Programul 4 - Parteneriate in domeniile prioritare

Tipul proiectului: PC

Directia de cercetare: 7. Materiale, procese si produse inovative;

Autoritatea contractanta (finantatoare a proiectului): CENTRUL NATIONAL DE MANAGEMENT PROGRAME (CNMP) (new: Unitatea Executiva pentru Finantarea Invatamantului Superior, Cercetarii, Dezvoltarii si Inovarii (UEFISCDI))

Durata: 36 luni (incepand cu 1.10.2008);

Buget proiect de stat/cofinantare: 2000000 lei/0 lei;

Consortiu:
CO Institutul National de Cercetare-Dezvoltare pentru Tehnologii Criogenice si Izotopice ICSI Rm. Valcea

P1 Universitatea Politehnica din Bucuresti-Centrul de Cercetari Energetice si de Protectia Mediului
P2 Institutul National de Cercetare Dezvoltare pentru Fizica si Inginerie Nucleara “Horia Hulubei”

Evaluarea stadiului actual privind procesele de prelucrare a deseurilor de apa tritiata; dobandirea de cunostinte intr-un domeniu de interes pentru energetica nucleara, in vederea dezvoltarii de tehnologii si produse de procesare a deseurilor de apa tritiata, cu continut scazut de tritiu, rezultate din operatiile de mentenanta realizate la reactoarele CANDU sau la reactoarele de fuziune; aceste produse vin in completarea instalatiilor de detritiere aferente reactoarelor, care sunt destinate procesarii apei tritiata cu continut ridicat de tritiu; proiectarea si realizarea unui concentrator de tritiu din deseul apa grea tritiata,calificat pentru lucrul cu tritiu. Acest concentrator va trebui sa asigure reducerea stocurilor de deseuri si concentrarea tritiului in vederea recuperarii;  valorificarea potentialului stiintific de cunostiinte existent si dobandirea de noi cunostinte in cadrul parteneriatului realizat, creand  suportul stiintific necesar realizarii unor parteneriate in spatiul european; diseminarea cunostintelor dobindite prin participarea la conferinte nationale si internationale si publicarea de articole in reviste cotate ISI in special in Fussion Science and Technology si Fussion Engineering and Design; atragerea de tineri absolventi de facultati, creand posibilitatea de realizare a unor lucrari de doctorat.

 

Ca obiectiv general, proiectul isi propune rezolvarea unor probleme complexe legate de procesarea deseurilor de apa tritiata, cu continut scazut de tritiu, in vederea reducerii stocurilor si concentrarii tritiului, asigurand astfel un management performant.

Deseurile cu continut scazut de tritiu nu pot fi prelucrate eficient in instalatiile de detritiere; aceste instalatii sunt proiectate in special pentru concentratii mari de tritiu. De aceea proiectul isi propune sa realizeze si sa promoveze un "Concentrator de tritiu", pentru prelucrarea acestor deseurilor radioactive, acesta constituind rezultatul final al acestui proiect.

In plan national, dezvoltarea unui concentrator de tritiu are o importanta deosebita in special la Centrala Nucleara de la Cernavoda, unde exista o serie de deseuri de apa tritiata cu concentratii diferite, rezultate din operare sau din diferite operatii de mentenanta. O parte din aceste deseuri sunt reintroduse in circuit dupa ce sunt supuse reconcentrarii in deuteriu, iar altele, care au si concentratii scazute in deuteriu raman in managemnentul deseurilor radioactive. De asemenea, in viitor odata cu punerea in functiune a instalatiilor de detritiere aferente reactoarelor Candu (in prezent instalatia de detritiere pentru Unitatea 1, este in faza de finalizare a poiectului tehnic), se vor genera niste stocuri limitate de deseuri de apa tritiata, slab concentrate in tritiu, prin operatiile de mentenanta. Prin urmare, aplicabilitatea rezultatelor acestui proiect priveste Centrala Nucleara de la Cernavoda si in perspectiva anilor care vor urma prin punerea in functiune a acestor instalatii de detritiere. Tehnologia promovata in acest proiect este in completarea tehnologiei promovate pentru instalatia de detritiere a apei moderatorului si a sistemului de racire.

Tot la nivel national exista aplicabilitate si pentru laboratoarele de cercetare care dezvolta deseuri de tritiu slab concentrate. In cadrul INC-DTCI ICSI Rm. Valcea concentratorul de tritiu va putea fi implementat imediat in Instalatia de Interes National "Pilot experimental pentru separarea tritiului si deuteriului".

In plan international, Romania s-a angajat sa promoveze masuri concrete si rapide in vederea gestionarii in siguranta a deseurilor radioactive. De aceea, consideram ca rezolvarea problemelor legate de procesarea deseurilor de apa tritiata are o relevanta deosebita. Nu mai departe decat in luna noiembrie a acestui an, Comisia Europeana a inaintat Consiliului spre dezbatere si adoptare propunerea de Directiva privind managementul combustibilului nuclear uzat şi al deşeurilor radioactive. Statelor membre, din care face parte si Romania, le revine sarcina elaborării planurilor naţionale pe termen lung pentru managementul combustibilului nuclear uzat şi al deşeurilor radioactive, care trebuie să acopere toate tipurile de deşeuri radioactive, pe toate etapele de management, de la producere la depozitarea finală.

De asemenea, la nivel international proiectul are importanta in special pentru reactoarele de fuziune de la JET- Culham, Anglia si ITER- Cadarache, Franta. Institutul nostru a fost cooptat intr-un consortiu international format din grupuri de cercetatori din Germania(KIT), Franta(CEA) si Italia(ENEA si TESI S.A.S), care va colabora pentru elaborarea proiectelor din zona de cercetare a detritierii apei. Prin urmare creeaza oportunitate pentru continuarea colaborarii internationale cu institutele din consortiul care gestioneza cercetarea detritierii apei rezultate din functionarea reactoarelor de fuziune, atat in zona deseurilor slab concentrate cat si in zona detritierii apei concentrate in tritiu. Aceasta din urma este justificata prin experienta care se va acumula in partea de electroliza a apei tritiate cu electrolizor de tip SPM. Acest tip de electrolizor este in faza de cercetare pentru a fi implementat si la instalatia de la ITER; el nu exista pe piata mondiala calificat la tritiu si prin urmare se va dobandi o experienta in cercetare care va putea fi fructificata si in plan international. De altfel, aceasta se va materializa in posibilitatea castigarii unor proiecte internationale promovate de programul de fuziune international al organizatiei Fusion for Energy.

 

Obiective generale ale proiectului propus sunt:

- promovarea tehnicilor moderne de tratare a deseurilor radioactive, respectiv: implementarea unui management al deseurilor radioactive cu tritiu cu asigurarea conditiilor de securitate radiologica si protectia mediului inconjurator, conform normelor internationale;

- dezvoltarea bazei materiale cuprinzand instalaţiile nucleare experimentale necesare asigurarii suportului stiintific si tehnologic national al energeticii nucleare pe termen scurt (CNE Cernavoda-fisiune) si termen lung (fuziune controlata-EURATOM);

- promovarea cercetarii romanesti prin realizarea de parteneriate internationale cu colective de cercetare din institutele europene, care lucreaza la varf in domeniul fuziunii nucleare, pe programe finantate de Comunitatea Europeana.

Implementarea acestor metode va permite atingerea nivelului de compatibilitate si competitivitate necesar pentru integrarea unitatilor de cercetare cu preocupari in domeniul critic al managementului tritiului din Romania si din aria europeana de cercetare.

Obiectivul va fi atins prin crearea unei retele formate din institutele de cercetare si unitati de invatamant superior, care prin infrastructura si personalul existent pot deveni surse interne de competenta stiintifica si tehnica in domeniul tritiului. Crearea retelei va permite optimizarea cercetarilor in domeniu, accesul mutual al partenerilor actuali si viitori la bazele tehnico-materiale si de resursa umana, dezvoltarea unor proiecte compatibile in parteneriat

Obiective specifice proiectului sunt:

- evaluarea stadiului actual privind procesele de prelucrare a deseurilor de apa tritiata;
- realizarea de standuri experiementale si culegere date specifice necesare fazei de proiectare a sistemului de concentrare;
- realizarea unui produs informatic pentru simularea functionarii concentratorului de tritiu;
- proiectarea si realizarea unui concentrator de tritiu, bazat pe tehnicile de varf(schimb izotopic catalizat si ectroliza), tehnici care sunt abordate in prezent de cercetatorii straini, in rezolvarea problemelor din interiorul domeniului de cercetare al fuziunii nucleare;
- determinarea experimentala a performantelor concentratorului(factor de decontaminare si eficienta de concentrare); calificarea componentelor concentratorului pentru procesarea apei tritiate; validarea produsului informatic realizat si utilizarea lui pentru optimizarea eficientei de concentrare a tritiului(parametru de performenta) cu sistemul de concentrare promovat;
- crearea bazei de date teoretice si experimentale privind identificarea tehnologiilor optime de tratare conditionare a deseurilor de apa tritiata rezultate la reactoarele de tip CANDU, identificate la CNE Cernavoda si la reactorul de fuziune JET sau ITER.

Strategia nucleara pe termen mediu si lung privind gospodarirea combustibilului nuclear uzat si a deseurilor radioactive, inclusiv depozitarea definitiva a acestora si dezafectarea instalatiilor nucleare si radiologice este parte integranta a Strategiei Nationale de Dezvoltare a Domeniului Nuclear si a Planului de Actiuni aferent.

Gospodarirea in siguranta a deseurilor radioactive produse in Romania, constituie un obiectiv prioritar  al politicii nationale in domeniul nuclear, capabil sa contribuie la dezvoltarea durabila a energeticii nucleare. In prezent majoritatea deseurilor radioactive produse in Romania provin din operarea CNE-PROD Unitatea 1 pentru producerea de energie electrica de origine nucleara. Eliminarea deseurilor radioactive de activitate joasa si medie prin depozitarea definitiva constituie in prezent o practica industriala consacrata, atat pe plan international cat si la nivelul Uniunii Europene. Practicile utilizate pentru acest tip de deseuri radioactive nu sunt adecvate pentru eliminarea deseurilor de activitate inalta, acestea implicand riscuri deosebite pentru sanatatea omului si a mediului inconjurator. In plus acestea genereaza cantitati importante de caldura reziduala produsa prin dezintegrare radioactiva fapt care obliga la depozitare intermediara in vederea dezactivarii.

Functionarea oricarui reactor de tip Candu sau a unui reactor de fuziune genereaza deseuri radioactive.      

Atentia noastra se indreapta in special asupra deseurilor de apa tritiata cu activitate scazuta, rezultate din operatiile de mentenanta efectuate la reactoare, cu scopul de a reduce volumul acestora si al reprocesarii lor, prin aplicarea unor tehnologii corespunzatoare, reducand impactul radiologic al activitatilor de gospodarire a deseurilor radioactive asupra populatiei si a mediului inconjurator.

Rezultatele cercetarilor realizate pe parcursul celor 5 etape vor conduce la promovarea unei tehnologii si implicit a unui produs tip concentrator de tritiu a deseurilor de apa tritiata rezultata din operatiile de mentenanta. Acesta are dublu scop: reducerea stocurilor existente care implica riscuri deosebite asupra sanatatii personalului care le manipuleaza si asupra mediului inconjurator si concentrarea tritiului pentru extragerea ulterioara si  recuperarea lui din deseuri.

Prima etapa este un studiu destinat evaluarii proceselor de prelucrare si purificare a deseurilor de apa tritiata rezultate in special din activitatile de mentenanta, cu activitate in tritiu scazuta si care nu se pot procesa direct in instalatiile de detritiere aferente reactoarelor. Tehnologia ce se are in vedere se bazeaza pe procesele de schimb izotopic catalizat si disociere moleculara, cu scop de reducere a stocurilor si concentrarea acestora in vederea extragerii tritiului. Finalitate acestei etape o reprezinta realizarea unei scheme conceptuale pentru concentratorul de tritiu.

In etapa a doua se vor realiza doua standuri experimentale, pentru realizarea de incercari de stabilitate asupra componentelor concentratorului de tritiu si pentru determinarea unor coeficienti caracteristici schimbului izotopic. De asemenea se vor elabora protocoale de experimentare specifice lucrului cu tritiu in sistem de asigurare a calitatii si se va dezvolta un cod de calcul pentru simularea functionarii sistemului de concentrare.

Etapa a treia vizeaza realizarea unei baze de date teoretice si experimentale necesare fazei proiectarii.

Etapa a patra are ca obiect proiectarea si realizarea unui concentrator de tritiu, iar in etapa a cincea se va testa concentratorul realizat , determinandu-se performantele acestuia, anduranta componentelor critice, functionalitatatea acestuia la procesarea apei tritiate, toate aceste elemente contribuind la validarea modelului realizat.

Proiectul urmareste transparenta, pe parcursul derularii realizandu-se diseminarea de rezultate obtinute. Obiectivele vor fi atinse prin conlucrarea unor institutii cu experienta in domeniu INC-DTCI-ICSI Rm Valcea, IFIN HH Magurele, UPB, precum si Agentia Nationala pentru Deseuri RADioactive (ANDRAD) Mioveni, agentie care si-a exprimat interesul pentru tematica abordata, aceasta fiind de altfel evideniata in scrisoarea de interes care este prezentata in pachetul de documente insotitoare.

Etapa 1.  Evaluarea proceselor de prelucrare a deseurilor de apa tritiata
- Evaluarea proceselor de schimb izotopic catalizat, disociere moleculara si a metodelor combinate pentru procesarea deseurilor de apa tritiata rezultata indeosebi din activitatile de mentenanta; elaboarare schema conceptuala (flow-sheet) pentru concentratorul de tritiu; (CO)
- Evaluarea tehnicilor de purificare a apei tritiate; elaborare schema conceptuala pentru modulul de purificare apa.(P1)

Etapa 2. Elaborare model de calcul si protocoale de testare
- Elaborarea protocoalelor experimentale in regim de asigurarea calitatii, cu asigurarea securitatii radiologice a personalului operator si protectia mediului; Raport intermediar; (P2)
- Dezvoltarea unui cod de simulare a procesului de  schimb izotopic catalizat cuplat cu electroliza apei; Raport intermediar ; (CO)

Etapa 3. Realizare standuri de incercari experimentari; determinarea prin metode teoretice si experimentale a unei baze de date necesare proiectarii concentratorului de tritiu
- Configurare stand experimental pentru determinarea coeficientiilor caracteristici schimbul izotopic catalizat;(CO)
- Elaborarea protocoalelor experimentale in regim de asigurarea calitatii, cu asigurarea securitatii radiologice a personalului operator si protectia mediului; (P2)
- Dezvoltarea unui cod de simulare a procesului de  schimb izotopic catalizat cuplat cu electroliza apei; (CO)
- Determinarea partiala experimentala a coeficientilor de transfer de masa in procesul de schimb izotopic catalizat;Diseminarea rezultatelor; (CO)
- Evaluarea proceselor radiolitice si autoradiolitice induse de apa tritiata in procesele de schimb izotopic si electroliza. Raport intermediar; Diseminarea rezultatelor; (P2)
- Elaborarea cerintelor si a solutiilor privind reconfigurarea unui electrolizor pentru functionare in mediu tritiat. Raport intermediar ;Diseminare rezultate; (P1)

Etapa 4. Proiectarea si realizarea unui concentrator de tritiu bazat pe schimb izotopic catalizat si electroliza apei
- Proiectarea modulului de schimb izotopic catalizat ; (CO)
- Reconfigurarea unui electrolizor comercial in conformitate cu cerintele de securitate nucleara in vederea procesarii apei tritiate; (CO)
- Realizarea modulelor de schimb izotopic catalizat si de purificare a apei tritiate; (CO)
- Realizare stand de incercari privind stabilitatea  componentelor concentratorului de tritiu in prezenta apei tritiate; P2)
- Elaborarea cerintelor si a solutiilor privind reconfigurarea unui electrolizor pentru functionare in mediu tritiat. Raport final; (P1)
- Proiectarea unui modul de purificare a apei tritiate Diseminare rezultate; (P1)
- Determinarea experimentala a coeficientilor de transfer de masa in procesul de schimb izotopic catalizat; Diseminare rezultate; (CO)
- Evaluarea  proceselor radiolitice si autoradiolitice induse de apa tritiata in procesele de schimb izotopic si electroliza; Raport final;  (P2)\

Etapa 5.  Determinarea experimentala a performantelor concentratorului de tritiu

- Raport de demonstrarea a functionalitatii concentratorului de tritiu la procesarea apei tritiate; teste de anduranta a componentelor critice; examinarea postanduranta pentru determinarea timpului de viata a componentelor critice; (P2)
- Determinarea experimentala a performantelor concentratorului de tritiu; (CO)- Determinarea experimentala a performantelor concentratorului de tritiu; (P2)
- Validarea modelului de simulare a concentratorului de tritiu; studii parametrice privind optimizarea eficientei de concentrare a tritiului;Diseminare rezultate; (CO)
- Validarea modelului de simulare a concentratorului de tritiu; studii parametrice privind optimizarea eficientei de concentrare a tritiului; (P2)

Director Proiect:
Dr.Ing. Anisia Mihaela Bornea

Institutul National de Cercetare-Dezvoltare
pentru Tehnologii Criogenice si Izotopice - ICSI Rm. Valcea -

Strada Uzinei Nr 4, Valcea, 240050 OP Raureni CP 7
Telefon: 0250/732744/interior 181
Fax 0250/732746

e-mail : anisia@icsi.ro