JET聚变堆挑战

2022-11-14 13:34  来源: 嘿嘿能源heypower    JET聚变堆  核聚变  英国核电

聚变反应堆退役面临的放射性挑战,与裂变堆相比相对较小。重新调整聚变堆场地用途则是更为紧迫的挑战。JET正在招募一支团队来承担这一任务。


聚变反应堆退役面临的放射性挑战,与裂变堆相比相对较小。重新调整聚变堆场地用途则是更为紧迫的挑战。JET正在招募一支团队来承担这一任务。

1、团队组建


JET设施

位于牛津郡库勒姆的UKAEA聚变托卡马克联合欧洲托鲁斯(Joint European Torus ,简称“JET”)设施于1973年开始设计,1983年开始运营。

2023年底,该设施将关闭,该项目的“退役和重新利用”主管凯莉·里德比特·哈特(Carrie Leadbeater Hart)正在组建一支团队,通过决定如何处理该设施来庆祝该设施的周年纪念。

届时,政府将批准退役计划,这就是Leadbeater-Hart所面临的挑战。

她渴望迅速组建一支能够承担责任的团队。

她说:“当我刚来的时候,团队只有12人,我们希望在今年年底前达到130人左右。”

这个庞大的组织架构是她想谈论这个项目的一个原因——但很明显,核工程师远不是她需要招聘新团队成员的唯一领域。

2、管理聚变产生的放射性废物


JET托卡马克反应堆内部视图,JET是世界上最大的聚变实验(法国的国际热核聚变实验堆计划,ITER)的试验场所

JET退役时需要处理放射性废物,与裂变工厂相比,其数量微乎其微。

Leadbeater-Hart说:“由于我们的磁性限制,托卡马克内的实际材料没有受到太多污染。虽然能够检测到,但数量微乎其微。但我们没有任何乏燃料,我们的废物水平低得多,污染更容易控制。”

虽然没有乏燃料处理,但有与裂变反应堆中的中放射废物(ILW)和低放射废物(LLW)相类似的废物。

出于成本和安全考虑,Leadbeater-Hart希望看到这一点有所降低。

她表示:“我推动团队的一件事是创新。其中一个驱动因素是减少我们的废物遗留问题。”

该项目将生产约200吨ILW——“约150立方米,不过,具体体积取决于我们的包装方式”。

Leadbeater-Hart表示,“大约是我们退役后产生废物的0.1%。低放废物“约1000立方米,同样取决于包装密度”,约占总量的0.9%。

“因此,放射性废物仅占我们退役时产生的废物总量的1%左右。”

它也与裂变废料中的同位素混合物不同:“主要关注的是氚,而这在裂变界并没有真正发现。”

她解释道:“它的半衰期较短(12年),因此更容易管理。“

Leadbeater-Hart正在推动她的团队尽可能减少废物量:“我们将对中放废物进行热处理。当我们将废物从托卡马克中取出时,对其进行压缩,使其足够小,可以进入熔炉。”

在熔炉中加热包装物,在该温度下,氚将作为气体排出。

氚被捕获,剩余的废物可归类为低放废物。


JET设施

Leadbeater-Hart说:“我们的目标是将我们的ILW减少80%,所以希望最终只剩下非常少量的ILW,剩下的是我们正在努力去氚的外来材料。”

这些材料包括铬镍铁合金、碳和不锈钢,其中脱氚工艺已得到验证,以及钨和铍(用于托卡马克堆内构件)。

对于这些材料,去氚工艺尚未得到验证,但团队正在使用现场熔炉测试该工艺。对少量放射性重要材料的计划已经到位,同时发现其他退役项目具有不同的性质要求。

Leadbeater-Hart表示:“我们是一个可运行的站点,这本身就是一个挑战。在裂变反应堆中,整个站点都处于关闭状态,因此不必在退役时注意运行相关工作。人们对聚变非常感兴趣,因此有其他公司加入我们。”

该部门需要保证所有新建和其他现场运营的安全性,同时交付退役,“这可能是一项非常糟糕的业务,我们需要确保我们正在管理和控制退役和重新利用”——这是她在标题第二部分中强调的一部分,因为在整个退役阶段,团队都在研究建筑物和资产,以了解它们在未来如何得到最佳利用。

3、远程处理

谈到退役过程,她说:“我们很幸运,石棉不是一个太大的问题,除了氚,我们没有太多其他污染物。”

“托卡马克的内部将是中放废物,因此将使用远程处理技术将其清除。”

JET有用于放置内部构件的内部机械臂,因此团队知道它们可以用于剥离面向等离子体的部件。

她说:“使用远程处理将真正减少任何工人接触受污染物品的数量。”

下一阶段是拆除托卡马克内部所谓的“第二阶段”。

将使用切割或激光切割将其恢复到容器内的光滑表面,“我真的在推动团队创新,努力做到这一点。我问过他们有什么可能的解决方案”。

所有这些废物都将通过托卡马克现有的固定窗口被清除,并进入两个新的废物处理设施之一——针对ILW和LLW——将减少其体积并进行处理,以便将其运出现场。

一旦完成了这项工作,操作人员就有可能在不穿防护服、低辐射的情况下工作,但目前还不清楚。

Leadbeater-Hart表示:“我们的项目是一项特征研究,以了解辐射危害的所在。我们目前的假设是,一旦所有东西都从托卡马克中取出,我们就根本不需要严苛的操作要求——而且需要在带呼吸器。”甚至可能根本不需要(呼吸器)。

4、更积极的计划

目前的假设——以及政府的要求——是拆除使现场完全干净。

Leadbeater-Hart说,“我们有一个带生物防护罩的设施,其他商业聚变公司也对我们很感兴趣,他们想进来填补这个空间。因此,我们向政府建议,与其将其夷为平地,不如将其视为资产,继续使用。”

可能保留或重新使用的内容,取决于当前“终身计划”的修改。

Leadbeater-Harts 表示:“在2023年底仍处于规划阶段,届时政府将确定他们希望我们采取的战略。”

目前的终身计划将留下可重复使用的空地。

Leadbeater-Harts的提议将是“回收和再利用我们所拥有的大量资源,然后将其带回生物屏障。这将是一个空的建筑,人们可以在那里使用我们的主动排水系统,可能使用我们的冷冻设备,使用我们的电网连接。”最终的形式将取决于一家新公司想要使用什么。

Leadbeater-Hart说:“我们真的在向政府表示,这是一个巨大的机会,我们应该好好利用它。当人们对聚变的兴趣越来越大,并且希望在未来几年它将成为我们能源供应的重要组成部分时,把我们所有的好东西都拿走是一件很遗憾的事。”

Leadbeater-Hart进一步强调,由于她的退役和重新利用计划由纳税人支付,她可以将资产转移给新用户领域都将降低公共资金的成本。

从放射健康和安全的角度来看,重新调整用途会增加过程的复杂性。这也使得处理传统危险变得更加复杂,“所以我必须确保以明确的方式安装和控制隔离装置,这样我们就不会发生任何电缆问题,也不会挤压任何排水管——特别是当我们将有大型机械四处移动时,我们需要确保我们工作的安全性。”她说。

Leadbeater-Hart表示,退役过程可能需要12年到17年的时间:“我们目前正处于规划阶段,所以在我们的关键路径计划获得(政府)批准之前,它们只是选项”。

无论时间表如何,都有一个场地设置阶段,第一个大项目是设计和建造废物处理设施,这样第二个大项目——清除内部ILW——就有了场地。

场地拥挤,但确实有空间容纳这些新建筑,“我们正在与校园开发团队密切协调”。

在此之前,Leadbeater-Hart正在推动她的成长团队进行创新,以最大化去氚化。

她说,她对80%的减少量很有信心,“我们真的想努力达到剩下的20%。继续进行热处理过程,并研究我们是否可以在热处理之前对这些奇异材料进行任何表面处理。”

Leadbeater-Hart说,这是“真的尽可能早地减少有害物质”。

5、退役中的建筑创新

Leadbeater-Hart希望在该项目的各个方面进行创新,因此她正在推动团队找到新的方法,利用建筑和场地区域来支持未来场地上的“融合中心”,同时解决技术问题。

整个方案分为17个主要项目,分为三个方案。

第一个项目是退役。包括隔离和现场清理。

Leadbeater-Hart说:“为了有效和安全地退役,我们需要清理一些空间,例如堆放区。这也是常规的清理工作。”

该团队正在进行全面的清点:“我们对放射性废物有很好的了解,但我们希望建立一个关于核电站平衡的更清晰的清点。并确保我们在退役开始前与监管机构达成一致。”

第二个工程方案是建筑活动。一个团队正在查看容器内(远程处理)和容器外(活性气体处理系统中有一些受污染的部件)。“任何有活跃成分的东西都由该团队管理。”

最后是新的构建和重新调整用途。

她说:“我在想的一个问题是,应该相信什么是退役带来的积极遗产。我们是否要留下可以在未来几年利用的设施,以及我们如何为下一阶段的核聚变提供‘支持’?”。

Leadbeater-Hart希望快速组建她的团队,现在正在招募一个七人领导团队,由三个项目的负责人以及工程、现场建设、项目管理和财务负责人组成。

她说:“退役过程中要求的技能与我们目前拥有的技能略有不同。你面临退役的技术挑战,但真正的挑战是组织变革。清楚地了解,一旦运营完成,未来会是什么样子,并建立一支具备我们所需技能的团队。

对变革的发生感到欣慰,并将其视为创新的机会,而不是可怕的事情。我的一个关键角色是努力构建退役文化,并推动积极的工作体验。”

她决心将退役视为一种积极的力量和创新的焦点,并表示“我实现这一点的方法是多样的”,与其他高风险行业的人进行经验交流。

由于聚变的辐射危害相对较低,即使是在运行中,也只是核裂变场所的一小部分,因此聚变不受英国核监管办公室的监管,而是由传统监管机构——健康与安全管理局和环境署监管。所需的许可类型将是建造或拆除建筑物的规划许可。

尽管这仍然需要与当地社区定期接触,但Leadbeater-Hart表示,她确实应该对此充满热情:“这不是关于我们必须做什么,而是关于我们如何才能真正做好这件事。这些都关系我们未来的工作,所以我希望他们感到兴奋,他们的孩子也感到兴奋——我希望他们来为我工作。”

即使在这个早期阶段,Leadbeater-Hart也有关于管理后续聚变电站的整个生命周期的建议。

“我们正在与ITER密切合作,事实上,我主持了一个国际论坛,讨论如何在考虑退役的情况下帮助建造聚变设施。”

到目前为止,她的主要观点是:“将远程处理能力放在JET托卡马克上是一个巨大的远见,这样我们就可以在不需要人类参与的情况下退役。”



图为技术

深圳核博会

中国核电网


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