Открытый и замкнутый топливный цикл

изменение состава топлива. Образуются осколки деления, а также нарабатывается плутоний-239

из урана -238. Кстати, плутоний тоже частично сгорает.
Отработавшие кампанию топливные сборки выгружаются из реактора и помещаются в бассейн выдержки (для охлаждения топлива и значительного уменьшения уровня радиоактивности). Срок хранения в БВ - примерно от 3 до 5 лет. Радиоактивность за время хранения снижается примерно в 100 раз.
Затем сборки направляются на переработку ОЯТ. В ОЯТ содержится всего 4% радиоактивных отходов, которые действительно необходимо извлечь, переработать и безопасно удалить.
Только Франция, Россия и Англия используют переработку ОЯТ. Остальные страны отправляют отработанное топливо на длительное хранение (захоронение)

Открытый и замкнутый топливный цикл

полезные делящиеся материалы отправлять вновь на создание новых топливных элементов,

то получится замкнутый топливный цикл.
Для замыкания ядерного топливного цикла предполагается использовать реакторы на быстрых нейтронах, которые позволяют перерабатывать топливо, являющееся отходами работы реакторов на тепловых нейтронах.
Коэффициент воспроизводства (отношение массы образовавшегося вторичного топлива к массе первичного топлива) в реакторах на быстрых нейтронах может быть больше 1. В реакторах на тепловых нейтронах КВ<1.
Именно поэтому целесообразно использовать реакторы типа БН для наработки вторичного топлива. (1 реактор БН способен питать топливом 5 реакторов на тепловых нейтронах).

Открытый и замкнутый топливный цикл

200 кг изотопов плутония (из них примерно 60% - плутоний

– 239).
Хранение энергетического плутония свыше 2 лет сопровождается ухудшением качества из-за распада плутония-241 в еще более экологически опасный америций-241, который является сильнейшим γ-излучателем, легко распространяющимся с водой и накапливающимся в растениях. Это приводит к необходимости химического отделения америция от плутония, если предполагается повторное использование плутония.
На современном этапе утилизация как энергетического, так и оружейного плутония-239 осуществляется в составе смешанного уран-плутониевого топлива на базе диоксидов UO2 и PuO2, так называемого MOX-топлива, в активных зонах энергетических реакторов. В качестве урановой компоненты используется природный или обедненный уран, в качестве плутониевой -оружейный или энергетический плутоний.

Открытый и замкнутый топливный цикл

в быстрые -10% и выше. Для изготовления уран-плутониевого топлива используются

разные технологии; одним из способов является, например, простое перемешивание порошков диоксидов урана и плутония.
Фабрикация MOX-топлива для легководных реакторов на основе энергетического плутония была поставлена на промышленную основу ещё в 70 годах. Впервые MOX-кассета была загружена в энергетический легководный реактор в Бельгии в 1963 году. В настоящее время в мире несколько десятков реакторов на тепловых нейтронах имеют лицензии на эксплуатацию MOX-топлива.
Во Франции, являющейся монополистом по поставкам МОХ-топлива и лидером по его использованию, смешанным топливом загружены около 20 французских реакторов и планируется увеличение их числа. При этом Франция в ближайшее время не планирует переработку облученных МОХ-кассет.
Частично загружены МОХ-топливом, произведенным во Франции, и несколько энергоблоков в Японии.

Открытый и замкнутый топливный цикл

активность еще необлученного MOX-топлива и связанная с этим необходимость дополнительного

исследования безопасности при использовании существующего оборудования для обращения со свежим топливом;
в связи с высокой удельной активностью плутония-239, которая на несколько порядков превышает активность урана-235, для сохранения приемлемой активности воды в реакторе при работе АЭС потребуется на порядки уменьшить количество негерметичных тепловыделяющих элементов как по газовой неплотности, так и по прямому контакту топлива с водой;
загрузка даже части активной зоны MOX-топливом снижает эффективность органов регулирования (из-за высокого поглощения в плутонии, что смещает баланс поглощений в реакторе в его пользу);
доля запаздывающих нейтронов в плутонии втрое меньше, чем в уране (у плутония βэф <0,2%), это меняет свойства реактора при маневрах мощности в более опасную сторону и др.

Открытый и замкнутый топливный цикл

более 1/3 топлива MOX с сохранением 2/3 обычного уранового. В

этом случае используются смешанные зоны.
Блок Фламанвилль-3, сооружаемый во Франции, начнет работу со стандартной зоной, содержащей 30% MOX-сборок. Для своих проектов в Великобритании группа AREVA надеется довести содержание смешанных сборок в зоне до 50%.
Кроме этого, серьезной проблемой является обращение с облученным MOX-топливом. Облученное в легководных реакторах, это топливо отличается от уранового сложным изотопным составом продуктов деления и актинидов. Переработка такого топлива технологически сложнее, чем переработка уранового.
MOX-сборки начнут загружаться в активные зоны американских реакторов в 2018 году. При их изготовлении будет использоваться оружейный плутоний, признанный избыточным для нужд национальной безопасности страны.

Открытый и замкнутый топливный цикл

оружейного плутония будет загружаться в реакторы на быстрых нейтронах БН-800

и, возможно, БН-600.
В России ни один из работающих тепловых реакторов не проектировался с учетом возможности использования MOX-кассет, и нет действующих мощностей по производству такого топлива для легководных реакторов.
В новых проектах АЭС-2006 и ВЭР-ТОИ предусматривается использование MOX-топлива.

Использование MOX-топлива в легководных установках - один из вариантов замыкания ядерного топливного цикла, позволяющий обеспечить однократное возвращение в активные зоны реакторов плутония, получаемого из облучённых урановых топливных сборок.
Но только в рамках замкнутого ядерного цикла будущего при создании парка быстрых реакторов станет возможным решение проблемы утилизации плутония и в полной мере использования энергетического потенциала ОЯТ, наработанного в предшествующий период.

Открытый и замкнутый топливный цикл