RIP THORP

В МИРЕ / #9_2018
Текст: Татьяна ДАНИЛОВА / Фото: Flickr.com, Wired.com

Британский завод по переработке отходов ядерного топлива справился с последней загруженной партией и закрывается. Его примечательная история, полная неожиданных поворотов и уроков на будущее, началась еще в 1970-х годах.

14 ноября 2018 года Управление по выводу из эксплуатации ядерных объектов Великобритании (NDA) объявило, что расположенная на площадке «Селлафилд» установка по регенерации отработавшего ядерного топлива с получением диоксида урана завершает свою 25-летнюю деятельность. (Эту почтенную установку, Thermal Oxide Reprocessing Plant, венец технологий 1980-х годов, называли уютным сокращением THORP, созвучным староанглийскому thorpe — "деревня, деревушка".)

Обычно некрологи производственным объектам пишут в мажорных тонах, отдавая дань благодарности и восхищения тем, кто их основал, создал и эксплуатировал на благо общества. Пол Фостер, генеральный директор объекта «Селлафилд», утверждал, что THORP, один из самых крупных и сложных строительных проектов, когда-либо реализованных в Европе, был «историей успеха» и обеспечивал британской атомной отрасли рабочие места, навыки и престиж — не говоря уж о снижении количества хранящегося отработавшего топлива, судьбу которого когда-нибудь придется решать (как бы политики и Казначейство ни оттягивали этот момент).

Реальная история THORP гораздо сложнее. В ней есть и не сбывшиеся прогнозы, и политические битвы, и международные проблемы.

Начало эта история берет в 1977 году, когда British Nuclear Fuels Ltd (BNFL), оператор атомного комплекса «Селлафилд», подал заявку на строительство установки по переработке отработавшего ядерного топлива легководных реакторов. Инвестиции в проект должны были составить £1,85 млрд, и еще £1 млрд потребовался на строительство инфраструктуры, в том числе завода по производству МОХ-топлива и витрификационной установки. В конечном счете установка обошлась в £2,85 млрд. ($ 4,02 млрд).

Строительство THORP заняло 10 лет. Проект с самого начала вызвал немало споров. Одни называли его свалкой ядерного мусора всего мира, другие считали переработку ОЯТ прибыльным делом. Управление установкой отдали государственной компании BNFL.
Защитники и противники
Установка была готова в 1993 году, но простаивала до 1997 года, пожирая £2 млн в неделю. Когда британский министр окружающей среды Джон Гаммер наконец дал добро на ее пуск, начались бурные протесты оппозиционных партий и экологов в Британии и за рубежом. Тем не менее Япония и Германия, два крупных иностранных инвестора проекта и его основные зарубежные клиенты, приветствовали запуск THORP.

Противники проекта применили стандартный аргумент, который пускают в ход при запуске любого атомного объекта: дескать, есть риск распространения урана и плутония, извлеченных из ОЯТ, они непременно будут захвачены террористами. В то время контрабанда радиоактивных веществ была для Европы актуальной и болезненной проблемой, несмотря на то что все правительства отрицали существование черного рынка таких веществ. «Гринпис» грозил судом, а другая экологическая группа — "Друзья Земли" — назвала решение строить THORP «абсурдным, незаконным и неправильным» и грозила Европейским судом. Оппозиционные парламентарии утверждали, что THORP не нужен, потому что запасы плутония в стране достаточны, а решение правительства только усиливает угрозу загрязнения.

Когда все желающие получили наконец свои «15 минут славы», Д. Гаммер объяснил парламенту, что вероятность загрязнения сведена к минимуму, а выбросы, если и случатся, «не приведут к неприемлемым рискам для здоровья человека или окружающей среды». Аргумент BNFL состоял в том, что на следующие 10 лет уже имеются заказы на переработку ОЯТ, и доход от этих заказов составит £9 млрд. ($ 12,7 млрд), а прибыль — £500 млн ($ 705 млн). Около трети этих заказов приходилось на переработку топлива британских газоохлаждаемых реакторов (AGR), а остальные поступали от зарубежных клиентов, наиболее значимыми из которых были Япония и Германия.
Прогнозы и реальность
Переработка отработавшего топлива в конце 1960-х и в начале 1970-х рассматривалась как next big thing — новое многообещающее направление атомного бизнеса. Все страны с развитой атомной отраслью ринулись в переработку. Не отставала и Великобритания. Изначальным обоснованием строительства завода THORP было то, что отделяемый плутоний пригодится в качестве топлива для нового поколения реакторов на быстрых нейтронах — основы атомной энергетики XXI века. Технико-экономический анализ проекта был также основан на прогнозируемой нехватке энергетических ископаемых, в том числе урана. Ни один из этих прогнозов не сбылся.

Все внимание было обращено на переработку ОЯТ, а альтернативные реакторные технологии ушли на второй план. В 1970-х годах со строительством реакторов-размножителей в Великобритании, США и Франции было покончено. Плутоний перестали рассматривать в качестве топливного ресурса. Что же до дефицита урана, то, во‑первых, геологи, вооруженные новыми технологиями, к концу 1990-х годов обнаружили много солидных урановых месторождений; во‑вторых, были разработаны более эффективные методы его добычи. К тому же окончание холодной войны привело к значительному избытку оружейного урана и плутония.

После неудачи с программой реакторов-размножителей остался единственный метод борьбы с мировым запасом плутония — производство топлива из смеси оксидов урана и плутония, то есть МОХ-топлива, которое можно сжигать в обычных реакторах. Этот метод стал играть центральную роль в стратегии Великобритании, Франции, Германии и Японии по сокращению мировых запасов плутония. У THORP были все основания для коммерческого успеха.
Подробности
THORP принадлежит NDA и управляется компанией Sellafield Ltd. Предприятие эксплуатируется с 1997 года и переработало 9,3 тыс. тонн отработавшего ядерного топлива по договорам с 30 клиентами из девяти стран мира, с немаленьким доходом в £9 млрд ($ 11,5 млрд). Последняя партия топлива поступила в переработку 9 ноября 2018 года.
Процесс
THORP начинается с огромного бассейна хранения размером в два футбольных поля. В нем поддерживается постоянная температура — 20 °C. Каждый день в бассейн для поддержания чистоты закачивают 100 тыс. литров деминерализованной воды. В таком бассейне можно хранить до 7,5 тонн топлива для реакторов AGR.

Дальнейших стадий процесса, происходящего в агрессивных и радиоактивных средах, человек не видит, поскольку они автоматизированы и роботизированы.

Когда топливо достаточно охладится, его по каналу перемещают в участок подготовки. На этом участке отходы излучают 280 зиверт — это 60 смертельных доз. Здесь топливные сборки освобождают от конструкционных деталей и оболочек.

Затем топливо растворяют в азотной кислоте. При этом уран переходит в шестивалентное состояние и образует ион уранила, UO₂2+, а плутоний — частично в шести- и четырехвалентное состояние, PuO₂2+ и Pu4+, соответственно. В растворе содержится 96 % урана, 1 % плутония и 3 % прочих высокоактивных отходов.

Эти 3 % попадают в радиоактивный шлам, который не поддается переработке. Его смешивают со стеклом и нагревают до 1200 °C. После охлаждения образуется «кирпич» из стекла, который помещают в герметичный контейнер и увозят на склад, оборудованный воздушным охлаждением. Склад «Селлафилда» вмещает 8 тыс. таких контейнеров. По заключенным с 1976 года иностранным контрактам на переработку ОЯТ контейнеры с отходами переработки зарубежного топлива возвращают в страну происхождения, а в «Селлафилде» хранятся только «свои», британские. Со временем стекло деградирует, и о том, что делать с отходами дальше, идут споры. Скорее всего, эти контейнеры разместят в глубоком геологическом хранилище, которое когда-нибудь все же будет построено.

Однако вернемся к описанию переработки; перейдем собственно к пьюрекс-процессу (от англ. Pu U Recovery EXtraction). Это восстановительная реэкстракция плутония из совместного экстракта с ураном и продуктами деления. Выделенный плутоний можно использовать для производства топлива из смешанных оксидов.

Основной реагент выделения урана и плутония, их разделения и очистки от продуктов деления — трибутилфосфат в инертном разбавителе (например, в керосине). Экстракция ведется в несколько этапов.

На этапе первой экстракции (30 % раствор ТБФ в керосине) в органическую фазу извлекаются U, Pu, Np, актиниды Am, Cm и ряд осколочных элементов (редкоземельные, Ru, Zr, Nb и другие). Затем начинается второй этап, на котором экстракт U и Рu промывают и разделяют селективной реэкстракцией. Оставшийся в органической фазе уран выделяют разбавленным раствором азотной кислоты.

Дальнейшую очистку в THORP проводили раздельно в урановой (в два цикла) и плутониевой (в один цикл) ветвях с помощью повторных циклов экстракции или с привлечением сорбционных процессов. Эта же технология применялась на заводе Вест-Вэлли (США) до его реконструкции.

На выходе пьюрекс-процесса получают уранилнитрат и нитрат плутония. Их затем переводят в порошкообразные UO₃ и PuO₂ и отправляют на хранение до поступления на заводы ядерного топлива или используют для производства новых атомных зарядов — питов.
МОХ-топливо и политика
Повторим: у THORP были все шансы достичь коммерческого успеха. К сожалению, его стратегию подкосила небрежность BNFL с документацией, сказавшаяся и на коммерческих результатах THORP, и на политической ситуации в Германии и Японии, и на атомной отрасли в целом.

В Германии к власти пришла коалиция социал-демократов и «зеленых», проводившая антиядерную политику. В начале 1999 года немецкие политики попытались разорвать контракты с BNFL. Однако разрыв контрактов, по которым за переработку топлива германских АЭС в течение 10 лет BNFL причиталась кругленькая сумма — более £1,2 млрд, обошелся бы слишком дорого, и правительство временно отступило. Однако в течение нескольких последующих лет вопрос о разрыве контрактов дебатировался вновь и вновь.

Ситуация усугубилась, когда компания PreussenElectra была вынуждена закрыть АЭС «Унтервезер» из-за того, что МОХ-топливо, поставленное BNFL в 1997 году, поступило в Германию с фальсифицированными документами. Несмотря на то что топливо почти три года находилось внутри реактора без каких-либо проблем с безопасностью, PreussenElectra под давлением надзорных органов пришлось закрыть реактор.

В Японии же в 1999 году случилась беда: в результате аварии на радиохимическом заводе Токаймура, где гексафторид урана перерабатывали в диоксид урана, погибли два человека. Из-за неосторожности рабочих критическая масса урана в отстойнике была существенно превышена и началась цепная реакция. Аварию удалось быстро локализовать, но общественное мнение, традиционно выступавшее за ядерную энергетику, развернулось на 1800 и стало критиковать ядерную политику правительства.

Японскую программу МОХ приостановили, а затем из Германии пришли вести о фальсифицированных документах на топливо. Проверка показала, что топливные стержни MOX, поставленные для реактора АЭС «Такахама» компании Kansai Electric, тоже поступили с ложными данными! Японское правительство запретило дальнейший импорт МОХ-топлива от BNFL, но было неясно, что делать со стержнями, которые нельзя загружать в реактор. Возвращение топлива в Британию оказалось непростой задачей, так как международное законодательство по нераспространению требовало принятия акта в Конгрессе США, а также одобрения всех наций, чьи воды должно было пересечь судно с топливом — каковое судно, опять же в соответствии с законодательством, требовало вооруженного конвоя…

Как раз в это время на производстве THORP пошли утечки радиоактивных материалов (о них мы расскажем ниже). Из-за них завод не работал первую половину 1998 года, а в декабре снова был остановлен по той же причине. Контракты на переработку 900 тонн топлива, в основном с германских и японских атомных станций, не были выполнены. THORP еще не вышла на уровень безубыточности, а уже столкнулось с угрозой крупных финансовых потерь. Завод по производству МОХ-топлива мощностью 120 тонн в год в первые пять лет своей работы — с 1997 по начало 2003 года — произвел всего 5 тонн.

Ситуация ухудшалась еще и потому, что запасы восстановленного урана в «Селлафилде» росли, а мировые цены на него падали. Поэтому решили ждать восстановления рынка.

Это и другие решения привели к политическому скандалу: государственное предприятие оказалось провальным проектом, а государственные инвестиции — неудачными. Ситуацию могла бы спасти приватизация BNFL, которая принесла бы по меньшей мере £1,5 млрд, но в сложившихся условиях она была невозможна!

Новый исполнительный директор BNFL Норман Эскью поставил себе задачу — достичь такого положения, чтобы правительство смогло продать частным инвесторам 49% BNFL. Переработка — это 25% бизнеса «Селлафилда», убеждал он прессу. Портфель заказов THORP составляет £12 млрд на следующие 16 лет, и он обеспечивает выход на безубыточный уровень. Нельзя ринуться в приватизацию, забыв об уже сделанных инвестициях и потенциальных прибылях. И приватизацию решили отложить до достижения стабильности бизнеса.

Над будущим THORP повис знак вопроса. Вновь зазвучали призывы отказаться от переработки ОЯТ в пользу их хранения, причем только своих отходов, а не прибывших из-за рубежа. Но клиенты уже частично оплатили контракты с THORP на первые 10 лет, и предприятие, хоть и с простоями, продолжило работу.
Из рук в руки
Управление THORP несколько раз переходило от одной организации к другой.

В 2005 году государственная BNFL, изначально управлявшая установкой, была реструктуризирована. Все ее активы, в том числе и THORP, были переданы только что образованному Nuclear Decommissioning Authority (NDA).

В 2008 году заказы на МОХ-топливо передали той части французской Areva, которая прежде называлась COGEMA. Группа Areva тогда же предложила создать общеевропейскую платформу переработки ОЯТ, объединив французские и британские мощности, но британское правительство не согласилось.

В результате в 2008 году управление атомным центром «Селлафилд» — а следовательно, и THORP — передали частному международному консорциуму, состоявшему из американской URS Corp., французской Areva и британской Amec.

В 2015 году британское правительство распустило консорциум. С тех пор за атомный центр «Селлафилд» вновь отвечает государство, а точнее, NDA.
Беда не приходит одна
В августе 2004 года сотрудники THORP (не эксплуатационники, а те, кто сверял количественные данные) обнаружили несоответствие между количеством материалов, поступающих на переработку и выходящих из системы. Стали разбираться, и 19 апреля 2005 года обнаружилась утечка из трещины в трубопроводе ввиду износа металла. За 8 месяцев около 83 000 литров растворенного ядерного топлива — 19 тонн урана и 160 кг плутония, растворенного в азотной кислоте, — ушло через эту трещину из цистерны с раствором ОЯТ в резервуар хранения. Утечки в окружающую среду не было, и никто не пострадал, но факты оставались фактами: трещина была результатом проектной ошибки, и высокоактивная жидкость ушла во вторичную защитную оболочку, где ее не должно было быть.

Инциденту присвоили третью категорию по Международной шкале ядерных событий, Sellafield Limited оштрафовали на £500 тыс. за нарушение закона о безопасности и гигиене труда и приступили к ремонту трубопровода. Возобновление работы THORP несколько раз переносили из-за непредвиденно большого объема работ по очистке и восстановлению ячеек для хранения топлива. Каждый этап работ требовал получения разрешений, и ничего удивительного, что ремонт занял около двух лет.

Наконец в январе 2007 года было получено разрешение на перезапуск THORP. Однако BNFL сообщила о необходимости завершить проверки испарителя, «поэтому пуска не стоит ждать до середины года». Тем временем был опубликован отчет государственной комиссии о проверках на атомном комплексе «Селлафилд». В отчете сообщалось, что сотрудники пренебрегают инструкциями по технике безопасности, игнорируют сигналы систем безопасности, а часть оборудования этих систем повреждена… Оживились защитники окружающей среды, требующие закрытия THORP.

Поэтапный запуск THORP начался лишь в июле 2007 года и продолжался до марта 2008 года. В январе 2008 года началась новая кампания, в ходе которой планировалось переработать 100 тонн ОЯТ. Обрыв кабелей прервал работу на несколько недель. В NDA нервничали: для этой переживающей финансовый кризис структуры THORP стал чем-то вроде спасательного круга, поскольку обеспечивал немалые доходы. Простой перерабатывающего завода означал нехватку в бюджете £560 млн, которые требовались NDA для выполнения программы закрытия реакторов Magnox на юге страны. Теперь же эти работы пришлось отложить. Правительство неустанно критиковали и оппозиция, и защитники окружающей среды, настаивающие на закрытии THORP.
Закрытие
Ожидалось, что THORP выполнит все контракты по переработке к 2010 году. Однако этому помешали эксплуатационные затруднения как на THORP, так и на других, вспомогательных, участках производства.

В мае 2010 года было заключено соглашение о поставках МОХ-топлива с японскими клиентами, и завод решили модернизировать. Для этого в июле 2010 года Areva заказали проект и изготовление новой производственной линии.

Тем временем в связи с решением строить новый завод переработки ОЯТ началось подведение итогов работы THORP. Они были неутешительны: завод по проекту должен был перерабатывать 1200 тонн в год, но этот показатель снизился до 40 тонн в год. Особенно неудачным был 2009 год, когда переработали всего 8 тонн. Ошибки и неудачи с THORP решено было учесть в проекте нового завода с использованием новых технологий. Авария на японской АЭС «Фукусима‑1», казалось, вынудит NDA принять решение о закрытии завода, но вместо этого в августе 2011 года постановили закрыть его, «как только появится практическая возможность», что следовало читать: «когда-нибудь потом». Даже при малой производительности, простоях и неурядицах контракты на переработку ОЯТ оказались рентабельными, а сам завод — экономически жизнеспособным!

Поэтому в 2012 году сроком закрытия THORP был назван 2018 год — год исполнения всех ранее заключенных контрактов. В решении отмечалось, что на рынке переработки ОЯТ произошел сдвиг и что большинство стран теперь предпочитают не возить опасные отходы, а хранить их у себя.

9 ноября 2018 года в переработку ушла последняя партия ОЯТ.

По плану очистка предприятия должна начаться сразу после его закрытия. Вначале с объекта удалят все радиоактивные и даже неактивные материалы. Затем последует демонтаж оборудования и так далее, вплоть до рекультивации участка. Правда, бассейн хранения THORP будет получать и хранить топливо из действующих реакторов Великобритании до 2070-х годов.
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ #9_2018