2016 年，乏核燃料 (SNF) 容器開發(fā)領(lǐng)域的兩位領(lǐng)先研究人員Fromzel V.N.和Shleifer V.A. 在"二十一原子戰(zhàn)略"雜志中發(fā)表文章"核工業(yè)被容器放慢速度"，詳細(xì)討論了俄羅斯使用動(dòng)力反應(yīng)堆乏燃料兩用集裝箱的困難局面以及擺脫這種局面的可能出路。此時(shí)，Rosatom國營公司已經(jīng)決定在國家單一企業(yè)“采礦和化學(xué)聯(lián)合企業(yè)”集中長期儲(chǔ)存設(shè)施的基礎(chǔ)上，通過VVER-1000和RBMK-1000反應(yīng)堆機(jī)組組織儲(chǔ)存俄羅斯核電站的乏燃料。指定綜合體的調(diào)試，加上決定延長 VVER-1000 反應(yīng)堆“濕”乏核燃料集中存儲(chǔ)設(shè)施的運(yùn)行，它為俄羅斯核電廠提供了集中乏核燃料存儲(chǔ)系統(tǒng)，直到 2045 年。RT-1 工廠的現(xiàn)代化使得回收俄羅斯和外國核電廠的VVER-440乏燃料組件以及VVER-1000的乏燃料組件(自2017年起)成為可能。Fromzel V.N.和Shleifer V.A.所述事態(tài)的主要原因是國內(nèi)對(duì)VVER反應(yīng)堆SFAS的兩用(運(yùn)輸和儲(chǔ)存)容器缺乏需求。
隨著俄羅斯國家原子能公司在國外啟動(dòng)采用VVER-1200/1300反應(yīng)堆的大型新核電站建設(shè)以及俄羅斯和白俄羅斯此類核電站開始運(yùn)行，情況發(fā)生了巨大變化。如果俄羅斯列寧格勒核電站-2和新沃羅涅日核電站-2以及白俄羅斯核電站首先需要一個(gè)運(yùn)輸集裝箱，那么對(duì)于沒有直接鐵路連接和/或?qū)Ｗ⒂陂L期運(yùn)輸?shù)耐鈬穗娬?乏燃料的現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)存，對(duì)兩用運(yùn)輸包裝裝置(TUK)的要求成為核電站建設(shè)項(xiàng)目的一個(gè)組成部分。
早在 2011 年，“庫爾恰托夫研究所”研究中心就制定了 VVER-TOI 核電站雙用途燃料包的要求。這些要求歸結(jié)為保持 TUK-13 的尺寸(由于動(dòng)力裝置元件的建筑結(jié)構(gòu)造成的限制)，同時(shí)將乏燃料組件的容量增加到 18 個(gè)，并提高乏燃料組件的燃耗特性(最多高達(dá) 70 MW day/kgU)和余熱釋放(每個(gè)乏燃料組件高達(dá) 2.2 kW)。這已經(jīng)成為國內(nèi)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。到2018年初，共有三種TUK設(shè)計(jì)已達(dá)到原型階段：TUK-141O(由JSC“核容器工程中心”、JSC"ITSAK" 開發(fā))、TUK-137D(由俄羅斯聯(lián)邦核中心–全俄實(shí)驗(yàn)物理科學(xué)研究所開發(fā))，TUK-151(由伊佐爾斯基工廠開發(fā))。請(qǐng)注意，所有這些作為兩用包開發(fā)的 TUK 實(shí)際上都是運(yùn)輸包，因?yàn)闆]有相應(yīng)的安全理由來評(píng)估在容器儲(chǔ)存點(diǎn)的外部影響下儲(chǔ)存乏燃料組件的行為。
2013年至2018年期間。生產(chǎn)了一臺(tái) TUK-141O(用于VVER-1000反應(yīng)堆燃料組件)和兩臺(tái) TUK-140(用于VVER-440反應(yīng)堆乏燃料組件)。所有容器均采用德國球墨鑄鐵(球墨鑄鐵)改性高強(qiáng)度鑄鐵坯體制造。在俄羅斯，可拆卸部件(箱)已制造完畢，包裝和總裝也已完成。俄羅斯沒有進(jìn)行深鉆和中子防護(hù)供應(yīng)作業(yè)。確實(shí)，他們能夠在 Energotex JSC 企業(yè)對(duì) TUK-140 外殼進(jìn)行“精加工”機(jī)械加工，并在球墨鑄鐵外殼上涂上內(nèi)部防腐涂層。有趣的是，這些運(yùn)輸型TUK實(shí)際上是根據(jù)德國的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的，而在世界范圍內(nèi)，TUK的演變卻是相反的——兩用型TUK是由運(yùn)輸型TUK創(chuàng)建的。將 TUK 升級(jí)為雙用途設(shè)計(jì)的任務(wù)是通過增加容量和優(yōu)化(降低成本)設(shè)計(jì)來解決的。最明顯的設(shè)計(jì)決策是使用氦氣作為冷卻劑(同時(shí)增加容量)和針對(duì)大批量生產(chǎn)進(jìn)行優(yōu)化的鑄造體。這些解決方案尚未在俄羅斯一次性、小規(guī)模的運(yùn)輸 TUK 供應(yīng)任務(wù)中扎根。國內(nèi)工業(yè)在沒有內(nèi)部批量訂單的情況下，無法解決組織生產(chǎn)TUK-141O/Castor 1000型鑄造容器體的問題(鑄造球墨鑄鐵體所需的液態(tài)金屬質(zhì)量約為140噸)，當(dāng)時(shí)沒有重大的投資成本，而且投資沒有意義，因?yàn)轭A(yù)計(jì)不會(huì)有連續(xù)訂單。我不得不走另一條路。
自2013年起，在技術(shù)規(guī)范制定和包裝安全審查方面擁有豐富經(jīng)驗(yàn)的行業(yè)企業(yè)——FSUE RFNC-VNIIEF，承擔(dān)起了主動(dòng)開發(fā)兩用技術(shù)規(guī)范包的艱巨任務(wù)。與此同時(shí)，主要目標(biāo)之一是組織完全獨(dú)立于進(jìn)口的生產(chǎn)。該開發(fā)產(chǎn)品被稱為“TUK 137 系列”;外殼結(jié)構(gòu)由 12Х18Н10Т 和 09Г2С 鋼制成。我們稍后會(huì)向您詳細(xì)介紹所取得的成果以及未來的計(jì)劃。請(qǐng)注意，這種開發(fā)確實(shí)有一個(gè)重要的優(yōu)勢(shì)-設(shè)計(jì)可以說是針對(duì)小規(guī)模生產(chǎn)進(jìn)行了優(yōu)化。
目前，兩家俄羅斯企業(yè)(JSC Energotex和JSC Ruspolimet)已經(jīng)掌握了TUK 137系列的生產(chǎn)。
另一項(xiàng)有趣的創(chuàng)新開發(fā)是 TUK-151，其主體由 09Н2МФБА-А鋼制成。成套設(shè)計(jì)的證書許可規(guī)定了非常先進(jìn)的特性(總熱量釋放高達(dá) 36 kW，燃耗高達(dá) 70 MW day/tU，容量為 18 個(gè) VVER-1000/1200 乏燃料組件)。然而，TUK-151沒有通過任何測(cè)試，雙重用途(以及其他國內(nèi)發(fā)展)由開發(fā)商宣布，但沒有根據(jù)NP-039-22關(guān)于包裝設(shè)計(jì)(OBKU)安全性的報(bào)告確認(rèn)。TUK-151 的文件和反應(yīng)堆系統(tǒng)的要求尚未與 JSC Atomenergoproekt(莫斯科、圣彼得堡、下諾夫哥羅德)的設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)達(dá)成一致。將這種容器引入核電站設(shè)計(jì)文件的問題尚未解決。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，這是一項(xiàng)比為 TUK 本身開發(fā)技術(shù)項(xiàng)目更加耗費(fèi)人力的任務(wù)。
幾乎所有配備 VVER 反應(yīng)堆的新核電站的客戶都在考慮在廠址長期儲(chǔ)存乏燃料的可能性。如果Rosatom國營公司不及時(shí)開發(fā)出有競(jìng)爭(zhēng)力的乏燃料長期儲(chǔ)存系統(tǒng)解決方案來支持新的建設(shè)項(xiàng)目，那么運(yùn)營組織很可能會(huì)購買外國解決方案并就進(jìn)口乏燃料進(jìn)行后處理進(jìn)行談判，以及確保俄羅斯乏燃料后處理廠與外國TUK的技術(shù)對(duì)接將非常困難
。俄羅斯國家原子能公司的管理層完全理解這項(xiàng)任務(wù)的重要性。重要的是，該項(xiàng)目是Techsnabexport JSC為外國客戶推廣的“平衡核燃料循環(huán)”產(chǎn)品線投資的一部分，旨在最充分地滿足外國客戶對(duì)乏燃料處理解決方案的需求。商業(yè)核電站，以及俄羅斯核燃料循環(huán)企業(yè)在兩部分核能系統(tǒng)中的基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)化開發(fā)和裝載。“平衡乏核燃料”是國外核電站乏燃料管理的新一代概念，包括乏燃料后處理和高放廢物分餾和短壽命Cs-Sr餾分的釋放，需要埋藏在深層地質(zhì)構(gòu)造中。在這種情況下，無論客戶所在國家/地區(qū)采用的乏核燃料管理初始概念如何，都需要長期存儲(chǔ)乏核燃料或高放廢物。
