De Atlas-wagen zal verbruikte splijtstof door de VS vervoeren

Kerncentrales liggen op koers om vóór 2060 ruim 140.000 ton verbruikte kernbrandstof (SNF) te produceren. Elk jaar voegt 2.000 ton radioactieve zware metalen zich bij de groeiende voorraad brandstof die uit kernreactoren wordt verwijderd – zowel tijdens de exploitatie als bij de ontmanteling. In de komende decennia zal het Amerikaanse ministerie van Energie (DOE) dat materiaal naar toekomstige opslagfaciliteiten moeten transporteren.

De hoeveelheid bestaande verbruikte splijtstof – 90.000 ton – overschrijdt nu al de momenteel beschikbare opslagcapaciteit. Bij veel van de 75 faciliteiten waar SNF is gehuisvest, hebben opslagtanks en koelvijvers de maximale capaciteit bereikt. Dit materiaal was nooit bedoeld voor langdurige bewaring op deze locaties. Maar nu de inspanningen op het gebied van permanente opslag sinds het begin van de jaren 2000 tot stilstand zijn gekomen, is de ooit tijdelijke oplossing de status quo geworden, waardoor DOE 10,6 miljard dollar moet betalen om de opslagkosten van nutsbedrijven te dekken.

Regelgevers en wetgevers zetten echter eindelijk de toon. Het congres heeft DOE onlangs opdracht gegeven om een ​​tijdelijke geconsolideerde opslagplaats te zoeken om SNF op te slaan totdat er een permanente oplossing beschikbaar komt – waarschijnlijk een geologische opslagplaats die zich tussen de 300 en 1.000 meter onder de grond bevindt. Deze toekomstige opslagplaats is echter nog minstens tien jaar verwijderd.

Ondertussen pakt DOE een secundaire uitdaging aan: het moderniseren van bestaande treinstellen om tegemoet te komen aan de uiteindelijke toename van SNF-zendingen. Het resultaat is Atlas, een systeem met meerdere auto’s dat is ontworpen om ongeveer 217 ton SNF en hoogradioactief afval naar toekomstige opslag- en opbergbestemmingen te vervoeren.

Na tien jaar en $33 miljoen aan ontwikkeling heeft de Association of American Railroads (AAR) onlangs het 12-assige systeem goedgekeurd voor gebruik op alle grote goederenlijnen in de Verenigde Staten. De Atlas-hoofdwagen vervoert de SNF-container die op zijn plaats wordt gehouden door een 7-tons standaard en twee 10-tons eindstoppen. Twee bufferwagens zorgen voor een veilige afstand tussen de hoofdwagen en de twee locomotieven die de trein aandrijven, evenals een cabine van een railescortvoertuig (REV) met gewapende beveiliging voor toezicht. De Amerikaanse marine ontwikkelde gezamenlijk een escortvoertuig ter vervanging van het eigen voertuig[SC4] verouderde REV-vloot, gebruikt om de Navy SNF en geclassificeerde scheepsonderdelen per spoor te escorteren. Atlas maakt gebruik van mobiele en satellietcommunicatie en een netwerkradioverbinding om in contact te blijven met de hutten.

Ingenieurs voltooiden de laatste tests op de Atlas in september 2023 met een reis van 2700 kilometer van Colorado naar Idaho. Amerikaanse ministerie van Energie

Historisch gezien hebben zowel vrachtwagens als treinen duizenden zendingen bestraalde splijtstof vervoerd tussen DOE-onderzoekslocaties, reactoren die eigendom zijn van nutsbedrijven en de New Mexico Waste Isolation Pilot Plant, de enige diepe geologische opslagplaats voor wapenafval. Hoewel het maximale gewicht van de vrachtwagen 36 ton bedraagt, kan de spoorlijn op efficiënte wijze SNF-trommels met grote capaciteit en verontreinigde grond vanaf de schoonmaaklocatie in één zending verwerken. Het geavanceerde realtime volgsysteem van Atlas bouwt voort op deze mogelijkheden.

De Atlas komt omdat kernenergie een belangrijke bijdrage blijft leveren aan schone energie in de VS, wind- en zonne-energie overtreft en vorig jaar 18,6 procent van de elektriciteit van het land opwekte – genoeg om meer dan 70 miljoen huishoudens van stroom te voorzien. Ondanks hun grote capaciteit produceren kernreactoren relatief weinig afval. De jaarresultaten van de SNF vertegenwoordigen minder dan de helft van de Olympische poule.

Nadat de brandstof in de reactor is opgebruikt, dompelen exploitanten van de fabriek de brandstofassemblages onder in met staal beklede betonnen zwembaden van 12 meter hoog om de straling te isoleren. Na minimaal vijf jaar afkoelen wordt SNF overgebracht naar stalen bussen die worden beschermd door een buitenlaag van beton, staal of beide. Deze droge vaten kunnen 40 jaar op hun plaats blijven.

Gebruikte splijtstof wordt overal in de Verenigde Staten opgeslagen, waarbij een groot deel ervan duizenden kilometers verwijderd is van bestaande en toekomstige opslagfaciliteiten.Accountability Office van de Amerikaanse overheid

In de jaren tachtig gaf de Nuclear Waste Policy Act DOE opdracht om SNF permanent op te slaan in een ondergrondse opslagplaats op Yucca Mountain in Nevada. De sociale en politieke oppositie vernietigde uiteindelijk het fel omstreden project. De complexiteit van de regelgeving voor oplossingen voor permanente opslag blijft een cruciaal obstakel bij het beheer van SNF, vooral als er onzekerheid bestaat over de veiligheid van droge opslag op de lange termijn. Omdat DOE zich in de beginfase bevindt van het opzetten van een federale interim-faciliteit, zal SNF waarschijnlijk tot eind 2030 in de faciliteiten blijven.

DOE zegt dat de ontwikkeling van Atlas tien jaar heeft geduurd vanwege de complexiteit van AAR’s S-2043, de strengste norm voor goederenwagens die SNF en hoogactief afval vervoeren in Noord-Amerika. De Atlas beschikt over een reeks sensoren die elf prestatieparameters bewaken die vereist zijn voor de S-2043, zoals bewegingsomstandigheden, snelheid, rollen en remmen. Een geïntegreerd veiligheids- en beveiligingsmonitoringsysteem bevat mechanismen om ontsporingen als gevolg van defecten of degradatie van apparatuur te voorkomen.

DOE had de Atlas oorspronkelijk voor ogen als een achtassige wagen. Tijdens de conceptuele ontwerpfase gaf computermodellering aan dat de prestaties van de trein mogelijk niet aan alle S-2043-eisen voldoen. Rond deze tijd certificeerde de Nuclear Regulatory Commission (NRC) een nieuwe trommel van 190 ton, te zwaar voor de aslast van de kleinere treinwagon. Deze omstandigheden inspireerden het herontwerp van de 12 assen.

De Atlas-wagens zijn door lege bufferwagens gescheiden van de locomotieven en begeleidende wagens om een ​​veilige afstand tot de verbruikte splijtstof te bewaren.Amerikaanse ministerie van Energie

De auto’s en locomotieven voltooiden een demonstratie van ongeveer 2.700 kilometer (1.680 mijl) om compatibiliteit en veiligheid op het spoor te garanderen. De test, die soepel van Colorado naar Idaho reed, simuleerde de zwaarste NRC-gecertificeerde trommel met stalen dummygewichten van bijna 220 ton (480.000 pond), vergezeld van Union Pacific Railroad REV’s, treinwagons en locomotieven.

Voor zwaardere SNF-containers zijn de tientallen assen nodig die Atlas aanbiedt, maar acht assen kunnen relatief lichtere pakketten van minimaal 72 ton efficiënter verplaatsen. Nadat Atlas was overgestapt op een 12-assige motorwagen, startte DOE een achtassig project voor minder laadvermogen. AAR keurde het ontwerp in 2021 goed en begon dit jaar met de productie van prototypes.

Fortis, dat bestaat uit hetzelfde ladingbevestigingssysteem, bewakingssysteem, REV en buffervoertuig, zal naar verwachting eind 2020 voltooid zijn. “Beide auto’s zullen DOE de flexibiliteit geven om het juiste spoorwegmaterieel voor de klus te gebruiken”, zei een DOE-woordvoerder IEEE-spectrum.