История искусства Экология энергетики Инженерная графика и машиностроительное черчение Математика решение задач и примеров Курс лекций по физике и электротехнике
Топливо для ядерных реакторов Урановый цикл Уран-ториевый цикл Уран-плутонивый цикл оружейный плутоний Торий-плутонивый цикл Добыча урановой руды Обогащение урана Временное хранение ОЯТ Транспортировка радиоактивных веществ Твэлы

Важной характеристикой топливного цикла является энергонапряженность активной зоны. Увеличение энергонапряженности при постоянном ядерном соотношении рс / рм и продолжительности приводит к уменьшению количества ежегодно перерабатываемого ядерного топлива, а также размеров активной зоны и капитальных затрат, но повышает температуру ядерного топлива и затраты энергии на прокачку теплоносителя.

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.

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).

Реакторы деления неизбежно высокорадиоактивны, их топливный цикл радиационно опасен, и значительная часть радиоактивных отходов ( активностью - 1 ГКи в момент перегрузки топлива в реакторах тепловой мощностью 1 ГВт) требует глубинного захоронения на тысячи лет
Ядерные топливные циклы производство топлива для ядерных реакторов