Kaip gaminamas branduolinis kuras (9 nuotraukos). Atominė elektrinė: kaip ji veikia

3 puslapis

Pasibaigus senėjimo laikotarpiui, vežimėliai su urano strypais perkeliami po vandeniu į dengta dalis rezervuaras Čia darbuotojai ilgomis aliuminio žnyplėmis pašalina iš vandens urano strypus ir tiekia juos į mašiną, kuri pašalina jų aliuminio korpusus.

Atominei energijai gaminti jie naudoja specialų aparatą, kuris dažnai vadinamas urano katilu. Tai gana didelė struktūra, kurioje urano strypai pakaitomis su moderatoriaus sluoksniais. Greitieji neutronai, išsiskiriantys dalijantis urano-235 branduoliams, patenka į moderatoriaus sluoksnį ir, besistumdami tarp jo atomų, praranda dauguma jo greitis.

Santykis &N1/N, išreiškiantis efektyvų dalijimosi proceso skerspjūvį, priklauso nuo neutronų energijos. Šis procesas (vadinamas neutronų moderavimu) atliekamas į reaktoriaus tūrį įdedant tam tikrų medžiagų (sunkiojo vandens, grafito ir kt.) urano strypus; elastingų susidūrimų su šių medžiagų branduoliais metu neutronas palaipsniui praranda kinetinę energiją iki verčių, atitinkančių reaktoriaus temperatūrą.

Netoli centrinio skyriaus yra dvi plieninės profiliuotos sijos. Per šias sijas yra lygiagrečių sijų serija, apimanti viršutinę rezervuaro angą ir laikanti urano strypus. Plieniniai strypai yra padengti variu, nikeliu ir chromu, kad būtų išvengta korozijos. Urano strypų išdėstymas kvadratinėje grotelėje gali būti keičiamas keičiant atstumą tarp atitinkamų strypų. Urano metalas trumpų strypų pavidalu gali būti dedamas norimame aukštyje aliuminio vamzdžiai, į kurio apatinį galą suvirinami kamščiai.

Urano-235 branduolių dalijimosi metu greitieji neutronai, ištrūkę iš urano strypų, patenka į grafitą. Čia jie susiduria su anglies branduoliais, kurie sudaro grafitą, greitai praranda greitį ir vėl patenka į kitus jau sulėtėjusius urano strypus.

Norint ištirpinti bet kokius kuro elementus, geriau naudoti azoto rūgštį, nes gautus tirpalus galima siųsti perdirbti naudojant standartinę ekstrahavimo sistemą. Urano strypai, nuėmus aliuminio apvalkalus, greitai ir visiškai ištirpsta, neišskirdami vandenilio. Procesas vyksta patenkinamai, kai aukščiausi lygiai radiacija.

Galiausiai, elektriniai reaktoriai yra skirti gaminti ir panaudoti branduolinę energiją. Fig. 21 duota tipinė diagrama galios branduolinis reaktorius. Urano strypai sudaro reaktoriaus šerdį. Toje pačioje zonoje yra strypai, kurie sulėtina neutronus.

Ugniai atsparūs metalai atlieka svarbų vaidmenį branduolinėje technologijoje. Mokslininkai daugiausia dėmesio skiria daugelio karbidų, ypač silicio karbido, chromo karbido ir hafnio karbido, tyrimams. Aliuminis yra svarbi statybinė medžiaga aukštas laipsnis grynumo, kuris naudojamas urano reaktoriaus strypams padengti, siekiant apsaugoti juos nuo korozijos.

Reaktoriai, kuriuose kuras ir moderatorius yra atskirti vienas nuo kito, vadinami nevienalyčiais. Pavyzdys yra urano-grafito reaktorius. Kai naudojamas kaip branduolinės energijos šaltinis, reaktorius (pavyzdžiui, patys urano strypai) prasiskverbia vamzdžiais, per kuriuos cirkuliuoja medžiaga, pašalinanti šilumą. Ši medžiaga – aušinimo skystis – turėtų, jei įmanoma, sugerti mažai neutronų.

Tačiau veikiant branduoliniam reaktoriui, dėl urano-235 branduolių dalijimosi, urano strypuose pradeda kauptis radioaktyvūs skilimo produktai arba, kaip jie vadinami, skilimo fragmentai. Kai kurie iš šių branduolių godžiai sugeria neutronus. Todėl dalijimosi fragmentams kaupiantis urano strypuose, pradeda eikvoti vis daugiau neutronų, išsiskiriančių dėl grandininės reakcijos, juos sugauna dalijimosi fragmentų branduoliai. Todėl po kurio laiko urano strypai išimami iš reaktoriaus, o į jų vietą įdedami nauji, švieži urano strypai. Kad reaktorius veiktų nuolat, urano strypai keičiami sekcijomis. Todėl branduoliniame reaktoriuje kartu su senais, kurių eksploatavimo laikas jau baigiasi, visada yra jaunų strypų, kurie tik neseniai pateko į reaktorių.

Cheminio plutonio atskyrimo gamyklos aptarnauja kelis branduolinius reaktorius. Šių gamyklų įranga yra patalpinta patalpose su storu betoninės sienos yra beveik visiškai po žeme. Čia atkeliauja branduoliniuose reaktoriuose apdoroti ir kurį laiką specialiose saugyklose laikomi urano strypai. Tačiau net ir pasibaigus senėjimo laikotarpiui urano strypuose yra daug radioaktyvių skilimo produktų ir jie yra itin pavojingi žmonėms. Todėl visos jų transportavimo ir apdorojimo operacijos yra valdomos nuotoliniu būdu, naudojant specialius įrenginius.

Dujos, tikriausiai He, C02, S02 ar kitos, kurių šiluminė energija yra maža kintamoji srovė, yra naudojamos kaip aušinimo skystis heterogeniniam įrenginiui. Šios dujos teka cilindriniais tarpais aplink urano strypus, iš kurių vienas (tarnauja kaip valdiklis) parodytas iš dalies pailgas. Apsaugos aplink katilą storis sudaro tik apie trečdalį patį reaktorių supančios apsaugos. Norint išgauti skilimo produktus, reikia išimti urano strypus ir apdoroti juos chemiškai, o ne supaprastintu būdu, kaip parodyta eskize.

Branduolinės energijos gamyba – modernus ir sparčiai besivystantis elektros gamybos būdas. Ar žinote, kaip veikia atominės elektrinės? Koks yra atominės elektrinės veikimo principas? Kokių tipų branduoliniai reaktoriai egzistuoja šiandien? Bandysime išsamiai apsvarstyti atominės elektrinės veikimo schemą, įsigilinti į branduolinio reaktoriaus konstrukciją ir išsiaiškinti, kiek saugus yra branduolinis elektros gamybos būdas.

Bet kuri stotis yra uždara zona, nutolusi nuo gyvenamojo rajono. Jo teritorijoje yra keli pastatai. Svarbiausia konstrukcija – reaktoriaus pastatas, šalia jo – turbinos patalpa, iš kurios valdomas reaktorius, ir saugos pastatas.

Schema neįmanoma be branduolinio reaktoriaus. Atominis (branduolinis) reaktorius yra atominės elektrinės įrenginys, skirtas organizuoti grandininę neutronų dalijimosi reakciją su privalomu energijos išsiskyrimu šio proceso metu. Tačiau koks yra atominės elektrinės veikimo principas?

Visa reaktoriaus instaliacija įrengta reaktoriaus pastate – dideliame betoniniame bokšte, kuris slepia reaktorių ir avarijos atveju jame bus visi branduolinės reakcijos produktai. Šis didelis bokštas vadinamas izoliacija, hermetišku apvalkalu arba izoliavimo zona.

Hermetinė zona naujuose reaktoriuose turi 2 storas betonines sienas – korpusus.
Išorinis 80 cm storio apvalkalas apsaugo izoliavimo zoną nuo išorinių poveikių.

Vidinis 1 metro 20 cm storio apvalkalas turi specialius plieninius trosus, kurie betono stiprumą padidina beveik tris kartus ir neleis konstrukcijai byrėti. SU viduje jis išklotas plonu specialaus plieno lakštu, kuris skirtas papildomai apsaugoti izoliaciją ir įvykus avarijai neišleisti reaktoriaus turinio už izoliavimo zonos ribų.

Tokia atominės elektrinės konstrukcija leidžia jai atlaikyti iki 200 tonų sveriančią lėktuvo katastrofą, 8 balų žemės drebėjimą, viesulą ir cunamį.

Pirmasis sandarus korpusas buvo pastatytas Amerikos Konektikuto Jankių atominėje elektrinėje 1968 m.

Bendras izoliavimo zonos aukštis yra 50-60 metrų.

Iš ko susideda branduolinis reaktorius?

Norint suprasti branduolinio reaktoriaus veikimo principą, taigi ir atominės elektrinės veikimo principą, reikia suprasti reaktoriaus komponentus.

Aktyvi zona. Tai vieta, kurioje yra branduolinis kuras (kuro generatorius) ir moderatorius. Kuro atomuose (dažniausiai uranas yra kuras) vyksta grandininio dalijimosi reakcija. Moderatorius yra skirtas valdyti dalijimosi procesą ir leidžia reaguoti reikiamą greitį ir stiprumą.
Neutronų reflektorius. Šerdį supa atšvaitas. Ją sudaro ta pati medžiaga kaip ir moderatorius. Iš esmės tai yra dėžė, kurios pagrindinis tikslas – neleisti neutronams išeiti iš šerdies ir patekti į aplinką.
Aušinimo skystis. Aušinimo skystis turi sugerti kuro atomų dalijimosi metu išsiskiriančią šilumą ir perduoti ją kitoms medžiagoms. Aušinimo skystis daugiausia lemia, kaip suprojektuota atominė elektrinė. Populiariausias aušinimo skystis šiandien yra vanduo.
Reaktoriaus valdymo sistema. Jutikliai ir mechanizmai, maitinantys atominės elektrinės reaktorių.

Kuras atominėms elektrinėms

Kuo veikia atominė elektrinė? Kuras atominėms elektrinėms yra radioaktyviųjų savybių turintys cheminiai elementai. Visose atominėse elektrinėse šis elementas yra uranas.

Stočių konstrukcija reiškia, kad atominės elektrinės dirba ne grynu, o sudėtingu sudėtiniu kuru cheminis elementas. O norint išgauti urano kurą iš gamtinio urano, kuris kraunamas į branduolinį reaktorių, reikia atlikti daugybę manipuliacijų.

Prisodrintas uranas

Uranas susideda iš dviejų izotopų, tai yra, jame yra branduolių su skirtingi svoriai. Jie buvo pavadinti pagal protonų ir neutronų skaičių izotopais -235 ir izotopais-238. XX amžiaus tyrinėtojai uraną 235 pradėjo išgauti iš rūdos, nes... buvo lengviau suskaidyti ir transformuoti. Paaiškėjo, kad tokio urano gamtoje yra tik 0,7% (likęs procentas patenka į 238-ąjį izotopą).

Ką tokiu atveju daryti? Jie nusprendė sodrinti uraną. Urano sodrinimas yra procesas, kurio metu jame lieka daug reikalingų 235x izotopų ir mažai nereikalingų 238x izotopų. Urano sodrinimo įrenginių užduotis – 0,7 % paversti beveik 100 % uranu-235.

Uraną galima sodrinti naudojant dvi technologijas: dujų difuziją arba dujų centrifugą. Norint juos panaudoti, iš rūdos išgaunamas uranas paverčiamas dujine būsena. Jis yra praturtintas dujų pavidalu.

Urano milteliai

Prisodrintos urano dujos paverčiamos kietu pavidalu – urano dioksidu. Šis grynas kietas uranas 235 atrodo kaip dideli balti kristalai, kurie vėliau susmulkinami į urano miltelius.

Urano tabletės

Urano tabletės yra tvirti metaliniai, poros centimetrų ilgio diskai. Norint suformuoti tokias tabletes iš urano miltelių, jis sumaišomas su medžiaga – plastifikatoriumi, kuris pagerina tablečių spaudimo kokybę.

Presuoti rituliai kepami 1200 laipsnių Celsijaus temperatūroje ilgiau nei parą, kad tabletės būtų ypatingo tvirtumo ir atsparumo aukštai temperatūrai. Kaip veikia atominė elektrinė, tiesiogiai priklauso nuo to, kaip gerai suspaudžiamas ir iškepamas urano kuras.

Tabletės kepamos molibdeno dėžutėse, nes tik šis metalas gali neištirpti „pragariškoje“ temperatūroje, viršijančioje pusantro tūkstančio laipsnių. Po to urano kuras atominėms elektrinėms laikomas paruoštu.

Kas yra TVEL ir FA?

Reaktoriaus šerdis atrodo kaip didžiulis diskas ar vamzdis su skylutėmis sienose (priklausomai nuo reaktoriaus tipo), 5 kartus didesnis už žmogaus kūną. Šiose skylėse yra urano kuro, kurio atomai vykdo norimą reakciją.

Neįmanoma tiesiog įmesti kuro į reaktorių, na, nebent norima sukelti visos stoties sprogimą ir avariją su pasekmėmis kelioms šalia esančioms valstybėms. Todėl urano kuras dedamas į kuro strypus ir surenkamas į kuro rinkles. Ką reiškia šie sutrumpinimai?

TVEL – kuro elementas (nepainioti su tuo pačiu pavadinimu Rusijos įmonė, kuri juos gamina). Iš esmės tai plonas ir ilgas cirkonio vamzdelis, pagamintas iš cirkonio lydinių, į kurį dedamos urano tabletės. Būtent kuro strypuose urano atomai pradeda sąveikauti tarpusavyje, reakcijos metu išskirdami šilumą.

Cirkonis buvo pasirinktas kaip medžiaga kuro strypų gamybai dėl savo ugniai atsparumo ir antikorozinių savybių.

Kuro strypų tipas priklauso nuo reaktoriaus tipo ir konstrukcijos. Paprastai kuro strypų struktūra ir paskirtis nesikeičia, vamzdžio ilgis ir plotis gali skirtis.

Mašina į vieną cirkonio vamzdį sukrauna daugiau nei 200 urano granulių. Iš viso reaktoriuje vienu metu dirba apie 10 milijonų urano granulių.
FA – kuro rinkinys. AE darbuotojai kuro rinkles vadina ryšuliais.

Iš esmės tai yra keli kuro strypai, pritvirtinti kartu. FA yra baigtas branduolinis kuras, su kuo veikia atominė elektrinė. Tai kuro rinklės, kurios kraunamos į branduolinį reaktorių. Viename reaktoriuje dedama apie 150 – 400 kuro rinklių.
Priklausomai nuo reaktoriaus, kuriame veiks kuro rinklės, jos gali būti skirtingos formos. Kartais ryšuliai sulankstyti į kubinį, kartais į cilindrą, kartais į šešiakampį.

Viena kuro rinklė per 4 eksploatavimo metus pagamina tiek pat energijos, kiek deginant 670 vagonų anglies, 730 cisternų su gamtinių dujų arba 900 cisternų prikrautų naftos.
Šiandien kuro rinklės daugiausia gaminamos Rusijos, Prancūzijos, JAV ir Japonijos gamyklose.

Norint pristatyti kurą atominėms elektrinėms į kitas šalis, kuro rinklės sandariai uždaromos išilgai ir plačiai metaliniai vamzdžiai, oras išpumpuojamas iš vamzdžių ir pristatomas specialiomis mašinomis krovininiuose lėktuvuose.

Branduolinis kuras atominėms elektrinėms sveria nepaprastai daug, nes... uranas yra vienas iš labiausiai sunkieji metalai planetoje. Jo specifinė gravitacija 2,5 karto daugiau nei plieno.

Atominė elektrinė: veikimo principas

Koks yra atominės elektrinės veikimo principas? Atominių elektrinių veikimo principas pagrįstas grandinine radioaktyviosios medžiagos – urano – atomų dalijimosi reakcija. Ši reakcija vyksta branduolinio reaktoriaus zonoje.

SVARBU ŽINOTI:

Nesileidžiant į branduolinės fizikos subtilybes, atominės elektrinės veikimo principas atrodo taip:
Paleidus branduolinį reaktorių, nuo kuro strypų pašalinami absorberiniai strypai, kurie neleidžia uranui reaguoti.

Kai strypai pašalinami, urano neutronai pradeda sąveikauti vienas su kitu.

Kai neutronai susiduria, atominiame lygmenyje įvyksta mini sprogimas, išsiskiria energija ir gimsta nauji neutronai, prasideda grandininė reakcija. Šis procesas gamina šilumą.

Šiluma perduodama aušinimo skysčiui. Priklausomai nuo aušinimo skysčio tipo, jis virsta garais arba dujomis, kurios suka turbiną.

Turbina varo elektros generatorių. Būtent jis iš tikrųjų sukuria elektros srovę.

Jei proceso nestebėsite, urano neutronai gali susidurti vienas su kitu, kol susprogdins reaktorių ir sudaužys visą atominę elektrinę. Procesą valdo kompiuteriniai jutikliai. Jie nustato temperatūros padidėjimą arba slėgio pasikeitimą reaktoriuje ir gali automatiškai sustabdyti reakcijas.

Kuo atominių elektrinių veikimo principas skiriasi nuo šiluminių elektrinių (šiluminių elektrinių)?

Darbo skirtumai yra tik pirmuosiuose etapuose. Atominėje elektrinėje aušinimo skystis gauna šilumą iš urano kuro atomų dalijimosi šiluminėje elektrinėje, aušinimo skystis gauna šilumą degant organiniam kurui (anglies, dujų ar naftos). Po to, kai urano atomai arba dujos ir anglis išskiria šilumą, atominių elektrinių ir šiluminių elektrinių veikimo schemos yra vienodos.

Branduolinių reaktorių tipai

Kaip veikia atominė elektrinė, priklauso nuo to, kaip ji veikia atominis reaktorius. Šiandien yra du pagrindiniai reaktorių tipai, klasifikuojami pagal neuronų spektrą:
Lėtų neutronų reaktorius, dar vadinamas terminiu reaktoriumi.

Jo veikimui naudojamas uranas 235, kuris pereina sodrinimo, urano granulių kūrimo etapus ir kt. Šiandien didžioji dauguma reaktorių naudoja lėtuosius neutronus.
Greitųjų neutronų reaktorius.

Šie reaktoriai yra ateitis, nes... Jie dirba su uranu-238, kuris iš prigimties yra keliolika centų ir šio elemento sodrinti nereikia. Vienintelis tokių reaktorių minusas – labai didelės projektavimo, statybos ir paleidimo išlaidos. Šiandien greitųjų neutronų reaktoriai veikia tik Rusijoje.

Greitųjų neutroninių reaktorių aušinimo skystis yra gyvsidabris, dujos, natris arba švinas.

Lėtųjų neutronų reaktoriai, kuriuos šiandien naudoja visos pasaulio atominės elektrinės, taip pat būna kelių tipų.

TATENA organizacija (Tarptautinė atominės energijos agentūra) sukūrė savo klasifikaciją, kuri dažniausiai naudojama pasaulinėje branduolinės energetikos pramonėje. Kadangi atominės elektrinės veikimo principas labai priklauso nuo aušinimo skysčio ir moderatoriaus pasirinkimo, TATENA klasifikuodama šiuos skirtumus grindė.

Cheminiu požiūriu deuterio oksidas yra idealus moderatorius ir aušinimo skystis, nes jo atomai efektyviausiai sąveikauja su urano neutronais, palyginti su kitomis medžiagomis. Paprasčiau tariant, sunkusis vanduo atlieka savo užduotį su minimaliais nuostoliais ir maksimaliais rezultatais. Tačiau jo gamyba kainuoja, o įprastą „lengvą“ ir pažįstamą vandenį naudoti daug lengviau.

Keletas faktų apie branduolinius reaktorius...

Įdomu tai, kad vienam atominės elektrinės reaktoriui pastatyti reikia mažiausiai 3 metų!
Norėdami pastatyti reaktorių, jums reikia įrangos, kuri veikia elektros srovė esant 210 kilogramų amperų, o tai yra milijoną kartų didesnė už srovę, galinčią nužudyti žmogų.

Vienas branduolinio reaktoriaus korpusas (struktūrinis elementas) sveria 150 tonų. Viename reaktoriuje yra 6 tokie elementai.

Slėginio vandens reaktorius

Mes jau išsiaiškinome, kaip apskritai veikia atominė elektrinė, kad viską pažvelgtume į perspektyvą, pažiūrėkime, kaip veikia populiariausias slėginio vandens atominis reaktorius.
Šiandien visame pasaulyje naudojami 3+ kartos suslėgto vandens reaktoriai. Jie laikomi patikimiausiais ir saugiausiais.

Visi pasaulio slėginio vandens reaktoriai per visus savo eksploatavimo metus jau yra sukaupę daugiau nei 1000 be rūpesčių veikimo metų ir niekada nedavė rimtų nukrypimų.

Atominių elektrinių, naudojančių suslėgto vandens reaktorius, struktūra reiškia, kad distiliuotas vanduo, pašildytas iki 320 laipsnių, cirkuliuoja tarp kuro strypų. Kad jis nepatektų į garų būseną, jis laikomas 160 atmosferų slėgyje. Atominės elektrinės diagramoje tai vadinama pirminės grandinės vandeniu.

Pašildytas vanduo patenka į garo generatorių ir atiduoda šilumą antrinio kontūro vandeniui, po kurio vėl „sugrįžta“ į reaktorių. Iš išorės atrodo, kad pirmosios grandinės vandens vamzdžiai liečiasi su kitais vamzdžiais - antrojo kontūro vandeniu, jie perduoda šilumą vienas kitam, tačiau vandenys nesiliečia. Vamzdžiai liečiasi.

Taigi spinduliuotės galimybė patekti į antrinės grandinės vandenį, kuri toliau dalyvaus elektros energijos gamybos procese, yra atmesta.

AE eksploatavimo sauga

Išmokę atominių elektrinių veikimo principą, turime suprasti, kaip veikia sauga. Atominių elektrinių statyba šiandien reikalauja didesnio dėmesio saugos taisyklėms.
AE saugos sąnaudos sudaro apie 40% visos elektrinės kainos.

Atominės elektrinės projekte yra 4 fiziniai barjerai, neleidžiantys išsiskirti radioaktyviosioms medžiagoms. Ką turėtų daryti šios kliūtys? Gebėti sustoti tinkamu laiku branduolinė reakcija, užtikrinti nuolatinį šilumos pašalinimą iš aktyviosios zonos ir paties reaktoriaus bei užkirsti kelią radionuklidų išsiskyrimui už izoliacijos (hermetinės zonos).

Pirmasis barjeras yra urano granulių stiprumas. Svarbu, kad jie nebūtų sunaikinti veikiant aukšta temperatūra branduoliniame reaktoriuje. Didelė dalis atominės elektrinės veikimo priklauso nuo to, kaip urano granulės yra „kepamos“ pradiniame gamybos etape. Jei urano kuro granulės nebus tinkamai iškeptos, urano atomų reakcijos reaktoriuje bus nenuspėjami.
Antroji kliūtis – kuro strypų sandarumas. Cirkonio vamzdeliai turi būti sandariai uždaryti, jei sandariklis sulaužytas geriausiu atveju bus sugadintas reaktorius ir darbai bus sustabdyti, blogiausiu atveju viskas susprogs.
Trečioji kliūtis – patvarus plieninis reaktoriaus indas a, (tas pats didelis bokštas - hermetiška zona), kuri „sulaiko“ visus radioaktyvius procesus. Jei korpusas bus pažeistas, radiacija pateks į atmosferą.
Ketvirtasis barjeras – avarinės apsaugos strypai. Strypai su moderatoriais virš šerdies pakabinami magnetais, kurie per 2 sekundes gali sugerti visus neutronus ir sustabdyti grandininę reakciją.

Jei, nepaisant daugelio apsaugos laipsnių atominės elektrinės konstrukcijos, reaktoriaus aktyviosios zonos neįmanoma laiku atvėsti, o kuro temperatūra pakyla iki 2600 laipsnių, tada atsiranda paskutinė saugos sistemos viltis. - vadinamoji lydalo gaudyklė.

Faktas yra tas, kad esant tokiai temperatūrai reaktoriaus indo dugnas išsilydys, o visos branduolinio kuro likučiai ir išlydytos konstrukcijos pateks į specialų „stiklą“, pakabintą virš reaktoriaus aktyviosios zonos.

Lydymosi gaudyklė yra šaldoma ir atspari ugniai. Jis pripildytas vadinamosios „aukos medžiagos“, kuri palaipsniui sustabdo dalijimosi grandininę reakciją.

Taigi atominės elektrinės projektas reiškia keletą apsaugos laipsnių, kurie beveik visiškai pašalina bet kokią avarijos galimybę.

O tai savo ruožtu gali sukelti vėlesnių branduolių skilimą. Šis dalijimasis įvyksta, kai neutronas patenka į pradinės medžiagos atomo branduolį. Branduolio dalijimosi metu susidarę skilimo fragmentai yra dideli. Medžiagos dalijimosi fragmentų slopinimas lydimas išsiskyrimo didelis kiekis karštis. Skilimo fragmentai yra branduoliai, susidarantys tiesiogiai dėl dalijimosi. Skilimo fragmentai ir jų radioaktyvaus skilimo produktai paprastai vadinami skilimo produktai. Branduoliai, kurie dalijasi bet kokios energijos neutronais, vadinami branduoliniu kuru (paprastai tai yra medžiagos, kurių atominis skaičius yra nelyginis). Yra branduolių, kuriuos dalijasi tik neutronai, kurių energija viršija tam tikrą slenkstinę vertę (dažniausiai elementai su lyginiu atominiu numeriu). Tokie branduoliai vadinami žaliava, nes kai neutroną užfiksuoja slenkstinis branduolys, susidaro branduolinio kuro branduoliai. Branduolinio kuro ir žaliavos derinys vadinamas branduoliniu kuru. Žemiau pateikiamas 235 U branduolio dalijimosi energijos pasiskirstymas tarp įvairių dalijimosi produktų (MeV):

Gamtinį uraną sudaro trys izotopai: 238 U (99,282%), 235 U (0,712%) ir 234 U (0,006%). Jis ne visada tinka kaip branduolinis kuras, ypač jei statybinės medžiagos intensyviai sugeria . Šiuo atveju branduolinis kuras ruošiamas iš prisodrinto urano. Elektrinėse naudojamas uranas, kurio sodrinimas mažesnis nei 10%, o branduoliniuose ir neutroniniuose reaktoriuose urano sodrinimas viršija 20%. Prisodrintas uranas gaminamas specialiose sodrinimo gamyklose.

klasifikacija

Branduolinis kuras skirstomas į du tipus:

Natūralūs, kurių sudėtyje yra 235 U skiliųjų branduolių, taip pat 238 U žaliavų, galinčių sudaryti 239 Pu neutronų gaudymo metu;
Antrinis kuras, kurio nėra gamtoje, įskaitant 239 Pu, gautą iš pirmojo tipo kuro, taip pat 233 U izotopus, susidarančius neutronus gaudant 232 Th branduoliams.

Autorius cheminė sudėtis, branduolinis kuras gali būti:

, įskaitant ;
(Pavyzdžiui, );
(Pavyzdžiui, )
Mišrus (PuO 2 + UO 2)

Taikymas

Branduolinis kuras naudojamas ten, kur jis paprastai yra hermetiškai uždarytuose kuro elementuose () kelių centimetrų dydžio tablečių pavidalu.

Branduoliniam kurui keliami aukšti cheminio suderinamumo su kuro strypų apvalkalais reikalavimai, jis turi turėti pakankamą lydymosi ir garavimo temperatūrą, gerą temperatūrą, šiek tiek padidėjusį apšvitinimo tūrį ir tinkamumą gaminti.

Kvitas

Urano kuras

Branduolinis kuras gaunamas perdirbant rūdas. Procesas vyksta keliais etapais:

Vargingiems laukams: Šiuolaikinėje pramonėje dėl turtingų urano rūdų trūkumo (išimtys yra Kanados neatitikimo telkiniai, kur urano koncentracija siekia 30% ir Australijos telkiniai, kuriuose urano kiekis iki 3%), požeminio išplovimo būdas. naudojamos rūdos. Taip pašalinama brangi rūdos kasyba. Preliminarus pasiruošimas eina tiesiai po žeme. Per įpurškimo vamzdžiai po žeme esantis virš telkinio pumpuojamas, kartais pridedant geležies druskų (oksiduoti uraną U(IV) į U(VI)), nors rūdose dažnai yra geležies ir piroliusito, kurie palengvina oksidaciją. Per siurbimo vamzdžiai Naudojant specialius siurblius, į paviršių iškyla sieros rūgšties tirpalas su uranu. Tada jis tiesiogiai eina į sorbciją, hidrometalurginį ekstrahavimą ir tuo pačiu metu urano koncentravimą.
Rūdos telkiniams: naudoti ir .
Hidrometalurginis apdorojimas – tai urano smulkinimas, išplovimas arba ekstrahavimas, siekiant gauti išgrynintą urano oksidą U 3 O 8 arba natrio diuranatą Na 2 U 2 O 7 arba amonio diuranatą.
Urano pavertimas iš oksido į tetrafluoridą arba iš oksidų tiesiogiai gaminant heksafluoridą, kuris naudojamas uranui sodrinti 235 izotopu.
Sodrinimas dujų terminės difuzijos metodais arba centrifugavimu (žr.
UF 6 prisodrintas iki 235

Dėl to, kad branduolinis kuras yra efektyvesnis už visas kitas šiandien turimas kuro rūšis, pirmenybė teikiama viskam, kas gali veikti naudojant atomines elektrines (atominės elektrinės, povandeniniai laivai, laivai ir pan.). Toliau kalbėsime apie tai, kaip gaminamas branduolinis kuras reaktoriams.

Uranas kasamas dviem pagrindiniais būdais:
1) Tiesioginė kasyba karjeruose ar kasyklose, jei tai leidžia urano gylis. Tikiuosi, kad naudojant šį metodą viskas aišku.
2) Požeminis išplovimas. Tai yra tada, kai urano radimo vietoje išgręžiami gręžiniai, į juos pumpuojamas silpnas sieros rūgšties tirpalas, o tirpalas sąveikauja su uranu, su juo susijungia. Tada gautas mišinys pumpuojamas aukštyn, į paviršių ir iš jo cheminiai metodai išsiskiria uranas.

Įsivaizduokime, kad jau kasykloje išgavome uraną ir paruošėme jį tolimesnėms transformacijoms. Žemiau esančioje nuotraukoje parodytas vadinamasis „geltonasis pyragas“, U3O8. Statinėje tolesniam transportavimui.

Viskas būtų gerai, ir teoriškai šis uranas galėtų būti nedelsiant panaudotas kurui atominėms elektrinėms gaminti, bet deja. Gamta, kaip visada, davė mums darbo. Faktas yra tas, kad natūralus uranas susideda iš trijų izotopų mišinio. Tai U238 (99,2745%), U235 (0,72%) ir U234 (0,0055%). Mus domina tik U235 – kadangi jis puikiai dalijasi šiluminiais neutronais reaktoriuje, tai leidžia mėgautis visais dalijimosi grandininės reakcijos privalumais. Deja, jo natūralios koncentracijos neužtenka stabiliems ir ilgas darbas modernus atominės elektrinės reaktorius. Nors, kiek žinau, RBMK aparatas sukonstruotas taip, kad galėtų paleisti iš natūralaus urano pagamintą kurą, tačiau stabilumas, ilgaamžiškumas ir veikimo su tokiu kuru saugumas visiškai negarantuojamas.
Turime sodrinti uraną. Tai yra, padidinkite U235 koncentraciją nuo natūralios iki naudojamos reaktoriuje.
Pavyzdžiui, RBMK reaktorius veikia su 2,8 % prisodrintu uranu, o VVER-1000 reaktorius – 1,6–5,0 % prisodrintu uranu. Jūrų ir jūrų laivyno atominės elektrinės sunaudoja kurą, prisodrintą iki 20 proc. Kai kurie tyrimų reaktoriai dirba su 90% sodrinimo kuru (pavyzdžiui, IRT-T Tomske).
Rusijoje urano sodrinimas atliekamas naudojant dujų centrifugas. Tai yra, tie geltoni milteliai, kurie buvo nuotraukoje anksčiau, paverčiami dujomis, urano heksafluoridu UF6. Tada šios dujos tiekiamos į centrifugų kaskadą. Prie kiekvienos centrifugos išėjimo dėl U235 ir U238 branduolių masės skirtumo gauname urano heksafluoridą su šiek tiek padidintu U235 kiekiu. Procesas kartojamas daug kartų ir galiausiai gauname mums reikalingo sodrinimo urano heksafluoridą. Žemiau esančioje nuotraukoje tiesiog matosi centrifugų kaskados mastelis – jų daug ir jos tęsiasi į tolimus atstumus.

Tada UF6 dujos vėl paverčiamos UO2 miltelių pavidalu. Chemija juk yra labai naudingas mokslas ir leidžia kurti tokius stebuklus.
Tačiau šių miltelių negalima lengvai supilti į reaktorių. Tiksliau, galite užmigti, bet nieko gero iš to nebus. Jis (milteliai) turi būti suformuotas į tokią formą, kad galėtume ilgam laikui, metams, nuleisti į reaktorių. Tokiu atveju pats kuras neturėtų liestis su aušinimo skysčiu ir išeiti už šerdies. Be viso to, kuras turi atlaikyti labai labai didelį slėgį ir temperatūrą, kuri jame atsiras dirbant reaktoriaus viduje.
Beje, pamiršau pasakyti, kad pudra taip pat ne bet kokia - ji turi būti tam tikro dydžio, kad presuojant ir sukepinant nesusidarytų nereikalingų tuštumų ir įtrūkimų. Pirma, tabletės gaminamos iš miltelių spaudžiant ir ilgai kepant (technologija tikrai nelengva, ją pažeidus kuro tabletės nebus tinkamos). Žemiau esančioje nuotraukoje parodysiu planšetinių kompiuterių variantus.

Skylės ir įpjovos tabletėse reikalingos šiluminiam plėtimuisi ir radiacijos pokyčiams kompensuoti. Reaktoryje laikui bėgant tabletės išsipučia, lenkia, keičiasi dydžiai, o jei nieko nenumatyta, gali subyrėti, ir tai yra blogai.

Tada paruoštos tabletės supakuojamos į metalinius vamzdelius (pagamintus iš plieno, cirkonio ir jo lydinių bei kitų metalų). Vamzdžiai uždaromi iš abiejų galų ir užsandarinami. Užbaigtas vamzdis su kuru vadinamas kuro elementu – kuro elementu.

Skirtingiems reaktoriams reikia kuro strypų skirtingi dizainai ir praturtinimas. Pavyzdžiui, RBMK kuro strypai yra 3,5 metro ilgio. Kuro elementai, beje, yra ne tik strypiniai. kaip nuotraukoje. Jie yra plokštelė, žiedas, jūra įvairių tipų ir modifikacijas.
Tada kuro elementai sujungiami į kuro rinkles – FA. RBMK reaktoriaus kuro rinkinys susideda iš 18 kuro strypų ir atrodo maždaug taip:

VVER reaktoriaus kuro rinkinys atrodo taip:
Kaip matote, VVER reaktoriaus kuro rinkinys susideda iš daug didesnio kuro strypų skaičiaus nei RBMK.
Tada, laikantis saugos priemonių, gatavas specialus produktas (FA) pristatomas į atominę elektrinę. Kodėl atsargumo priemonės? Branduolinis kuras, nors ir dar nėra radioaktyvus, yra labai vertingas, brangus, o su juo elgiantis labai neatsargiai gali kilti daug problemų. Tada atliekama galutinė kuro rinkinio būklės kontrolė ir pakrovimas į reaktorių. Štai ir viskas, uranas nuėjo ilgą kelią nuo rūdos po žeme iki aukštųjų technologijų įrenginio branduoliniame reaktoriuje. Dabar jo laukia kitoks likimas – kelerius metus įtempti reaktoriaus viduje ir išleisti brangią šilumą, kurią iš jo paims vanduo (ar bet koks kitas aušinimo skystis).

2011 m. Novosibirsko cheminių koncentratų gamykla pagamino ir pardavė 70% pasaulyje sunaudojamo ličio-7 izotopo (1300 kg), o tai pasiekė naują rekordą gamyklos istorijoje. Tačiau pagrindinis NCCP gaminamas produktas yra branduolinis kuras.

Ši frazė turi įspūdingą ir bauginantį poveikį Novosibirsko gyventojų sąmonei, priversdama įsivaizduoti bet ką apie įmonę: nuo trikojų darbininkų ir atskiro požeminis miestas ir baigiant radioaktyviuoju vėju.

Taigi, kas iš tikrųjų slepiasi už paslaptingiausios Novosibirsko gamyklos, gaminančios branduolinį kurą mieste, tvorų?

OJSC "Novosibirsko cheminių koncentratų gamykla" yra viena iš pirmaujančių pasaulyje branduolinio kuro gamintojų atominėms elektrinėms ir tyrimų reaktoriams Rusijoje ir užsienio šalys. Vienintelė Rusijos gamintojas metalinis litis ir jo druskos. Ji priklauso valstybinės korporacijos „Rosatom“ kuro kompanijai TVEL.

Atėjome į cechą, kur gaminamos kuro rinklės – kuro rinklės, kurios kraunamos į atominės elektrinės reaktorius. Tai branduolinis kuras, skirtas atominėms elektrinėms. Norint patekti į produkciją, reikia užsidėti chalatą, kepuraitę, medžiaginius batų užvalkalus, ant veido užsidėti „žiedlapį“.

Visas darbas, susijęs su urano turinčiomis medžiagomis, sutelktas ceche. Tai technologinis kompleksas yra vienas pagrindinių NCCP (kuro mazgai atominėms elektrinėms užima apie 50 proc. parduodamų produktų OJSC „NZHK“).

Valdymo patalpa, iš kurios kontroliuojamas urano dioksido miltelių gamybos procesas, iš kurio vėliau gaminamos kuro granulės.

Darbuotojai atlieka eilinę techninę priežiūrą: tam tikrais intervalais sustabdoma ir tikrinama net ir naujausia įranga. Pačioje dirbtuvėje visada daug oro – nuolat veikia ištraukiamoji ventiliacija.

Tokiuose bikoniuose laikomi urano dioksido milteliai. Jie sumaišo miltelius ir plastifikatorių, todėl tabletė gali būti geriau suspausta.

Įrenginys, kuris suspaudžia kuro granules. Kaip vaikai velykinius pyragus gamina iš smėlio, spausdami ant formelės, taip ir čia: spaudžiant spaudžiama urano tabletė.

Molibdeno valtis su tabletėmis laukia siuntimo į krosnį atkaitinimui. Prieš atkaitinimą tabletės yra žalsvo atspalvio ir kitokio dydžio.

Miltelių, tablečių ir aplinką sumažintas iki minimumo: visi darbai atliekami dėžėse. Norint kažką pataisyti viduje, dėžėse įmontuotos specialios pirštinės.

Deklai viršuje degina vandenilį. Tabletės atkaitinamos krosnyse ne žemesnėje kaip 1750 laipsnių temperatūroje vandenilį redukuojančioje aplinkoje ilgiau nei 20 valandų.

Juodos spintos yra vandenilio aukštos temperatūros krosnys, kuriose molibdeno valtis eina per skirtingas temperatūros zonas. Atsidaro sklendė, o į krosnį patenka molibdeno valtis, iš kurios veržiasi liepsnos.

Gatavos tabletės yra poliruojamos, nes turi būti griežtai nustatyto dydžio. O prie išėjimo inspektoriai patikrina kiekvieną tabletę, kad įsitikintų, jog nėra drožlių, įtrūkimų ar defektų.

Viena 4,5 g sverianti tabletė energijos išsiskyrimu prilygsta 640 kg malkų, 400 kg anglis, 360 cc m dujų, 350 kg naftos.

Urano dioksido tabletės po atkaitinimo vandenilio krosnyje.

Čia cirkonio vamzdeliai užpildyti urano dioksido granulėmis. Išėjime turime paruoštus kuro strypus (apie 4 m ilgio) - kuro elementus. Kuro strypai jau naudojami kuro rinklių surinkimui, kitaip tariant, branduoliniam kurui.

Tokių sodos fontanų miesto gatvėse neberasite, galbūt tik NZHK. Nors į sovietiniai laikai jie buvo labai dažni.

Šioje mašinoje stiklą galima išplauti, o tada pripilti gazuoto, negazuoto arba atšaldyto vandens.

Pasak skyriaus gamtos turtai ir aplinkos apsauga, išreikšta 2010 m., NCCP didelės įtakos aplinkos taršai neturi.

Tokių grynaveislių vištų pora nuolat gyvena ir deda kiaušinius kokybiškame mediniame aptvare, kuris yra cecho teritorijoje.

Darbininkai suvirina kuro rinkinio rėmą. Rėmai yra skirtingi, priklausomai nuo kuro rinkinio modifikacijos.

Gamykloje dirba 2 277 darbuotojai, Vidutinis amžius personalo - 44,3 metų, 58% vyrų. Vidutinis darbo užmokestis viršija 38 000 rublių.

Dideli vamzdžiai yra reaktoriaus apsaugos valdymo sistemos kanalai. Tada į šį rėmą bus sumontuoti 312 kuro strypai.

Šalia NCCP yra CHPP-4. Remdamiesi aplinkosaugininkais, elektrinės atstovai pranešė: per metus viena šiluminė elektrinė išmeta 7,5 karto daugiau radioaktyviųjų medžiagų nei NCCP.

Montuotojas-montuotojas Viktoras Pustozerovas, gamyklos veteranas ir atominė energija, turi 2 Darbo šlovės ordinus

Kuro rinklių galvutė ir kotas. Jie montuojami pačiame gale, kai visi 312 kuro strypų jau yra rėme.

Galutinė kontrolė: paruoštos kuro rinklės tikrinamos specialiais zondais, kad atstumas tarp kuro strypų būtų vienodas. Kontrolieriai dažniausiai yra moterys; tai labai kruopštus darbas.

Tokiose talpyklose vartotojui siunčiamos kuro rinklės – po 2 kasetes kiekvienoje. Viduje jie turi savo jaukią veltinio lovą.

UAB NCCP pagamintas kuras atominėms elektrinėms naudojamas Rusijos atominėse elektrinėse, taip pat tiekiamas Ukrainai, Bulgarijai, Kinijai, Indijai ir Iranui. Kuro rinklių kaina yra komercinė paslaptis.

Darbas NCCP iš viso nėra pavojingesnis už darbą ant bet kurio pramonės įmonė. Darbuotojų sveikatos būklė nuolat stebima. Už nugaros pastaraisiais metais Tarp dirbančiųjų nebuvo nustatytas nė vienas profesinių ligų atvejis.