Revista si suplimente
MarketWatch
Inapoi Inainte

Cercetarea tritiului la ICSI Rm. Vâlcea, între experienţă şi noutate, între deşeu şi combustibil al viitorului

12 Decembrie 2017



Există o similitudine între viaţa personală a oamenilor şi „viaţa” unei organizaţii de cercetare, cu perioade faste şi altele mai puţin productive, cu împliniri sau nereuşite. Astfel poate fi caracterizată şi „istoria” Institutului de la Râmnicu Vâlcea, strâns legată iniţial de cercetarea izotopilor hidrogenului şi puternic dependentă de politica nucleară a României. Noi zori însă par să apară din punctul de vedere al contextului global, legat pe de o parte de problematica managementului deşeurilor pentru reactoarele nucleare de la Cernavodă (şi pentru posibilele ce vor fi construite), dar şi de accelerarea cercetărilor în fuziune, concentrate în uriaşul proiect ITER. În acest context, atât experienţa de 30 de ani a grupului de separări izotopice de la Râmnicu Vâlcea, cât şi facilitatea unică, de separare a izotopilor hidroge-nului, la scara semi-industrială, devin extrem de utile şi actuale.



Cuplarea de experienţă şi „istorie” de cercetare în separări izotopice cu tehnologiile extrem de actuale ce sunt investigate în cadrul facilităţii este „reţeta” pe care se bazează ICSI în a dobândi excelență în acest domeniu. Drumul de la cea mai remarcabilă „success story” a cercetării româneşti – tehnologia de producere a apei grele şi până la realizarea Pilotului de separare a Tritiului în prezent – a fost marcat de multe eforturi, şi mai ales de crearea unui nou grup de cercetători pe cale să facă trecerea la saltul calitativ necesar către o nouă etapă evolutivă. Până la urmă, aşa cum menţiona încă din anii 1700 Francisc Bacon, ceea ce contează în ştiinţă, mai mult decât gradul de acurateţe, este UTILITATEA. Dubla potenţială utilizare a cercetărilor de la Pilotul de separare a Izotopilor Hidrogenului de la Râmnicu Vâlcea reprezintă deci un atu esenţial pentru impulsionarea morală a cercetătorilor.

Tritiu în CANDU – deşeu?

Tritiul, izotop radioactiv al hidrogenului, se produce prin transformarea deuteriului – izotopul hidrogenului din componenţa apei grele - sub influenţa câmpurilor neutronice. Procesul este specific centralelor CANDU, datorită faptului că acestea folosesc pe post de moderator şi agent primar apa grea. Procesul este unul continuu, pe toată durata de funcţionare a unităţii, iar concentraţia de tritiu este permanent crescătoare, până la atingerea unei valori de echilibru (aprox. 3-3,3 TBq/kg în moderator, aprox. 75-100 GBq/kg în sistemul primar de răcire).
Managementul tritiului într-o centrală CANDU reprezintă una dintre cele mai importante probleme ce trebuie rezolvate, având în vedere faptul că formarea acestui izotop radioactiv al hidrogenului are un impact major asupra desfăşurării activităţilor curente de exploatare, asupra managementului pe termen scurt, mediu şi lung al deşeurilor radioactive, asupra măsurilor şi programelor specifice de radioprotecţie şi implicit asupra bugetelor ce trebuie alocate pentru administrarea corespunzătoare şi rezolvarea tuturor celor anterior enumerate.

În esenţă, prezența tritiului în concentraţii diferite în diversele sisteme ale unităţii impune o serie de restricţii de operare specifice pentru centralele CANDU, multe dintre acestea având un impact multiplu:
1. de securitatea muncii, ca urmare a necesităţii de a reduce potenţialele expuneri la doze radiologice pentru personalul centralei;
2. de protecţia mediului, ca urmare a necesităţii respectării întocmai a limitelor stabilite prin normele, avizele, acordurile şi autorizaţiile în vigoare;
3. de management al deşeurilor lichide radioactive, de a căror apariţie în cantităţi relativ mari unul dintre principalii responsabili este tritiul;
4. de natură economică, în condiţiile în care, pentru administrarea corespunzătoare a restricţiilor antelistate există o serie de costuri ridicate şi continuu crescătoare – corelat cu creşterea concentraţiei de tritiu în sistemele unităţi

Tritiu – combustibilul viitorului în fuziune

O provocare formidabilă pentru întreaga comunitate ştiinţifică este realizarea reacţiei de fuziune controlată – sursa de putere a stelelor, la nivel de centrală energetică experimentală. Pentru ca plasma să amorseze auto-încalzirea reacţiei de fuziune trebuie să fie în acelaşi timp „fierbinte” şi confinată. Facilităţile ce sunt proiectate şi realizate pentru a îndeplini aceste sarcini pot fi considerate ca fiind „minuni tehnologice”.
Cercetările în domeniul fuziunii au ca scop reproducerea fenomenelor şi transpunerea eficientă la nivel de proces şi instalaţie prin controlul reacţiei dintre doi izotopi de hidrogen, deuteriu (D) și tritiu (T). Reacția de fuziune DT produce cel mai mare câştig de energie la temperaturile „cele mai scăzute“.
Proiectele actuale de realizare a instalaţiilor de fuziune au un calendar ambiţios, având ca target realizarea unui reactor DEMO în 2050. În decursul anilor s-au realizat instalaţii experimentale „Tokamak”, concepute pentru a valorifica energia fuziunii prin căldura înmagazinată în pereţii vasului, producerea de abur şi utilizarea acestuia în producerea de electricitate. Primul succes major îl reprezintă instalaţia tokamak europeană JET (Joint European Torus) localizată în Marea Britanie la Culham, care este cea mai mare instalaţie de fuziune din lume şi singura capabilă să lucreze cu un amestec de combustibil D-T. JET a îndeplinit toate obiectivele iniţiale şi le-a şi depăşit în unele cazuri. În 1997 ea a atins un record de 16 MW în producţia de putere prin reacţii de fuziune termonucleară.
În 2007 a început la Cadarache, în Franţa, construcţia celui mai mare tokamak, ITER, utilizând rezultatele cercetării în domeniul fuziunii susţinute de programe europene şi internaţionale, într-un efort comun.
Tritiul şi deuteriul sunt cei doi izotopi ai hidrogenului ce sunt gândiţi a fi utilizaţi ca şi combustibil pentru reacţia de fuziune. În ITER. În timp ce deuteriul poate fi extras din apă în cantităţi teoretic nelimitate şi cu eforturi moderate, furnizarea tritiului disponibil este extrem de limitată, estimat la momentul actual la douăzeci de kilograme.
Utilizarea tritiului ca şi „combustibil” necesită cercetări importante în gestionarea, recuperarea, depozitarea acestuia, existând sisteme importante în cadrul oricărui tokamak care trebuie să asigure managementul tritiului şi al compuşilor săi.


Pilotul Experimental de Separare a Tritiului şi Deuteriului, instalaţie de cercetare 100% românească

ICSI Rm. Vâlcea prin cercetările desfăşurate a omologat la scară de laborator tehnologia de separare a deuteriului şi tritiului din ape deuterate şi tritiate, pe baza unei metode combinate: schimb izotopic catalizat şi distilare criogenică.
Scopul acestor cercetări este de a confirma datele tehnologice şi caracteristicile funcţionale ale utilajelor specifice, în scopul proiectării unei instalaţii de detritiere a apei grele utilizate în reactoarele de tip CANDU, cu aplicaţie directă în cadrul CNE Cernavodă.



Pe baza rezultatelor obţinute, s-a realizat instalaţia „Pilot Experimental pentru Separarea Tritiului şi Deuteriului” (PESTD) cu transpunerea tehnologiei de laborator într-o instalaţie de nivel semi-industrial, echivalentă cu o unitate de detritiere cuplată la sistemele D2O la un reactor CANDU.

Abordarea tehnologiei de detritiere a apei grele s-a făcut în două etape:
• elaborarea şi realizarea instalaţiei pilot în regim clasic, cu realizarea ciclului complet al apei grele;
• analiza şi perfecţionarea instalaţiei pilot pentru autorizarea ca unitate nucleară.

Astfel, instalaţia a suferit upgradări succesive rezultate din activităţile de experimentare şi testare, precum şi din obiectivele impuse de asigurarea suportului ştiinţific şi tehnologic către beneficiari importanţi interni şi externi: SN Nuclearelectrica SA prin filiala CNE Cernavoda şi ITER.
Trecerea de la o instalaţie clasică la o instalaţie nucleară a necesitat o analiză serioasă asupra instalaţiei, a sistemelor componente, pentru respectarea prevederilor legislaţiei care reglementează activităţile în domeniul nuclear.
Evoluţia tehnică majoră în cadrul instalaţiei s-a realizat odată cu implementarea proiectului CRYO-HY pentru dezvoltarea capabilităţilor în domeniul criogeniei, finanţat din fonduri europene, cu modificarea şi reproiectarea unor sisteme sau componente importante pentru creşterea securităţii industriale şi nucleare şi în acelaşi timp pentru eficientizarea procesului tehnologic.

Unde suntem?
Experimentările au pus în evidenţă capabilitatea proiectării, punerii în funcţiune a echipamentelor de proces şi a menţinerii în funcţiune pe o perioadă îndelungată a unei instalaţii de procesare a tritiului.
S-au obţinut astfel date importante pentru transpunerea procesului tehnologic către instalaţii de procesare a tritiului, fie ca şi instalaţie detritiere apă grea cuplată pe un reactor CANDU, fie ca şi sistem de detritiere aferent reactorului de fuziune ITER.



Parerea ta conteaza:

(0/5, 0 voturi)

Lasa un comentariu



trimite