LESZERELÉSI TERVEK EURÓPAI NUKLEÁRIS KUTATÁSI INFRASTRUKTÚRÁKHOZ Zagyvai Péter [MTA EK], Török Szabina [MTA EK], Kókai Zsófia [MTA EK ESSS Lund] 1 Az Európai Spallációs Forrás (ESS) Lundban (Svédország) épül fel, és szilárd, forgatott volfrám céltárggyal fog működni, melyet a tervek szerint ötévente cserélni fognak. A létesítmény tervezett élettartama 40 év. A keletkező üzemi és leszerelési hulladékokat a svéd hatósági rendszernek megfelelően kell kezelni és elhelyezni. A hulladékkezelési és előzetes leszerelési terv első változatát svéd megbízottak, a következő (hivatalos) változatot 2012-13-ban az MTA EK KFL készítette el, az olasz Rogante Engineering irodával együttműködve. Az itt szerzett tapasztalatokat más hasonló, egyedi kutatási nagyberuházásoknál (ITER, ELI, MYRRHA) is szeretnénk felhasználni. 2 1
Target Design Report 12. fejezet Radioactive wastes and emissions 3 ESS előzmények (2011-ig) Részvétel a spallációs céltárgy koncepciójának kidolgozásában: 1997: megvalósíthatósági tanulmány a forgó céltárgy koncepciójához együttműködés a Hahn-Meitner Intézettel (korábbi tapasztalatok felhasználása: neutronfizika, hőelvezetés, szerkezeti anyagok sugárkárosodása, sugárvédelem) 2008-tól: WP #8 munkacsoport: céltárgykiválasztás vizsgált anyagok: higany, LBE, LGE, ólom, volfrám. LGE: Journal of Nuclear Materials Vol. 411 (2011) pp. 72 82. Debrecen lehetséges ESS helyszín; vizsgálatok: Telephely-kiválasztási tanulmány Előzetes környezeti hatásvizsgálat Részvétel a WP #11 Management of waste and emissions munkájában 4 2
ESS Decommissioning Plan javasolt fő témák a munkacsoport számára 1) A leszerelési stratégiák vizsgálata, javaslat az elsődleges megoldásra 2) A dekontaminálás és lebontás lehetséges módszerei 3) Hulladékkezelés a leszerelés folyamán: szállítás, tárolás, feldolgozás és végső elhelyezés 4) A terület helyreállítása és újrahasznosítása 5) Pénzügyi és szervezeti kérdések; első költségterv 6) Tervezési javaslatok a leszerelés könnyű és biztonságos megoldása érdekében 7) Ideiglenes leszerelési terv, felszabadítás a svéd előírások szerint (SSMFS 2011/2: The Swedish Radiation Safety Authority s regulations and general advice concerning clearance of materials, rooms, buildings and land in practices involving ionising radiation) 5 Leszerelési stratégiák A nemzetközi ajánlások szerint a kutatási létesítmények elsődleges leszerelési stratégiája az immediate dismantling (ID) = azonnali (folyamatos) leszerelés. IAEA TRS-414 Decommissioning of Small Medical, Industrial and Research Facilities IAEA TECDOC 1476 (2005) Financial aspects of decommissioning If a deferred strategy of the complete dismantling is chosen, the timeframes to be used for the assessment comprise minimum 85 years of active institutional control of the site, followed by an additional 100 years of passive institutional control. (idézet az ESS 2011-es leszerelési tanulmányából) 6 3
Leszerelési stratégiák Az ID stratégia mellett szóló érvek: A leállított ESS berendezés sugárterhelési viszonyai (az utolsó céltárgy eltávolítása után) nem haladják meg a működő berendezését; A berendezés kompakt kialakítása révén csak kismennyiségű eltávolítható, illetve szétterjedni képes radioaktív szennyezés lesz jelen a felületeken; Az egyedi szerkezetű ESS berendezés üzemeltetési tapasztalatait igen jól fel lehet használni a leszerelési műveletekben; A költségbecslés egyszerűbb és kevésbé pontatlan lesz. 7 Tervezési javaslatok a leszerelés könnyű és biztonságos megoldása érdekében NAÜ-ajánlások IAEA TECDOC 1657 (2011) Design Lessons Drawn from the Decommissioning of Nuclear Facilities IAEA Technical Reports Series TRS-462 (2008) Managing Low Radioactivity Material from the Decommissioning of Nuclear Facilities 8 4
Tervezési javaslatok a leszerelés könnyű és biztonságos megoldása érdekében 1) A proton- vagy neutronaktivációnak kitett szerkezeti anyagok nyomelemtartalmának analízise szükséges a radionuklid-leltár becsléséhez. (Ez a nagyenergiájú LINAC körüli védőbetonnál nem oldható meg.) 2) Szétterülni képes radioaktív szennyezettségű részek könnyen legyenek szétszerelhetők; az aktívabb helyek legyenek jól hozzáférhetőek, lehetőség szerint ezeket kell először eltávolítani. 3) Robotika alkalmazhatósága; védelmi falak építésének lehetősége. 4) Monitorozás telepíthetősége (áramellátás, adatátvitel). 5) Dekontaminálhatóság tanulmányozása a létesítés fázisában. 6) Adatok archiválása 50 évre. (?) 9 Dekontaminálás, szétszerelés, lebontás Korábbi tapasztalatok kutatási létesítmények leszereléséből; példák: MEGAPIE - PSI/Svájc LBE spallációs céltárgy DR-1, DR-2 és DR-3 reaktorok Risø/Dánia Rossendorf/Németország (reaktorok, izotópgyártás, átmeneti hulladéktároló) KFKI régi reaktortartályának cseréje 10 5
MEGAPIE: spallációs forrás leszerelése http:\\psi.ch 11 Rossendorf: a kutatóreaktor fenéklemezének bontása 12 6
Hulladékkezelés a leszerelés folyamán: szállítás, feldolgozás, tárolás, lerakás Az ESS működése során folyamatosan keletkeznek radioaktív hulladékok. A leszerelés idején várhatóan jelenlévő anyagok: ( the radionuclide vector ): A működés alatt keletkezett, de még el nem távolított hulladékok Fel nem szabadítható szerkezeti anyagok (az utolsó céltárgy, felaktiválódott vagy szennyeződött anyagok: acél, egyéb fémek, beton stb.) 13 Hulladékkezelés a leszerelés folyamán A radionuklid-leltár meghatározása: Felaktiválódási számítások (céltárgy, LINAC, neutronvezetők, biológiai védelem); várható bizonytalanságok: trícium képződése, a beton ritkaföldfémtartalma stb. Leszerelési tapasztalatok összevetése az előzetes becslésekkel: bizonytalanságok, gyenge pontok felismerése 14 7
Hulladékkezelés és felszabadítás A jelenlegi svéd radioaktívhulladék-kategóriák (SKB az ESS-projekt résztvevője): Nagyaktivitású hulladék = HLW (nincs még végleges tárolóhely) Közepes aktivitású hulladék = ILW SFL (tervezett tároló hosszú felezési idejű hulladékoknak 2023-tól) Kisaktivitású hulladék= LLW SFR (1988 óta működő mélységi tároló rövid felezési idejű hulladékoknak) Igen kis aktivitású hulladék = VLLW = (új szabályozás várható, külön lerakó lesz) Igen rövid felezési idejű hulladék = ESLW (a leszerelés befejezésére már felszabadítható lesz) Felszabadítható hulladék (új szabályozás várható). 15 By-product : Kókai Zsófia PhD-dolgozata Az ELTE doktori iskoláján elfogadott feladat: Kutatási nukleáris létesítmények leszereléséhez szükséges sugárvédelmi számítások Széles értelemben vett nukleáris létesítmény = hasadási vagy spallációs folyamatokat hasznosító, energiatermelő vagy kutatási létesítmény 16 8
Kókai Zsófia PhD-dolgozata Folyamatban lévő kutatási tevékenységek: Az ESS szerkezeti anyagainak aktivációja proton- és neutronsugárzás hatására A keletkezett radioaktivitás szétterjedése a berendezés működése során, a felhalmozódás és hígulás lehetőségei A dekontaminálás és a szétszerelés idején fennálló dózisterek jellemzése Radionuklid-leltár a hulladékkezeléshez és a felszabadításhoz 17 Kókai Zsófia PhD-dolgozata Determinisztikus (= megfelelően parametrizált függvények használatán alapuló) és sztochasztikus (= versengő, véletlenszerű események modellezésén alapuló) számítási módszerek összevetése, az adott feladatra nézve optimális megoldás kiválasztása. Módszerek: számítási és mérési eredmények összehasonlítása, érzékenység-analízis. 18 9
Az ESS hulladékkezelési és leszerelési tervének fő fejezetei: Jogi szabályozási környezet A leszerelési stratégia kiválasztása Időtervek Hulladékleltár a leszerelés kezdetekor a fő szerkezeti elemekben (gyorsító, céltárgy, neutron-állomások) A hulladék-menedzsment várható elemei Engedélyezési sajátosságok (különös tekintettel a felszabadításra) Sugárvédelem Baleset-elhárítás Környezeti ellenőrzés. 19 Forgatott volfrám céltárgy hulladékindex Újraszámolva az SSM 2008/549 Appendix I. Clearance levels for materials előírása alapján Csak 10 radionuklid szerepel ebben a listában a 27 fontos komponens (> 0,5 % indexjárulék) közül A felszabadítási szinteket (CL) kerekítettük a svéd előírásoknak megfelelően szándékosan rontva ezzel a pontosságot. Hulladékindex-összeg (SWI) - 1 évvel a leállás után: 4.1 E+6 SWI - 10 évvel a leállás után: 1.3 E+6 A céltárgy teljes aktivitása 1 évvel a leállás után (2009-es becslés): 5.8 E+16 Bq Új becslés - ESS Lund: 1.3 E+17 Bq 20 10
Forgatott volfrám céltárgy - WI ca(bq/g) A (TBq) CL(Bq/g) WI (1y) ca(bq/g) WI (10y) Ba133 4,76E+05 2,49E+03 0,59 8,07E+05 2,63E+05 4,46E+05 Ta182 5,62E+04 2,94E+02 0,1 5,62E+05 1,18E-04 1,18E-03 Gd148 2,29E+05 1,20E+03 0,43 5,34E+05 2,11E+05 4,91E+05 Lu173 2,45E+06 1,28E+04 5,1 4,80E+05 2,57E+04 5,04E+03 Pm143 2,39E+05 1,25E+03 0,72 3,32E+05 4,42E+01 6,14E+01 Ta179 3,21E+06 1,68E+04 11 2,92E+05 9,44E+04 8,59E+03 Hf172 2,14E+06 1,12E+04 10 2,14E+05 7,62E+04 7,62E+03 Eu152 1,81E+04 9,47E+01 0,1 1,81E+05 1,13E+04 1,13E+05 Eu154 1,64E+04 8,60E+01 0,1 1,64E+05 7,96E+03 7,96E+04 Pm144 2,62E+04 1,37E+02 0,31 8,45E+04 4,92E+01 1,59E+02 Sm145 4,13E+05 2,16E+03 5 8,26E+04 5,08E+02 1,02E+02 Eu150 1,29E+04 6,75E+01 0,17 7,59E+04 1,09E+04 6,41E+04 Co60 7,51E+03 3,93E+01 0,1 7,51E+04 2,29E+03 2,29E+04 21 A közeljövő feladatai az ESS projektben Javaslat a szétszerelés és lebontás eljárásainak előzetes minősítésére alkalmas módszerre Számítási eljárások a céltárgy szerkezetében végbemenő szétterülési folyamatok modellezésére Mért és számított nuklidleltárak összehasonlítása a gyenge pontok megtalálása érdekében Részvétel a hatósági engedélyezési eljárásban Forma: in-kind contribution illetve kutatási szerződés 22 11
További kutatási létesítmények ELI (Szeged - különleges lézerforrás, amiből ionizáló sugárzás és radioaktivitás is keletkezik együttműködés tervezése folyamatban) ITER-EFDA (éppen most utasították el a jelentkezésünket) MYRRHA (Multipurpose hybrid Research Reactor for High-tech Applications Mol, SCK CEN, Belgium kapcsolatfelvétel) 23 Köszönöm a figyelmet! 24 12