Obsah

1. Experimentální technologická linka pro výzkum, vývoj a testování solidifikace kapalných radioaktivních odpadů s cílem minimalizace objemu • Ing. Jana Dymáčková • dym@cvrez.cz • Centrum výzkumu Řež s.r.o

2. Obsah Radioaktivní odpady a solidifikační technologie Projekt SUSEN Experimentální technologická linka RAO (ETL)

3. Radioaktivní odpady Produkce radioaktivních odpadů Jaderné elektrárny Průmyslová výroba Zdravotnictví Výzkum Nakládání s radioaktivními odpady se řídí zákonem č. 18/1997 Sb Celkový konečný objem pevných radioaktivních odpadů (zpevněných kapalných, pevných slisovaných nebo nestlačitelných) by neměl být větší než 50 m3 na 1 000 MWe za rok normálního provozu elektrárny

4. Radioaktivní odpady EDU 4x VVER 440 s tlakovodními reaktory typu V V213 – výkon 510MWe ETE 2x VVER-1000 s tlakovodními reaktory typu V320 – výkon 1055 MWe Zdroje radioaktivních odpadů - Štěpné a aktivační radionuklidy – primárný okruh - Kontaminované plynné a kapalné média a pevné materiály - Potenciálně radioaktivní vody - Kaly ze sedimentačních nádrží a přesycené ionexy

5. Solidifikační technologie Bitumenace imobilizace kapalných radioaktivních koncentrátů dobrá vyluhovatelnost (při obsahu 30 – 40% solnosti koncentrátů) nízká pevnost v tlaku a riziko samovolného vznícení v případě, že jsou v odpadu přítomny oxidační látky, matrice vylučují emise obsahující heterocyklické a polycyklické aromatické uhlovodíky, což jsou karcinogenní prvky Vitrifikace imobilizace zbytků z přepracování vyhořelého paliva imobilizace nízko a středně aktivních radioaktivních odpadů nízká hodnota vyluhovatelnosti a výrazná redukce objemu výsledných produktů jsou vysoké náklady pro optimalizaci procesu, energetická náročnost, a vznik toxických či radioaktivních plynů, které musí postoupit další čištění

6. Solidifikační technologie Cementace vhodná pro fixaci pevných odpadů a práškových materiálů např. popílků ze spalování kontaminovaných pevných materiálů a drobných pevných nespalitelných materiálů nenáročnou na technologické vybavení a vlastní provoz, nejpoužívanější fixační metoda kompatibilita s odpadem zvyšuje objem výsledného produktu, při vysokém naplnění produktu solemi (45 %) je získaný produkt nekvalitní a nestálý (nízká pevnost a odolnost), přítomnost boritanových iontů retardujících proces tuhnutí cementového produktu mohou při vysoké koncentraci vést až k trvalé plasticitě cementového produktu , limitující je také obsah organických látek obsažených v cementové směsi, loužitelnost kontaminantů je závislá na obsahu naplnění, poměru vody k cementu a dalších faktorech, voda může do cementu pronikat a kontaminanty, které jsou cementem pouze obklopeny při kontaktu s vodou můžou difundovat do okolního prostředí výzkum a vývoj se zaměřuje na zlepšování vlastností matric na bázi cementů přídavkem např. alkalicky aktivovaných směsí (alkalických popílků), strusky, kaolinických látek a fosfátů.

7. Solidifikační technologie Fixace do geoplymerů imobilizace kapalných a semikapalních radioaktivních koncentrátů, technologie zpracování stejná jako cementace vysoká mechanická pevnost, vysoká hydrolytická odolnost, odolnost proti vlivům geologického prostředí, tepelná stabilita až do 1400°C, vysoká záchytná schopnost pro kationy těžkých kovů a radionuklidů, solidifikace kalů pomocí geopolymerní matrice byly vykázány vnikající výsledky (60% obj. odpadu ve fixované matrici, nízká vyluhovatelnost a hodnota pevnosti v tlaku výsledné matrice až 18 MPa ) solidifikace ionexů ukázala výrazné problémy týkající se výsledné stability materiálů ve vodě při testech vyluhovatelnosti, Fixace do syntetických organických polymerů nízká hodnota vyluhovatelnosti, solidifikace může probíhat při okolní teplotě, vhodnost pro imobilizaci vysušených odpadů (70% obj odpadu ve fixované matrici) dosud není vhodný a ověřený způsob fixace odpadů s vyšší vlhkostí (max. 5%) a kapalných koncentrátů

8. Výzkum a vývoj nových materiálů a principů pro efektivnější a bezpečnější ukládání RAO Vývoj pokročilých technologií a technologických postupů pro zneškodňování RAO a minimalizaci jejich objemu Vývoj nových technologií palivového cyklu jaderných reaktorů nových generací založených na fluoridových technologiích Struktura projektu SUSEN a JPC program Vytvoření vědecko-technické základny pro podporu výstavby hlubinného úložiště v ČR Vývoj nových metod detekce velmi nízkých aktivit dlouhodobých radionuklidů ve velmi malých objemech vzorků Získání souboru poznatků o chování Coria pro účely zvýšení bezpečnosti jaderných reaktorů v post-havarijních stavech

9. Vývoj pokročilých technologií a technologických postupů pro zneškodňování RAO a minimalizaci jejich objemu Laboratoř pro nakládání s odpady Experimentální technologická linka RAO (ETL) Technologie MSO Technologie Studený Kelímek Průběh projektu SUSEN 12/2013 -12/2020: VV výstupy a prokázání udržitelnosti 12/2011: schválení 09/2015: ukončení výstavby 09/2015: ukončení výstavby

10. Experimentální technologická linka RAO (ETL) Technologická linka bude sloužit pro výzkum, vývoj a testování v oblasti solidifikace kapalných a semi- kapalných radioaktivních odpadů s cílem minimalizace výsledných objemů odpadů. Vzhledem k výborným výsledkům z hlediska minimalizace výsledných objemů budou primárně studovány geopolymerní a polysiloxanové matrice. Studium se zaměří na samotné metody fixace a zároveň na formy odpadů vstupujících do procesu solidifikace (zejména formy koncentrátů z odparek) a procesy probíhající v jednotlivých zařízeních, s cílem ověření možnosti záměny fixačních médií v komerčně využívaných zařízeních. Výzkum bude soustředěn na kapalné a semi- kapalné odpady s dominantní složkou kyseliny borité, což jsou odpady z jaderných elektráren v ČR a SR. Uvažuje se však také o využití této linky, nebo některých částí linky i pro solidifikaci jiných odpadů např. z reaktorů GEN IV.

11. Experimentální technologická linka RAO (ETL) výstupy v SUSEN Výstupy pro SUSEN Vývoj pokročilých technologií a technologických postupů pro zneškodňování RAO a minimalizaci jejich objemu. Realizace demonstračního zařízení pro minimalizaci objemu kapalných RAO na pětinu stávající produkce. Termín 06/2015. Projektové podklady pro nakládání s RAO na nových blocích JE s plánovanou produkcí RAO v konečné formě pro ukládání max. 50 m3/1000MWe/rok. Termín 12/2017. Certifikované analytické metody stanovení velmi nízkých koncentrací (aktivit) dlouhodobých radionuklidů v minimálně 3 různých matricích radioaktivních a přírodních materiálů. Termín:12/2018. Navazující projekty Genuin (H2020) -vVývoj způsobu fixace radioaktivních koncentrátů do geopolymerní matrice – testování v aktivních podmínkách MSO (TaČR) - Vývoj způsobu fixace nasycených ionexů do boritanových solí Eurofusion - Výzkum a vývoj v oblasti separace a záchytu Tritia

12. Odpařovací zařízení Extruder Fixační zařízení Experimentální technologická linka RAO (ETL) Technologická linka se bude skládat z těchto zařízení: Technologická linka bude provozována v několika solidifikačných větvích

13. Experimentální technologická linka RAO (ETL) – Odpařovací zařízení Odpařovací zařízení se bude skládat ze dvou odparek (standardní odparka + krystalizační odparka – pracující ve vakuu), které budou moc být provozovány jako jedno dvoustupňové zařízení, tak i samostatně. 1. stupeň - odpařovací část • Nádrže a zásobníky pro výstupní a výstupní média včetně dopravních systémů, potřebných armatur a čerpadel, • Těleso odparky opatřeno míchadlem, otopný systém - elektr. ohřev, odlučovač kapek (cyklon), kondenzátor, kondenzační nádrž (kondenzační nádrž bude společná), vývěva pro vytvoření vakua a vakuový systém pro krystalizační část zařízení • Propojovací potrubí (potrubní trasy) včetně armatur, čerpadel a ohřevu • Tepelné a protihlukové izolace 2. stupeň – krystalizační část • Nádrže a zásobníky pro výstupní a výstupní média včetně dopravních systémů, potřebných armatur a čerpadel, • Těleso odparky opatřeno míchadlem, otopný systém - elektr. ohřev, odlučovač kapek (cyklon), kondenzátor + chladič (v případě potřeby na dochlazení kondenzátu) , vývěva pro vytvoření vakua • Propojovací potrubí (potrubní trasy) včetně armatur, čerpadel a ohřevu • Tepelné a protihlukové izolace 6

14. Experimentální technologická linka RAO (ETL) - Odpařovací zařízení Vstupní parametry Výstupní parametry Průběh experimentů : Neaktivní experimenty Experimenty se simulovanou aktivitou Aktivní experimenty 6

15. Experimentální technologická linka RAO (ETL) – Fixační zařízení V zařízení bude probíhat homogenizace směsi a následný monitoring průběhu tuhnutí při různých podmínkách (teplotní profil) Parametre zařízení: Popis provedení: Fixace bude probíhat přímo v sudu (objem sudu 50l). Sud bude hermeticky uzavřen do segmentů se zabudovaným elektrickým ohřevem. Jednotlivé části budou spojeny mezi sebou těsným přírubovým spojem. Tyto spoje budou navržený takým způsobem, aby umožnily bezpečnou a snadnou manipulaci se zařízením. Víko bude opatřeno míchadlem, umožňujícím pohyb/ míchání vertikálně i horizontálně.

16. Experimentální technologická linka RAO (ETL) – Fixační zařízení Dávkovací poměry: Poměr dávkování granulátu a polysiloxanu budou předmětem výzkumu (napr. 7:1 až 1:5) Poměr dávkování granulátu (ionexu al. Mat. louhu), geopolymeru a aktivátoru geopolymerové směsi budou předmětem výzkumu (napr. 7:0,5:0,5 až 1:2,5:2,5) Fixační média: Parametre polysiloxanu Parametre geopolymeru

17. Fixační zařízení Segmentové zařízení se zabudovaným míchadlem a elektrickým ohřevem, včetně dávkovacího systému granulátu, dávkovacího systému ionexu, dávkovacího systému matečných louhů z procesu krystalizace, dávkovacího systému směsi polysiloxanu, dávkovacího systému směsi geopolymeru, dávkovacího systému aktivátoru geopolymerů) – dávkovací systémy můžou být zaměnitelné pro napojení na jednotlivé vstupy Kondenzátor Propojovací potrubí (potrubní trasy) včetně armatur, vývěva pro vytvoření podtlaku Tepelné a protihlukové izolace Stínící prvky Experimentální technologická linka RAO (ETL) – Fixační zařízení

18. Experimentální technologická linka RAO (ETL) – Extruder • Zařízení slouží pro fixace: • Granulátu v polysiloxanové směsi • Zahuštěného koncentrátu v bitumenové směsi Parametre zařízení: • V extruderu budou probíhat minimálně tyto procesy: • Homogenizace směsi • Odpařování volné vody • Odpařování chemicky vázané vody • Zhutňování směsi Zónování, délka (resp. L/D), tvar a počet šneků, stupňování atd. bude navrhnuto takým způsobem, aby extruder byl schopen obsáhnout minimálně všechny výše uvedené procesy.

19. Extruder Systém pro dopravu bitumenu (zásobní nádrže včetně dopravního systému bitumenu, armatur, čerpadel a ohřevu) a systém dávkování koncentrátu, systém dávkování polysiloxanu a systém dávkování granulátu - dávkovací systémy můžou být zaměnitelné pro napojení na jednotlivé vstupy Extruder Kondenzátor Propojovací potrubí (potrubní trasy) včetně armatur, čerpadel a ohřevu Tepelné a protihlukové izolace Stínící prvky Experimentální technologická linka RAO (ETL) – Extruder

20. Experimentální technologická linka RAO (ETL) – Dispozice

21. Děkuji za pozornost