Ядерное топливо: виды и переработка. Урановые таблеткиЯдерное топливо: виды и переработкаАтомная энергетика состоит из большого количества предприятий разного назначения. Сырье для этой индустрии добывается на урановых рудниках. После оно доставляется на предприятия по изготовлению топлива.
Далее топливо транспортируют на атомные станции, где оно попадает в активную зону реактора. Когда ядерное топливо отрабатывает свой срок, его перерабатывают. Отходы переработки подлежат захоронению. Стоит отметить, что опасные отходы появляются не только после переработки топлива, но и на любом этапе – от добычи урана до работы в реакторе. Ядерное топливоТопливо бывает двух видов. Первое – это уран, добытый в шахтах, соответственно, природного происхождения. Он содержит сырье, которое способно образовать плутоний. Второе – это топливо, которое создано искусственно (вторичное).
Также ядерное топливо делится по химическому составу: металлическое, оксидное, карбидное, нитридное и смешанное. Добыча урана и производство топливаБольшая доля добычи урана приходится всего лишь на несколько стран: Россию, Францию, Австралию, США, Канаду и ЮАР. Уран – это основной элемент для топлива на атомных электростанциях. Чтобы попасть в реактор, он проходит несколько стадий обработки. Чаще всего залежи урана находятся рядом с золотом и медью, поэтому его добычу осуществляют с добычей драгоценных металлов.
На разработках здоровье людей подвергается большой опасности, потому что уран – токсичный материал, и газы, которые появляются в процессе его добычи, вызывают разнообразные формы рака. Хотя в самой руде содержится очень малое количество урана - от 0,1 до 1 процента. Также большому риску подвергается население, которое проживает рядом с урановыми шахтами. Обогащенный уран – главное топливо для атомных станций, но после его использования остается огромное количество радиоактивных отходов. Несмотря на всю его опасность, обогащение урана является неотъемлемым процессом создания ядерного топлива. В природном виде уран практически нельзя нигде применить. Для того чтобы использовать, его нужно обогатить. Для обогащения используются газовые центрифуги. Обогащенный уран используют не только в атомной энергетике, но и в производстве оружия. ТранспортировкаНа любом этапе топливного цикла есть транспортировка. Она осуществляется всеми доступными способами: по земле, морем, воздухом. Это большой риск и большая опасность не только для экологии, но и для человека.
Во время перевозки ядерного топлива или его элементов происходит немало аварий, следствием которых является выброс радиоактивных элементов. Это одна из многих причин, по которой ядерную энергетику считают небезопасной. Вывод из строя реакторовНи один из реакторов не демонтирован. Даже печально известная Чернобыльская атомная электростанция. Все дело в том, что по подсчетам экспертов цена демонтажа равняется, а то и превосходит цену постройки нового реактора. Но точно никто не может сказать, сколько понадобится средств: стоимость рассчитывалась на опыте демонтажа небольших станций для исследования. Специалисты предлагают два варианта:
В ближайшие десять лет около 350 реакторов по всему миру выработают свой ресурс и должны быть выведены из строя. Но так как наиболее подходящего по безопасности и цене способа не придумали, это вопрос еще решается.
Сейчас по всему миру работают 436 реакторов. Безусловно, это большой вклад в энергосистему, но он очень небезопасен. Исследования показывают, что через 15-20 лет АЭС смогут заменить станциями, которые работают на энергии ветра и солнечных батареях. Ядерные отходыОгромное количество ядерных отходов образуется в результате деятельности АЭС. Переработка ядерного топлива также оставляет после себя опасные отходы. При этом ни одна из стран не нашла решения проблемы. Сегодня ядерные отходы содержатся во временных хранилищах, в бассейнах с водой или захороняются неглубоко под землей. Наиболее безопасный способ – это хранение в специальных хранилищах, но тут тоже возможна утечка радиации, как и при других способах. На самом деле ядерные отходы имеют некоторую ценность, но требуют строго соблюдения правил их хранения. И это наиболее острая проблема. Важным фактором является время, в течение которого отходы опасны. У каждого радиоактивного вещества свой срок распада, в течение которого оно токсично.
Виды ядерных отходовПри эксплуатации любой атомной электростанции ее отходы попадают в окружающую среду. Это вода для охлаждения турбин и газообразные отходы. Ядерные отходы делят на три категории:
fb.ru Ядерное топливо — WiKiТВС (тепловыделяющая сборка) Топливные таблетки.Я́дерное то́пливо — материалы, которые используются в ядерных реакторах для осуществления управляемой цепной ядерной реакции деления. Ядерное топливо принципиально отличается от других видов топлива, используемых человечеством, оно чрезвычайно энергоемко, но и весьма опасно для человека, что накладывает множество ограничений на его использование из соображений безопасности. По этой и многим другим причинам ядерное топливо гораздо сложнее в применении, чем любой вид органического топлива, и требует множества специальных технических и организационных мер при его использовании, а также высокую квалификацию персонала, имеющего с ним дело. Общая информацияЦепная ядерная реакция представляет собой деление ядра на две части, называемые осколками деления, с одновременным выделением нескольких (2—3) нейтронов, которые, в свою очередь, могут вызвать деление следующих ядер. Такое деление происходит при попадании нейтрона в ядро атома исходного вещества. Образующиеся при делении ядра осколки деления обладают большой кинетической энергией. Торможение осколков деления в веществе сопровождается выделением большого количества тепла. Осколки деления — это ядра, образовавшиеся непосредственно в результате деления. Осколки деления и продукты их радиоактивного распада обычно называют продуктами деления. Ядра, делящиеся нейтронами любых энергий, называют ядерным горючим (как правило, это вещества с нечётным атомным числом). Существуют ядра, которые делятся только нейтронами с энергией выше некоторого порогового значения (как правило, это элементы с чётным атомным числом). Такие ядра называют сырьевым материалом, так как при захвате нейтрона пороговым ядром образуются ядра ядерного горючего. Комбинация ядерного горючего и сырьевого материала называется ядерным топливом. Ниже приведено распределение энергии деления ядра 235U между различными продуктами деления (в МэВ):
Так как энергия нейтрино уносится безвозвратно, доступно для использования только 188 МэВ/атом = 30 пДж/атом = 18 ТДж/моль = 76,6 ТДж/кг (по другим данным (см. ссылку) 205,2 - 8,6 = 196,6 МэВ/атом)[1]. Природный уран состоит из трёх изотопов: 238U (99,282 %), 235U (0,712 %) и 234U (0,006 %). Он не всегда пригоден как ядерное топливо, особенно если конструкционные материалы и замедлитель интенсивно поглощают нейтроны. В этом случае ядерное топливо изготавливают на основе обогащённого урана. В энергетических реакторах на тепловых нейтронах используют уран с обогащением менее 6 %, а в реакторах на быстрых и промежуточных нейтронах обогащение урана превышает 20 %. Обогащённый уран получают на специальных обогатительных заводах. КлассификацияЯдерное топливо делится на два вида:
По химическому составу, ядерное топливо может быть: Теоретические аспекты примененияНа выделенном фрагменте этого муляжа ТВС с вырезанными для удобства обзора секторами ТВЭЛов видны топливные таблетки.Ядерное топливо используется в ядерных реакторах в виде таблеток размером в несколько сантиметров, где оно обычно располагается в герметично закрытых тепловыделяющих элементах (ТВЭЛах), которые в свою очередь для удобства использования объединяются по нескольку сотен в тепловыделяющие сборки (ТВС). К ядерному топливу применяются высокие требования по химической совместимости с оболочками ТВЭЛов, у него должна быть достаточная температура плавления и испарения, хорошая теплопроводность, небольшое увеличение объёма при нейтронном облучении, технологичность производства. Металлический уран сравнительно редко используют как ядерное топливо. Его максимальная температура ограничена 660 °C. При этой температуре происходит фазовый переход, в котором изменяется кристаллическая структура урана. Фазовый переход сопровождается увеличением объёма урана, что может привести к разрушению оболочки ТВЭЛов. При длительном облучении в температурном интервале 200—500 °C уран подвержен радиационному росту. Это явление заключается в том, что облучённый урановый стержень удлиняется. Экспериментально наблюдалось увеличение длины уранового стержня в два — три раза[2]. Использование металлического урана, особенно при температуре больше 500 °C, затруднено из-за его распухания. После деления ядра образуются два осколка деления, суммарный объём которых больше объёма атома урана (плутония). Часть атомов — осколков деления являются атомами газов (криптона, ксенона и др.). Атомы газов накапливаются в по́рах урана и создают внутреннее давление, которое увеличивается с повышением температуры. За счёт изменения объёма атомов в процессе деления и повышения внутреннего давления газов уран и другие ядерные топлива начинают распухать. Под распуханием понимают относительное изменение объёма ядерного топлива, связанное с делением ядер. Распухание зависит от выгорания и температуры ТВЭЛов. Количество осколков деления возрастает с увеличением выгорания, а внутреннее давление газа — с увеличением выгорания и температуры. Распухание ядерного топлива может привести к разрушению оболочки ТВЭЛа. Ядерное топливо менее подвержено распуханию, если оно обладает высокими механическими свойствами. Металлический уран как раз не относится к таким материалам. Поэтому применение металлического урана в качестве ядерного топлива ограничивает глубину выгорания, которая является одной из главных характеристик ядерного топлива. Радиационная стойкость и механические свойства топлива улучшаются после легирования урана, в процессе которого в уран добавляют небольшое количество молибдена, алюминия и других металлов. Легирующие добавки снижают число нейтронов деления на один захват нейтрона ядерным топливом. Поэтому легирующие добавки к урану стремятся выбрать из материалов, слабо поглощающих нейтроны. К хорошим ядерным топливам относятся некоторые тугоплавкие соединения урана: окислы, карбиды и интерметаллические соединения. Наиболее широкое применение получила керамика — диоксид урана UO2. Её температура плавления равна 2800 °C, плотность — 10,2 г/см³. У диоксида урана нет фазовых переходов, она менее подвержена распуханию, чем сплавы урана. Это позволяет повысить выгорание до нескольких процентов. Диоксид урана не взаимодействует с цирконием, ниобием, нержавеющей сталью и другими материалами при высоких температурах. Основной недостаток керамики — низкая теплопроводность — 4,5 кДж/(м·К), которая ограничивает удельную мощность реактора по температуре плавления. Так, максимальная плотность теплового потока в реакторах ВВЭР на диоксида урана не превышает 1,4·103 кВт/м², при этом максимальная температура в стержневых ТВЭЛах достигает 2200 °C. Кроме того, горячая керамика очень хрупка и может растрескиваться. Плутоний относится к низкоплавким металлам. Его температура плавления равна 640 °C. У плутония плохие пластические свойства, поэтому он почти не поддаётся механической обработке. Технология изготовления ТВЭЛов усложняется токсичностью плутония. Для приготовления ядерного топлива обычно применяются диоксид плутония, смесь карбидов плутония с карбидами урана, сплавы плутония с металлами. Высокими теплопроводностью и механическими свойствами обладают дисперсионные топлива, в которых мелкие частицы UO2, UC, PuO2 и других соединений урана и плутония размещают гетерогенно в металлической матрице из алюминия, молибдена, нержавеющей стали и др. Материал матрицы и определяет радиационную стойкость и теплопроводность дисперсионного топлива. Например, дисперсионное топливо Первой АЭС состояло из частиц сплава урана с 9 % молибдена, залитых магнием. Практическое применениеНа АЭС и другие ядерные установки топливо приходит в виде довольно сложных технических устройств — тепловыделяющих сборок (ТВС), которые в зависимости от типа реактора загружаются непосредственно во время его работы (как на реакторах типа РБМК в России) на место выгоревших ТВС или заменяют отработавшие сборки большими группами во время ремонтной кампании (как на российских реакторах ВВЭР или их аналогах в других странах, PWR и других). В последнем случае при каждой новой загрузке меняется чаще всего треть топлива и полностью изменяется его расстановка в активной зоне реактора, наиболее выгоревшие сборки с топливом, из центра активной зоны, выгружаются, на их место ставится вторая треть сборок, со средним выгоранием и расположением. На их место в свою очередь ставятся наименее выгоревшие ТВС, с периферии активной зоны; в то время как на периферию загружается свежее топливо. Такая схема перестановки топлива является традиционной и обусловлена многими причинами, например стремлением обеспечить равномерное энерговыделение в топливе и максимальный запас до кризиса теплообмена воды на оболочках ТВЭЛ. Описание загрузки ядерного топлива в активную зону реактора, данное выше, всё же является весьма условным, позволяющим иметь общее представление об этом процессе. На самом деле загрузка топлива осуществляется сборками с различными степенями обогащения топлива и её предваряют сложнейшие ядерно-физические расчёты конфигурации активной зоны реактора в специализированном программном обеспечении[3], которые совершаются на годы вперёд и позволяют планировать топливные и ремонтные кампании для увеличения показателей эффективности работы АЭС, например КИУМа. Кроме того, если конфигурация топлива не будет удовлетворять определённым требованиям, важнейшими из которых являются различные коэффициенты неравномерности энерговыделения в активной зоне, реактор не сможет работать вовсе или будет неуправляемым. Кроме различной степени обогащения разных ТВС применяются другие решения для обеспечения нужной конфигурации активной зоны и стабильности её характеристик в течение топливной кампании, например ТВС, в которых вместо некоторых ТВЭЛов содержатся поглощающие элементы (ПЭЛы), которые компенсируют изначальную избыточную реактивность свежего топлива, выгорают в процессе работы реактора и по мере использования топлива всё меньше влияют на его реактивность, что в итоге выравнивает по времени величину энерговыделения на протяжении всего срока работы тепловыделяющей сборки. В настоящий момент в топливе промышленных водо-водяных реакторов во всём мире практически перестали использовать ПЭЛы с борным поглотителем, долгое время являвшимися почти безальтернативными элементами, и перешли на более прогрессивный способ[4] — внесение с теми же целями гадолиниевого выгорающего поглотителя непосредственно в топливную матрицу; этот способ имеет много важных преимуществ. После выгрузки из активной зоны реактора отработавшего топлива его помещают в специальный бассейн выдержки, обычно располагающийся в непосредственной близости от реактора. Дело в том, что в отработавших ТВС содержится большое количество осколков деления урана, сразу после выгрузки каждый ТВЭЛ в среднем содержит 300000 Кюри радиоактивных веществ, которые выделяют энергию 100 кВт*час. За счёт этой энергии использованное ядерное топливо имеет свойство саморазогреваться до больших температур без принятия специальных мер (недавно выгруженное топливо может разогреться на воздухе примерно до 300 °C) и является высокорадиоактивным, поэтому его хранят 3-4 года в бассейнах с определённым температурным режимом под слоем воды, защищающим персонал от ионизирующего излучения продуктов распада урана. По мере выдержки уменьшается радиоактивность топлива и мощность его остаточных энерговыделений, обычно через 3 года, когда саморазогрев ТВС сокращается до 50-60 °C, его извлекают и отправляют для хранения, захоронения или переработки[5][6][7][8]. ПолучениеУрановое топливоУрановое ядерное топливо получают переработкой руд. Процесс происходит в несколько этапов:
Ториевое топливо
Торий в настоящее время в качестве сырья для производства ядерного топлива не применяется в силу следующих причин:
Плутониевое топливоПлутониевое ядерное топливо в настоящее время также не применяется, что связано с его крайне сложной химией. За многолетнюю историю атомной промышленности неоднократно предпринимались попытки использования плутония как в виде чистых соединений, так и в смеси с соединениями урана, однако успехом они не увенчались. Топливо для АЭС, содержащее плутоний, называется MOX-топливо. Применение его в реакторах ВВЭР нецелесообразно из-за уменьшения примерно в 2 раза периода разгона[11], на что не рассчитаны штатные системы управления реактором. РегенерацияПри работе ядерного реактора топливо выгорает не полностью, имеет место процесс воспроизводства отдельных изотопов (Pu). В связи с этим отработанные ТВЭЛы направляют на переработку для регенерации топлива и повторного его использования. В настоящее время для этих целей наиболее широко применяется пьюрекс-процесс, суть которого состоит в следующем: ТВЭЛы разрезают на части и растворяют в азотной кислоте, далее раствор очищают от продуктов деления и элементов оболочки, выделяют чистые соединения U и Pu. Затем полученный диоксид плутония PuO2 направляют на изготовление новых сердечников, а уран либо на изготовление сердечников, либо на обогащение 235U. Переработка и регенерация высокорадиоактивных веществ — сложный и дорогостоящий процесс. ТВЭЛы после извлечения из реакторов проходят выдержку в течение нескольких лет (обычно 3—6) в специальных хранилищах. Трудности вызывает также переработка и захоронение отходов, непригодных к регенерации. Стоимость всех этих мер оказывает существенное влияние на экономическую эффективность атомных электростанций. Примечания
Литература
ru-wiki.org Аналитика. Как в аптеке: НЗХК штампует урановые таблетки для АЭС01.11.17 07:35  Изготовление топлива для атомных электростанций — длительный многоступенчатый процесс. В России он реализуется на нескольких предприятиях компании «ТВЭЛ» (входит в ГК «Росатом»). На Новосибирском заводе химконцентратов (НЗХК) на базе обогащенного гексафторида урана производят тепловыделяющие сборки - ключевой элемент активной зоны энергетического ядерного реактора. Журналист EnergyLand.info Екатерина Зубкова побывала на НЗХК и смогла увидеть весь технологический процесс своими глазами. Как мы писали ранее, инфраструктура, связанная с подготовкой топлива для атомной энергетики, разбросана по всей стране. Урановая руда для российских АЭС добывается в г. Краснокаменск (Забайкальский край) и за рубежом — в Казахстане. Изготовленный из нее концентрат поставляется в Томск или Ангарск (Иркутская область), где сырье очищается и переводится в гексафторид урана с природным содержанием изотопа U-235. В таком виде продукт приходит в Новоуральск (Свердловская область), где обогащается, и, наконец, отправляется на заводы в г. Электросталь (Московская обл.) или в Новосибирск, где происходит фабрикация топлива: гексафторид переводят в двуокись урана, из которой делают таблетки, собирают их в стержни, а стержни вставляют в шестигранники. На выходе получаются тепловыделяющие сборки для атомных станций — ТВС. Производство диоксида урана В качестве сырья Новосибирский завод химконцентратов получает гексафторид урана — единственное соединение урана, способное при определенных температурах и давлении переходить в газообразное состояние. После транспортировки в твердом состоянии его загружают в установку термостатирования, где газ испаряется. Затем он поступает в реакторную установку, где происходит реакция восстановления и из газообразной фазы образуется жидкая фракция — плавиковая кислота, и твердая фракция — порошок диоксида урана. Жидкая фракция через очиститель удаляется в специальные контейнеры и отправляется на склад. А порошок передается в восстановительную печь. Там при температуре 700° С происходит его обезфторивание и окончательное восстановление. После печи диоксид урана охлаждается и передается на просев и в установку контроля влажности. А затем — на установку гомогенизации, где порошок приводят в однородное состояние. После этого его выгружают в специальный контейнер, который передается на участок прессования. Все эти процессы происходят в автоматизированном режиме, в так называемой «грязной» зоне, куда человек может войти только в противогазе (спецзащите). Впрочем, в процессе нормальной работы это не требуется: все этапы техпроцесса операторы контролируют по мнемосхемам на экране монитора. Участие человека нужно только при загрузке и выгрузке сырья.
При малейшем отклонении процесса от заданных параметров автоматика выведет на экран предупреждение Производство идет круглосуточно. Расчетная производительность участка составляла 25 тонн диоксида урана, однако после модернизации ее увеличили почти на 25%. Это избавило завод от необходимости строить еще одну установку. НЗХК использует сухой метод получения порошка, который обеспечивает более высокое качество продукции (выход годного продукта 93% вместо 73%) и позволяет снизить нагрузку на окружающую среду, в том числе за счет высокой энергоэффективности оборудования. Кроме того, плавиковая кислота, образующаяся в ходе процесса, представляет собой товарную продукцию без примесей урана, а при мокром методе вместо нее образуются жидкие радиоактивные отходы. Участок по выпуску порошка — один из самых новых на НЗХК, он введен в эксплуатацию в декабре 2010 года. Прежде предприятие получало порошок (а еще раньше — и таблетки) диоксида урана от других предприятий, ныне входящих в состав компании «ТВЭЛ». Теперь здесь создано производство полного цикла. Единый центр ответственности облегчает процедуры контроля качества продукции. Благодаря программе компактизации производственный цикл удалось локализовать не только на одном предприятии, но и в одном здании. В ходе экскурсии представители НЗХК с гордостью демонстрируют опустевшие цеховые пролеты, некогда занятые производственными линиями. Ведь опустели они не из-за падения объемов (производственная программа, наоборот, увеличивается), а благодаря рациональной организации пространства и переходу на более современное оборудование. Производство топливных таблеток На следующем переделе происходит изготовление таблеток. Сначала порошок поступает на установку гранулирования, где происходит формирование более крупной фракции, по форме похожей на снежинку (правда, увидеть такую «снежинку» можно только в микроскоп). Крупная фракция необходима для достижения большей плотности при прессовании. После грануляции порошок смешивается с пластификатором, а затем дозируется и прессуется в брикеты — таблетки диаметром 11 мм. Эти брикеты выгружается в молибденовую лодочку, в которой «плывут» по конвейеру в печь отжига.
Участок изготовления таблеток диоксида урана За 18 часов лодочка проходит восемь зон нагрева. Там таблетка спекается и уменьшается в размерах, достигая при этом высокой плотности — 10,4 г/см³. После отжига таблетка перемещается на комплекс шлифования, где ей предают геометрические параметры, необходимые для установки в стержень. Полученный размер и форма контролируются с помощью лазерной установки. Соответствующая продукция отправляется дальше по конвейеру, а отбракованные таблетки перемалываются и возвращаются в процесс.
Пока готовые таблетки хранятся в контейнерах россыпью, но в скором времени их будут размещать на паллетах для исключения механических повреждений
Каждый контейнер снабжается ярлыком, где указаны обогащение таблетки, номер партии, реквизиты исполнителей Изготовление ТВЭЛ Задача следующего этапа — снарядить стержни таблетками диоксида урана. Стержни производятся из циркониевого сплава (материала, обладающего прочностью и нейтронной прозрачностью) на Чепецком механическом заводе (г. Глазов, Удмуртия). На участке тоже можно наблюдать последствия компактизации: раньше для снаряжения стержней использовалось три линии, сейчас осталась одна, причем она вобрала в себя не только техпроцесс, но и контроль качества. В структуре линии одиннадцать контрольных установок. При технологии прошлого поколения оборудование и люди, выполняющие эти операции, были размещены в соседнем здании.
Автоматизированная линия по снаряжению стержней В каждый стержень помещается З50 таблеток. В зависимости от требований заказчика, в одной оболочке могут находиться таблетки одинакового и разного обогащения. Внутри трубки таблетки закрепляются пружинным фиксатором. После укладки таблеток в оболочку ее концы завариваются концевыми деталями. Но предварительно внутри трубки создается вакуум, а затем она наполняется гелием, чтобы компенсировать внешнее давление, возникающее в реакторе при эксплуатации. Примерно три четверти цеха отдано под выполнение разнообразных контрольных операций. Оборудование проверяет массу параметров ТВЭЛ — размеры, количество таблеток, их обогащение, длину фиксатора, герметичность, контроль сварного шва, гладкость поверхности и т.д. Каждое изделие имеет идентификационный штрих-код, при его считывании можно увидеть результаты всех видов контроля.
Каждый ТВЭЛ имеет уникальный штрих-код Несмотря на возможности современных установок, заключительную контрольную операцию доверяют только человеку — визуальный контроль, как в старые добрые времена, выполняет работник ОТК. Когда-то, на заре освоения производства ТВЭЛ, отбраковывалась едва ли не половина всех элементов. Сегодня выход годного продукта составляет 99,7%. Производство ТВС Перед снаряжением в каркас на готовые стержни наносят лакокрасочное покрытие, но в будущем его планируют заменить на менее затратную в технологическом отношении смазку. Стандартный каркас ТВС предназначен для размещения 312 тепловыделяющих элементов и имеет 18 направляющих каналов и 15 поперечных решеток. Шестигранное поле решетки из 312 ячеек работницы завода собирают вручную, а затем робот сваривает ячейки между собой.
Ручная сборка решеток ТВС
Сварка ячеек в решетке
Готовая решетка Все комплектующие для изготовления каркаса, в том числе головки и хвостовики, которые также изготовляются на НЗХК, поступают на участок сборки. Решетки размещаются на стенде, а потом их пронизывают направляющими каналами — и каркас готов. ТВЭЛы устанавливаются в него с помощью толкателя. Процесс автоматизирован: как и каждому стержню, каждой ячейке присвоен свой номер, что позволяет идентифицировать расположение стержня в каркасе. Это важно, потому что иногда в кассету укладываются слоями ТВЭЛы разного обогащения. С помощью захвата готовый пучок перемещается на следующую позицию, где с торцов к нему пристыковываются головка и хвостовик. С помощью этих концевых деталей выполняется позиционирование ТВС в реакторе.
ТВС проходит заключительные контрольные операции Наконец, ТВС проходит отмывку в ретортах и отправляется на участок контроля внешнего вида, где оценивается чистота и межТВЭЛьное расстояние. Это закрытая зона, куда может входить только ограниченный круг людей, список которых висит на входе. После проверки сборку упаковывают в чехол и транспортный контейнер.
Топливо готово к отправке потребителям Энергетическое топливо в виде ТВС поставляется на атомные станции России, а также экспортируется в Украину, Болгарию, Китай, Индию, Иран. Все этапы производства топлива для ядерных реакторов на предприятиях компании «ТВЭЛ» можно увидеть в фильме. Для справки Помимо производства топлива, НЗХК выпускает тепловыделяющие сборки для исследовательских реакторов, которые используются для научно-исследовательских работ в области молекулярной и ядерной физики, радиационной химии, производства радиоактивных изотопов, приборов и оборудования, а также для подготовки специалистов по эксплуатации ядерных реакторов. НЗХК — единственный в стране производитель металлического лития. Изначально выпуск лития был налажен в рамках программы по созданию термоядерной бомбы, но сейчас этот самый легкий в мире металл используется в мирных целях, причем значительная его часть идет на экспорт — в США, Японию, Францию, Германию и Южную Корею. Самые ходовые сорта — батарейный — для производства неперезаряжаемых источников тока и катализаторный — для изготовления химических соединений, необходимых для синтеза каучука. Кроме того, литий используется в металлургии для производства прочных и легких сплавов, востребованных в аэрокосмической отрасли. Сегодня завод ищет пути выхода на рынок компонентов для литий-ионных аккумуляторов. Автор: Екатерина Зубкова Фото Юрия Сулейманова, НЗХК (С) Медиапортал сообщества ТЭК www.EnergyLand.info Копирование статьи без ссылки на данную страницу запрещено Читайте также:www.energyland.info УРАНОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ | Энциклопедия КругосветСодержание статьиУРАНОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Уран – это основной энергоноситель ядерной энергетики, вырабатывающей около 20% мировой электроэнергии. Урановая промышленность охватывает все стадии производства урана, включая разведку месторождений, их разработку и обогащение руды. Переработку урана в топливо для реакторов можно рассматривать как естественную отрасль урановой промышленности. Ресурсы.Общемировые достаточно надежно разведанные ресурсы урана, который можно было бы выделить из руды по себестоимости не выше 100 долл. за килограмм, оцениваются приблизительно в 3,3 млрд. кг U3O8. Примерно 20% этого (ок. 0,7 млрд. кг U3O8, см. рисунок) приходится на Австралию, за которой следуют США (ок. 0,45 млрд. кг U3O8). Значительными ресурсами для производства урана располагают ЮАР и Канада.
Урановое производство.Основные этапы производства урана – это добыча руды подземным или открытым способом, обогащение (сортировка) руды и извлечение урана из руды выщелачиванием. На руднике урановую руду извлекают из горного массива буро-взрывным способом, раздробленную руду сортируют и размельчают, а затем переводят в раствор сильной кислоты (серной) или в щелочной раствор (карбоната натрия, что наиболее предпочтительно в случае карбонатных руд). Раствор, содержащий уран, отделяют от нерастворенных частиц, концентрируют и очищают сорбцией на ионообменных смолах или экстракцией органическими растворителями. Затем концентрат, обычно в форме оксида U3O8, называемого желтым кеком, осаждают из раствора, сушат и укладывают в стальные емкости вместимостью ок. 1000 л. Для извлечения урана из пористых руд осадочного происхождения все чаще применяется метод выщелачивания на месте. По скважинам, пробуренным в рудном теле, непрерывно прогоняют щелочной или кислый раствор. Этот раствор с перешедшим в него ураном концентрируют и очищают, а затем из него осаждением получают желтый кек. См. также РУДЫ ОБОГАЩЕНИЕ. Переработка урана в ядерное топливо.Концентрат природного урана – желтый кек – это исходный компонент ядерного топливного цикла. Для превращения природного урана в топливо, соответствующее требованиям ядерного реактора, нужны еще три этапа: преобразование в UF6, обогащение урана и изготовление тепловыделяющих элементов (твэлов).
Преобразование в UF6.Для преобразования оксида урана U3O8 в гексафторид урана UF6 желтый кек обычно восстанавливают безводным аммиаком до UO2, из которого затем с помощью плавиковой кислоты получают UF4. На последнем этапе, действуя на UF4 чистым фтором, получают UF6 – твердый продукт, возгоняющийся при комнатной температуре и нормальном давлении, а при повышенном давлении плавящийся. Пять крупнейших производителей урана (Канада, Россия, Нигер, Казахстан и Узбекистан) вместе могут давать 65 000 т UF6 в год. Обогащение урана.На следующем этапе ядерного топливного цикла повышается содержание U-235 в UF6. Природный уран состоит из трех изотопов: U-238 (99,28%), U-235 (0,71%) и U-234 (0,01%). Для реакции деления в ядерном реакторе необходимо более высокое содержание изотопа U-235. Обогащение урана осуществляется двумя основными методами разделения изотопов: газодиффузионным методом и методом газового центрифугирования. (Энергия, затрачиваемая на обогащение урана, измеряется в единицах разделительной работы, ЕРР.) При газодиффузионном методе твердый гексафторид урана UF6 переводят понижением давления в газообразное состояние, а затем прокачивают по пористым трубкам из специального сплава, сквозь стенки которых газ может диффундировать. Поскольку масса атомов U-235 меньше, чем атомов U-238, они легче и быстрее диффундируют. В процессе диффузии газ обогащается изотопом U-235, а газ, прошедший по трубкам, обедняется. Обогащенный газ снова пропускают по трубкам, и процесс продолжается до тех пор, пока содержание изотопа U-235 в отборе не достигнет уровня (3–5%), необходимого для работы ядерного реактора. (Для оружейного урана требуется обогащение до уровня свыше 90% U-235.) В отходах обогащения остается лишь 0,2–0,3% изотопа U-235. Газодиффузионный метод характеризуется высокой энергоемкостью. Заводы, основанные на этом методе, имеются только в США, во Франции и в КНР. В России, Великобритании, Германии, Нидерландах и Японии применяется метод центрифугирования, при котором газ UF6 приводится в очень быстрое вращение. Благодаря различию в массе атомов, а следовательно, и в центробежных силах, действующих на атомы, газ вблизи оси вращения потока обогащается легким изотопом U-235. Обогащенный газ собирается и экстрагируется. Изготовление твэлов.Обогащенный UF6 поступает на завод в 2,5-т стальных контейнерах. Из него гидролизом получают UO2F2, который затем обрабатывают гидроксидом аммония. Выпавший в осадок диуранат аммония отфильтровывают и обжигают, получая диоксид урана UO2, который прессуют и спекают в виде небольших керамических таблеток. Таблетки вкладывают в трубки из циркониевого сплава (циркалоя) и получают топливные стержни, т.н. тепловыделяющие элементы (твэлы), которые объединяют примерно по 200 штук в законченные топливные сборки, готовые для использования на АЭС. Отработанное ядерное топливо сильно радиоактивно и требует особых мер предосторожности при хранении и удалении в отходы. В принципе его можно переработать, отделив продукты деления от остатков урана и плутония, которые повторно могут служить ядерным топливом. Но такая переработка дорого стоит и соответствующие коммерческие предприятия имеются лишь в некоторых странах, например во Франции и Великобритании. Объем производства.К середине 1980-х годов, когда надежды на быстрый рост ядерной энергетики не оправдались, объем производства урана резко упал. Строительство многих новых реакторов было приостановлено, а на действующих предприятиях стали накапливаться запасы уранового топлива. С распадом Советского Союза дополнительно увеличилось предложение урана на Западе. Мировая потребность в уране в середине 1990-х годов составляла ~75 млн. кг. Примерно по 30% этого количества приходилось на США и Европейский союз, а около 15% – на Восточную Азию. См. также ЯДЕР ДЕЛЕНИЕ; АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА. К концу 20 в. все большее влияние на урановую промышленность стали оказывать военные запасы урана. В конце 1992 Россия согласилась демонтировать почти половину своих запасов ядерного оружия и переработать высвободившийся оружейный уран в металл топливного сорта. США согласились приобрести этот материал по рыночным ценам. К 2000 ядерный материал конвертированного оружия составил не менее 20% предложения на мировом рынке урана. См. также ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ; ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ; УРАН. www.krugosvet.ru |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
