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
Позитив : Смешные комментарии из социальных сетей (57 фото) Позитив : Смешные комментарии из социальных сетей (57 фото) Позитив : Смешные комментарии из социальных сетей (35 скринов) Позитив : Смешные комментарии из социальных сетей (35 скринов) Жизнь в Монголии (22 фото) Жизнь в Монголии (22 фото) Милицейская бойня в Самарской области в 1973 году (65 фото) Милицейская бойня в Самарской области в 1973 году (65 фото) Забавные комментарии из социальных сетей (52 фото) Забавные комментарии из социальных сетей (52 фото) Как много в одном взгляде женщины Как много в одном взгляде женщины Это дно дна, ниже некуда: Ко дню Победы выпустили тапки с лицами ветеранов и другой патриотический идиотизм (23 фото) Это дно дна, ниже некуда: Ко дню Победы выпустили тапки с лицами ветеранов и другой патриотический идиотизм (23 фото) Марк Буллер купил дом за 700 тысяч фунтов с особенностями Марк Буллер купил дом за 700 тысяч фунтов с особенностями Прикольные картинки и красивые фотографии (160 фото) Прикольные картинки и красивые фотографии (160 фото) Осколки истории : Интересные и редкие ретро-фотографии (96 фото) Осколки истории : Интересные и редкие ретро-фотографии (96 фото) Интересная история: Жизнь без смартфона Интересная история: Жизнь без смартфона Люси Лоулесс: 10 самых интересных фактов Люси Лоулесс: 10 самых интересных фактов Выпускницы прошлого года (34 фото) Выпускницы прошлого года (34 фото) Дарья Мельникова из сериала «Папины дочки» Дарья Мельникова из сериала «Папины дочки» Адель Смит жалеет о татуировке, которую набила в память о своем псе Адель Смит жалеет о татуировке, которую набила в память о своем псе Страшная месть — не называйте девушек толстыми, а то… Страшная месть — не называйте девушек толстыми, а то… Док Джон: редчайший снимок «три-в-одном» Док Джон: редчайший снимок «три-в-одном» Веселые комменты и высказывания из соцсетей 09.05.18 (49 фото) Веселые комменты и высказывания из соцсетей 09.05.18 (49 фото) Смешные комменты и высказывания из соцсетей (57 фото) Смешные комменты и высказывания из соцсетей (57 фото) Пятничный позитив: Смешные комментарии из соцсетей (40 фото) Пятничный позитив: Смешные комментарии из соцсетей (40 фото) Прикольные картинки с интернет-просторов (35 фото) Прикольные картинки с интернет-просторов (35 фото) Реймонд Боуман: это была самая красивая смерть… Реймонд Боуман: это была самая красивая смерть… Вячеслав Жданов: если бы Дональд Трамп жил в России Вячеслав Жданов: если бы Дональд Трамп жил в России Перлы от «мастеров» печатного слова (52 фото) Перлы от «мастеров» печатного слова (52 фото) Интересные предметы и существа, которых редко встретишь (20 фото) Интересные предметы и существа, которых редко встретишь (20 фото) Забавные и неожиданные высказывания с глубоким смыслом (92 фото) Забавные и неожиданные высказывания с глубоким смыслом (92 фото) «Благодарные потомки» празднуют Победу (3 фото) «Благодарные потомки» празднуют Победу (3 фото) Пятничные забавные картинки и красивые фото (62 фото) Пятничные забавные картинки и красивые фото (62 фото) Прикольные комменты и забавные картинки из сети (41 фото) Прикольные комменты и забавные картинки из сети (41 фото) Забавные фото и прикольные картинки (118 фото) Забавные фото и прикольные картинки (118 фото)
Еще посты