Konwersja paliwa jądrowego w reaktorze Maria

fot. NCBJ

W badawczym reaktorze jądrowym „Maria” w Narodowym Centrum Badań Jądrowych w Świerku (NCBJ) rozpoczął się proces przechodzenia na paliwo niskowzbogacone. Konwersja dokonywana pod okiem specjalistów amerykańskich jest elementem międzynarodowego programu zmierzającego do ograniczenia zagrożeń terrorystycznych.  

Po wieloletnich przygotowaniach w polskim badawczym reaktorze jądrowym „Maria” rozpoczęto proces konwersji paliwa. Dotychczasowe paliwo zawierające 36% uranu 235 będzie stopniowo zamieniane na niskowzbogacone paliwo zawierające poniżej 20% tego izotopu. W poniedziałek 24 września, w Świerku pod Otwockiem załadowano pierwszy element paliwa nowego typu do rdzenia reaktora. Po kilku godzinach oczekiwań reaktor uzyskał pełną moc.

 – Uzyskanie pełnej mocy reaktora z nowym elementem paliwa w środku było dla nas pierwszą oznaką sukcesu procesu konwersji. W miarę wypalania dotychczasowych elementów paliwowych będziemy wymieniać je już na te nowego typu. Szacujemy, że cały proces zakończymy w niecałe dwa lata – wyjaśnia mgr inż. Grzegorz Krzysztoszek, dyrektor Departamentu Energii Jądrowej NCBJ.

Dzięki rozpoczęciu pracy z niskowzbogaconym paliwem, zgodnie z umowami pomiędzy polskim i amerykańskim rządem, zapewniona będzie ciągłość dostaw paliwa na kolejne lata.

 – Pomimo zmiany rodzaju paliwa Maria będzie bez zakłóceń produkowała izotopy promieniotwórcze wykorzystywane w medycynie i w przemyśle. Będą też realizowane projekty badawcze, które m.in. mają wspierać polski program energetyki jądrowej – dodaje dyrektor Krzysztoszek.

Polski reaktor „Maria” zaprojektowany pierwotnie do pracy z paliwem o zawartości uranu 80%, już po raz drugi w historii przechodzi proces konwersji paliwa. W latach 1999-2003 wysokowzbogacone paliwo zastąpiono paliwem 36%. Cały proces został przygotowany i przeprowadzony przez naukowców i inżynierów ze Świerka. W roku 2004 rząd polski podjął decyzję o drugiej konwersji, przystępując do międzynarodowego programu GTRI (Global Threat Reduction Initiative).

Przed naukowcami z NCBJ postawiono zadanie zamiany paliwa jądrowego na niskowzbogacone, o zawartości uranu poniżej 20%. W wyniku tej operacji muszą być zachowane dotychczasowe parametry eksploatacyjne i wydajność reaktora przy jednoczesnym spełnieniu surowych wymogów bezpieczeństwa.

Ze względu na znaczące różnice w parametrach fizycznych pomiędzy dotychczas stosowanymi (wysokowzbogaconymi) i nowymi (niskowzbogaconymi) elementami paliwowymi, konwersja jest bardzo skomplikowanym przedsięwzięciem. Zmiana zawartości uranu i jego wzbogacenia, a także do pewnego stopnia konstrukcji paliwa powoduje zmianę parametrów fizycznych rdzenia reaktora takich jak np. efektywny czas życia generacji neutronów i efektywny udział neutronów opóźnionych.

Zmieniają się również współczynniki temperaturowych reaktywności niezwykle istotne dla stabilności pracy reaktora. Dlatego operację poprzedziły szczegółowe analizy i symulacje. Wszystkie obliczenia specjaliści NCBJ wykonali równolegle z ekspertami z Argonne National Laboratory (USA) za pomocą tych samych kodów. Po ich zakończeniu przystąpiono w 2009 r. do testowania nowych, francuskich, niskowzbogaconych elementów paliwowych. Dwa z nich umieszczono wśród dotychczas stosowanych w centralnej strefie rdzenia aby uzyskać wysoki poziom wypalenia.

Na podstawie wyników przeprowadzonych pomiarów okazało się, że konieczne jest wprowadzenie zmian w systemie chłodzenia reaktora. Choć przetestowanie dwóch elementów było możliwe z dotychczasowym układem pomp, to umożliwienie pracy reaktora na całkowicie nowym paliwie wymaga modernizacji układu pompowego w obiegu kanałów paliwowych. Rozpocznie się ona już w najbliższych miesiącach.

W wyniku konwersji z polskiego reaktora usunięte zostanie prawie 90 kg wysokowzbogaconego paliwa jądrowego (27 kg świeżego oraz 61,9 kg już wypalonego). Dzięki globalnej inicjatywie GTRI usunięto już 3450 kg wysokowzbogaconego uranu i plutonu z reaktorów badawczych na całym świecie. Polskie doświadczenia w konwersji paliwa będą omawiane na międzynarodowej konferencji ekspertów energetyki jądrowej odbywającej się w pierwszej połowie października w Warszawie.

Źródło: NCBJ