Ядерная энергетика Курсовой проект по дисциплине "Детали машин" Лекции по физике Начертательная геометрия Черчение Контрольная по математике Дизайн квартир

Ядерная энергетика

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

Применительно к урану, ядерный топливный цикл (ЯТЦ) - совокупность технологических операций на предприятиях ядерной индустрии (в первую очередь - на предприятиях атомной энергетики), включающих добычу урановой руды, изготовление уранового концентрата (в форме октооксида урана (III) U3O8 или диураната натрия Na2U2O7); конверсию урана (производство гексафторида урана UF6 и его обогащение ураном-235); изготовление топлива (металлического урана, оксидов или нитридов урана, керамики), тепловыделяющих элементов (твэлов) и топливных сборок (ТВС) для ядерных реакторов; сжигание уранового топлива в атомных реакторах с целью производства тепловой и электроэнергии (в некоторых случаях - и для производство оружейного плутония или других делящихся нуклидов); переработку (хранение или захоронение) отработанного ядерного топлива (ОЯТ), наработку радионуклидов для науки, промышленности и медицины, перевозку (транспорт) радионуклидов, переработку радиоактивных отходов, хранение, захоронение или трансмутацию (уничтожение) радиоактивных отходов, снятие с эксплуатации ядерных реакторов, демонтаж АЭС, АПЛ и других объектов ядерной индустрии, дезактивация и рекультивация местности.

http://matses.ru/fizika/index4.htm Ядерная физика

Остановимся на отдельных этапах ЯТЦ несколько подробнее.

В отличие от угля, урановую руду нельзя подавать непосредственно на электростанцию. Прежде она должна быть очищена, сконцентрирована и помещена в специальные топливные стержни. На урановых рудниках ядерное топливо добывается в виде концентрата окиси урана U3O8 . Этот материал, порошок зеленого цвета, отправляется на дальнейшую переработку.

Он имеет тот же самый изотопный состав, как и руда, в которой содержание 235U не превышает 0.7%. Остальная часть - это более тяжелый изотоп урана - 238U (с небольшим содержанием 234U). Большинство реакторов, включая легко-водные реакторы (LWR), не могут работать на таком топливе (использовать необогащенный уран могут Канадские реакторы типа CANDU). Содержание изотопа 235U должно быть увеличено, приблизительно, до 3.5%. Этот процесс называют обогащением. Процесс обогащения требует, чтобы уран был в газообразной форме.

Конверсия урана (Uranium conversion) - химико-технологический процесс превращения урансодержащих материалов (главным образом, оксидов урана) в гексафторид урана.

Самый простой способ достичь этого состоит в том, чтобы преобразовать окись урана в гексофторид урана (UF6), который находится в газообразном состоянии при температурах
немногим более комнатных. Следовательно, первый адресат концентрата окиси урана - это завод, где происходит его преобразование в шестифтористый уран. После этого UF6 попадает на обогатительный завод, на котором происходит увеличение концентрации расщепляющегося изотопа 235U. В этом процессе 85% естественного уранового топлива отбрасывается как «обедненный уран» (главным образом 238U).

Замечание. Иногда обеднённый уран относят к радиоактивным отходам, поскольку его нельзя использовать как топливо в медленных реакторах. На самом деле такой уран - ценное сырьё. Его можно использовать в как топливо в реакторах на быстрых нейтронах, в качестве разбавителя оружейного плутония, он применяется для изготовления транспортных контейнеров для перевозки гамма-излучающих контейнеров изотопов, в качестве защитных экранов, но главное назначение обеднённого урана - изготовление оболочек бронебойных снарядов и авиабомб, предназначенных для поражения подземных бункеров (высокая эффективность подобного оружия была наглядно продемонстрирована американцами при бомбардировке Югославии).

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.

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.


Радиохимические заводы России