3. ZÁVODY NA PŘEPRACOVÁNÍ OZÁŘENÝCH PALIVOVÝCH ČLÁNKŮ A ZAŘÍZENÍ SPECIÁLNĚ KONSTRUOVANÁ NEBO UPRAVENÁ K TOMUTO ÚČELUÚvodní poznámka
Přepracováním ozářeného jaderného paliva se separuje plutonium a uran od vysoce radioaktivních štěpných produktů a od dalších transuranových prvků. Této separace může být dosaženo pomocí rozdílných technologických postupů. V průběhu let se stal nejpoužívanějším a uznávaným proces Purex. Proces Purex zahrnuje rozpuštění ozářeného jaderného paliva v kyselině dusičné, po kterém následuje separace uranu a štěpných produktů pomocí kapalinové extrakce za použití směsi tributylfosfátu v organickém rozpouštědle.
Jednotlivé Purexové závody používají podobné technologické operace: sekání ozářených palivových článků, rozpouštění paliva, kapalinovou extrakci a skladování technologických roztoků. Mohou existovat také zařízení pro termickou denitraci dusičnanu uranu, pro konverzi dusičnanu plutonia na oxid nebo na kov a pro úpravu kapalných odpadů štěpných produktů do takové formy, která je vhodná pro dlouhodobé skladování nebo pro uložení. Avšak specifické typy a uspořádání zařízení, ve kterých se tyto operace provádějí, se mohou v různých Purexových závodech lišit z několika důvodů, mezi něž patří druh a množství ozářeného paliva určeného pro přepracování a zamýšleného naložení s regenerovanými materiály, jakož i filosofie bezpečnosti a údržby, které jsou součástí projektu závodu.
Pod výraz „závod na přepracování ozářených palivových článků“ jsou zahrnována zařízení a komponenty, které běžně přicházejí do přímého kontaktu a přímo řídí toky ozářeného paliva a hlavní toky jaderného materiálu a technologických roztoků štěpných produktů.
Tyto procesy, včetně kompletních systémů pro konverzi plutonia a výrobu kovového plutonia, mohou být označeny jako opatření zabraňující dosažení kritičnosti (např. pomocí úpravy geometrického uspořádání), ozáření (např. pomocí stínění) a nebezpečí toxicity (například prostřednictvím ochranného kontejnmentu).
Položky odpovídající pojmu „zařízení speciálně konstruovaná nebo upravená“ pro přepracování ozářených palivových článků zahrnují:
- 3.1 Stroje na dělení ozářených palivových článků
Úvodní poznámka
Toto zařízení rozrušuje povlak paliva a připravuje tak ozářený jaderný materiál k rozpouštění. Nejčastěji jsou používány speciálně konstruované kovové nůžky, ale mohou být použita i moderní zařízení, jakými jsou např. lasery.
Dálkově ovládaná zařízení speciálně konstruovaná nebo upravená pro použití ve výše uvedeném závodě na přepracování ozářeného jaderného paliva, která jsou určena pro rozřezávání, sekání nebo stříhání ozářených palivových kazet, svazků nebo proutků.
- 3.2 Rozpouštěcí nádrže
Úvodní poznámka
Rozsekané vyhořelé palivo obvykle postupuje do rozpouštěcích nádrží. V těchto nádobách zabezpečených proti dosažení kritičnosti je ozářený jaderný materiál rozpouštěn v kyselině dusičné a zbytky povlaku paliva jsou z technologického toku odstraněny.
Nádrže zabezpečené proti dosažení kritičnosti (např. malého průměru, prstencového nebo deskového provedení) speciálně konstruované nebo upravené pro použití ve výše uvedeném závodě na přepracování ozářeného jaderného paliva, jsou určeny pro rozpouštění ozářeného jaderného paliva a jsou odolné vůči horkým, vysoce korozivním kapalinám a mohou být dálkově plněny a obsluhovány.
- 3.3 Kapalinové extraktory a zařízení pro kapalinovou extrakci
Úvodní poznámka
Do kapalinových extraktorů vstupuje jak roztok ozářeného paliva z rozpouštěcích nádrží, tak i organické roztoky, které separují uran, plutonium a štěpné produkty. Zařízení pro kapalinovou extrakci je obvykle konstruováno tak, aby splňovalo přísné provozní parametry, jako je dlouhá provozní životnost bez nároků na údržbu nebo snadná vyměnitelnost, jednoduchost provozu a ovládání a flexibilita při změnách technologických podmínek.
Speciálně konstruované nebo upravené kapalinové extraktory, jako jsou náplňové a pulsní kolony, mísící a usazovací nádrže nebo odstředivkové extraktory, jsou určeny pro používání v závodě na přepracování ozářeného jaderného paliva. Kapalinové extraktory musí být odolné vůči korozi kyselinou dusičnou. Kapalinové extraktory jsou obvykle vyráběny podle extrémně přísných norem (včetně speciálního svařování, kontroly, zajištění jakosti a řízení jakosti) z nízkouhlíkatých korozivzdorných ocelí, titanu, zirkonia a jiných vysoce kvalitních materiálů.
- 3.4 Nádoby na uskladnění chemikálií nebo zásobníky
Úvodní poznámka
Výsledkem extrakce jsou tři hlavní toky technologických roztoků. Nádoby na uskladnění nebo zásobníky jsou pro další zpracování všech tří toků používány takto:
- a) roztok čistého dusičnanu uranu je koncentrován odpařováním a postupuje do procesu denitrace, kde je převáděn na oxid uranu. Tento oxid se znovu používá v jaderném palivovém cyklu;
- b) vysoce radioaktivní roztok štěpných produktů je obvykle koncentrován odpařováním a skladuje se jako kapalný koncentrát. Tento koncentrát může být následně odpařen a převeden do formy, která je vhodná pro jeho skladování nebo uložení;
- c) roztok čistého dusičnanu plutonia je koncentrován a skladován až do jeho předání do dalšího stupně technologického procesu. Zejména nádoby na uskladnění nebo zásobníky pro roztoky plutonia jsou konstruovány tak, aby se předešlo problémům kritičnosti vyplývajícím ze změn v koncentraci a formě tohoto technologického toku.
V závodě na přepracování ozářeného paliva se používají speciálně konstruované nebo upravené nádoby na uskladnění nebo zásobníky. Tyto nádoby na uskladnění nebo zásobníky musí být odolné vůči korozi kyselinou dusičnou. Jsou obvykle vyráběny z takových materiálů, jako jsou nízkouhlíkaté korozivzdorné oceli, titan nebo zirkonium nebo jiné vysoce kvalitní materiály. Nádoby na uskladnění nebo zásobníky mohou být konstruovány pro dálkové ovládání a údržbu a mohou mít následující parametry umožňující řízení jaderné kritičnosti:
- 1) stěny nebo vnitřní konstrukce odpovídající minimálně borovému ekvivalentu 2 % nebo
- 2) maximální průměr 175 mm (7 in) pro válcové nádoby nebo
- 3) maximální šířka 75 mm (3 in) pro každou deskovou nebo prstencovou nádobu.
- 3.5 Systémy konverze dusičnanu plutonia na oxid
Úvodní poznámka
Ve většině přepracovatelských závodů je konečným procesem konverze roztoku dusičnanu plutonia na oxid plutoničitý. Tento proces zahrnuje následující hlavní úkony: dávkování, skladování a kalibraci, srážení a oddělení pevné a kapalné fáze, žíhání, manipulaci s produktem, větrání, hospodaření s odpady a řízení technologického procesu.
Kompletní systémy speciálně konstruované nebo upravené pro konverzi dusičnanu plutonia na oxid plutoničitý, jsou zvláště uzpůsobené k tomu, aby zabránily dosažení kritičnosti, vyloučily vliv radiace a minimalizovaly nebezpečí toxicity.
- 3.6 Systémy na výrobu kovového plutonia z oxidu plutoničitého
Úvodní poznámka
Tento proces, který může být součástí přepracovatelského závodu, zahrnuje fluoraci oxidu plutoničitého, obvykle pomocí vysoce korozívního fluorovodíku, jejímž produktem je fluorid plutoničitý, který je následně redukován vysoce čistým vápníkem na kovové plutonium a strusku obsahující fluorid vápenatý. Tento proces zahrnuje následující hlavní úkony: fluoraci (například za použití zařízení vyrobeného z drahých kovů nebo jimi obloženého), redukci kovem (například za použití keramických kelímků), regeneraci strusky, manipulaci s produktem, větrání, hospodaření s odpady a řízení technologického procesu.
Kompletní systémy speciálně konstruované nebo upravené pro výrobu kovového plutonia jsou zvláště uzpůsobené k tomu, aby zabránily dosažení kritičnosti, vyloučily vliv radiace a minimalizovaly nebezpečí toxicity.