Ядерная энергетика

История искусства
Обзор Европейского и Русского искусства
Живопись и архитектура Франции
Французская пейзажная живопись
Фотография как искусство
Ядерная энергетика
Ядерный топливный цикл
Реактор"Феникс"
Оружейный уран и плутоний
Добыча урановой руды
Обогащение урана
Атомная бома «Малыш»
Радионуклиды
Транспортировка радиоактивных веществ
Твэлы энергетических реакторов
Радиохимические заводы России
Нормы радиационной безопасности
Экология тепловой энергетики
Фильтры очистки
Курсовой проект по дисциплине
"Детали машин"
Технические требования на чертеже
редуктора
Выбор параметров и расчёт цилиндрических
зубчатых передач
Расчёт зубьев червячного колеса на
выносливость
Пример выполнения курсового проекта
Расчет резьбовых соединений
Зубчатые передачи
Методы повышения износостойкости
деталей машин
Червячные передачи
В зацеплении Новикова
Повреждение поверхности зубьев
Проверочный расчет на выносливость
при изгибе
Приводные ремни и область их применения
Проектирование новой машины
Проектный расчет валов
Муфты продольно-разъемные
Классификация приводных муфт
Лабораторные по сопромату
Испытание материалов на выносливость
Определение деформаций при косом
изгибе балки
Расчет на жесткость
Расчет на прочность
Лекции по физике
Динамика твердого тела
Вынужденные колебания и волны
Основы термодинамики
Диэлектрики
Получение переменного тока
Оптика
Фотоэлектрический эффект
Примеры выполнения курсовых работ
по электротехнике и электронике
Расчет
цепи постоянного тока
Расчет методом узловых потенциалов
Методика расчёта линейных электрических
цепей переменного тока
Трехфазные электрические цепи
Соединение потребителей звездой
Расчет переходных процессов
Промышленная электроника
Контрольная работа по математике
Элементы линейной алгебры
Векторная алгебра
Функции
Элементы теории множеств
Производная сложной функции
Ряды Фурье в комплексной форме
Двойной интеграл
Тройной интеграл
Курс лекций техническое черчение
Содержание сборочного чертежа
Общие правила оформления
разрезов и сечений
Построение шестерни на валу

Все способы производства топлива для ядерных реакторов, подготовки его к использованию и утилизации отработанного топлива вместе взятые и составляют то, что называют топливным циклом. Уже сам термин «топливный цикл» предполагает, что отработанное ядерной топливо может повторно использоваться на ядерных установках в свежих тепловыделяющих элементах после специальной обработки. Таким образом, ядерный топливный цикл описывает путь, по которому топливо попадает в ядерный реактор, и по которому его покидает.

Урановый цикл Ядерный топливный цикл (Nuclear fuel cycle) - комплекс мероприятий для обеспечения функционирования ядерных реакторов, осуществляемых в системе предприятий, связанных между собой потоком ядерного материала и включающих урановые рудники, заводы по переработке урановой руды, конверсии урана, обогащению и изготовлению топлива, ядерные реакторы, хранилища отработавшего топлива, заводы по переработке отработавшего топлива и связанные с ними промежуточные хранилища и хранилища для захоронения радиоактивных отходов

Таким образом, после обогащения 15% от первоначального количества представляет собой обогащенный уран, содержащий 3.5% изотопа 235U

Для атомной энергетики различают два вида ЯТЦ - открытый (разомкнутый) и закрытый (замкнутый).

Восстановленный уран может возвращаться на дополнительное обогащение, или поставляться в виде свежего топлива для действующих реакторов 239Pu (наряду с другими изотопами плутония) образуется в ядерных реакторах из урана.

Разные страны придерживаются разных национальных программ, предусматривающих либо переработку ОЯТ, либо захоронение, либо «отложенное решение», то есть длительное хранение отработанных твэлов.

Франция, Германия, Великобритания, Россия и Япония продолжают развитие технологий закрытого топливного цикла для окисных топлив, а в Европе более 35 реакторов способны частично использовать МОХ-топливо (от 20 до 50 %), содержащего до 7 % пригодного для реакторов плутония.

Курс лекции и примеры решения задач http://areytur.ru/ по электротехнике, электронике, математике

На модернизированном реакторе "Фениксе" начаты экспериментальные исследования новых форм топлива для технологической демонстрации трансмутации в реакторах на быстрых нейтронах.

Кроме того, объёмы радиоактивных отходов, предназначенных для вечного захоронения, будут гораздо меньше после переработки ОЯТ, чем объёмы отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) без их переработки.

Завершающая часть ядерного топливного цикла (Nuclear fuel cycle back-end) - деятельность, включающая транспортировку, хранение, переработку отработавшего ядерного топлива, обращение с радиоактивными отходами и их захоронение.

Кондиционирование радиоактивных отходов (Radioactive waste conditioning) - операции, при которых радиоактивные отходы переводятся в форму, пригодную для перевозки, хранения или захоронения

Основной вывод из проведенных исследований: замкнутый ЯТЦ представляет сравнительно низкий экономический риск для энергетических компаний. Для открытого ЯТЦ результаты показали большую степень неопределенности - 8-20%. В России до 2010 г.

Ядерная энергетика будет развиваться в основном в разомкнутом (открытом) топливном цикле, поскольку, учитывая значительные запасы уранового сырья России, нецелесообразно с экономической точки зрения расширять переработку отработанного топлива.

Уран-ториевый цикл Ториевый топливный цикл Интерес к торию, как топливу для ядерных реакторов объясняется возможностью образования делящегося изотопа 233U в результате захвата теплового нейтрона 232Th.

Урановый реактор слабо защищен от террористического акта. Ни одна атомная электростанция не выдержит удара крупного самолета. Если произойдет разрушение узла привода поглотительных стержней, систем управления защиты, ядерный реактор взорвется, как атомная бомба.

Оружейный уран и плутоний - стратегический и залоговый материал в ториевой энергетике.

Уран-плутонивый цикл

В настоящее время в мире накоплено избыточное количество оружейного плутония. Это название обычно применяется к плутонию с содержанием 240Pu менее 7%.

Реакторный плутоний Подавляющая часть сегодняшней атомной энергетики использует урановое горючие

Возможности обогащения плутония Применение технологий обогащения урана для удаления нежелательных  изотопов плутония технически возможно

Денатурированный плутоний Если извлеченный из отработавшего топлива плутоний повторно использовать в реакторах на быстрых нейтронах, его изотопный состав постепенно становится менее пригодным для оружейного использования

Торий-плутонивый цикл В настоящее время в стадии разработки находится торий-плутониевый цикл (точнее 322Th-U- Pu цикл). Основа нового топлива - торий и оружейный плутоний, смесь которых поставляется в виде топливных сборок на обычные ядерные реакторы, где она и сжигается, попутно производя электроэнергию

Повышение глубины выгорания урана и плутония находится в фокусе развития топливной программы, поскольку влечет за собой экономически более эффективную эксплуатацию реактора

Вместе с тем, экономические изменения в период до 2050 могут потребовать пересмотра стратегии вторичной переработки топлива, то есть баланса между наработкой и сжиганием плутония, и пересмотра роли быстрых реакторов

Дореаторная часть уранового топливного цикла Урановый топливный цикл - основной цикл современной атомной энергетики. Он состоит из трёх частей: дореакторной, реакторной и послереакторной.

Добыча урановой руды производится на рудниках и открытых карьерах обычными способами и методом подземного выщелачивания. 

Атомная энергетика развивается, доля ее в мировой энергетике постоянно растет, так что потребность в уране постепенно увеличивается. Сейчас текущее производство урана закрывает примерно 50% потребностей АЭС. Разница покрывается складскими запасами различного сырья и из вторичных источников.

Для добычи и переработки урана вблизи разведанных месторождений построены горнодобывающие и перерабатывающие предприятия

Сейчас готовится проект по освоению новых месторождений в Якутии. В России есть и очень крупные месторождения. Они были открыты и разведаны еще в 70-х годах прошлого века, но потом были поставлены в резерв.

Урановые руды содержат обычно небольшое количество ураносодержащего минерала (0,05-0.5% U3O8), так что необходимы предварительное извлечение и обогащение

Мощность дозы облучения на расстоянии одного метра от такой емкости равна, приблизительно половине того, что человек получает во время полета на самолете.

Типичная методика выделения делящихся радионуклидов из урановой руды. Уран обычно встречается в виде урановой соляной руды (окись урана) и карнолита (комплексное урано- ванадиевое соединение).

Металлический уран получают восстановлением урановых галогенидов (обычно тетрафторида урана) магнием в экзотермической реакции в «бомбе» - герметичном контейнере, обычно стальном, общая методика известна как «термитный процесс»

Обогащение урана Гексафторид урана Для целей ядерной энергетики и ядерного военного комплекса требуется уран-235, который способен поддерживать цепную реакцию деления. Его концентрация в природном уране низка — в среднем 0,7 %.

Методы разделения изотопов Разделение изотопов Чаще всего разделение изотопов на отдельные изотопы сводится к выделению из смеси одного из изотопных веществ или просто к концентрированию этого вещества в смеси. Примером может служить извлечение 6Li, 235U, D.

Однократная операция разделения изотопов приводит лишь к небольшому обогащению разделяемой смеси по требуемому изотопу, что связано с малыми значениями изотопных эффектов.

Изотопные эффекты - неидентичность свойств изотопов данного элемента, обусловленная различием масс изотопных атомов (атомных весов).

Диффузия газов через пористые перегородки при пониженном давлении является одним из важнейших методов разделения тяжелых, а также многих легких изотопов. Метод газовой диффузии использует различие в скоростях движения различных по массе молекул газа.

Диффузия в потоке пара (противопоточная масс-диффузия)

Газовое центрифугирование Впервые эта технология была разработана в Германии, во время второй мировой, но промышленно нигде не применялась до начала 60-х. Разделение осуществляется за счет различия центробежных сил, действующих на молекулы разных масс

Электромагнитное разделение. Метод электромагнитного разделения основан на различном действии магнитного поля на заряженные частицы различной массы.

Химическое обогащение использует разницу в скорости протекания химических реакций с различными изотопами. Лучше всего оно работает при разделении легких элементов, где разница значительна.

При электролизе воды или водных растворов электролитов выделяющийся на катоде водород содержит меньшее количество дейтерия, чем исходная вода. В результате в электролизёре растет концентрация дейтерия

Изотопный обмен широко применяют в различных исследовательских и препаративных работах, а также в промышленности. Им пользуются для разделения природных стабильных изотопов химическими методами, основанными на неравномерном равновесном распределении изотопов между веществами.

Для разделения урана в используются следующие технологии: электромагнитное разделение, газовая диффузия, жидкостная термодиффузия, газовое центрифугирование, аэродинамическая сепарация. Определенного внимания заслуживают следующие, пока промышленно неприменяемые методы: испарение с использованием лазера и химическое разделение

Разработка подходящего материала для барьеров оказалась сложным делом, что вызвало некоторую задержку с вводом в строй предприятия после войны, хотя даже частично законченный завод внес вклад в накопление 235U для атомной бомбы «Малыш» (Little Boy), сброшенной на Хиросиму.

После реакторная часть уранового топливного цикла

Временное хранение ОЯТ Основная масса выгруженного из реактора ОЯТ размещается в хранилищах на площадках АЭС или централизованных хранилищах при промышленных (военных) реакторах.

Для поддержания нужного качества воды в бассейне предусмотрена очистка ее по двухступенчатой схеме: на первой ступени воду очищают от взвешенных продуктов коррозии, а на второй - от растворенных солей; на обеих ступенях одновременно проводят очистку от радиоактивных загрязнений

Глубина выгорания топлива определяется как отношение количества израсходованного ядерного топлива к общему количеству первоначально загруженного топливного материала, выраженное в процентах, или как отношение количества выработанной энергии к количеству загруженного топлива.

Выгруженное из реакторов отработавшее ядерное топливо передается на переработку только после определенной выдержки. Это связано с тем, что среди продуктов деления имеется большое количество короткоживущих радионуклидов, которые определяют большую долю активности выгружаемого из реактора топлива.

Радионуклиды, определяющие активность и токсичность отработанного топлива

Изменение во времени активности продуктов деления в отработанном топливе легководного реактора

ОЯТ РОССИИ ОЯТ энергетических реакторов Обращение с ОЯТ в России осуществляется в рамках целевой программы «Обращение с радиоактивными отходами и отработавшими ядерными материалами, их утилизация и захоронение на 1996-2005 годы».

К началу 1995 г. на площадках АЭС России накоплено 1 тыс. т ОЯТ АЭС с реакторами типа ВВЭР-1000 и 6 тыс. т ОЯТ АЭС с реакторами типа РБМК.

ОЯТ ВМФ и гражданского флота России В России серьезное внимание уделяется аспектам хранения ОЯТ военно-морского и гражданского флотов.

Плавтехбаза «Лотта» (построена в 1961 г., водоизмещение 5 тыс. т) используется как хранилище ОЯТ. В 1993 г. она переоборудована для работы с контейнерами нового типа для перевозки ОЯТ.

Транспортировка радиоактивных веществ (РВ) и ядерных делящихся материалов (ЯДМ) - важный компонент ядерного топливного цикла.

По состоянию на начало 2000 г. вывезено 5600 отработавших ТВС (более 2300 т урана), в том числе с АЭС Украины около 2460 (более 1000 т урана).

Важным условием обеспечения безопасности перевозок радиоактивных веществ является соответствие потенциальной опасности содержимого упаковки степени ее прочности, надежности и защитных свойств.

В настоящее время две особенности ядерного топливного цикла: радиационная опасность технологий топливного цикла и риск распространения ядерных материалов, полученных в результате переработки, ограничивает распространение технологий замкнутого топливного цикла.

Радиохимическая переработка ядерного топлива

Процесс химической переработки отработавшего топлива связан с решением проблемы изоляции от биосферы большого количества радионуклидов образующихся в результате деления ядер урана. Эта проблема - одна из наиболее серьезных и трудно решаемых проблем развития ядерной энергетики.

Твэлы энергетических реакторов существенно отличаются от твэлов реакторов для производства плутония. Для наработки плутония используют реакторы на тепловых нейтронах с низким температурным потенциалом.

Подготовка отработавшего ядерного топлива к экстракции.

Вскрытие твэлов может проводиться без отделения материалов оболочки от материала сердечника.

При реализации водно-химических методов оболочку и сердечник растворяют в одном и том же растворителе с получением общего раствора. Разрушение топливной композиции при растворении приводит к освобождению всех радиоактивных продуктов деления. При этом газообразные продукты деления попадают в систему сброса отходящих газов. Перед выбросом в атмосферу сбросные газы очищают.

Для осветления растворов в промышленных условиях чаще всего используют центрифугирование или фильтрацию через твердые фильтрующие материалы.

Очистка и выделение урана, плутония и нептуния

В радиохимическом производстве используют два типа экстракторов - смесители-отстойники с пульсационным или механическим перемешиванием фаз и пульсационные или насадочные колонны.

Для создания центробежных экстракторов используют два принципа. В экстракторах- сепараторах смешение фаз проводится в смесителе, а разделение фаз под действием центробежных сил - в цилиндрическом роторе. Трибутилфосфат - три-н-бутиловый эфир ортофосфорной кислоты

Разделение урана и плутонияво всех технологических схемах осуществляют селективной восстановительной реэкстракцией плутония после операции их совместной экстракции.

Уран и плутоний, разделенные после 1 цикла экстракции, подвергают дальнейшей очистке от продуктов деления, нептуния и друг от друга до уровня, отвечающего техническим условиям ЯТЦ и затем превращают в товарную форму.

Плутоний после отделения от основной массы уранаподвергают дальнейшей очистке от продуктов деления, урана и других актиноидов до собственного фона по у- и в-активности

Процесс осуществляют в двухколоночном экстракционном цикле.

Двуокись плутония поступает в установку кондиционирования, где ее подвергают прокаливанию, дроблению, просеиванию, комплектованию партий и упаковке.

Радиохимические заводы России

Дискуссия о целесообразности регенерации отработавшего топлива носит не только научно-технический и экономический, но и политический характер, так как развертывание строительства заводов регенерации представляет потенциальную угрозу распространения ядерного оружия

Лекции по истории культуры и искусства