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).

Понравился пост? Нажми:
ДизлайкЛайк
+7
Loading...Loading...

Оставить комментарий
Лучшие посты
Туристы из Сургута… Нет слов… Позорище (3 фото) Туристы из Сургута… Нет слов… Позорище (3 фото) Сезон выпускных открыт (10 фото) Сезон выпускных открыт (10 фото) Девушки в поисках богатого папика (20 фото) Девушки в поисках богатого папика (20 фото) Просим помощи в поисках и опознании лиц : Отмороженные твари (7 фото) Просим помощи в поисках и опознании лиц : Отмороженные твари (7 фото) А вы еще помните советские времена ? Ностальгия по ценам (22 фото) А вы еще помните советские времена ? Ностальгия по ценам (22 фото) Муклам вход строго-настрого запрещен (50 фото) Муклам вход строго-настрого запрещен (50 фото) Для тех, кому приелся Геленджик: новый секс-курорт «все включено» (6 фото) Для тех, кому приелся Геленджик: новый секс-курорт «все включено» (6 фото) Мальчик кричал из воды: «Папа! Меня ударило током!». Отец прыгнул с причала в воду… Мальчик кричал из воды: «Папа! Меня ударило током!». Отец прыгнул с причала в воду… Пятничные веселости от социальных сетей (79 фото) Пятничные веселости от социальных сетей (79 фото) Прикольные картинки из социальных сетей (48 фото) Прикольные картинки из социальных сетей (48 фото) Эротическая модель из Латвии Виктория Уайлд : «Бросай свою жену, поклоняйся мне!» (15 фото) Эротическая модель из Латвии Виктория Уайлд : «Бросай свою жену, поклоняйся мне!» (15 фото) Реальность  пляжного отдыха на сказочном Бали – грязь, крысы и жульё! (25 фото) Реальность пляжного отдыха на сказочном Бали – грязь, крысы и жульё! (25 фото) Воскресные веселые фото и картинки (57 фото) Воскресные веселые фото и картинки (57 фото) Мама, я в новостях! Мама, я в новостях! Малоизвестные, спорные исторические факты (40 картинок) Малоизвестные, спорные исторические факты (40 картинок) Начальник позвонил сотруднику домой , который не вышел на работу… Начальник позвонил сотруднику домой , который не вышел на работу… Зачетные фотографии, которые возможно вас удивят (22 фото) Зачетные фотографии, которые возможно вас удивят (22 фото) История одного человека : Проводы в Армию (13 фото) История одного человека : Проводы в Армию (13 фото) Прикольные субботние высказывания и  комменты из соцсетей  (100 фото) Прикольные субботние высказывания и комменты из соцсетей (100 фото) Интересная история: Про медведа и говно Интересная история: Про медведа и говно Интересные и веселые картинки из сетевых просторов (70 фото) Интересные и веселые картинки из сетевых просторов (70 фото) Интересные истории : Война и спиннер Интересные истории : Война и спиннер Народные высказывания и истории из сети (47 фото) Народные высказывания и истории из сети (47 фото) Деградируем вместе с соц сетями 03.07.2017 (206 штук) Деградируем вместе с соц сетями 03.07.2017 (206 штук) Интересная история :  Связался с 16-летней Интересная история : Связался с 16-летней Девушки в шортах прекрасны (49 фото) Девушки в шортах прекрасны (49 фото) Папарацци видят все… (37 фото) Папарацци видят все… (37 фото) Королева тьмы, которая поглощает солнечный свет (14 фото) Королева тьмы, которая поглощает солнечный свет (14 фото) Интересная история: Ты сводишь меня с ума Артур! Интересная история: Ты сводишь меня с ума Артур! Куражистые стюардессы (23 фото) Куражистые стюардессы (23 фото)
Еще посты