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
17-летний москвич целый год притворялся сотрудником полиции 17-летний москвич целый год притворялся сотрудником полиции Увеличивала-увеличивала и всё ей мало Увеличивала-увеличивала и всё ей мало Голые танцы Голые танцы Забавляемся с социальными сетями Забавляемся с социальными сетями Страшные трагедии, которые скрывали в СССР Страшные трагедии, которые скрывали в СССР В Татарстане волки прорвались в деревню (4 фото) В Татарстане волки прорвались в деревню (4 фото) Удивительные исторические факты, о которых нам не рассказывали в школе Удивительные исторические факты, о которых нам не рассказывали в школе Девочка из Шарьи ищет олигарха Девочка из Шарьи ищет олигарха Странная «коробка сумасшедшего» из мусорного бака Странная «коробка сумасшедшего» из мусорного бака Трудности девушек ростом «от горшка два вершка» Трудности девушек ростом «от горшка два вершка» Художник и его муза (18+) Художник и его муза (18+) Что за зверь такой — антарктическая полихета? Что за зверь такой — антарктическая полихета? Вот как надо знакомиться: сногсшибательные объявления Вот как надо знакомиться: сногсшибательные объявления Новая звезда покоряет инстаграм Новая звезда покоряет инстаграм Невероятная Якутия, сводящая с ума Невероятная Якутия, сводящая с ума Что можно найти при ремонте дома Что можно найти при ремонте дома Смешные комментарии для пятничного вечера (39 фото) Смешные комментарии для пятничного вечера (39 фото) Сборник весёлых картинок из интернета Сборник весёлых картинок из интернета Повеселили пограничников Повеселили пограничников Модель Паола Саулино уже отблагодарила четыре сотни мужчин Модель Паола Саулино уже отблагодарила четыре сотни мужчин Новая звезда интернета Уче Мба Новая звезда интернета Уче Мба Фантастические твари, которые существовали на самом деле Фантастические твари, которые существовали на самом деле Рабочие будни в Госдуме Рабочие будни в Госдуме Древние артефакты мексиканского палеоконтакта Древние артефакты мексиканского палеоконтакта Как я уехал в Англию на заработки Как я уехал в Англию на заработки Лиля Гасинская: девушка в красном бикини Лиля Гасинская: девушка в красном бикини Как Юра Немытых решил бросить все и уехать в Таиланд (6 фото) Как Юра Немытых решил бросить все и уехать в Таиланд (6 фото) Девушка решила придать бровям более выразительный оттенок Девушка решила придать бровям более выразительный оттенок Исследования в сфере астероидной безопасности Исследования в сфере астероидной безопасности У автолюбителя проблема! (3 фото) У автолюбителя проблема! (3 фото)
Еще посты