Бассейн выдержки топлива

**Бассейн выдержки отработавшего ядерного топлива** – резервуар с водой, сообщающийся с объемом, заполненным воздушной средой при атмосферном давлении, предназначенный для размещения активной зоны, отражателя нейтронов, контролирующих и экспериментальных устройств, а также для организации их охлаждения и обеспечения защиты персонала от ионизирующего излучения.

   Обычно они имеют глубину 40 или более футов (12 м), причем дно 14 футов (4,3 м) оборудовано стеллажами для хранения, предназначенными для хранения тепловыделяющих сборок, извлеченных из реакторов. Локальный бассейн реактора специально разработан для реактора, в котором использовалось топливо, и расположен на площадке реактора. Такие бассейны используются для кратковременного охлаждения топливных стержней. Это позволяет короткоживущим изотопам распадаться и, таким образом, уменьшает ионизирующее излучение и тепло распада, исходящее от стержней. Вода охлаждает топливо и обеспечивает радиологическую защиту от его излучения.

Бассейны также существуют на объектах, удаленных от реакторов, для более длительного хранения, такого как Независимая установка хранения отработавшего топлива (ISFSI), расположенная на предприятии Morris, или в качестве производственного буфера на 10-20 лет перед отправкой на переработку или хранение в сухих бочках.
Хотя для поддержания уровня радиации ниже допустимого уровня требуется всего около 20 футов (около 6 м) воды, дополнительная глубина обеспечивает запас прочности и позволяет манипулировать топливными сборками без специального экранирования для защиты операторов.

## Эксплуатация

Примерно от четверти до трети общей топливной загрузки реактора извлекается из активной зоны каждые 12-24 месяца и заменяется свежим топливом. Отработавшие топливные стержни выделяют сильное тепло и опасное излучение, которые необходимо сдерживать. Топливо перемещается из реактора и перемещается в бассейне, как правило, с помощью автоматизированных систем обращения, хотя некоторые ручные системы все еще используются. Топливные пучки, только что извлеченные из активной зоны, обычно хранятся отдельно в течение нескольких месяцев для первоначального охлаждения, прежде чем их сортируют в другие части бассейна в ожидании окончательной утилизации. Металлические стеллажи удерживают топливо в контролируемых положениях для физической защиты и для удобства отслеживания и перестановки. Стеллажи высокой плотности также содержат бор-10, часто в виде карбида бора (Metamic, Boraflex,Boral, Тетрабор и карборунд) или другого поглощающего нейтроны материала для обеспечения подкритичности. Качество воды строго контролируется, чтобы предотвратить разложение топлива или его оболочки. Это может включать мониторинг воды на предмет загрязнения актинидами, что может указывать на утечку топливного стержня. Действующие правила в Соединенных Штатах разрешают переупорядочивать отработавшие стержни таким образом, чтобы можно было достичь максимальной эффективности хранения.

Максимальная температура пакетов с отработавшим топливом значительно снижается между двумя и четырьмя годами и меньше - с четырех до шести лет. Вода в топливном бассейне непрерывно охлаждается для отвода тепла, выделяемого отработавшими тепловыделяющими сборками. Насосы обеспечивают циркуляцию воды из бассейна с отработавшим топливом в теплообменники, затем обратно в бассейн с отработавшим топливом. Температура воды в нормальных условиях эксплуатации поддерживается ниже 50 °C (120 °F). Радиолиз, диссоциация молекул под действием излучения, вызывает особую озабоченность при хранении во влажных условиях, поскольку остаточная радиация может расщеплять воду, а газообразный водород может накапливаться, увеличивая риск взрывов. По этой причине воздух в помещении бассейнов, а также вода должны постоянно контролироваться и обрабатываться.

## Другие возможные конфигурации

Вместо того, чтобы управлять запасами бассейна, чтобы свести к минимуму возможность продолжения деятельности по делению, Китай строит ядерный реактор мощностью 200 МВт, который будет работать на отработанном топливе атомных электростанций для выработки технологического тепла для централизованного теплоснабжения и опреснения воды. По сути, SFP функционировал как реактор с глубоким бассейном; он будет работать при атмосферном давлении, что снизит технические требования к безопасности. Другое исследование предусматривает аналогичный реактор малой мощности, использующий отработавшее топливо, где вместо ограничения производства водорода путем радиолиза это стимулируется добавлением катализаторов и поглотителей ионов в охлаждающую воду. Затем этот водород будет удален для использования в качестве топлива.

## Риски

    Было замечено, что поглощающие нейтроны материалы в бассейнах с отработавшим топливом со временем сильно разлагаются, уменьшая запас прочности при поддержании подкритичности; кроме того, было показано, что методика измерения на месте, используемая для оценки этих поглотителей нейтронов (измеритель площадной плотности бора для оценки стеллажей или BADGER), имеет неизвестную степень неопределенности.

При длительном прекращении охлаждения из-за аварийных ситуаций вода в бассейнах с отработавшим топливом может выкипеть, что, возможно, приведет к выбросу радиоактивных элементов в атмосферу.
Во время землетрясения магнитудой 9, которое произошло на АЭС Фукусима в марте 2011 года, три бассейна с отработавшим топливом находились в зданиях, которые были повреждены и, как было замечено, выделяли водяной пар. Американский NRC ошибочно заявил, что бассейн на реакторе 4 выкипел досуха — это было опровергнуто в то время правительством Японии и признано неверным при последующей инспекции и изучении данных.
По мнению специалистов по безопасности ядерных установок, вероятность критичности в бассейне с отработавшим топливом очень мала, ее обычно предотвращают путем рассредоточения тепловыделяющих сборок, включения поглотителя нейтронов в стеллажах для хранения и в целом благодаря тому факту, что отработавшее топливо имеет слишком низкий уровень обогащения, чтобы самостоятельно поддерживать реакцию деления. Они также утверждают, что если вода, покрывающая отработавшее топливо, испаряется, то не остается элемента, который позволил бы вызвать цепную реакцию путем замедления нейтронов.
По словам доктора Кевина Кроули из Совета по ядерным и радиационным исследованиям, "успешные террористические атаки на бассейны с отработавшим топливом, хотя и трудны, возможны. Если атака приведет к распространению пожара на циркониевой оболочке, это может привести к выбросу большого количества радиоактивного материала". После терактов 11 сентября 2001 года Комиссия по ядерному регулированию потребовала от американских атомных станций "обеспечить надежную защиту" от конкретных угроз, связанных с определенным количеством и возможностями нападавших. От заводов также требовалось "увеличить количество сотрудников службы безопасности" и улучшить "контроль доступа к объектам".
В 2010 году водолаз, обслуживающий бассейн с отработавшим топливом на Лейбштадтской атомной электростанции (KKL), подвергся воздействию радиации, превышающей установленные законом годовые пределы дозы, после обращения с неопознанным объектом, который позже был идентифицирован как защитная трубка с помощью радиационного монитора в активной зоне реактора, ставшая высокорадиоактивной из-за потока нейтронов. Дайвер получил ручную дозу около 1000 мЗв, что в два раза превышает установленный законом предел в 500 мЗв. По данным властей KKL, дайвер не пострадал от каких-либо долговременных последствий аварии.