Aktiválódás-számítások a Paksi Atomerőmű leszerelési tervéhez
Mi aktiválódik? Vízszintes metszet (részlet)
Reaktor-berendezések (acél szerkezeti elemek I.)
Reaktor-berendezések (acél szerkezeti elemek II.)
Reaktor-berendezések (acél szerkezeti elemek III.)
A - A függőleges metszet
szárazvédelmi rendszer
B
pihentető medence
782
B 730
C
C
600
aktív zóna
530
530
432
+6 m-es födém
+6 m-es födém
590 575
reaktortartály külső felülete
395 311 237
reaktortengely
Beton védelem
380
530 590
reaktortengelytől mért távolság, cm
aktív zóna
bóros száraz keverék
szerpentines könnyűbeton
szerpentines nehézbeton
normálbeton
233 237
782
255
305
aktív zóna tengelyétől mért távolság, cm
770 1
727 2
bóros száraz keverék
szerpentines vassörétes nehézbeton
tartódobozok fala, 2 cm vas
667 2
z = 0 szinttől mért távolság, cm
Száraz védelmi rendszer
195
432
ionizációs kamrák védőcsöve
szerpentines könnyűbeton
Számítási modell védőcsőblokk felső rácslemez
melegági csonkok
bóros száraz keverék szerpentines nehézbeton
hajtások védőcsövei
védőcsőblokk felső rácslemez
akna
melegági csonkok
hidegági csonkok
hajtások védőcsövei
bóros száraz keverék
szerpentines könnyűbeton
reaktortartály akna zónakosár
hidegági csonkok
védőcsőblokk alsó rácslemez
akna
szerpentines nehézbeton
hővédelem
kosár alsó rácslemez fékezőcsőblokk felső rácslemez
szerpentines könnyűbeton reaktortartály akna
zónakosár hengerpalástja
fékezőcsőblokk alsó rácslemez
perforált elliptikus fenék
fékezőcsőblokk felső rácslemez fékezőcsövek/ védőcsövek
fékezőcsövek és védőcsövek vasbeton
védőcsőblokk alsó rácslemez
fékezőcsőblokk hengerpalástja kavicsbeton
fékezőcsőblokk alsó rácslemez
perforált elliptikus fenék
Irodalomból (Jaeger, 1975):
A szerpentinites beton összetétele • Nehézségek az adatok összegyűjtésében • Csak a szárazvédelem fő kémiai alkotói voltak ismertek (minta nem maradt) • Normálbeton mintákat XRF és NAA technikákkal elemeztünk • Feltételeztük, hogy a normálbeton és a szerpentinites beton nyomelemtartalma megegyezik (mindkettőhöz beremendi cementet használtak)
Arány (tömeg%) Szerpentinit (ásvány)
Szerpentinites beton
O
50,1
51,2
Mg
24,2
13,5
Si
18,3
20,9
Fe
4,4
3,1
H
1,4
1,6
Al
0,7
1,9
Ca
0,3
6,8
Ni
0,2
0,1
Cr
0,2
0,1
K
0,1
0,4
Na
< 0,1
0,4
Ti
< 0,1
nyomokban
Cl
< 0,1
nyomokban
P
nyomokban
nyomokban
Zr
nyomokban
nyomokban
Mn
nyomokban
nyomokban
C
–
Elem
0,1
A szerpentinites beton összetétele
A szerpentinites betonhoz adott nyomelemek (az NTI saját mérései szerint): Elem
Arány (tömeg%)
Elem
Arány (tömeg%)
Na
0,079
Hf
0,0000797
Ti
0,039
Sm
0,0000739
Mn
0,008
U
0,0000658
Ba
0,0068
Cs
0,000053
Zn
0,00118
Yb
0,000031
V
0,000912
Sb
0,00002
Cr
0,000878
Eu
0,0000162
Ce
0,000866
Lu
0,00000427
Rb
0,00078
La
0,000416
Al
0,751
As
0,00035
Fe
0,36
Co
0,000152
S
0,12
Th
0,000117
Sc
0,00009
Össz. 0,14
Az aktiválódás-számítások fő lépései Két számítási lépés: 1) A neutronfluxus térbeli eloszlásának számítása 2) A magátalakulások számítása Szükséges adatok:: 1) Geometrical and material composition data of the reactor and shielding structures (used for the neutron flux calculation) 2) Detailed composition data (including concentrations of trace elements) (used for the isotope transmutation and decay calculation) 3) Power history of the reactor
Aktiválódás-számítás • A geometria felosztása régiókra • Hulladékosztály-mutató: k
H AK i MEAK i i 1
ahol AKi az i-dik izotóp aktivitás-koncentrációja és MEAKi az i-dik izotóp mentességi aktivitáskoncentrációja • Ha – H < 1, a hulladék mentesíthető – 1 < H < 103, a hulladék kis aktivitású – 103 < H < 106, a hulladék közepes aktivitású – 106 < H, a hulladék nagy aktivitású
A 2D TORT számítások eredménye a termikus (En < 0,5 eV) neutronfluxus r-z eloszlása 800
700
1E13 1E12
1E11 600
1E10 1E9
Magasság (cm)
1E8
500
1E7 1E6 1E5
400
1E4 1E3
1E2 300
1E1 1E0 1E-1
200
1E-2
100
0
100
200
300
400
500
Aktív zóna tengelyétõl mért távolság (cm)
A 2D TORT számítások eredménye a gyorsneutron-fluxus (1 MeV < En) r-z eloszlása 800
700
1E13 1E12 1E11 1E10 1E9 1E8 1E7 1E6 1E5 1E4 1E3 1E2 1E1 1E0 1E-1 1E-2 1E-3 1E-4 1E-5 1E-6 1E-7
Magasság (cm)
600
500
400
300
200
100
0
100 200 300 400 500 Aktív zóna tengelyétõl mért távolság (cm)
Az acélszerkezetek aktivitása • Az acél szerkezetek összaktivitása 30, 40 vagy 50 év üzemidő után a leállás pillanatában 1,4 ∙ 1017 Bq / reaktor • 1 hónap után: 1 ∙ 1017 Bq / reaktor • 1 nagyságrend csökkenés 10 év alatt • 2 nagyságrend csökkenés 200 év alatt • Radioaktív hulladékként kezelendő mintegy 240 tonna (kb. 30 m3) acél / reaktor
Az acélszerkezetek aktivitása 1E+17
1E+16
Teljes aktivitás (Bq)
1E+15
1E+14
1E+13
1E+12
Összes acélberendezés, 30 év Összes acélberendezés, 40 év Összes acélberendezés, 50 év Összes beton, 30 év Összes beton, 40 év Összes beton, 50 év
1E+11
1E+10 0.1
1
10
100
Végleges leállítás óta eltelt idő (év)
1000
10000
Az acélszerkezetek izotópösszetételének változása • Az acél alkatrészek összaktivitását kezdetben a 55Fe (T1/2=2,7 év) és a 60Co (T1/2=5,3 év) , később a 63Ni (T1/2=100 év) és a 59Ni (T1/2=75000 év) izotópok határozzák meg • A szerkezeti elemek hulladékosztályi besorolását a leállítást követő 5 év és 70 év között egyértelműen a 60Co határozza meg (több mint 95%-os részesedéssel)
Az acélszerkezetek izotóp-összetételének változása 1E+17 1E+16 C-14 Cr-51 Mn-54 Fe-55 Fe-59 Co-58 Co-60 Ni-59 Ni-63 Nb-93m Mo-93 Összes
Teljes aktivitás (Bq)
1E+15 1E+14 1E+13 1E+12 1E+11 1E+10 1E+09 0.1
1
10
100
Végleges leállítás óta eltelt idő (év)
1000
10000
Acél régiók hulladékosztály-mutatója
Az acéltérfogat százalékos megoszlása a hulladékosztályok között Mentesíthető
Kis aktivitású
Közepes aktivitású
Nagy aktivitású
100% 90%
70% 60% 50% 40% 30% 20% 10%
5000
2000
1000
10000
Végleges leállítás óta eltelt idő (év)
500
200
100
70
50
30
20
10
5
2
1
0.5
0.25
0.083
0%
0
Százalékos megoszlás
80%
A betonszerkezetek aktivitása • A betonszerkezetek összaktivitása 30, 40 vagy 50 év üzemidő után a leállás pillanatában 7 ∙ 1013 Bq / blokk • 1 hónap után: 4 ∙ 1013 Bq / blokk • 1 nagyságrend csökkenés 8 év alatt • 2,5 nagyságrend csökkenés 100 év alatt • Radioaktív hulladékként kezelendő mintegy 550 tonna (kb. 250 m3) beton / blokk
A betonszerkezetek izotóp-összetételének változása 1E+14
Teljes aktivitás (Bq)
1E+13 C-14 Mn-54 Fe-55 Co-60 Ca-41 Ca-45 Eu-152 Eu-154 Sm-151 Cs-134 Összes
1E+12
1E+11
1E+10
1E+09
1E+08 0.1
1
10
100
Végleges leállítás óta eltelt idő (év)
1000
10000
A betontérfogat százalékos megoszlása a hulladékosztályok között Mentesíthető
Kis aktivitású
Közepes aktivitású
Nagy aktivitású
100% 90%
70% 60% 50% 40% 30% 20% 10%
5000
2000
1000
10000
Végleges leállítás óta eltelt idő (év)
500
200
100
70
50
30
20
10
5
2
1
0.5
0.25
0.083
0%
0
Százalékos megoszlás
80%
Az összetételre vonatkozó érzékenység-vizsgálatok • A 0,14 tömeg%-ot kitevő nyomelemek a végleges leállítás után 10 évvel az összaktivitás 70%-áért, a hulladékosztály-mutató több mint 95%-áért felelősek, elsősorban a 60Co és az 152Eu (T1/2=13,6 év) miatt.
