Ciclul combustibilului nuclear (ciclului combustibilului nuclear) - un set de activități pentru funcționarea reactoarelor nucleare, puse în aplicare în sistemul de întreprinderi, fluxul interconectate de materiale nucleare, inclusiv minele de uraniu și de prelucrare fabrici de minereu de uraniu, izotopice uzinele de îmbogățire și de fabricare a combustibilului de conversie a uraniului, reactoare nucleare , instalațiile de reprocesare de depozitare a combustibilului uzat de combustibil uzat, instalațiile de retratare a combustibilului nuclear uzat și depozitarea intermediară și îngroparea deșeurilor radioactive poligon pentru eliminarea deșeurilor.
Există trei tipuri de tipuri de cicluri:
1) ciclul de combustibil de uraniu, în care materialul fisionabil este 235 U și 238 U. combustibil reproducând uraniu produs din uraniu natural 235 U 0,72%, uraniu slab îmbogățit 235 U 1-5% sau 93% HEU 235 U. primele două tipuri de combustibil utilizate în reactoare termice, al treilea - în reactoare rapide de neutroni care funcționează în modul convertor.
2) ciclul combustibilului uraniu-plutoniu. Carburantul acest ciclu este format din naturale sau obednennogo0,2-0,3% suplimentat cu 235 U 239 Pu într-o cantitate echivalentă cu îmbogățirea corespunzătoare a 235 U. Acest combustibil poate fi utilizat ca reactoarele termice și reactoarele rapide în neutroni. Materia primă aici este, de asemenea, 238 U.
3) Ciclul combustibilului uraniu-toriu. Fissile material - 235 U sau 233 U, materie primă - 232 Th. La scară industrială, se utilizează în principal combustibil de uraniu.
CICLUL DE CARBURANT URANIU
În ceea ce privește ciclul de uraniu de combustibil nuclear (NFC) - un set de operații tehnologice ale industriei nucleare întreprinderilor (în primul rând - în centralele nucleare), inclusiv extracția minereului de uraniu, concentrat de fabricație uraniu (sub formă de uraniu oktooksida (III) U3 O8 sau diuranat de sodiu Na2U2O7); conversia (producerea hexafluorura de uraniu UF6) uraniu și îmbogățirea de 235 U; fabricarea de combustibili (oxizi de uraniu metalici sau nitruri de uraniu, ceramica), elemente combustibile (FE) și ansamblurile de combustibil (FA) pentru reactoare nucleare; arderea combustibilului de uraniu în reactoare nucleare pentru a produce energie electrică și termică (în unele cazuri - pentru producerea de plutoniu grad arme sau alte izotopii fisionabili); prelucrare (depozitare sau eliminare) a combustibilului nuclear uzat (SNF), timpul de funcționare de radionuclizi pentru știință, industrie, medicină, transport (transport) radionuclizilor, reciclarea deșeurilor, depozitare, eliminare sau transmutare (distrugere) a deșeurilor radioactive, dezafectarea reactoarelor nucleare, dezmembrare nucleară , submarine nucleare și alte obiecte din zonele industriei nucleare, decontaminare și regenerare.
Gestionarea SNF
Depozitarea combustibilului nuclear uzat este inițial efectuată direct în compartimentul reactorului. Apoi SNF poate fi mutat în depozite speciale de "depozitare uscată" sau depozitare de depunere profundă.
Pentru a calcula cantitatea necesară de combustibil este adesea folosită:
. unde G este cerința anuală pentru uraniul îmbogățit t / an, Nt este puterea termică a reactorului, # 966; - factorul de încărcare al reactorului, B - adâncimea de ardere.
Tab.5 Caracteristicile radiochimice ale izotopilor de uraniu.
Interesul principal pentru energia de fisiune nucleară este de 235 de reacție U. cunoscute aproximativ 100 de izotopi diferiți, cu numere de masă de la aproximativ 90 până la 145, rezultând în fisiunea 235 U. miez Trei fisiune tipic de reacție de bază 235 U au forma:
Produsele de fisiune a nucleului 235 U pot fi alți izotopi de bariu, xenon, stronțiu, rubidiu etc.
Conversie → Îmbogățire → Conversie
Conversia de uraniu este un proces chimico-tehnologic de transformare a materialelor care conțin uraniu (în principal oxizi de uraniu) în hexafluorură de uraniu UF6.
Deoarece toate izotopii uraniului au proprietăți chimice identice, o creștere a fracțiunii de 235 U din probă depinde de diferența dintre greutățile atomice ale izotopilor.
Metodele de separare a izotopilor:
· Gaz-dinamică (separare aerodinamică)
Puterea unei instalații de îmbogățire a uraniului de a crește procentul de 235 U este prezentată în unități numite unitate de unități de lucru separate (SWU). În întreprinderi la nivelul producției, capacitatea plantelor este de obicei de la câteva sute la mai multe mii de tone metrice de SWU (MTERP) pe an. (1 MTERR = 1000 EPP.) Operație de separare Unitatea - este unitatea complexă, care depinde atât de proporția de 235 U, care doresc să primească fluxul îmbogățit și de cât de mult de 235 U a materiei prime rămâne în fluxul sărăcit izotopului dat .
P este cantitatea de kg 235 U, W este cantitatea de kg de uraniu de dumping. Np - procent de îmbogățire 235 U, Nf - procentaj de îmbogățire a uraniului natural (0,71%), Nw - procentaj de impurități. Și funcția V (x) = (2x-1) ln (x / (1-x))
Unitatea SWU (SWU) poate fi considerată drept costul care trebuie aplicat pentru a atinge rata de îmbogățire specificată. Cu cât mai puțin de 235 U din materia primă ar trebui lăsat în uraniu sărăcit, cu atât este nevoie de mai mult EPP pentru a atinge gradul de îmbogățire dorit.
Cantitatea de EPP furnizată de instalația de îmbogățire depinde în mod direct de cantitatea de energie consumată de această plantă. Cele două tehnologii obișnuite de îmbogățire până în prezent sunt semnificativ diferite în ceea ce privește consumul de energie. Pentru centralele moderne de difuzie a gazelor, de regulă, de la 2400 la 2500 kWh de energie electrică per 1 SWU, în timp ce centrifugele de generatoare de gaz consumă numai 50-60 kV-h de energie electrică per 1 SWU.
Pentru a furniza un reactor nuclear tipic de apă luminoasă, cu o capacitate de 1.000 MW de energie electrică, utilizând uraniu îmbogățit drept combustibil, în SWU vor fi necesare aproximativ 100.000 până la 120.000 volume de servicii de îmbogățire a uraniului pe an.
În plus față de kilogramul PPE, există un alt parametru important - masa uraniului natural, care este necesară pentru a obține masa dorită de uraniu îmbogățit. Ca și în cazul cantității de EPP, cantitatea necesară de materie primă va depinde, de asemenea, de gradul de îmbogățire dorit, precum și de cantitatea de 235 U care rămâne în uraniul sărăcit. Cantitatea necesară de uraniu natural va scădea cu o scădere a proporției de 235U. care trebuie lăsat în uraniu sărăcit.
Când LEU îmbogățire pentru reactor nuclear cu apă ușoară din fluxul îmbogățit conține în mod obișnuit 3,6% 235 U (comparativ cu 0,7% în uraniu natural), în timp ce în fluxul sărăcit conține de la 0.2 la 0,3 procente 235 U. Pentru a face un kilogram de această LEU necesită 8 kilograme de uraniu natural și 4.5 SwU permisă în cazul în care proporția de 235 U în fluxul sărăcit în uraniu este de 0,3%. Pe de altă parte, în cazul în care fluxul sărăcit va fi doar 0,2% 235 U, atunci are nevoie de doar 6,7 kilograme de uraniu natural, cu toate acestea - aproximativ 5.7 SwU pentru îmbogățire.
Pentru un kilogram de uraniu puternic îmbogățit cu 90% 235 U, 193 necesită mai multe SwU și aproape 219 kg de uraniu natural, cu condiția ca în uraniu sărăcit rămâne 0,3% 235 U. Dacă fracțiunea admisibilă de 235 U în uraniu sărăcit va fi 0, 2% , va fi nevoie de aproape 228 SWU și mai mult de 176 kilograme de uraniu natural.
Viteza de rotație a centrifugelor, rev / sec.
Tab. 8 Instalații de îmbogățire a uraniului.
Metodă de difuzie a gazului.
Procesul de difuzie a gazului a fost folosit pentru a îmbogăți aproape toate uraniul slab și puternic îmbogățit care a fost produs în SUA. Pentru prima dată, această metodă a fost dezvoltată în anii 1940 în cadrul proiectului Manhattan și a fost parțial utilizată în îmbogățirea uraniului pentru o bombă care a scăpat pe Hiroshima.
Toate cele cinci state-membre nucleare cunoscute ale Tratatului privind neproliferarea armelor nucleare (TNP), într-o anumită perioadă de timp, a pus în funcțiune o instalație de difuzie gazoasă, dar până în prezent aceste obiecte continuă să funcționeze numai în Statele Unite și Franța. Pentru procesul de difuzie pentru a încărca uraniul fiind în stare gazoasă, printr-un număr mare de bariere poroase - un proces extrem de consumatoare de energie. Faptul este că primele două fabrici de îmbogățire din SUA au consumat aproximativ 10% din energia electrică produsă în SUA.
UF6 este un gaz și poate participa la procesul de difuzie a gazului. Moleculele de hexafluorură de uraniu conținând 235 atomi U, fiind ușor mai ușoare, se vor deplasa prin fiecare barieră cu un grad de separare ușor mai ridicat decât cele care conțin 238 atomi U.
Gazul din fiecare etapă este trecut prin bariera permeabilă după fiecare astfel de gaz etapă care trece la partea de presiune joasă a barierei (adică partea din aval) are un procent mai mare de 235 U, în raport cu cea care a fost pe etapa anterioară. Diferența dintre mase și, prin urmare, vitezele moleculelor UF6. conținând 235 U și 238 U, de ordinul unui procent. În consecință, pentru a îmbogăți volume industriale mari de uraniu, sunt necesare mii de etape de îmbogățire.
În sistemul de difuzie a gazelor, etapele sunt construite în "cascade", care permit fiecărei etape să crească îmbogățirea obținută în etapele anterioare și să utilizeze mai eficient fluxul de uraniu sărăcit. Pentru a înțelege amploarea unei astfel de producții, este necesar să se știe că la construirea fabricii de difuzie a gazului, construită la începutul anilor 1940 în Oak Ridge, Tennessee, SUA, a fost cea mai mare unitate industrială din lume.
Cea mai dificilă sarcină în construirea unei unități de difuzie a gazului este producerea de bariere permeabile, care sunt necesare pentru funcționarea difuzoarelor. Materialul pentru astfel de bariere trebuie să fie de înaltă rezistență și capabil să mențină același diametru de pori pentru câțiva ani de funcționare. Aceasta este o sarcină foarte dificilă atunci când se utilizează gaz de hexafluorură de uraniu, care are o proprietate foarte corozivă. Grosimea barierelor tipice este de numai 5 milimetri, iar găurile lor sunt de numai 30-300 de ori mai mari decât diametrul unui atom de uraniu.
Pe lângă faptul că sunt necesare cantități mari de energie electrică în timpul funcționării instalației, compresoarele din centralele de difuzie a gazelor generează de asemenea o cantitate mare de căldură, care trebuie disipată. În fabricile din SUA, transferul de căldură are loc prin intermediul clorofluorocarburilor (CFC) care diminuează stratul de ozon, cum ar fi răcitorul CFC-114 (freon-114). Producția, importul și aplicarea de CFC au fost severe restricționate în 1987 prin Protocolul de la Montreal privind substanțele care epuizează stratul de ozon.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: