Великобритания перезапустила установку по дезактивации трития в Кулэме — стоимость утилизации материалов может снизиться в десять раз

Репортаж от Wedoany，Управление по атомной энергии Великобритании (UKAEA) завершило испытания по удалению трития из материалов, полученных при выводе из эксплуатации европейского токамака Joint European Torus (JET), на установке дезактивации материалов (MDF) в Кулэме. После обработки такие материалы, как вольфрам, бериллий, сплавы инконель, сталь, медь и углеродные композитные волокна, могут быть переведены из категории среднеактивных отходов в категорию низкоактивных, что позволит снизить стоимость утилизации до десяти раз.

В ходе дейтерий-тритиевых экспериментов в последние три года плазменных операций JET остаточный тритий накапливался в стенках токамака и внутренних компонентах, что свидетельствует о проникновении этого изотопа в материалы во время мощных термоядерных операций. Общее количество трития, удерживаемого в материалах, и доля, которую можно удалить термической обработкой, являются ключевой основой для разработки стратегии обращения с отходами в рамках программы вывода из эксплуатации и повторного использования JET (JDR).

Команда по обращению с отходами UKAEA может снизить стоимость утилизации указанных материалов за счёт извлечения трития. Материалы, изначально классифицированные как среднеактивные отходы при демонтаже JET, после удаления трития переводятся в категорию низкоактивных отходов, что позволяет снизить затраты на утилизацию до десяти раз; часть из них даже может быть повторно использована в будущих термоядерных или делящихся установках.

В ходе испытаний плитки и компоненты, снятые с JET в конце 2024 года, обрабатывались без предварительной разборки, а смешанные потоки материалов также поступали в процесс одновременно, что имитировало реальные условия работы промышленной установки.

Для удаления удерживаемого трития материалы в печи MDF нагревались до высоких температур в контролируемых условиях со строгим подавлением окисления. Снижение окисления способствует повышению эффективности процесса, уменьшению объёма технического обслуживания и обеспечению безопасности и эффективности. Образовавшийся тритий покидает печь с технологическим газовым потоком, преобразуется в тритированную воду с помощью катализатора и улавливается централизованно. После охлаждения печи извлечённые продукты термической обработки подвергаются разрушающему анализу проб.

В дополнение к термической обработке анализируются также образцы граммового масштаба с JET для определения концентрации других радионуклидов и количественной оценки остаточного трития в обработанных материалах.

Ксавье Лефевр, руководитель направления по обращению с отходами проекта JDR, отметил, что успешная обработка этих образцов предоставила команде ранее недоступные доказательства, позволяющие более надёжно понять свойства материалов JET и долгосрочные задачи по их управлению. Эти знания могут кардинально повлиять на стратегию обращения с отходами JDR, снизить неопределённость, сделать решения по обработке отходов, упаковке, маршрутам утилизации и планированию вывода из эксплуатации более обоснованными, а также способствовать формированию более сбалансированных решений в области управления отходами и углублению понимания долгосрочных обязательств. Он добавил, что это пример сочетания инноваций, научных амбиций и операционной практики, который приносит пользу как текущему проекту, так и накапливает опыт для будущего вывода из эксплуатации термоядерных установок.

В UKAEA заявили, что MDF будет удалять удерживаемый тритий из материалов, сокращая объём высокоактивных отходов, требующих специализированного управления на площадке. Помимо обработки собственных накопленных отходов, установка также открыта для компаний и организаций, занимающихся передовыми исследованиями в области обращения с отходами и материалами.

JET — это токамак-установка, в которой в вакуумной камере в форме пончика газообразное водородное топливо превращается в плазму при экстремально высоких температурах и давлениях, а заряженные частицы формируются и удерживаются внешними магнитными катушками, предотвращая контакт со стенками. JET — единственный токамак, способный работать на тритиевом топливе, и важная исследовательская установка для международного проекта Международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР), строящегося на юге Франции. Установка была совместно построена и использовалась европейскими исследователями, в настоящее время принадлежит UKAEA, которое также отвечало за неё на завершающем этапе эксплуатации; учёные из 28 европейских стран под координацией консорциума EUROfusion используют её для изучения потенциала безуглеродной термоядерной энергии. В 1997 году на токамаке был проведён первый дейтерий-тритиевый эксперимент.

Последний раунд экспериментов JET с использованием дейтериевого и тритиевого топлива продолжался семь недель с августа по октябрь 2023 года, а после последнего импульса в декабре того же года установка была выведена из эксплуатации. Энергия, выработанная в этом раунде термоядерных экспериментов, стала рекордной, превысив показатель 2021 года. В рамках программы JDR UKAEA осуществляет ранний вывод из эксплуатации и повторное использование JET; работы, как ожидается, продлятся примерно до 2040 года, и в этот период установка также послужит платформой для разработки будущих термоядерных технологий и подготовки кадров.