Centrum výzkumu Řež, s.r.o. Způsobilost různých technik k detritiaci a recyklaci opotřebených částí fúzního reaktoru Ing. Jaroslav Stoklasa, Ph.D. Ing. Bc. Lucie Karásková Nenadálová, Ph.D. 19.03.2015

Úvod Odhad budoucí energetická situace Projektově se připravuje výstavba fúzní elektrárny Vychází se ze stávajících zkušebních zařízení Nejpokročilejší technologie je uskutečňována na různých typech zařízení Tokamak. Nejdále se pokročil výzkum technologie při zkouškách experimentálního reaktoru ITER. Současným realizátorem projektu je Konsorcium EUROfusion, které bylo založeno roku 2013 a navazuje na práce dle Evropské dohody o fúzním výzkumu (European Fusion Development Agreement) EUROfusion je konsorciem evropských výzkumných organizací pro fúzní výzkum a vývoj demonstrační fúzní elektrárny DEMO

Umělecká představa Fúzní elektrárny Fusion Electricity – EFDA November 2012

Pozadí problému Výroba energie je založena na kombinaci jaderné fúze s použitím plazmy. Při provozování fúzního zařízení dojde ke změnám u různých materiálů působením vyrobených neutronů. Specificky při aktivace komponent nádoby reaktoru a dalších komponent palivového systému může docházet ke kontaminaci tritiem. Témata k řešení: produkce a adsorpce tritia vyvolává otázky kolem údržby zařízení a stane se nezbytnou kontrolovanou technologickou operací součástky jsou ze vzácných nebo ne zrovna levně pořiditelných kovů náležitosti pravidelného odstraňování aktivovaných odpadů problémy při dočasném skladování odpadů neopomíjet hledisko přípustných dávek radiace legislativní problematika, která se musí řešit, je mezinárodní zacházení s odpady a technologií pro recyklaci je v závislosti na hostitelské zemi

Tritium Kanada EU Finsko Austrálie Rusko Švýcarsko USA WHO 7 100 30 Mezinárodní limity pro Tritium v pitné vodě (Bq/litr) dle Světové zdravotnické organizace (WHO) Kanada EU Finsko Austrálie Rusko Švýcarsko USA WHO 7 100 30 76,103 7,7 10 740

Soustavy reaktoru nejvíce ovlivněné tritiací Výskyt tritia v odpadech z fúze Plynný vodík (T) uvězněný v materiálech, zejména kovových (hydrid kovu) Částečně nebo plně tritiované uhlovodíky nebo i jiné organické látky Tritium ve formě vody Tritium ve formě vody: T2O, HTO,DTO

Struktura a hierarchie postupů detritiace Pořadí dle závažnosti Typ postupů a metod 1 Krátkodobé opakované použití 2 Dlouhodobé opakované použití 3 Recyklace 4 Likvidace

Možné metody zacházení s kontaminovaným materiálem a vybrané podmínky omezující metody Tepelná úprava Tavení Spalování, zpopelnění Loužení/ leptání; moření Elektrochemické úpravy a zacházení Chemické úpravy a zacházení Odírání; otěr Použití techniky LASER Kombinace metod Podmínky definující metody Druh materiálu Nosný plyn Teplota Tlakové podmínky Velikost vzorku a typ kontaminace (kompaktní nebo plošné) Doba trvání Počáteční aktivita Detritiační faktor

odolnosti proti prostředí materiálová charakteristika Důležité vlastnosti a chování materiálů pro součásti zařízení určené k detritiace Vlastnost Upřesnění toxicita žádná definovaná vysoká znečistění vhodné pro metodu nevhodné pro metodu   teploty transformací tání varu pórovitost otevřená zdánlivá odolnosti proti prostředí proti kyselinám proti louhům proti rozpouštědlům materiálová charakteristika tvrdost pevnost houževnatost.

Obecná kritéria hodnocení detritiační metody Kritéria metody Upřesnění a specifikace kritéria Hodnocená metoda a technologie popis metody a technologie podmínky a stavy při provozování rozměrové charakteristiky pro materiály velikost a stupeň detritiačního faktoru stupeň pokročilosti technologie běžné nebo doporučené aplikace omezení a zábrany destruktivní nebo nedestruktivní vzhledem k upravovanému materiálu Požadavky na vývoj metoda běžně používaná metoda ve stavu odzkoušeném metoda musí vyvinout reference o metodě Procesní výstupy opakované použití recyklace likvidace ukládání Dopady v širším pohledu environmentální dopady bezpečnostní dopady ekonomie a náklady provozu pořizovací a likvidační náklady Hodnocení všeobecné přijatelnost pro regulátora přijatelnost pro veřejnost životaschopnost technologie  

Dílčí hodnocení problematiky Zvládnutí detritiace materiálů je důležité zejména pro údržbu, rekonstrukce a opakované krátkodobé použití. Jsou požadavky na nutné vysoce kvalitní identifikace všeho podstaného, včetně postupů užitých po aplikaci detritiační metody a návrhů komponent. Důležité jsou rozměry materiálů a optimalizace tvarů. Součásti, které nejsou opakovaně použitelné, by měly být snadněji demontovatelné a upravitelné. Minimalizování objemu odpadu přispěje ke snížení požadavků na prostor přechodného i dlouhodobého úložiště. Stanovení rozměrů a prostoru na umístění materiálu vhodného k opakovanému použití detritiační techniky.

Shrnutí a závěry Rozměry jakéhokoli materiálu musí být navrženy s ohledem na jeho veškerou budoucí použitelnost. Důležité je už od počátku uvažovat o jeho výměně a opakovaném použití po repasování. Předpokládá se, že krátkodobé opakované použití komponent poskytne nové informace ale i možnosti pro nejnáročnější použití detritiační techniky. Pro nalezení nejvhodnější detritiační metody byly vytvořeny matrice k hledání řešení odpovídající problematiky. Je pravděpodobné, že se během provozní životnosti zařízení vyvinou jiné progresivnější metody. Avšak jakákoli nová technika bude muset zajistit budoucí funkčnost materiálu zařízení.

www.cvrez.cz jaroslav.stoklasa@cvrez.cz Centrum výzkumu Řež s.r.o. Oddělení 8330 Jaderný palivový cyklus Husinec - Řež čp. 130 250 68 Řež u Prahy 12