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
О чём говорит ваша манера вождения авто О чём говорит ваша манера вождения авто Вот от кого нужно защищать наших детей… Вот от кого нужно защищать наших детей… Российские знаменитости на детских фото Российские знаменитости на детских фото Как понять своего кота: Краткий человеко-кошачий словарь Как понять своего кота: Краткий человеко-кошачий словарь Безумные фото из социальных сетей Безумные фото из социальных сетей Женские перлы из социальных сетей: ой, всё! Женские перлы из социальных сетей: ой, всё! Минский пенсионер расправился с 4 нацистами Минский пенсионер расправился с 4 нацистами Неожиданные родственные связи среди звёзд Неожиданные родственные связи среди звёзд Фото, на которые нужно посмотреть как минимум дважды Фото, на которые нужно посмотреть как минимум дважды Смешные картинки и комментарии на новогоднюю и околоновогоднюю тематику Смешные картинки и комментарии на новогоднюю и околоновогоднюю тематику Окошко между ванной и кухней Окошко между ванной и кухней Яркие фотографии о событиях в мире Яркие фотографии о событиях в мире Неоднозначный подарок от мамы на Рождество Неоднозначный подарок от мамы на Рождество «В 2017 году» — Диафильм 1960 года «В 2017 году» — Диафильм 1960 года Советские женщины, которых приговорили к смертной казни Советские женщины, которых приговорили к смертной казни Как Вася бурундука ловил Как Вася бурундука ловил Интересные факты обо всем на свете Интересные факты обо всем на свете Когда размер имеет большое значение Когда размер имеет большое значение Юмор в картинках про Новый год Юмор в картинках про Новый год Лучшие комменты недели Лучшие комменты недели Позитив из ушедшей эпохи Позитив из ушедшей эпохи Веселимся вместе с социальными сетями Веселимся вместе с социальными сетями Невероятные факты, которые на самом деле чистая правда Невероятные факты, которые на самом деле чистая правда Победители фотоконкурса «Дикая природа России-2016» Победители фотоконкурса «Дикая природа России-2016» 7 важных законов, которые вступают в силу с 1 января 2017 года 7 важных законов, которые вступают в силу с 1 января 2017 года Картинки-подниматели настроения Картинки-подниматели настроения Сандра Бурмистрова ищет богатого ухажёра Сандра Бурмистрова ищет богатого ухажёра Культурный шок американки в России Культурный шок американки в России Хулиганский террор в Советской России 20-х годов Хулиганский террор в Советской России 20-х годов Убийственная сила инженерной мысли Убийственная сила инженерной мысли
Еще посты