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

Простейшим топливным циклом является цикл с однократным сжиганием, когда загрузка топлива сжигается в реакторе только один раз, после чего топливо либо полностью удаляется из реактора, либо перерабатывается с отделением или без отделения делящегося вещества для возможного использования в другой загрузке.

Дореаторная часть уранового топливного цикла

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

В этой лекции мы рассмотрим дореакторную часть уранового топливо-энергетического цикла, включающего в себя такие стадии, как добычу и обогащение урановой руды, получение металлического урана и его оксидов, обогащение урана изотопом урана-235 (Рис.1). Коротко остановимся и на проблеме разделения изотопов (не только урана (топливо), но и изотопов водорода (применительно к замедлителям нейтронов) и бора (применительно к поглотителям нейтронов). Все вопросы, связанные с реакторным материаловедением (изготовление тепловыделяющих элементов, тепловыделяющих сборок, замедлителей, стержней управления и т.п.) будут рассмотрены в 29-ой лекции.

ДОБЫЧА УРАНОВОЙ РУДЫ

Исходным этапом ядерного топливного цикла (ЯТЦ) является добыча руды и производство уранового концентрата. Основные стадии этапа: собственно добыча урансодержащей руды; ее механическое обогащение посредством удаления пустой породы; измельчение полученной рудной массы; выщелачивание из нее урана с помощью серной кислоты или карбоната натрия; получение уранового концентрата путем извлечения урановых растворов (экстракцией, сорбцией или селективным осаждением); сушка уранового концентрата и его герметичная упаковка.

Урановые рудники и запасы урана

Уран - это металл, примерно такой же, как олово или цинк, который содержится в большинстве пород и даже в морской воде. Некоторые типичные концентрации урана в различных средах приведены в таблице (ppm - промилле, одна миллионная часть).

Табл.1 Конценрация урана в различных природных средах

До второй мировой войны уран считался редким металлом. Сейчас известно, уран более распространен, чем ртуть, кадмий, серебро и содержится в промышленных рудах примерно в таких же концентрациях, как мышьяк или молибден. Его средняя концентрация в земной коре примерно 2 части к 1 миллиону, что в переводе на язык весовых единиц равняется миллиардам тонн! Он занимает 48 место по содержанию в кристаллических породах. В литосфере уран более распространен, чем такие недорогие вещества как цинк и бор, встречающиеся в концентрациях 4 г/т. Содержание урана в гранитных породах вполне достаточное, чтобы радиоактивный газ радон, продукт распада, представлял серьезную биологическую опасность в местах выхода гранита на поверхность. Уран обнаружен и в морской воде, в концентрации 150 мкг/м3. Уран не встречается в виде мощных месторождений, но зато известно большое число минералов, содержащих уран: карнотит, отенит, уранинит, торбернит, тюямунит. Уран входит в достаточной концентрации в 150 различных минералов, и в небольшом количестве - еще в 50. Первоначально его нашли в магматических гидротермальных жилах и пегматитах, включая уранинит и смоляную обманку. В этих рудах уран содержится в виде диоксида, который, в зависимости от степени окисления, имеет средний состав от UO2 до UO267. Еще руды, имеющие экономическое значение: аутанит, гидраткальциевый уранильный фосфат; тобернит, гидратмедный уранильный фосфат; коффинит, гидратированный силикат урана; карнотит, гидраткалиевый уранильный ванадат. Урановые руды имеются по всему миру. Запасы и коммерческие сделки выражаются в эквивалентных массах U3O8. Месторождения смоляной обманки, самой богатой ураном руды, располагаются главным образом в Канаде, Конго и США.

Ядерный топливный цикл - система ядерных объектов, связанных между собой потоком ядерного материала. Характеристики топливных циклов могут значительно отличаться в различных странах. Такая система может состоять из урановых рудников, заводов по обработке руды, конверсионных заводов, заводов по обогащению и изготовлению топлива, реакторов, хранилищ отработавшего топлива, заводов по переработке и связанных с ними хранилищ
Ядерные топливные циклы производство топлива для ядерных реакторов