Revista >> Noiembrie 2021 [Nr. 239] >> Cover Story

TRI-VALCEA - Orizonturi noi în cercetări în domeniul tritiului, la ICSI

Dr. ing. Liviu Stefan, dr. fiz. Mihai Varlam – ICSI Rm. Valcea

19 Noiembrie 2021

În viața unei organizații de cercetare sunt necesare evoluții continue, urmărind ținte și obiective asociate unei misiuni declarate în politicile de cercetare naționale și internaționale. Astfel, observând activitățile Institutului Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Tehnologii Criogenice și Izotopice - ICSI Rm. Vâlcea, constatăm că cele declarate sunt reale și demonstrabile, respectiv dezvoltarea și menținerea capabilităților privind cercetarea izotopilor hidrogenului, a tritiului, în mod special, într-o puternică dependență de politica nucleară a României și, mai nou, în contextul actual al pandemiei, de politicile energetice naționale și internaționale.

De la ultima prezentare, în care am atins subiecte legate de implicarea specialiștilor de la ICSI în problematica managementului deșeurilor pentru reactoarele nucleare de la Cernavodă (și pentru posibilele ce vor fi construite) și despre cercetările în domeniul fuziunii (programul ITER, cercetări sub patronajul EuroFusion), am parcurs câțiva pași în procesul dezvoltării instituționale în domeniu și este momentul să descoperim un nou proiect ce prinde contur în această perioadă la ICSI Rm. Vâlcea, aflat în mod particular în legătură cu una dintre cele mai importante instalații de interes național: „Pilot Experimental pentru Separarea Tritiului și Deuteriului (PESTD)”.

Există un viitor pentru cercetări în domeniul tritiului?
Răspunsul obiectiv este da, și sunt suficiente argumente pentru a susţine acest răspuns.
Primul, şi poate cel mai important, este legat de operarea centralelor nucleare de tip CANDU de la CNE Cernavoda, previzionată pentru următorii 60 ani. Managementul tritiului într-o centrală CANDU reprezintă o problemă actuală şi de perspectivă, cel puţin din punct de vedere al impactului asupra desfăşurării activităţilor curente de exploatare, managementul pe termen scurt, mediu şi lung al deşeurilor radioactive, impactul de mediu. Orice soluţie, tehnologie, procedură aplicabilă poate fi transferată către beneficiar pentru controlul şi îmbunătăţirea activităţilor proprii.
Al doilea, poate la fel de important în contextul actual al crizei energetice anticipate, îl reprezintă faptul că dezvoltarea surselor alternative de producere a energiei prin fuziune nucleară este gestionată prin proiectele actuale de realizare a instalaţiilor de fuziune, având ca target realizarea unui reactor DEMO, în 2050. Aminteam în trecut de numeroase 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, prima şi cu o anvergură majoră fiind JET (Joint European Torus), localizată în Marea Britanie, la Culham, cu un record de 16 MW în producţia de putere prin reacţii de fuziune termonucleară, realizat în 1997. Iar poate cel mai mare obiectiv în domeniul fuziunii (ITER) este în construcţie începând cu 2007 la Cadarache, Franța.
Utilizarea tritiului drept „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.

O nouă investiţie în cercetare – extinderea Pilotului Experimental de Separare a Tritiului şi Deuteriului
Ideea acestui proiect a plecat de la faptul că odată cu finalizarea proiectului instalaţiei existente, orice nouă abordare a aplicaţiilor în domeniul tritiului trebuie propusă şi gestionată în contextul actual al desfăşurării activităţilor în domeniul nuclear. Experienţa specialiştilor de la ICSI a demostrat că orice dezvoltare care se anticipează a fi realizată sub auspiciile cerinţelor de autorizare din legislaţia existentă produce efecte asupra existenţei instalaţiei, toate modificările
fiind guvernate de aspecte procedurale şi tehnice consumatoare de timp şi fonduri.
Cel mai bun exemplu este modificarea tehnică majoră în cadrul instalaţiei, care s-a realizat odată cu implementarea proiectului CRYO-HY: DEZVOLTAREA INFRASTRUCTURII CD A ICSI PRIN CREAREA UNUI LABORATOR DE TEMPERATURI SCĂZUTE PENTRU APLICAŢII ENERGETICE ALE FLUIDELOR CRIOGENICE, cod SMIS 13844, 2010-2013, proiect prin care s-au reproiectat şi înlocuit o serie de sisteme şi componente, cu efecte în planul de autorizare şi modificare al instalaţiei existente.
Cuvântul de ordine a devenit flexibilitatea, în strânsă legătură cu expertiza existentă şi cerinţele de cercetare-dezvoltare anticipate pentru viitor. Vorbim astfel de noi spaţii de cercetare, amplasate într-un corp de clădire alăturat, cu independenţă funcţională şi utilităţi proprii, cu minimizarea impactului reciproc al celor două obiective de pe amplasament, instalaţia existentă şi LABORATORUL nou creat – TRI-VÂLCEA.

Ce presupune proiectul TRI-VÂLCEA?
Prin proiect (contract de finanţare 307/6.07.2020, buget: 82,549,362.76 lei, perioadă de realizare: iunie 2020 – decembrie 2023) ne propunem extinderea clădirii existente (PESTD) cu o nouă unitate de cercetare, dotată cu instrumente şi echipamente de ultimă generaţie, pentru dezvoltarea de noi activităţi de cercetare şi dezvoltare în domeniul tritiului.
În principal, obiectivul general este de creştere a capacităţii de cercetare-dezvoltare a ICSI Rm. Vâlcea în domeniul tehnologiilor de separare izotopică, absolut necesară în contextul global, legat, pe de o parte, de problematica managementului deşeurilor pentru reactoarele nucleare de tip CANDU şi, pe de altă parte, de accelerarea cercetărilor în fuziune, concentrate în uriaşul proiect ITER.
Noua unitate de cercetare-dezvoltare TRI-VÂLCEA, dezvoltată prin proiect, va întregi gama de cercetări şi dezvoltări în domeniul tritiului cu aplicaţii tehnologice şi de mediu, cuprinzând majoritatea temelor posibile – hidrogenul şi izotopii săi, procesele tehnologice de separare şi stocare, reducerea tritiului în mediu.
Modificările PESTD vor avea loc în cadrul structurii actuale a instalaţiei PESTD şi se vor concretiza prin realizarea a 4 laboratoare noi pentru activităţi de CD asociate tritiului şi a unui Birou de proiectare.

♦ Laboratorul 1 - PHI-MI va fi utilizat pentru a aborda câteva aspecte critice legate de interacţiunile izotopilor de hidrogen cu materialele: permeabilitatea prin membrane, dezvoltarea, testarea şi calificarea acoperirilor antipermeație (bariere de permeație pentru tritiu) şi adsorbţia şi desorbţia izotopului de hidrogen şi stocarea tritiului.

♦ Laboratorul 2 – Tehnologii de Separare a Izotopilor (IST). Obiectivul principal al Laboratorului Tehnologii de Separare a Izotopilor îl constituie promovarea unor cercetări, în domeniul separărilor izotopilor hidrogenului, în scopul creşterii managementului izotopilor, deuteriu şi tritiu, prin dezvoltarea unor tehnologii avansate care să fie utilizate la realizarea unor instalaţii tehnologice, compacte, multifuncţionale, de separare, din deşeuri lichide, sub formă de apă uşoară tritiată şi apă grea tritiată, slab şi înalt concentrate în tritiu.

♦ Laboratorul 3 – Tehnologii de Separare LiPb. Zona activă a infrastructurii experimentale va fi proiectată cu flexibilitatea necesară pentru a putea găzdui două tipuri de tehnologii de extracţie a tritiului, cum ar fi Permeation Against Vacuum (PAV) şi Gas Liquid Contactor (GLC). Pentru a demonstra fezabilitatea unui reactor DEMO care să îndeplinească funcţia majoră a autosuficienţei tritiului, o atenţie deosebită ar trebui acordată dezvoltării Sistemului de extracţie/îndepărtare a tritiului din LiPb - TER.

♦ Laboratorul 4 - Tehnologii asociate He-3 (He3T). Acest laborator va fi utilizat pentru a dezvolta tehnologii pentru extracţia He-3 din containere de stocare a tritiului (ITC sau gettere) şi separarea de tritiu. În acelaşi timp, laboratorul va asigura suportul tehnic necesar dezvoltării proceselor de separare a He-3 di He-4 utilizat ca gaz de acoperire în moderatoarele CANDU.

♦ Birou de proiectare – Design Office (DO). Pentru facilitarea dezvoltării proceselor tehnologice în cadrul proiectelor de cercetare-dezvoltare, naţionale şi internaţionale, este necesară realizarea unui birou de proiectare care să răspundă cerinţelor în creştere rezultate în principal din programele de fuziune în desfăşurare sau viitoare, precum şi pentru cerinţele de expertiză ale potenţialelor proiecte în domeniul nuclear din România.
Majoritatea echipamentelor propuse pentru achiziţionare în cadrul acestei propuneri de proiect sunt unice în România. Unicitatea provine şi din caracterul specific al cercetărilor/aplicaţiilor propuse pentru a fi dezvoltate, dar şi din faptul că domeniul este necesar să fie abordat cu instrumentaţie de ultima generaţie, în caz contrar rezultatele aşteptate nefiind de interes pentru comunitatea internaţională. Ceea ce este însă specific acestui proiect de dezvoltare de infrastructură este faptul că se doreşte crearea unei facilitaţi în care se vor dezvolta noi instalaţii, astfel încât gradul de versatilitate a sistemului să fie ridicat. Întreaga facilitate de cercetare propusă va fi utilizată şi operată la cele mai înalte standarde internaţionale, ţinând cont de faptul că rezultatele vor fi raportate şi în cadrul comunităţii ştiinţifice care dezvoltă proiectele reactoarelor de fuziune. Echipamentele achiziţionate vor fi utilizate în diverse configuraţii, pentru noi soluţii tehnologice care vor fi proiectate, propuse şi dezvoltate.

Către ce tindem?
Prin acest proiect, considerăm importantă creşterea contribuţiei ICSI în activităţile de cercetare în legătură cu programele internaţionale de fuziune, peste care urmează să se adauge, în mod particular, menţinerea capabilităţilor referitoare la tehnologii cu dublă utilizare, fuziune şi fisiune.
Nu în ultimul rând, expertiza existentă se poate transforma în aplicaţii dedicate, cu beneficiari ţintă (exemplul cel mai bun este SC Nuclearelectrica SA), pentru anumite domenii de interes practic imediat.