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
Факты о «специальных учреждениях» — борделях при концлагерях Факты о «специальных учреждениях» — борделях при концлагерях Звезды на журнальных обложках и в реальной жизни Звезды на журнальных обложках и в реальной жизни Онажемать и котята… Онажемать и котята… Помните это скандальное фото? Вот что здесь скрывается на самом деле Помните это скандальное фото? Вот что здесь скрывается на самом деле Скандал в интернете из-за видео, где мать кормит грудью сыновей-дошкольников Скандал в интернете из-за видео, где мать кормит грудью сыновей-дошкольников Пенсионерка-должница довела коллектора до смоубийства Пенсионерка-должница довела коллектора до смоубийства Самые загадочные люди в истории Самые загадочные люди в истории Интересная история — «Йа блондинко» Интересная история — «Йа блондинко» Почему я должна помогать тупой бабе, которая размножаться научилась, а зарабатывать — нет? Почему я должна помогать тупой бабе, которая размножаться научилась, а зарабатывать — нет? Секрет, зашифрованный в колоде карт Секрет, зашифрованный в колоде карт Как я покойника у столичных ритуальщиков отобрал Как я покойника у столичных ритуальщиков отобрал Женщина продала автомобиль, чтобы купить кошку за миллион Женщина продала автомобиль, чтобы купить кошку за миллион Хабаровские живодёрки жалуются на тяжкие условия содержания в СИЗО Хабаровские живодёрки жалуются на тяжкие условия содержания в СИЗО Жадные вы люди, москвичи!!! Жадные вы люди, москвичи!!! Дача зимой или неожиданный «сюрприз» Дача зимой или неожиданный «сюрприз» Как мы жили в Союзе Как мы жили в Союзе Мишель Клаватт — блондинка, обожающая рыбную ловлю в бикини Мишель Клаватт — блондинка, обожающая рыбную ловлю в бикини Русиано захватил Россию Русиано захватил Россию Михалыч, немцы и охота Михалыч, немцы и охота Участковый, убивший собаку: «Я отбивался, а студенты кричали: «Куси!» Участковый, убивший собаку: «Я отбивался, а студенты кричали: «Куси!» Девушки и авто — вещи практически несовместимые Девушки и авто — вещи практически несовместимые Кто царапает машину? Кто царапает машину? В НАСА много лет скрывали «страшную» тайну Луны В НАСА много лет скрывали «страшную» тайну Луны Пока он чистил снег, его жена и дети тихо умерли в машине Пока он чистил снег, его жена и дети тихо умерли в машине Женщины в восторге от первого в мире силиконового мужчины Женщины в восторге от первого в мире силиконового мужчины Криминалист купил водку в стеклянном черепе и решил восстановить его лицо Криминалист купил водку в стеклянном черепе и решил восстановить его лицо Угарные объявления с Авито Угарные объявления с Авито Трансгендер из Аксая отправится в мужскую колонию Трансгендер из Аксая отправится в мужскую колонию Удивительные исторические фото, которые мало кто видел Удивительные исторические фото, которые мало кто видел КВН: все тайны и скандалы веселых и находчивых КВН: все тайны и скандалы веселых и находчивых
Еще посты