Как производится ядерное топливо

Шрифт


ядерное топливо

Известно, что ядерное топливо эффективнее всех остальных видов топлива, которым мы располагаем на сегодняшний день, огромное предпочтение отдается всему тому, что способно работать с помощью атомных установок (АЭС, подводные лодки, корабли и прочее). О том, как производят ядерное топливо для реакторов, мы поговорим далее.

ядерное топливо

Добывают уран двумя основными способами:
1) Прямая добыча в карьерах или шахтах, если позволяет глубина залегания урана. С этим методом, надеюсь, всё понятно.
2) Подземное выщелачивание. Это когда на том месте, где найден уран, бурятся скважины, в них закачивается слабый раствор серной кислоты, а уже раствор взаимодействует с ураном, соединяясь с ним. Затем получившаяся смесь откачивается наверх, на поверхность, и из неё химическими методами выделяется уран.

ядерное топливо

Представим, будто мы уже добыли на руднике уран и подготовили его для дальнейших преобразований. На фото ниже - так называемый "желтый кек", U3O8. В бочке для дальнейшей перевозки.

ядерное топливо

Всё бы хорошо, и этот уран в теории можно было бы сразу использовать для производства топлива для АЭС, но увы. Природа, как всегда, подкинула нам работы. Дело в том что природный уран состоит из смеси трех изотопов. Это U238 (99.2745%), U235 (0.72%) и U234(0.0055%). Нас интересует здесь лишь U235 - так как он отлично делится тепловыми нейтронами в реакторе, именно он позволяет нам пользоваться всеми благами цепной реакции деления. К сожалению, его природной концентрации не хватит для стабильной и долгой работы современного реактора АЭС. Хотя, насколько я знаю, аппарат РБМК спроектирован так, что запуститься на топливе из природного урана сможет, но вот стабильность, долговременность и безопасность работы на таком топливе совершенно не гарантируется.
Уран нам надо обогатить. То есть повысить концентрацию U235 от природной до той, которая используется в реакторе.
Для примера, реактор РБМК работает на уране обогащения 2.8%, ВВЭР-1000 - обогащение от 1.6 до 5.0%. Судовые и корабельные ядерные энергетические установки кушают топливо с обогащением до 20%. А некоторые исследовательские реакторы работают на топливе аж с 90% обогащением (пример - ИРТ-Т в Томске).
В России обогащение урана проводится на газовых центрифугах. Т. е. тот желтый порошок, что был на фото ранее, превращают в газ, гексафторид урана UF6. Затем этот газ поступает на целый каскад центрифуг. На выходе из каждой центрифуги, из-за разности веса ядер U235 и U238, мы получаем гексафторид урана с чуть повышенным содержанием U235. Процесс повторяется многократно и в итоге мы получаем гексафторид урана с нужным нам обогащением. На фото ниже как раз можно увидеть масштаб каскада центрифуг - их очень много и простираются они в далекие дали.

ядерное топливо

Затем газ UF6 превращают обратно в UO2, в виде порошка. Химия, всё-таки, очень полезная наука и позволяет нам творить такие чудеса.
Однако этот порошок в реактор так просто не засыпать. Вернее, засыпать-то можно, но ничего хорошего из этого не выйдет. Его (порошок) надо привести к такому виду, чтобы мы могли надолго, на годы, опустить его в реактор. При этом само горючее не должно контактировать с теплоносителем и выходить за пределы активной зоны. И еще ко всему этому топливо должно выдерживать очень и очень суровые давления и температуры, которые возникнут в нём при работе внутри реактора.
Забыл, кстати, сказать что порошок тоже не абы какой - он должен быть определенных размеров, чтобы при спрессовывании и спекании не образовывалось ненужных пустот и трещин. Сначала из порошка делают таблетки, путем спрессовывания и долгого выпекания (технология действительно непростая, если её нарушить - топливные таблетки не будут годны к использованию). Вариации таблеток покажу на фото ниже.

ядерное топливо

Отверстия и выемки на таблетках нужны для компенсации теплового расширения и радиационных формоизменений. В реакторе со временем таблетки пухнут, выгибаются, изменяют размеры, и если ничего не предусмотреть - могут разрушиться, а это плохо.

ядерное топливо

Готовые таблетки затем упаковывают в металлические трубки (из стали, циркония и его сплавов и других металлов). Трубки закрывают с обоих концов и герметизируют. Готовая трубка с топливом называется твэл - тепловыделяющий элемент.

ядерное топливо

Для разных реакторов требуются твэлы разной конструкции и обогащения. Твэл РБМК, например, длиной 3.5 метра. Твэлы, кстати, бывают не только стержневые. как на фото. Они бывают пластинчатые, кольцевые, море различных видов и модификаций.
Твэлы затем объединяют в тепловыделяющие сборки - ТВС. ТВС реактора РБМК состоит из 18 твэлов и выглядит примерно вот так:

ядерное топливо

ТВС реактора ВВЭР выглядит вот так:
Как видно, ТВС реактора ВВЭР состоит из гораздо большего количества твэлов, чем у РБМК.
Готовое специзделие (ТВС) затем с соблюдением мер предосторожности доставляется на АЭС. Зачем предосторожности? Ядерное горючее, хоть пока и нерадиоактивно, очень ценное, дорогое, и при очень неаккуратном обращении способно вызвать много проблем. Затем проводится финальный контроль состояния ТВС и - загрузка в реактор. Всё, уран прошел долгий путь от руды под землей к высокотехнологичному устройству внутри ядерного реактора. Теперь у него другая судьба - несколько лет тужиться внутри реактора и выделять драгоценное тепло, которое у него будет забирать вода (или любой другой теплоноситель).


Оставить комментарий
Лучшие посты
Ирина Рахманова: Белоснежка из «9 роты» уже не та… Ирина Рахманова: Белоснежка из «9 роты» уже не та… По волнам памяти с уникальными ретро-фотографиями (42 фото) По волнам памяти с уникальными ретро-фотографиями (42 фото) Бразильское ноу-хау: бикини из изоленты для загара Бразильское ноу-хау: бикини из изоленты для загара Ожидание и реальность при покупках в интернете: секс-кукла Ожидание и реальность при покупках в интернете: секс-кукла Девушки в новом нижнем белье, купленное на Алиэкспресс Девушки в новом нижнем белье, купленное на Алиэкспресс Михаил Михалков: от офицера СС до автора патриотических песен Михаил Михалков: от офицера СС до автора патриотических песен Версия очевидцев трагедии в школе № 127 Перми Версия очевидцев трагедии в школе № 127 Перми Людмила из Саратова расчехлила свой главный калибр Людмила из Саратова расчехлила свой главный калибр Спалились по полной (15 фото) Спалились по полной (15 фото) Поехали за грибами, а нашли следы применения неведомого по мощности оружия Поехали за грибами, а нашли следы применения неведомого по мощности оружия Каннибалы в Японии могут посетить свой легальный ресторан Каннибалы в Японии могут посетить свой легальный ресторан Lisa Sparxxx: 919 мужчин за один день! Lisa Sparxxx: 919 мужчин за один день! Немного юмора про это =) (27 фото) Немного юмора про это =) (27 фото) Тайна рыбных консервов: вирусная реклама в СССР Тайна рыбных консервов: вирусная реклама в СССР Майор полиции Анастасия Дударева шокирует, однако Майор полиции Анастасия Дударева шокирует, однако 32 позитивных фото с надписями на тяжелый понедельник 32 позитивных фото с надписями на тяжелый понедельник Азербайджанский журналист Хафиз Ахмедов оскорбил русскоязычных граждан страны Азербайджанский журналист Хафиз Ахмедов оскорбил русскоязычных граждан страны Вася Воскрес — Новый «вор в законе № 1» взошел на трон Вася Воскрес — Новый «вор в законе № 1» взошел на трон Сделать фото, снять видео и  другие глупости ради лайков (38 фото) Сделать фото, снять видео и другие глупости ради лайков (38 фото) Илья Аверьянов, директор кондитерской фабрики «Меньшевик», захватил заложников Илья Аверьянов, директор кондитерской фабрики «Меньшевик», захватил заложников Прикольные комментарии из социальных сетей (51 фото) Прикольные комментарии из социальных сетей (51 фото) Интересная история :  Сбербанк, как Ватикан — живет по своим законам Интересная история : Сбербанк, как Ватикан — живет по своим законам Вовсе даже не ванильные новогодние картинки Вовсе даже не ванильные новогодние картинки Удивительные исторические ретро-фотографии (58 фото) Удивительные исторические ретро-фотографии (58 фото) Путешествие по Австралии на поезде (59 фото) Путешествие по Австралии на поезде (59 фото) Прикольные картинки с юмором ниже пояса (32 фото) Прикольные картинки с юмором ниже пояса (32 фото) Позитивные картинки и немного черного юмора в одном флаконе Позитивные картинки и немного черного юмора в одном флаконе Очкарику грозит 8 лет тюрьмы за то, что дал сдачи спортсмену-«южанину» Очкарику грозит 8 лет тюрьмы за то, что дал сдачи спортсмену-«южанину» Рождественский подарок и сладка-сладкая месть Рождественский подарок и сладка-сладкая месть Малость позитива : Нестандартный юмор Малость позитива : Нестандартный юмор
Еще посты