Syfte med kärnbränsle. Hur fungerar ett kärnkraftverk? Typer av kärnreaktorer

Kärnbränsle är ett material som används i kärnreaktorer för att utföra en kontrollerad kedjereaktion. Det är extremt energikrävande och osäkert för människor, vilket innebär ett antal restriktioner för dess användning. Idag kommer vi att ta reda på vad ett kärnreaktorbränsle är, hur det klassificeras och produceras, var det används.

Kedjereaktionens framsteg

Under en kärnkedjereaktion delas kärnan i två delar, som kallas klyvningsfragment. Samtidigt frigörs flera (2-3) neutroner, som därefter orsakar klyvning av nästa kärnor. Processen sker när en neutron kommer in i kärnan i det ursprungliga ämnet. Fissionsfragment har hög rörelseenergi. Deras retardation i materia åtföljs av utsläpp av en enorm mängd värme.

Fissionsfragment, tillsammans med deras sönderfallsprodukter, kallas klyvningsprodukter. Kärnor som delar neutroner av vilken energi som helst kallas kärnbränsle. Som regel är de ämnen med ett udda antal atomer. Vissa kärnor är fission rent neutroner, vars energi är över en viss tröskelvärde... Dessa är främst element med ett jämnt antal atomer. Sådana kärnor kallas råmaterial, eftersom bränslekärnor bildas vid ögonblicket när en neutron fångas av en tröskelkärna. Kombinationen av bränsle och råvara kallas kärnbränsle.

Klassificering

Kärnbränsle är indelat i två klasser:

Naturligt uran. Den innehåller de klyvbara kärnorna i uran-235 och råvaran uran-238, som kan bilda plutonium-239 genom att fånga en neutron.
Icke-naturligt förekommande sekundärt bränsle. Detta inkluderar bland annat plutonium-239, som erhålls från den första typen av bränsle, liksom uran-233, som bildas när neutroner fångas upp av thorium-232-kärnor.

Ur synvinkel kemisk sammansättning, det finns sådana typer kärnbränsle:

Metallisk (inklusive legeringar);
Oxid (till exempel UO 2);
Karbid (till exempel PuC 1-x);
Blandad;
Nitrid.

TVEL och TVS

Bränsle till kärnreaktorer används i form av små pellets. De placeras i hermetiskt förseglade bränsleelement (bränslestavar), som i sin tur kombineras i flera hundra till bränslepatroner (FA). Kärnbränsle har höga krav på kompatibilitet med bränsleelementbeklädnad. Den bör ha en tillräcklig smält- och avdunstningstemperatur, god värmeledningsförmåga och inte kraftigt öka i volym under neutronbestrålning. Hänsyn tas också till produktionens tillverkbarhet.

Ansökan

Bränsle kommer till kärnkraftverk och andra kärnkraftsanläggningar i form av bränslepatroner. De kan laddas i reaktorn både under dess drift (i stället för utbrända bränslepatroner) och under en reparationskampanj. I det senare fallet ändras bränslepatronerna stora grupper... I detta fall ersätts bara en tredjedel av bränslet helt. De mest utbrända enheterna lossas från reaktorns centrala del och i stället är de delvis utbrända enheter som tidigare befann sig i mindre aktiva områden. Följaktligen installeras nya bränslepatroner i stället för det senare. Detta enkla permutationsschema anses vara traditionellt och har ett antal fördelar, vars huvudsakliga är att säkerställa enhetlig strömavgivning. Naturligtvis är detta ett villkorligt diagram som bara ger en allmän uppfattning om processen.

Utdrag

Efter att ha tagit bort det använda kärnbränslet från reaktorkärnan skickas det till en förbrukad bränslepool, som vanligtvis ligger i närheten. Faktum är att förbrukade bränslepatroner innehåller en enorm mängd uranfissionsfragment. Efter lossning från reaktorn innehåller varje bränsleelement cirka 300 tusen Curies av radioaktiva ämnen, som avger 100 kW / h energi. På grund av det är bränslet självuppvärmande och blir mycket radioaktivt.

Temperaturen på nyligen lossat bränsle kan nå 300 ° C. Därför hålls det i 3-4 år under ett lager av vatten, vars temperatur hålls inom det angivna intervallet. När det lagras under vatten minskar bränslets radioaktivitet och dess kvarvarande utsläpp. Efter cirka tre år når självuppvärmningen av bränslepatronen 50-60 ° C. Därefter avlägsnas bränslet från bassängerna och skickas för bearbetning eller bortskaffande.

Uranmetall

Uranmetall används som bränsle för kärnreaktorer relativt ovanligt. När ett ämne når en temperatur på 660 ° C sker en fasövergång, åtföljd av en förändring i dess struktur. Enkelt uttryckt expanderar uran, vilket kan leda till att bränsleelementet förstörs. Vid långvarig bestrålning vid en temperatur av 200-500 ° C genomgår ämnet strålningstillväxt. Kärnan i detta fenomen ligger i förlängningen av den bestrålade uranstången med en faktor 2-3.

Användningen av metalliskt uran vid temperaturer över 500 ° C är svår på grund av dess svullnad. Efter kärnans klyvning bildas två fragment, vars totala volym överstiger volymen för just den kärnan. Några av klyvningsfragmenten representeras av gasatomer (xenon, krypton, etc.). Gas ackumuleras i uranets porer och bildar ett inre tryck som ökar när temperaturen stiger. Genom att öka atomvolymen och öka trycket på gaser börjar kärnbränsle svälla. Således hänvisar detta till den relativa volymförändringen i samband med kärnklyvning.

Svällkraften beror på bränslestavens temperatur och utbrändhet. Med en ökning av uppbränningen ökar antalet klyvningsfragment och med en ökning av temperatur och utbrändhet ökar det inre trycket av gaser. Om bränslet har högre mekaniska egenskaper är det mindre benäget att svälla. Metalliskt uran tillhör inte sådana material. Därför begränsar dess användning som bränsle för kärnreaktorer uppbränningen, vilket är en av huvudegenskaperna för sådant bränsle.

Urans mekaniska egenskaper och dess strålningsbeständighet förbättras genom att legera materialet. Denna process innebär att man tillsätter aluminium, molybden och andra metaller till den. På grund av dopningsmedel minskar antalet klyvningsneutroner som krävs per fångst. Därför används för dessa ändamål material som svagt absorberar neutroner.

Eldfasta föreningar

Vissa eldfasta uranföreningar anses vara bra kärnbränsle: karbider, oxider och intermetalliska föreningar. Den vanligaste av dessa är urandioxid (keramik). Dess smältpunkt är 2800 ° C och densiteten är 10,2 g / cm3.

Eftersom detta material inte har några fasövergångar är det mindre benäget för svullnad än uranlegeringar. Tack vare denna funktion kan utbrändhetstemperaturen ökas med flera procent. Vid höga temperaturer interagerar keramik inte med niob, zirkonium, rostfritt stål och andra material. Dess största nackdel är dess låga värmeledningsförmåga - 4,5 kJ (m * K), vilket begränsar reaktorns specifika effekt. Dessutom är varm keramik benägen att spricka.

Plutonium

Plutonium anses vara en lågsmältande metall. Den smälter vid 640 ° C. På grund av dess dåliga plastegenskaper lämpar det sig praktiskt taget inte för mekanisk bearbetning. Ämnets toxicitet försvårar tekniken för tillverkning av bränslestavar. Inom kärnkraftsindustrin har det gjorts flera försök att använda plutonium och dess föreningar, men de har inte krönts med framgång. Användningen av plutoniumhaltigt bränsle för kärnkraftverk är opraktiskt på grund av en cirka tvåfaldig minskning av accelerationsperioden, vilket inte är avsett för standardreaktorstyrsystem.

För tillverkning av kärnbränsle används i regel plutoniumdioxid, legeringar av plutonium med mineraler och en blandning av plutoniumkarbider med urankarbider. Dispersionsbränslen har höga mekaniska egenskaper och värmeledningsförmåga, där partiklar av uran och plutoniumföreningar placeras i metallmatris från molybden, aluminium, av rostfritt stål och andra metaller. Strålmotståndet och värmeledningsförmågan hos dispersionsbränslet beror på matrismaterialet. Till exempel, vid det första kärnkraftverket, bestod dispersionsbränsle av uranlegeringspartiklar med 9% molybden, som var fyllda med molybden.

När det gäller thoriumbränsle används det idag inte på grund av svårigheterna med produktion och bearbetning av bränslestavar.

Brytning

Betydande mängder uran, den huvudsakliga råvaran för kärnbränsle, är koncentrerade till flera länder: Ryssland, USA, Frankrike, Kanada och Sydafrika. Dess insättningar finns vanligtvis nära guld och koppar, så alla dessa material bryts samtidigt.

Hälsan hos människor som arbetar i utvecklingen är utsatt för stor fara. Faktum är att uran är ett giftigt material, och de gaser som släpps ut vid utvinningen kan orsaka cancer. Och detta trots att malmen inte innehåller mer än 1% av detta ämne.

Tar emot

Produktionen av kärnbränsle från uranmalm inkluderar steg som:

Hydrometallurgisk bearbetning. Inkluderar urlakning, krossning och extraktion eller sorptionsåtervinning. Resultatet av hydrometallurgisk bearbetning är en renad suspension av oxiuranoxid, natriumdiuranat eller ammoniumdiuranat.
Omvandling av ett ämne från oxid till tetrafluorid eller hexafluorid som används för att berika uran-235.
Berikning av ämnen genom centrifugering eller termisk diffusion av gas.
Omvandling av det berikade materialet till dioxid, från vilket bränslestav ”tabletter” produceras.

Regeneration

Under driften av en kärnreaktor kan bränslet inte helt brinna ut, därför reproduceras fria isotoper. I detta avseende är de förbrukade bränsleelementen föremål för regenerering för återanvändning.

Idag är detta problem löst med hjälp av purex -processen, som består av sådana steg som:

Skär bränslestavar i två delar och lös dem i salpetersyra;
Rengöring av lösningen från klyvningsprodukter och delar av skalet;
Isolering av rena föreningar av uran och plutonium.

Därefter används den erhållna plutoniumdioxiden för produktion av nya kärnor och uran - för anrikning eller även för tillverkning av kärnor. Att bearbeta kärnbränsle är en komplex och kostsam process. Kostnaden har en betydande inverkan på den ekonomiska genomförbarheten att använda kärnkraftverk. Detsamma kan sägas om avfallshantering av kärnbränsle som inte är lämpligt för regenerering.

Kärnkraftverk - NPPÄr värmekraftverk. På kärnkraftverk energin från kontrollerade kärnreaktioner används som källa. Enhetskapaciteten för NPP -kraftenheter når 1,5 GW.

Kärnkraftverk - Kärnkraftverk - Bränslen

Som ett vanligt bränsle för kärnkraftverk används det U- uran. Klyvningsreaktionen utförs i huvudblocket i ett kärnkraftverk - en kärnreaktor. I en kedjereaktion av klyvning kärnämne en betydande mängd termisk energi frigörs, som används för att generera el.

Kärnkraftverk - NPP - driftsprincip

Klyvning av urankärnor producerar snabba neutroner. Klyvningsgraden är en kedjereaktion, vid kärnkraftverk regleras den av moderatorer: tungt vatten eller grafit. Neutroner innehåller mycket värmeenergi. Energi kommer in i ånggeneratorn genom kylvätskan. Högtrycksånga riktas till turbingeneratorer. Den resulterande elen går till transformatorer och sedan till ställverk. En del av elen riktas för att möta de egna behoven hos ett kärnkraftverk (NPP). Kylvätskans cirkulation vid kärnkraftverk tillhandahålls av pumpar: huvud- och kondensat. Överskottsvärme från kärnkraftverket riktas till kyltorn.

Ryska kärnkraftverk - kärnkraftverk - typer av kärnreaktorer:

RBMK - högeffekts kanalreaktor,
VVER - tryckvattenreaktor,
BN - snabb neutronreaktor.

Kärnkraftverk - kärnkraftverk - ekologi

Kärnkraftverk - Kärnkraftverk avger inte rökgaser till atmosfären. Det finns inget avfall i form av aska och slagg vid NPP. Problem i kärnkraftverk är överskottsvärme och lagring av radioaktivt avfall. För att skydda människor och atmosfären från radioaktiva utsläpp vid kärnkraftverk vidtas särskilda åtgärder:

förbättra tillförlitligheten för NPP -utrustning,
dubbelarbete av sårbara system,
höga krav på personalens kvalifikationer,
skydd och skydd mot yttre påverkan.

Kärnkraftverk är omgivna av en sanitär skyddszon.

Hur kärnbränsle produceras för kärnkraftverk aslan skrev den 17 november 2015

Novosibirsk kemiska koncentratanläggning är en av världens ledande tillverkare av kärnbränsle till kärnkraftverk och forskningsreaktorer i Ryssland och utlandet. Den enda ryska tillverkaren av metalliskt litium och dess salter. Det är en del av TVEL Fuel Company of Rosatom State Corporation.

Uppmärksamhet, kommentarer under fotot!

Trots att NCCP 2011 producerade och sålde 70% av världens förbrukning av litium-7-isotop är anläggningens huvudsakliga aktivitet produktion av kärnbränsle för kraft- och forskningsreaktorer.
Den aktuella fotoreportagen är tillägnad denna art.

Taket på byggnaden av huvudproduktionskomplexet

Handla för tillverkning av bränslestavar och bränslepatroner för forskningsreaktorer

Avsnitt för tillverkning av urandioxidpulver genom metoden för högtemperaturpyrohydrolys

Laddningsbehållare med uranhexafluorid

Operatörsrum
Härifrån kommer kontrollen avssen, från vilken bränslepellets sedan tillverkas.

Uranpellets tillverkningsplats
I förgrunden finns de bikoner där urandioxidpulvret lagras.
I dem blandas pulvret och mjukgöraren, vilket gör att tabletten kan komprimeras bättre.

Kärntekniska keramiska bränslepellets
Sedan skickas de till ugnen för glödgning.

Fackla (efterförbränning av väte) på tablett sintringsugnen
Tabletterna glöds i ugnar vid en temperatur av minst 1750 grader i en vätreducerande atmosfär i mer än 20 timmar.

Produktion och teknisk kontroll av kärnkraftsbränslepellets
En tablett som väger 4,5 g motsvarar i energiförsörjningen 400 kg kol, 360 cc m gas eller 350 kg olja.

Allt arbete utförs i lådorna med speciella handskar.

Lossar behållare med surfplattor

Verkstad för tillverkning av bränslestavar och bränslepatroner för kärnkraftverk

Automatiserad linje för tillverkning av bränslestavar

Här fylls zirkoniumrören med urandioxidpellets.
Som ett resultat erhålls färdiga bränsleelement cirka 4 m i längd - bränsleelement.
Bränslepatroner monteras redan från bränsleelement, med andra ord kärnbränsle.

Flytta färdiga bränslestavar i transportbehållare
Skoöverdrag även på hjul.

Bränslemonteringsområde
Installation av lackbeläggning på bränslestavar

Fästning av bränslestavar i lastmekanismen

Ramtillverkning - svetsning av kanaler och distansgaller
Denna ram kommer sedan att förses med 312 bränslestavar.

Ram teknisk kontroll

Kanaler och distanser

Automatiserade står för att utrusta en bunt bränsleelement

Buntmontering

Teknisk kontroll av bränslepatroner

Bränslestavar med streckkodsmarkeringar genom vilka du bokstavligen kan spåra produktens hela produktionsväg.

Står för kontroll och förpackning av färdiga bränslepatroner

Kontroll av färdiga bränslepatroner
Kontrollera att avståndet mellan bränsleelementen är detsamma.

Färdig bränslemontage

Två-rörsbehållare för transport av bränslepatroner
Bränsle för kärnkraftverk produceras vid NCCP används vid ryska kärnkraftverk och levereras även till Ukraina, Bulgarien, Kina, Indien och Iran.

Tagen från gelio i NZHK. Kärnbränsleproduktion för kärnkraftverk (2012)

Om du har en produktion eller tjänst som du vill berätta för våra läsare om, skriv till mig - Aslan ( [e -postskyddad] ) Lera Volkova ( [e -postskyddad] ) och Sasha Kuksa ( [e -postskyddad] ) och vi kommer att göra den bästa rapporten, som inte bara kommer att ses av läsarna i samhället, utan också av webbplatsen http://bigpicture.ru/ och http://ikaketosdelano.ru

Prenumerera också på våra grupper i facebook, vkontakte,klasskamrater och i google + plus där de mest intressanta från gemenskapen kommer att läggas ut, plus material som inte finns här och videor om hur saker fungerar i vår värld.

Klicka på ikonen och prenumerera!

2011 producerade och sålde Novosibirsk Chemical Concentrates Plant 70% av världskonsumtionen av litium-7-isotop (1300 kg), vilket satte ett nytt rekord i anläggningens historia. Huvudprodukten av NZHK -produktion är dock kärnbränsle.

Denna fras har en imponerande och skrämmande effekt på medvetandet hos Novosibirsk-folk, vilket får dem att föreställa sig allt om företaget: från trebenta arbetare och en separat underjordisk stad till en radioaktiv vind.

Så vad är egentligen dolt bakom staketet för den mest mystiska anläggningen i Novosibirsk, som producerar kärnbränsle i staden?

JSC Novosibirsk Chemical Concentrates Plant är en av världens ledande tillverkare av kärnbränsle till kärnkraftverk och forskningsreaktorer i Ryssland och utlandet. Den enda ryska tillverkaren av metalliskt litium och dess salter. Det är en del av TVEL Fuel Company of Rosatom State Corporation.

Vi kom till affären där bränslepatroner tillverkas - bränslepatroner som laddas i kärnkraftsreaktorer. Detta är kärnbränsle för kärnkraftverk. För att komma in i produktionen måste du ta på dig en mantel, hatt, skoskydd av tyg, på ditt ansikte - "Petal".

Verkstaden koncentrerar allt arbete som rör material som innehåller uran. Detta tekniska komplex är ett av de viktigaste för NCCP (bränslepatroner för kärnkraftverk upptar cirka 50% i strukturen sålda produkter JSC "NZHK").

Operatörens rum, varifrån processen för framställning av urandioxidpulver kommer, varifrån bränslepellets sedan tillverkas.

Arbetarna utför rutinunderhåll: med jämna mellanrum stoppas och kontrolleras även den nyaste utrustningen. Det är alltid mycket luft i själva verkstaden - frånluftsventilationen fungerar hela tiden.

Sådana bikoner lagrar urandioxidpulver. I dem blandas pulvret och mjukgöraren, vilket gör att tabletten kan komprimeras bättre.

Installation som producerar pressning av bränslepellets. När barn gör kakor av sand genom att trycka på en form, så här också: en urantablett pressas under tryck.

Molybdenbåt med tabletter som väntar på att skickas till ugnen för glödgning. Innan glödgning har tabletterna en grönaktig nyans och en annan storlek.

Kontakt med pulver, tabletter och miljö reduceras till ett minimum: allt arbete utförs i lådor. För att rätta till något inuti är speciella handskar inbyggda i lådorna.

Facklorna på toppen bränner ut väte. Tabletterna glöds i ugnar vid en temperatur av minst 1750 grader i en vätreducerande atmosfär i mer än 20 timmar.

Svarta skåp är vätehögtemperaturugnar där molybdenbåten går igenom olika temperaturzoner. Spjället öppnas och en molybdenbåt kommer in i ugnen, varifrån flammans tungor flyr.

Färdiga tabletter slipas eftersom de måste ha en strikt definierad storlek. Och vid utgången kontrollerar inspektörerna varje tablett så att det inte finns några chips, inga sprickor, inga defekter.

En tablett som väger 4,5 g när det gäller energiutsläpp motsvarar 640 kg ved, 400 kg kol, 360 kubikmeter. m gas, 350 kg olja.

Uraniumtabletter efter glödgning i en vätugn.

Här fylls zirkoniumrör med urandioxidpellets. Vid utgången har vi färdiga bränsleelement (cirka 4 m långa) - bränsleelement. Bränslepatroner monteras redan från bränsleelement, med andra ord kärnbränsle.

Sådana maskiner med läsk på stadens gator kan inte längre hittas, kanske bara på NZHK. Även om de i sovjetiska tider var mycket vanliga.

I denna maskin kan ett glas tvättas och sedan fyllas med kolsyrat, stilla eller kylda vatten.

Enligt bedömningen av Institutionen för naturresurser och miljöskydd, uttryckt 2010, har NZHK ingen betydande inverkan på miljöföroreningar.

Ett par sådana fullblodshöns lever permanent och lägger ägg i en massiv trähölje, som ligger på verkstadens territorium.

Arbetare svetsar ramen för bränslepatronen. Ramarna är olika, beroende på modifieringen av bränslepatronen.

Anläggningen sysselsätter 2 277 personer, medelåldern för personalen är 44,3 år, 58% är män. Genomsnitt lönöverstiger 38 000 rubel.

Stora rör är kanaler för reaktorskyddskontrollsystemet. Denna ram kommer sedan att förses med 312 bränslestavar.

CHP-4 ligger bredvid NZHK. Med hänvisning till ekologer rapporterade företrädare för anläggningen att en kraftvärmeverk avger 7,5 gånger mer radioaktiva ämnen än NZHK per år.

Montör-montör Viktor Pustozerov, en veteran från anläggningen och kärnkraft, har 2 Orders of Labor Glory

Huvud och skaft för bränslepatroner. De installeras i slutet, när alla 312 bränslestavar redan finns i ramen.

Slutkontroll: färdiga bränslepatroner kontrolleras med speciella sonder så att avståndet mellan bränsleelementen är detsamma. Handledare är oftast kvinnor, det här är ett mycket noggrant jobb.

I sådana behållare skickas bränslepatroner till konsumenten - 2 kassetter i varje. Inuti har de en egen mysig filtsäng.

Bränsle till kärnkraftverk som produceras av JSC NCCP används vid ryska kärnkraftverk och levereras även till Ukraina, Bulgarien, Kina, Indien och Iran. Kostnaden för bränslepatroner är en kommersiell hemlighet.

Arbete på NZHK är inte alls farligare än arbete på vilken industriföretag... De anställdas hälsotillstånd övervakas ständigt. Under de senaste åren har inte ett enda fall av yrkessjukdomar identifierats bland arbetarna.

Livscykel kärnbränsle baserat på uran eller plutonium börjar vid gruvföretag, kemiska anläggningar, i gascentrifuger och slutar inte när bränslepatronen lossas från reaktorn, eftersom varje bränslepatron har en lång väg att gå igenom bortskaffande och sedan bearbetning.

Utvinning av råvaror för kärnbränsle

Uran är den tyngsta metallen på jorden. Cirka 99,4% av markens uran är uran-238, och endast 0,6% är uran-235. Röda boken från International Atomic Energy Agency innehåller data om produktionstillväxt och efterfrågan på uran, trots olyckan vid kärnkraftverket i Fukushima-1, som fick många att tänka på utsikterna för kärnkraft. Bara under de senaste åren har de utforskade uranreserverna ökat med 7%, vilket är förknippat med upptäckten av nya fyndigheter. De största producenterna är Kazakstan, Kanada och Australien, de bryter upp till 63% av världens uran. Dessutom finns metallreserver i Australien, Brasilien, Kina, Malawi, Ryssland, Niger, USA, Ukraina, Kina och andra länder. Tidigare skrev Pronedra att under 2016 bröts 7,9 tusen ton uran i Ryska federationen.

Idag bryts uran på tre olika sätt. Den öppna metoden tappar inte sin relevans. Det används när avlagringar är nära jordens yta. På öppet sätt bulldozers skapar ett stenbrott, sedan lastas malm med föroreningar in i dumper för transport till bearbetningsanläggningar.

Ofta ligger malmkroppen på stora djup, i detta fall används en underjordisk gruvmetod. En gruva grävs upp till två kilometers djup, berget, genom borrning, bryts i horisontella driv, transporteras uppåt i godshissar.

Blandningen som transporteras på övervåningen på detta sätt har många beståndsdelar. Berget måste krossas, spädas med vatten och avlägsnas överskott. Sedan tillsätts svavelsyra till blandningen för att utföra urlakningsprocessen. Under denna reaktion erhåller kemister en gul fällning av uransalter. Slutligen renas uran med föroreningar på raffinaderiet. Först därefter erhålls uran lustgas, som handlas på börsen.

Det finns en mycket säkrare, mer miljövänlig och kostnadseffektiv metod som kallas downhole in situ leaching (BLE).

Med denna metod för fältutveckling förblir territoriet säkert för personal, och strålningsbakgrunden motsvarar bakgrunden i stora städer. För att utvinna uran genom urlakning måste 6 brunnar borras i sexkantens hörn. Svavelsyra pumpas in i uranavlagringar genom dessa brunnar, den blandas med dess salter. Denna lösning produceras, nämligen pumpad genom brunnen i sexkantens centrum. För att uppnå den önskade koncentrationen av uransalter förs blandningen flera gånger genom sorptionskolonner.

Kärnbränsleproduktion

Produktionen av kärnbränsle kan inte föreställas utan gascentrifuger, som används för att erhålla berikat uran. Efter att ha uppnått önskad koncentration pressas så kallade tabletter från urandioxid. De skapas med hjälp av smörjmedel som tas bort under bränning i ugnar. Avfyrningstemperaturen når 1000 grader. Därefter kontrolleras tabletterna för att uppfylla de angivna kraven. Ytkvaliteten, fuktinnehållet, förhållandet syre till uran är viktigt.

Samtidigt förbereds i en annan verkstad rörformade höljen för bränsleelement. Ovanstående processer, inklusive efterföljande dosering och packning av tabletter i skalrör, tätning, dekontaminering, kallas bränsletillverkning. I Ryssland utförs bränslepatroner (FA) av företagen "Maskinbyggnadsanläggning" i Moskva-regionen, "Novosibirsk-anläggning för kemiska koncentrat" i Novosibirsk, "Moskvas anläggning för polymetaller" och andra.

Varje sats bränslepatroner skapas för en specifik typ av reaktor. Europeiska bränslepatroner tillverkas i form av en fyrkant och ryska med en sexkantig sektion. Reaktorer av typerna VVER-440 och VVER-1000 är utbredda i Ryska federationen. De första bränslestavarna för VVER-440 började utvecklas 1963 och för VVER-1000-sedan 1978. Trots att nya reaktorer med säkerhetstekniker efter Fukushima aktivt introduceras i Ryssland finns det många gamla kärnkraftsanläggningar i landet och utomlands, därför finns det bränslepatroner för olika typer reaktorer.

Till exempel, för att tillhandahålla bränslepatroner för en kärna i RBMK-1000-reaktorn, behövs mer än 200 tusen komponenter gjorda av zirkoniumlegeringar, liksom 14 miljoner sintrade urandioxidpellets. Ibland kan kostnaden för att tillverka en bränslepatron överstiga kostnaden för bränslet i elementen, varför det är så viktigt att säkerställa hög energieffektivitet från varje kilogram uran.

Kostnader för produktionsprocess i %

Separat bör det sägas om bränslepatroner för forskningsreaktorer. De är utformade på ett sådant sätt att observationen och studien av neutrongenereringsprocessen blir så bekväm som möjligt. Sådana bränsleelement för experiment inom kärnfysik, produktion av isotoper, strålmedicin i Ryssland produceras av Novosibirsk Plant of Chemical Concentrates. Bränslepatroner skapas på grundval av sömlösa element med uran och aluminium.

Produktionen av kärnbränsle i Ryska federationen utförs av TVEL Fuel Company (en division av Rosatom). Företaget arbetar med berikning av råvaror, montering av bränsleelement och tillhandahåller även bränslelicensieringstjänster. "Kovrovsky mekanisk anläggning" i Vladimir -regionen och "Ural -anläggning för gascentrifuger" i Sverdlovsk -regionen skapa utrustning för ryska bränslepatroner.

Funktioner för transport av bränslestavar

Naturligt uran kännetecknas av en låg nivå av radioaktivitet, men metallen genomgår en anrikningsprocedur före tillverkning av bränslepatroner. Innehållet av uran-235 i naturmalm överstiger inte 0,7%, och radioaktiviteten är 25 becquerel per 1 milligram uran.

Uranpellets, som placeras i bränslepatroner, innehåller uran med en koncentration av 5% uran-235. Färdiga bränslepatroner med kärnbränsle transporteras i speciella höghållfasta metallbehållare. För transport används järnväg, väg, sjö och till och med lufttransport. Två enheter placeras i varje behållare. Transport av icke-bestrålat (färskt) bränsle utgör ingen strålningsrisk, eftersom strålningen inte går utöver zirkoniumrören, i vilka pressade uranpellets placeras.

För en sändning av bränsle utvecklas en särskild rutt, lasten transporteras tillsammans med tillverkarens eller kundens säkerhetspersonal (oftare), vilket främst beror på den höga kostnaden för utrustning. Under hela kärnbränsleproduktionens historia har inte en enda transportolycka med bränslesammansättningar registrerats som skulle påverka omgivningens strålningsbakgrund eller leda till skador.

Bränsle i reaktorkärnan

En enhet med kärnbränsle - TVEL - kan släppa ut en enorm mängd energi under en lång tid. Varken kol eller gas kan jämföras med sådana volymer. Bränslens livscykel vid alla kärnkraftverk börjar med lossning, borttagning och lagring av färskt bränsle i lagret för bränslemontage. När den tidigare satsen av bränsle i reaktorn brinner ut färdigställer personalen bränslesammansättningarna för lastning i kärnan (arbetszonen i reaktorn där sönderfallsreaktionen äger rum). Som regel laddas bränslet delvis om.

Helt bränsle laddas i kärnan först vid tidpunkten för reaktorns första lansering. Detta beror på det faktum att bränslestavarna i reaktorn brinner ut ojämnt, eftersom neutronflödet skiljer sig i intensitet i olika zoner i reaktorn. Tack vare mätanordningarna har stationspersonalen möjlighet att i realtid övervaka graden av förbränning av varje bränslenhet och byta ut. Ibland, istället för att ladda nya bränslepatroner, flyttas enheter mellan varandra. Utbrändhet sker mest intensivt i mitten av kärnan.

Bränslepatroner efter kärnkraftverket

Uran som arbetade i en kärnreaktor kallas bestrålat eller utbränt. Och sådana bränslepatroner är använt kärnbränsle. SNF placeras separat från radioaktivt avfall, eftersom det har minst 2 användbara komponenter - oförbränt uran (metallförbränningshastigheten når aldrig 100%) och transuranradionuklider.

I senare tid fysiker började använda radioaktiva isotoper som ackumulerades i använt kärnbränsle inom industri och medicin. Efter att bränslet har utarbetat sin kampanj (den tid som enheten tillbringat i reaktorkärnan under driftsförhållanden vid nominell effekt) skickas det till förbrukat bränslepool, sedan till lagringen direkt i reaktorutrymmet och sedan till upparbetning eller bortskaffande. Den använda bränslepoolen är utformad för att avlägsna värme och skydda mot joniserande strålning, eftersom bränslepatronen förblir farlig efter att ha tagits bort från reaktorn.

I USA, Kanada eller Sverige skickas använt kärnbränsle inte för upparbetning. Andra länder, inklusive Ryssland, arbetar med en stängd bränslekrets. Det kan avsevärt minska kostnaderna för kärnbränsleproduktion, eftersom en del av det använda kärnbränslet återanvänds.

Bränslestavarna löses upp i syran, varefter forskarna separerar plutonium och oanvänt uran från avfallet. Det är omöjligt att återanvända cirka 3% av råvaran; det är avfall på hög nivå som genomgår bituminisering eller förglasning.

Från använt kärnbränsle kan 1% plutonium erhållas. Denna metall behöver inte berikas; Ryssland använder den vid tillverkning av innovativt MOX -bränsle. En sluten bränslecykel gör det möjligt att göra en bränslepatron ungefär 3% billigare, men denna teknik kräver stora investeringar i konstruktion av industrienheter, därför har den ännu inte blivit utbredd i världen. Bränsleföretaget Rosatom slutar dock inte forska i denna riktning. Pronedra skrev nyligen att i Ryska Federationen arbetar med bränsle som kan utnyttja isotoper av americium, curium och neptunium i reaktorkärnan, som ingår i samma 3% av mycket radioaktivt avfall.

Kärnbränsleproducenter: betyg

Fram till nyligen levererade det franska företaget Areva 31% av världsmarknaden för bränslepatroner. Företaget bedriver produktion av kärnbränsle och montering av komponenter till kärnkraftverk. År 2017 genomgick Areva en kvalitativ förnyelse, nya investerare kom till företaget och den kolossala förlusten 2015 minskades med 3 gånger.
Westinghouse - amerikansk division Japanskt företag Toshiba. Det utvecklar aktivt marknaden i Östeuropa, levererar bränslepatroner till ukrainska kärnkraftverk. Tillsammans med Toshiba tillhandahåller det 26% av den globala marknaden för kärnbränsleproduktion.
TVEL Fuel Company of Rosatom State Corporation (Ryssland) ligger på tredje plats. TVEL tillhandahåller 17% av världsmarknaden, har en tioårig portfölj med kontrakt värda 30 miljarder dollar och levererar bränsle till mer än 70 reaktorer. TVEL utvecklar bränslepatroner för VVER -reaktorer och går också in på marknaden för kärnkraftsanläggningar av västerländsk design.
Japan Nuclear Fuel Limited, enligt de senaste uppgifterna, tillhandahåller 16% av världsmarknaden, levererar bränslepatroner till de flesta kärnreaktorer i Japan själv.
Mitsubishi Heavy Industries är en japansk jätte som tillverkar turbiner, tankfartyg, luftkonditioneringar och nyligen kärnbränsle för reaktorer i västerländsk stil. Mitsubishi Heavy Industries (en division i moderbolaget) bedriver konstruktion av kärnreaktorer APWR, forskningsverksamhet med Areva. Det var detta företag som valdes av den japanska regeringen att utveckla nya reaktorer.