НАУЧНО ОСИГУРЯВАНЕ НА ЯДРЕНИТЕ ГОРИВНИ ЦИКЛИ
Ядреното гориво обуславя фундаменталната разлика между ядрената и конвенционалната енергетика. Високата енергийна плътност и практическата климатична неутралност на процесите на ядрено делене като източник на енергия превръщат ядреното гориво в основен инструмент за справяне с предизвикателствата на изменението на климата. От друга страна, такъв мащабен източник на енергия поставя редица предизвикателства пред неговото използване от гледна точка на безопасността и ефективността. Такива са надеждното транспортиране на ядреното гориво, ефикасното използване на генерираната енергия и устойчивото и безопасно управление след завършване на неговата експлоатация в активната зона на енергийните ядрени реактори. В отговор на тези предизвикателства следва да се извършват редица научни и научно-приложни изследвания. Резултатите от тези изследвания могат да доведат до подобряване на ефективността на използване на ядреното гориво, повишаване на безопасността при транспорт, експлоатация и управление на високоактивните отпадъци, нови подходи за съхранение, обработка и утилизация на отработеното ядрено гориво. Поради това дейностите в Работен пакет 2 са насочени към създаване на нови знания и умения, свързани с безопасността на ядреното гориво в етапите от ядрено-горивния цикъл, приложими в Република България: транспорт, експлоатация, отлежаване, съхранение и утилизация. Постигнатите резултати ще повишат научно-техническия капацитет на страната в управлението на ядреното гориво, ще подпомогнат държавата и бизнеса в намиране на устойчиви решения в тази област, и ще подобрят общественото приемане на ядрената енергетика като основен инструмент за устойчив преход към нискоемисионна енергетика. Ще бъде обоснована научна изследователска база като част от националната база от различни режими, като ще се включат източниците на неопределеностите и тяхното възможно разпространение по време на изчисленията.
Ще бъде направен опит да се събере достъпния национален експлоатационен опит натрупан в използването на водо-водни ядрени реактори, като се набляга на приложните резултати. Също така ще се съберат и категоризират за ефективен достъп експериментални данни и тестови/benchmark проблеми за водо-водните реактори от тип ВВЕР (ВВЕР–1000) или PWR (AP-1000) от различни обществено достъпни източници като Международна агенция по атомна енергия (IAEA) и Агенция по ядрена енергия (NEA) към Организацията за икономическо сътрудничество и развитие (OECD).
Допълнително, в проекта се предвижда участие в анализирането и последващото разработване на предложения за нормативни документи, свързани с малките модулни реактори от четвърто поколение (Gen4).
Работни задачи
Ефективното и безопасно използване на ядреното гориво е от ключова важност за устойчивата експлоатация на ядрената енергетика. Повишените изисквания за производство на електричество от ядрена енергия, заложени в Стратегията за устойчиво енергийно развитие на Република България до 2030 година, с хоризонт до 2050 година, налагат не само строителството на нови ядрени централи, но и повишаване на тяхната ефективност чрез повишени дълбочини на изгаряне на ядрените горива в ядрените реактори и нови видове ядрени горива, устойчиви на енергоинтензивна експлоатация. В рамките на Задача 2.1. ще бъдат извършени анализи на поведението на съвременните и намиращите се в процес на разработка горива при транспортиране, нормална и аварийна работа в активната зона на настоящите и бъдещите български ядрени енергийни реактори, и при последващото им отлежаване в басейните за отработено ядрено гориво (ОЯГ). Ще бъдат получени резултати за поведението на ядреното гориво в различните режими и ще бъдат оценени критичните експлоатационни параметри, влияещи върху неговото състояние. Използваните изследователски методики ще послужат като основа за повишаване на квалификацията и увереността на ядрените специалисти в условията на диверсификация на доставките на ядрено гориво за съществуващите и бъдещите ядрени мощности на страната, както и за очакваното общоевропейско преминаване към използване на новите ядрени горива с повишена устойчивост при аварийни условия.
В процеса на работа ще бъдат използвани съвременни и преимуществено разработени в Европейския съюз термомеханични и реакторно-физични софтуерни продукти за осъществяване на научните изследвания и технологичните разработки по разглежданите задачи, като TRANSURANUS, SERPENT, COMSOL и др.
Водещ изследовател: доц. д-р Младен Раденков Митев
Основното предизвикателство пред ядрената енергетика е намирането на дългосрочни решения за устойчивото управление на силно радиоактивното отработено ядрено гориво. Заложеният към момента в Актуализирана стратегия за управление на отработеното ядрено гориво и на радиоактивните отпадъци до 2030 г. период на временно контролирано съхраняване налага да се търсят нови данни и технически решения, които по съществен начин да променят методите на управление на генерираните по време на работа в ядреното гориво силно радиоактивни изотопи. В рамките на Задача 2.2. ще бъдат извършени анализи на поведението на горивото при сухо и мокро съхранение, както и възможните начини за утилизация на високоактивните и дългоживущи изотопи в отработените ядрени горива. Ще бъдат получени резултати за дълготрайността на топлоотделящите елементи в условията на дългосрочно съхранение на ОЯГ на площадките на ядрените ни електроцентрали. Ще бъдат извършени прецизни спектрометрични измервания на изотопния състав на отработеното ядрено гориво, ще бъдат предложени и изследвани подходи за намаляване на радиоактивността на отработеното ядрено гориво, приложими в Република България или в рамките на Европейското партньорство. Разработените методики ще позволят на ядрените специалисти да управляват устойчиво отработеното ядрено гориво в условията на преход към нисковъглеродна енергетика, а постигнатите резултати ще повлияят благотворно на общественото приемане на ядрената енергетика не само като нискоемисионен, но и като чист източник на електроенергия.
В процеса на работа ще бъдат използвани съвременни и преимуществено разработени в Европейския съюз термомеханични и реакторно-физични софтуерни продукти за осъществяване на научните изследвания и технологичните разработки по разглежданите задачи, като TRANSURANUS, SERPENT, COMSOL и др.
Водещ изследовател: доц. д-р инж. Калин Боянов Филипов
Удължения срок на експлоатация на българските ядрени реактори ще доведе до натрупването на допълнителни количества отработено ядрено гориво, които трябва да бъдат временно съхранявани преди извозването за преработване от доставчика на свежо ядрено гориво или друг производител или до момента на окончателното им погребване, ако в страната ни бъде приета такава стратегия и бъде изградена съответната инфраструктура. При всички положения ще бъде наложително реализирането на оптимизирани схеми за съхранение на горивото в наличните хранилища с хоризонт от поне още 50 години. В рамките на задача 2.3. ще бъдат извършени топлофизични и термохидравлични анализи на хранилищата за съхранение на отработено ядрено гориво в условия на повишен брой горивни касети с по-голяма от средната до момента дълбочина на изгаряне, което е характерно за съвременните отработени ядрени горива. Ще бъдат изследвани възможностите за уплътняване на съхраняваното отработено ядрено гориво чрез прилагане на нови схеми на подреждане на горивото в хранилищата при запазване на допустимата подкритичност и съответно гарантиране на ядрената безопасност и радиационна защита при всички възможни експлоатационни състояния. Ще бъдат определени условията за осигуряване на надеждното топлоотвеждане на остатъчното енергоотделяне и при необходимост ще бъдат предложени реконструкции на системата за отвеждане на топлина от съхраняваното гориво. В резултат ще бъде получено ново знание, което може да бъде трансферирано към индустрията за подобряване на националните възможности за съхранение на отработено ядрено гориво.
В процеса на работа ще бъдат използвани съвременни и преимуществено разработени в Европейския съюз топлофизични и термохидравлични програми за осъществяване на научните изследвания и технологичните разработки по разглежданите задачи, като ATHLET, COMSOL, ANSYS и др.
Водещ изследовател: доц. д-р инж. Елица Емилова Гиева
Разширяването на възможностите за производство и приложение на изотопни ядрени батерии би могло да допринесе значително за постигането на енергийна независимост и устойчиво развитие. Ядрените батерии предлагат осигуряване на дългосрочни, постоянни и независими източници на енергия, които могат да заменят традиционните въглеводородни източници и да намалят зависимостта от природни ресурси.
Въпреки, че различни типове ядрени батерии са познати и използвани отдавна, тяхното приложение към момента е ограничено основно до областта на космическата индустрия, като са изучавани и възможности за употреба в малки преносими устройства, включително и за целите на медицината. Изследването на нови типове ядрени батерии ще даде възможност за създаване на по-ефективни и безопасни технологични решения, които да бъдат приложени в различни сектори на индустрията, включително за задвижване на транспортни средства, захранване на медицински устройства и за осигуряване на енергия в отдалечени райони.
Акцентът в научните задачи ще бъде главно върху изследването на потенциала на различни изотопи, които могат да бъдат получени при работата на ядрените реактори или да бъдат извлечени от отработените ядрените горива при различни конфигурации на ядрените горивни цикли, което ще окаже позитивно въздействие не само върху осигуряването на дълговременни независими енергийни източници, но и върху устойчивото развитие на ядрената енергетика чрез утилизиране на конкретни изотопи от състава на отработените ядрени горива.
Водещ изследовател: д-р инж. Светлин Филипов