Az MTA EK tevékenysége a FIRST-Nuclides projektben

         

 

                                                

                      

                                                                                                    

                                                                                                                           

 

Az MTA EK tevékenysége a FIRST-Nuclides projektben című, EU_BONUS_12-1-2012-0033

szerződés számú projekthez a Magyar Tudományos Akadémia Energiatudományi Kutatóközpont a Nemzeti Fejlesztési Ügynökség által Ösztönzés az Európai Uniós keretprogramokban való magyar részvétel támogatására meghirdetett Program keretében 5.464.928 Ft összegű vissza nem térítendő támogatást nyert el. A Projekt összköltsége 13.662.547 Ft.

 

 

A projekt megvalósítása 2012.11.01. napjától 2014.12.31. napjáig tart.

 

Az EURATOM FP7 FIRST-Nuclides az Európai Unió 7. kutatási keretprogramjának “A biztonság szempontjából fontos radionuklidok kiégett nukleáris fűtőelemekből történő gyors/instant kikerülése” alcímet viselő együttműködési projektje, mely 2012. január 1-jén kezdődött és 3 évig tart (http://cordis.europa.eu/projects/rcn/100941_en.html)

 

A projektről, továbbá annak aktuális helyzetéről részletes tájékoztatás érhető el FIRST-Nuclides hivatalos honlapján: http://www.firstnuclides.eu.

 

A FIRST-Nuclides Projekt célja: a nagykiégésű fűtőelemek mélygeológiai tárolása során egy esetleges tároló konténer sérülését követően, a talajvízbe mosódó, biztonsági szempontból fontos radionuklidok gyors/instant kikerülésének teljes körű megismerése. Különösen fontos a jelenleg még kevéssé ismert jód, klór, szén és szelén vizsgálata, „instant kikerülési frakció (IRF)” értékeik meghatározása.

 

E Projektben a Magyar Tudományos Akadémia Energiatudományi Kutatóközpontjának (MTA EK) célja: annak meghatározása, hogy a mélygeológiai tárolóban elhelyezett fűtőelemekből milyen aktivitáskikerülés várható, amikor – sok ezer évvel a végleges elhelyezés után – a fűtőelemek burkolata inhermetikussá válik és a tároló konténer sem zárja el a kiégett nukleáris üzemanyagot a környezettől. A kikerülési folyamatban domináns szerepe van annak, hogy az üzemanyag-tabletták a talajvízzel érintkeznek és a radioaktív izotópok beoldódnak a talajvízbe. A forrástag becsléséhez alapvetően szükségesek olyan adatok, amelyek jellemzik az üzemanyag-tabletták oldódásának mértékét vizes közegben.

 

Az MTA EK az MVM Paksi Atomerőmű Zrt. hozzájárulásával ebben a projektben olyan adatokat használ fel, amelyeket az erőműben keletkezett sérült és szivárgó fűtőelemek nedves tárolása során gyűjtöttek össze. Két fontos adatsor feldolgozására kerül sor:

·         2003-ban az erőműben egy üzemzavar következtében 30 darab VVER-440 típusú üzemanyag-kazetta sérült meg. Az üzemzavar után közel négy évig a pihentető medence melletti aknában tárolták ezeket a kazettákat. A közvetlenül vízzel érintkező fűtőelemekből származó aktivitáskikerülés a hűtőközeg aktivitáskoncentráció méréseiből becsülhető a technológiai paraméterek ismeretében.

·         2009-ben egy szivárgó fűtőelemet detektáltak az erőműben. A kazetta azonosítása után egy külön mérési program indult a szivárgó kazetta viselkedésének vizsgálatára. A mért aktivitáskoncentráció adatok alapján ebben az esetben is becsülhető a fűtőelemekből kikerülő aktivitás.

 

A munka eredményeként rendelkezésre fognak állni oldódási sebességek számos izotópra (141Ce, 144Ce, 242Cm, 244Cm, 134Cs, 137Cs, 154Eu, 155Eu, 95Nb, 239,240Np, 103Ru, 106Ru, 95Zr), valamint az uránra. Az adatok hosszú idejű, több éves tárolásra jellemző átlagos értékek lesznek, továbbá a megadott formában mélygeológiai tároló számítására használandó modellekbe a forrástag megadásához könnyen beépíthetővé válnak.

 

Munkaértekezletek

 

1)   2012. október 9-11. Budapest, Magyarország (Flyer_FIRST_Nuclides.pdf)

2)   2013. november 5-7. Antwerpen, Belgium (Flyer-2AWS_v4.pdf)

3)   2014. szeptember 1-2. Karlsruhe, Németország (Flyer_FS_v2.pdf)

 

A pályázatban az elmúlt két év során megvalósult feladatok

 

1.    ÉV

Összeállítottuk a projekt keretében használandó VVER fűtőelemek jellemző adatait mindkét fent leírt esetre:

·         A VVER-440 fűtőelem gyártási adatait részben a fűtőelem gyártó által szolgáltatott dokumentumok, részben publikációk alapján gyűjtöttük össze.

·         Az üzemelési paraméterek meghatározásához a kiindulási adatokat az MVM Paksi Atomerőműből származó teljesítmény-történetek adták. A FUROM és TRANSURANUS fűtőelemviselkedési kódok segítségével modelleztük a kiégési folyamatot és meghatároztuk a fűtőelemek jellemzőit a pihentető medencében történő tárolás kezdetének időpontjára.

·         Az izotópleltár számítások mintegy ezer izotópra terjedtek ki, ezekhez is a tényleges teljesítmény-történetek jelentették a kiindulási adatokat. A 30 kazetta esetében átlagos izotópleltárt határoztunk meg, mivel az oldódási folyamatban nem lehet elkülöníteni az izotópokat a szerint, hogy melyik kazettából származtak. A szivárgó fűtőelem esetében az adott kazetta egyetlen átlagos fűtőelemére adtuk meg az izotópleltárt, mivel nem lehet tudni, hogy pontosan melyik fűtőelem szivárog.

A  FIRST-Nuclides Projekt kereteiben oktatási tevékenység is folyik, melyre jó példa, hogy az MTA EK egyik munkatársa, Szabó Péter (lásd a lenti fotón), 2013 júliusában két hetet tölthetett a Karlsruhei Technológiai Intézet nukleáris hulladékokkal kapcsolatos kutatásokat végző intézetében, mely idő alatt részt vehetett egy kétnapos, a kiégett üzemanyagokkal kapcsolatos képzésen is. A két hét alatt lehetősége nyílt megismerni az intézetben lévő (kisaktivitású) melegkamra sort, továbbá az ott folyó tevékenységeket és berendezéseket  (http://www.firstnuclides.eu/ZonaPublica/Newsletter-publi_v5.pdf).

 

 

2.    ÉV

A VVER fűtőelemekből kikerülő különböző izotópok beoldódási sebességét a hűtőközeg két különböző pH értékénél határoztuk meg az MVM Paksi Atomerőműtől származó mért aktivitáskoncentráció értékek alapján. A számítási módszerek a sérült és szivárgó fűtőelemek esetében is megegyeztek. A kiértékelés során a teljes mérési időszakot olyan rövid szakaszokra bontottuk, amelyeknél feltételezhető, hogy a kikerülés a fűtőelemből állandó sebességgel történt. A számított kikerülési sebességek alapján meghatároztuk a teljes időszakra vonatkozó integrális kikerüléseket. A fűtőelemekben található radioaktív izotópok mennyisége a bomlás miatt állandóan csökkent, ezért a kikerülés jellemzésére a bomlási folyamatra való korrigálást végeztünk. Ezen értékekből kétféle módszerrel jutottunk a VVER fűtőelemek nedves tárolásra jellemző izotóponkénti beoldódási sebességeihez, mely értékeket az izotópleltár függvényében, összevetettük mind a sérült, mind pedig a szivárgó fűtőelemek esetében. Végül összehasonlítottuk a sérült és a szivárgó fűtőelemek beoldódási sebességeit is, melyekből jól látható a hűtőközeg pH-jának beoldódásra gyakorolt hatása.

 

3.    ÉV

A harmadik év során került sor a projekt eredményeinek összegzésére. Az elmúlt év során vizsgált izotópok közül a 134Cs, 137Cs, 154Eu, 155Eu, 125Sb izotópok, valamint az UO2 beoldódási sebességeit határoztuk meg egyaránt pH=7 és pH=4-4,5 hűtőközegbeli aktivitásaikból.  A kapott eredmények alapján elmondható, hogy a paksi atomerőműben, a VVER-440 fűtőelemekkel végzett mérésekből kapott kikerülési arányok meglepően jól egyeztek a projektben résztvevő laboratóriumokban végzett melegkamrás mérésekből származó aktivitás arányokkal. Ezen felül a projekt eredményei rámutattak arra, hogy nem minden elem esetében lehet beszélni az UO2 mátrix oldásával arányos oldódásról, hogy jelentős különbségek vannak ez egyes elemek izotópjainak beoldódása között, továbbá, hogy a kiégő mérget, azaz gadolíniumot tartalmazó tablettákból az UO2 oldódása sokkal lassabban megy végbe hideg vízben, mint a gadolíniumot nem tartalmazó tablettákból. Az U, Sr és Tc oldódása redukáló atmoszférában (H2) pedig több nagyságrenddel lassabb, mint oxidáló atmoszférában. Mindezek alapján a projekt eredményei jó támpontot jelenthetnek a hazai tároló kialakításának tervezéshez.

 

Eredmények dokumentálása

 

Az első év elkészült dokumentációi

Z. Hózer, E. Slonszki: Characterisation of spent VVER-440 fuel to be used in the FIRST-Nuclides project, EK-FRL-2012-421-01/01

Z. Hózer, E. Slonszki: Characterisation of spent VVER-440 fuel to be used in the FIRST-Nuclides project, 1st Annual Workshop Proceedings of the Collaborative Project “Fast / Instant Release of Safety Relevant Radionuclides from Spent Nuclear Fuel” (7th EC FP CP FIRST-Nuclides), Budapest 09 – 11 October 2012, Bernhard Kienzler, Volker Metz, Lara Duro, Alba Valls (eds.), pp. 87-101., http://dx.doi.org/10.5445/KSP/1000032486

Volker Metz, Elke Bohnert, Christiane Bube, Ernesto González-Robles, Bernhard Kienzler, Andreas Loida, Nikolaus Müller, Paul Carbol, Jean-Paul Glatz, Ramil Nasyrow, Dimitrios Papaioannou, Vincenzo V. Rondinella, Daniel Serrano Purroy, Detlef Wegen, Hilde Curtius, Martina Klinkenberg, Ines Günther-Leopold, Christelle Cachoir, Karel Lemmens, Thierry Mennecart, Johan Vandenborre, Ignasi Casas, Frederic Clarens, Joan de Pablo, Rosa Sureda Pastor, Zoltán Hózer, Emese Slonszki, Ella Ekeroth and Olivia Roth: Characterisation of spent nuclear fuel samples to be used in FIRST-Nuclides – relevance of samples for the Safety Case, Deliverable No: 1.1 (Contract Number: FP7-295722), http://www.firstnuclides.eu/deliberables.aspx

Thierry Mennecart, Karel Lemmens, Kevin Govers, Adriaensen Lesley, Christelle Cachoir, Dobney Andrew, Mireille Gysemans, Wouter Van Renterghem, Marc Verwerft, Annick Froideval Zumbiehl, Enzo Curti, Ines Günther-Leopold, Ernesto González-Robles, Elke Bohnert, Andreas Loida, Nikolaus Müller, Volker Metz, Bernhard Kienzler, Olivia Roth, Anders Puranen, Daniel Serrano-Purroy, Laura Aldave de las Heras, Jean Paul Glatz, Vincenzo V. Rondinella, Frederic Clarens, Joan de Pablo, Ignasi Casas, Rosa Sureda, Zoltán Hózer and Emese Slonszki: Status of dissolution based fast/instant radionuclide release studies (month 12), DELIVERABLE (D-N°:3.1) FIRST-Nuclides (Contract Number: FF7-295722), http://www.firstnuclides.eu/deliberables.aspx

Slonszki Emese, Hózer Zoltán, Szabó Péter: Aktivitás-kikerülés a fűtőelemekből mélygeológiai tárolóban. A FIRST-Nuclides projekt: Nukleon, VII. évfolyam, 2. szám, 2014. május, 158.

 

A második év elkészült dokumentációi

E. Slonszki, Z. Hózer: Determination of dissolution rates for damaged and leaking VVER fuel stored in water, EK-FRL-2013-421-01/01-M1

Bernhard Kienzler, Volker Metz, Ernesto González-Robles, Lara Duro, Alba Valls, Detlef Wegen,Paul Carbol, Daniel Serrano-Purroy, Hilde Curtius, Ines Günther-Leopold, Annick Froideval Zumbiehl, Enzo Curti, Karel Lemmens, Johan Vandenborre, Joan de Pablo, Ignasi Casas, Frederic Clarens, Zoltán Hózer, Olivia Roth: FIRST-Nuclides: “Fast / Instant Release of Safety Relevant Radionuclides from Spent Nuclear Fuel”, Conference Proceedings of EURADWASTE ’13 / 8th EC Conference on the Management of Radioactive Waste Community Policy and Research on Disposal, Vilnius, Lithuania, 14-17 October 2013

 E. Slonszki, Z. Hózer: Determination of dissolution rates for damaged and leaking VVER fuel stored in water: 2st Annual Workshop Proceedings of the Collaborative Project “Fast / Instant Release of Safety Relevant Radionuclides from Spent Nuclear Fuel” (7th EC FP CP FIRST-Nuclides), Antwerp 05 – 07 November 2013, Bernhard Kienzler, Volker Metz, Lara Duro, Alba Valls (eds.), pp. 155-162., http://dx.doi.org/10.5445/KSP/1000041743
 Thierry Mennecart, Karel Lemmens, Kevin Govers, Adriaensen Lesley, Christelle Cachoir, Dobney Andrew, Mireille Gysemans, Wouter Van Renterghem, Marc Verwerft, Annick Froideval Zumbiehl, Enzo Curti, Ines Günther-Leopold, Ernesto González-Robles, Elke Bohnert, Andreas Loida, Nikolaus Müller, Volker Metz, Bernhard Kienzler, Olivia Roth, Anders Puranen, Daniel Serrano-Purroy, Laura Aldave de las Heras, Jean Paul Glatz, Vincenzo V. Rondinella, Frederic Clarens, Joan de Pablo, Ignasi Casas, Rosa Sureda, Zoltán Hózer and Emese Slonszki: Status of dissolution based fast/instant radionuclide release studies (month 24), DELIVERABLE (D-N°:3.1) FIRST-Nuclides (Contract Number: FF7-295722), http://www.firstnuclides.eu/deliberables.aspx
 
A harmadik év elkészült dokumentációi
 E. Slonszki, Z. Hózer: Isotopes dissolution during wet storage of damaged and leaking VVER fuel, EK-FRL-2014-421-01/01
 A pályázat támogatási szerződés szerinti zárása 2014. december 31.

Kapcsolat

    
Dr. Hózer Zoltán     
MTA Energiatudományi Kutatóközpont
1525 Budapest, Pf. 49.   
+36 1 392 2586
zoltan.hozer@energia.mta.hu                                       

 


Dr. Slonszki Emese
MTA Energiatudományi Kutatóközpont
1525 Budapest, Pf. 49.
+36 1 392 2222/3445
slonszki.emese@energia.mta.hu