водорода, который может заменить обычный водород в легкой воде или дейтерий в тяжелой воде, и встречается как в естественных, так и в небольших количествах во время эксплуатации АЭС. Молекулы воды, содержащей тритий, нельзя отделить от легкой или тяжелой воды обычной фильтрацией, поскольку все молекулы воды ведут себя одинаково.

Вода, содержащая очень низкие уровни трития и других радиоактивных веществ, обычно выделяется с АЭС в условиях строгого контроля и мониторинга. Реакторы Candu с тяжелой водой под давлением производят значительно больше трития, чем большинство реакторов других типов, вследствие использования тяжелой воды (дейтерия) в замедлителе и системе теплопередачи. Установки по удалению трития из тяжелой воды из реакторов Candu в настоящее время работают на АЭС «Дарлингтон» в Канаде и на АЭС «Вольсун» в Республике Корее.

Компания «Laker TRF Ltd» сообщила, что в ее технологии AWD используются последние достижения в разработке и конфигурации оборудования для дистилляции воды, и в ходе испытаний уже удалось добиться пятикратного уменьшения высоты оборудования и снижения энергопотребления на 80% по сравнению с обычной дистилляцией воды. Процесс работает в безвредных условиях очищенной теплой воды в вакууме, что исключает возможность хронической утечки и связанных с этим выбросов в окружающую среду.

Использование на АЭС «Фукусима-I». Компания «Laker TRF Ltd» сообщила, что технология AWD была бы подходящим вариантом для очистки воды, хранящейся на АЭС «Фукусима-I» в Японии, где большие объемы воды, обработанные системой ALPS (Advanced Liquid Processing System), остаются в хранилище. Система ALPS удаляет бόльшую часть радиоактивного загрязнения из воды, которая контактировала с поврежденными реакторами и обломками в результате аварии 2011 г., за исключением трития.

Компания «Tokyo Electric Power Company» ранее заявляла, что пределы емкостей хранилища для воды, обработанной на системе ALPS, на АЭС «Фукусима-I» будут достигнуты к 2022 г. Компания «Laker TRF Ltd» сообщила, что ее технология AWD может эффективно снизить концентрацию трития ниже уровня естественных дождевых вод, обеспечивая безопасный сброс в океан. Установка для системы AWD, построенная на площадке АЭС «Фукусима-I», также сможет поставлять стабильный медицинский радиоизотоп кислород-18, который производится как побочный продукт процесса AWD. Кислород-18 используется в качестве химического вещества (первичная частица) для сканирования методом позитронной эмиссионной топографии.

Источник: World Nuclear News, 27.9.2019

Две литовские компании и лауреат Нобелевской премии профессор Жерар Муру создали и продемонстрировали лазер, достаточно мощный, чтобы сократить время распада ядерных отходов с сотен лет до нескольких часов.

Лазер Single Cycle Laser SYLOS разрабатывается профессором Ж. Муру и использует технологию, которая трансмутирует ядерные отходы, бомбардируя атомы. Ж. Муру и бывшая студентка Донна Стрикленд получили Нобелевскую премию за исследования по усилению чирпированного импульса, проведенные в Лаборатории лазерной энергетики в Университете Рочестера в США. Лазер SYLOS был разработан литовскими компаниями EKSPLA и «Light Conversion» на венгерском предприятии ELI-ALPS в Сегеде. Цель состоит в том, чтобы производить лазерные импульсы с самой высокой интенсивностью в мире с самыми высокими показателями повторения и самыми короткими импульсами. Потребовалось пять лет, чтобы спроектировать и изготовить лазер SYLOS. Он производит стабилизированные лазерные импульсы с пиковой мощностью
4,9 ТВт.

Бомбардировка атомов. Хотя концепция трансмутации существует уже много лет, и Ж. Муру признает, что до коммерческого решения еще много лет, потенциал обращения с ядерными отходами и их хранения при выводе из эксплуатации АЭС является значительным. Лазер не снижает излучение в ядерных отходах, сообщили в компании EKSPLA. Профессор Ж. Муру продвигает идею бомбардировки атомов ядерных отходов элементарными частицами, генерируемыми с помощью лазерных систем, подобных лазеру SYLOS. Процесс трансмутации может ускорить время распада ядерных отходов с сотен лет до дней или даже часов.

Ж. Муру заявил, что промышленный лазер может начать работать через 10 или 15 лет, что в корне изменит то, как промышленность обрабатывает ядерные отходы и как это воспринимает общественность.

Ранние стадии. Трансмутация ядерных отходов с помощью лазеров находится на очень ранней стадии, и перед коммерциализацией необходимо провести много исследований. Однако по мере создания новых лазерных систем, таких, как SYLOS, темпы исследований должны возрасти. Говорить о рентабельности пока рано. В настоящее время удаление является наиболее популярным методом обращения с ядерными отходами. Лазерная трансмутация потенциально может быть гораздо более рентабельной и экологически чистой.

Хранение ядерных отходов с АЭС стоит миллиарды долларов каждый год. Франция строит подземное хранилище для своих ядерных отходов, ориентировочная стоимость которого составляет 28 млрд долларов США.

В отчете компании «GE-Hitachi» за 2015 г. оценочная стоимость удаления ядерных отходов (за пределами Китая, России и Индии) составляет более 100 млрд долларов США. Эти отходы потенциально могут быть нейтрализованы и сделаны безопасными с помощью лазерных систем, таких, как лазер SYLOS. Наряду с сокращением или устранением затрат на хранение отходов, удаление ядерных отходов может также изменить ситуацию в отрасли как чистое, безопасное и не содержащее углерода решение. Заинтересованные стороны должны собраться вместе, чтобы помочь коммерциализировать технологию.

Проблемы. Компания EKSPLA является производителем лазеров, но лазеров недостаточно для трансмутации. Необходима более сложная система (включая лазер, генератор частиц, систему транспортировки отходов и т. д.). Целевым рынком компании будут научные учреждения, разрабатывающие такие технологии, или компании-интеграторы, интегрирующие лазеры в свои системы. Необходимо тесное сотрудничество между производителями лазеров, научным сообществом, компаниями-интеграторами и компаниями, работающими в области ядерной энергии, для включения лазеров в системы трансмутации промышленных ядерных отходов.

Этот путь к коммерциализации может быть долгим. Еще в 2003 г. немецкая и британская исследовательские группы из Университета Стратклайда (Шотландия) возродили подобные надежды, когда они осуществили трансмутацию с помощью лазера Vulcan. Они превратили миллион атомов йода-129 в йод-128 (с периодами полураспада 15,7 млн лет и 25 минут).

Источник: Nuclear Energy Insider, 5.8.2019

Модифицированный очиститель поможет очистить один из устаревших бассейнов хранения в Селлафилде.

Иногда задачи по очистке в Селлафилде требуют высокотехнологичных, сделанных на заказ решений. Но иногда правильно использовать уже разработанную (и протестированную) технологию для выполнения аналогичной работы. Когда перед работниками стояла задача очистить стены одного из зданий повышенной опасности, бассейна для хранения топлива, они сначала посмотрели, что люди используют для очистки бассейнов.

Команда работников, включая рабочих по инновациям, робототехнике и искусственному интеллекту, а также из Национальной ядерной лаборатории, начинала со стандартного средства для очистки стен бассейна. Затем они внесли изменения, чтобы робот-очиститель подходил для ядерной среды. И теперь он готов приступить к работе. Опущенный в бассейн робот будет прикреплен к стене бассейна с помощью вихревого всасывания. Когда операторы перемещают его вдоль стены, его щетки будут вращаться, чтобы удалить обломки и грязную землю, которые, в свою очередь, будут либо собираться в сумке, либо рассеиваться в бассейне. Робот нейтрален и плавает в вертикальном положении, когда не работает. Если он отсоединится от стены, он будет плавать до тех пор, пока не восстановится питание, а затем снова присоединится к ближайшей стене.

Важно практическое использование робототехники в атомной отрасли. Роботы являются связующим звеном между работниками и экстремальной средой, это хороший пример удаления рабочих от риска.

Источник: Sellafield Ltd, 7.8.2019

Компания «Framatome» внедрила новое инновационное решение для ультразвукового контроля болтов в перегородках внутри корпуса реактора. Инструмент контроля, известный как Falcon, оценил до 40 болтов в час, сэкономив приблизительно 30 часов в графике отключения. Компания «Framatome» развернула инструмент во время сезонов останова в 2018 г. и весной 2019 г.

Инструмент Falcon создает стабильную среду для анализа целостности болтов в перегородках, решая существующие проблемы с движением жидкости в реакторе во время этих инспекций. С инструментом Falcon компания «Framatome» может точно, последовательно и быстро проверять болты в перегородках, экономя время операторов во время останова. Перегородочные болты, которые удерживают конструкцию корпуса реактора, представляют множество проблем при проверке. Из-за различий в местоположении и возрасте их размер и уровень деградации могут значительно различаться.

Инструмент Falcon включает в себя четыре закодированных двигателя, которые перемещают радиационно-стойкую камеру и ультразвуковой преобразователь вдоль нейтрально плавучего шеста, который крепится к верхней части перегородки. Устройство создает стабильную среду для контролируемого перемещения и размещения этих инструментов. Революционное программное обеспечение, сопровождающее устройство, записывает и оценивает данные в секундах на болте, экономя время и улучшая предсказуемость графика во время останова. Инструмент Falcon – это третье поколение решений компании «Framatome» для проверки болтов в перегородках, дополняющее подводную лодку SUSI. В зависимости от потребностей клиента компания «Framatome» в будущем будет использовать инструмент Falcon или лодку SUSI.

Источник: Framatome, 23.7.2019

Департамент здравоохранения и контроля окружающей среды штата Южная Каролина (DHEC) наградил компанию «Savannah River Nuclear Solutions (SRNS) за выдающиеся действия по рециклированию и сокращению отходов.

В штате Южная Каролина стремятся достичь 40-процентного уровня рециклирования к 2020 г., что означает, что 40% отходов, образующихся в штате, рециклируются или компостируются, а не отправляются в могильник. Компания SRNS вносит вклад в достижение этой цели путем рециклирования, повторного использования и внедрения методов обеспечения устойчивости во всех аспектах бизнеса на площадке в Саванна-Ривере. Компания SRNS отвечает за обращение с твердыми отходами в Саванна-Ривере и обеспечение рециклирования. В 2018 г. компания переработала 504 тонны бытовых отходов (стекло, металл, бумага и т. д.) из общего количества 872 тонны. Таким образом, было рециклировано 57,8%, что намного выше целей штата.

Компания SRNS получила эту награду как признание постоянных достижений в области сокращения отходов, а также приверженности к сохранению и защите природных ресурсов страны. Компания SRNS имеет высокоэффективную программу рециклирования, которая интегрирована в повседневную работу. Программы рециклирования и обеспечения устойчивости позволили разноплановым миссиям достичь текущего уровня рециклирования 57,8%. Компания активно ищет инновационные и новые способы дальнейшего сокращения отходов, образующихся в Саванна-Ривере.

Компания SRNS также искала возможности для выгодного повторного использования отходов. Вместо захоронения более 21360 тонн асфальта и бетона, оставшихся после мощения основных дорог, компания SRNS обязалась использовать этот материал для ремонта вторичных дорог, а также дорог в округе Оранжбург в штате Южная Каролина.

Кроме того, команда, которая заботится об окружающей среде, использует несколько методов сокращения отходов и обеспечения устойчивости. Древесные отходы используются для питания объекта по производству биомассы, большинство транспортных средств малой грузоподъемности были заменены моделями на альтернативном топливе, а также были закуплены энергоэффективные электронные устройства для сокращения выбросов парниковых газов. Солнечные технологии и беспилотники также используются для снижения энергопотребления на площадке. Все эти методы способствовали снижению затрат на удаление отходов и укреплению репутации площадки в рамках управления экологией.

Инициативы, мероприятия и программы по взаимодействию с сотрудниками постоянно сообщают о важности рециклирования как сотрудникам, так и местному сообществу. Благодаря партнерству с некоммерческой Организацией повторного использования сообщества Саванна-Ривера (Savannah River Site Community Reuse Organization – SRSCRO), избыточное государственное оборудование и материалы продаются, а доход распределяется между соседними округами в Южной Каролине и Джорджии для оказания помощи в проектах по улучшению инфраструктуры.

Источник: Savannah River Nuclear Solutions 26.6.2019

В Канадских ядерных лабораториях (Canadian Nuclear Laboratories – CNL) мультифизическое моделирование используется, чтобы оценить сложное поведение ядерного топлива.

В ядерной технике, где исследования направлены на повышение безопасности, эффективности и экономичности реакторов, для моделирующих исследований часто используются усовершенствованные и надежные компьютерные коды. Но они также являются реальным препятствием для инноваций из-за необходимости рассматривать множество строк кода, чтобы исследовать потенциальный эффект незначительной настройки системы. В качестве альтернативы для модификации устаревших кодов мультифизическая платформа предоставляет среду, позволяющую инженерам исследовать изменения в данных и методах моделирования без осложнений адаптации длинного кода.

Мультифизическое программное обеспечение для создания математической модели включает в себя большое количество физических явлений. Работа по моделированию включает представление ядерных топливных таблеток, включая перенос тепла, деформацию структурной механики, механический контакт, повышение давления из-за выделения газа продуктов деления и микроструктурные изменения из-за роста гранул, радиационного повреждения и выгорания. Также смоделировано поведение оболочки вокруг ядерного топлива.

В ядерном реакторе топливные таблетки, подвергающиеся реакциям деления, испытывают воздействие высоких температур, высоких температурных градиентов и теплового расширения. Кроме того, в топливных таблетках накапливаются продукты деления.

Микроструктура таблеток ядерного топлива изменяется после длительной высокотемпературной эксплуатации. Изготовленная структура гранул остается только снаружи, ближе к охлаждающей жидкости, где температура самая низкая. При чуть более высоких температурах гранулы растут (огрубляются), образуя область равноосного роста гранул. При самых высоких температурах механизм переноса паров приводит к миграции пор вдоль градиента температуры (по направлению к центру), образуя центральную пустоту и оставляя после себя длинные столбчатые гранулы.

Внутри керамического топлива образуются трещины. Существует также контакт между керамической таблеткой и ее металлической оболочкой. Необходимо учитывать радиационное повреждение, поскольку продукты деления высоких энергий, такие, как гамма и нейтронное излучение, изменяют микроструктуру всех материалов. Существует также макроскопическое набухание, поскольку вследствие деления один атом делится на два, и два атома занимают больше места, чем один. Два продукта деления, инертные газы ксенон и криптон, образуют пузырьки внутри топливных таблеток. Также необходимо учитывать проблемы коррозии, так как высокотемпературная вода в радиационной среде приводит к образованию продуктов радиолиза, которые вызывают коррозию снаружи оболочки.

Предотвращение отказа топлива. Поскольку свойства таблеток ядерного топлива резко меняются при облучении, инженеры в значительной степени полагаются на модели, чтобы предсказать, как характеристики топлива, такие, как пиковая температура, давление газа и деформация оболочки, будут меняться между доступными экспериментами. Точно так же знание о возможном проявлении в радиационной среде изменения конструкции требует обширной работы по моделированию и проверки с помощью физических измерений.

Одним из основных мотивов исследований было моделирование деформации оболочки и получение более точной оценки деформации оболочки, поскольку она является важным механизмом разрушения топлива. После того, как была создана модель для деформации оболочки, система могла быть оптимизирована виртуально. Стратегии оптимизации включают изменение топлива, зазора между топливом и оболочкой или способа обработки топлива один раз в реакторе.

Замена топлива является привлекательным подходом к модернизации АЭС. Это экономически выгодно, так как не нужно обновлять компоненты реактора. Инженеры просто загружают новое топливо, когда наступает время перегрузки топлива.

Несколько явлений в одной модели. С использованием программного обеспечения Comsol Multiphysics® создан инструмент моделирования топлива и оболочки (Fuel and Sheath Modelling Tool – FAST), чтобы фиксировать сложный перенос тепла, механику твердого тела и поведение материала ядерного топлива, оболочки и зазора между топливом и оболочкой.

Получены результаты моделирования FAST, чтобы показать гидростатическое давление, напряжение и осевую ползучесть в оболочке и топливных гранулах. Распределение этих полей является результатом конструктивных параметров, таких, как отношение длины к диаметру и размеры камеры, а также эксплуатационных рассмотрений, таких, как уровень мощности и температура охлаждающей жидкости.

Моделирование эволюции пористости границы гранулы. Для расширения инструмента моделирования и характеризации реактора другим способом смоделированы диффузия газа из топливных гранул, а затем образование и движение пузырьков на границах гранул, с использованием уравнения функциональности моделирования на основе программного обеспечения Comsol®.

При облучении и химической замене ядерного топлива газ просачивается из топливной гранулы, образуя пузырьки, которые сливаются. В традиционной фазовой области объем топливных гранул будет моделироваться. Этот метод игнорирует твердые частицы и моделирует движущуюся поверхность между твердыми частицами и газом. Это превращает трехмерную задачу в двумерную и значительно сокращает необходимые вычислительные ресурсы.

Модель использует два связанных уравнения слабой формы на поверхности гранулы, одно для расстояния до поверхности пузырька, а другое для химического потенциала. Знание того, сколько газа выходит из топлива, позволило рассчитать теплопроводность и давление газа внутри топливного элемента. Результаты этого анализа позволили определить другие ключевые показатели эффективности топлива. Этот набор расчетов служит нелинейным представлением деградации топлива. С помощью моделирования можно оценить, достаточно ли низкое давление, и в этом случае топливо можно продолжать облучать, что очень важно для безопасности.

Инновации в дизайне топлива. Используя мультифизическое моделирование, инженеры лабораторий CNL смогли создать полезный инструмент и подготовить более быстрое повторное проектирование и инновации. Мультифизическое моделирование может информировать другие области развития в ядерной технике. Инженеры могли бы полностью переосмыслить топливо, разрабатывая версии, устойчивые к сценариям тяжелых аварий.

В долгосрочной перспективе программное обеспечение для моделирования играет роль в разработке небольших модульных реакторов. Они могут быть сделаны из новых материалов и иметь новую геометрию.

Источник: Nuclear Engineering International: Features  4.7.2019