Brauchen Kernbrennstoff. Kernbrennstoff: Von Erz vor dem Recycling

Der Lebenszyklus von Uran- oder Plutonium-basierten Kernbrennstoffen beginnt in extraktiven Unternehmen, Chemikalien, in Gaszentrifugen und endet nicht zum Zeitpunkt des Entladens der Kraftstoffanordnung vom Reaktor, da jeder TVC einen langen Nutzpfad durchlaufen muss, und dann recyceln.

Rohproduktion für Kernbrennstoff

Uranus ist das schwierigste Metall der Erde. Etwa 99,4% des iranischen Urans fällt auf Uran-238 und nur 0,6% - auf Uran-235. Der Bericht der International Atomic Energy Agency mit dem Titel "Red Book" enthält Daten zum Wachstum der Produktion und Nachfrage nach Uran, trotz des Unfalls im Kernkraftwerk Fukushima-1, das viele über die Aussichten für Kernenergie nachdenken. In den letzten Jahren stiegen die erforschten Uranreserven um 7%, was mit der Eröffnung neuer Felder verbunden ist. Die größten Hersteller sind Kasachstan, Kanada und Australien, sie produzieren bis zu 63% der Welturan. Darüber hinaus sind Metal-Reserven in Australien, Brasilien, China, Malawi, Russland, Niger, USA, Ukraine, PRC und anderen Ländern erhältlich. Zuvor schrieb der Fandrooter, dass in der Russischen Föderation im Jahr 2016 7,9 Tausend Tonnen Uran produziert wurden.

Heutzutage wird Uran auf drei verschiedene Arten produziert. Die offene Methode verliert nicht seine Relevanz. Es wird in Fällen verwendet, in denen die Ablagerungen nahe an der Erdoberfläche liegen. Zum offener Weg Bulldozer schaffen einen Steinbruch, dann wird erz mit Verunreinigungen in Muldenkipper zum Transport von Verarbeitungskomplexen geladen.

Oft liegt der Erzkörper in großer Tiefe, wobei in diesem Fall eine unterirdische Produktionsmethode verwendet wird. Mine entweicht eine Tiefe von zwei Kilometern, die Rasse, das Bohren durch Bohren, in horizontalen Hutigen abgebaut, im Obergeschoss in den Frachtaufzüge transportiert.

Die so exportierte Mischung, die so nach oben exportiert wird, hat viele Komponenten. Die Rasse muss zerkleinert werden, mit Wasser verdünnt und zu viel gelöscht werden. Neben der Mischung fügen Sie Schwefelsäure hinzu, um den Auslaugungsprozess auszuführen. Im Verlauf dieser Reaktion sind Chemiker ausgefällt, uraniöse gelbe Salze. Schließlich wird Uran mit Verunreinigungen auf eine annehmende Produktion gereinigt. Erst danach erstellt es sich hinter dem Uranoxid, das an der Börse gehandelt wird.

Es gibt eine viel sicherere, umweltfreundliche und wirtschaftlich vorteilhafte Art und Weise, die gut unterirdische Auslaugung (SPV) genannt wird.

Gleichzeitig bleibt die Methode der Entwicklung von Ablagerungsgebiet für das Personal sicher, und der Strahlungshintergrund entspricht dem Hintergrund in großen Städten. Um Uran mit Auslaugen zu extrahieren, müssen Sie 6 Wells in den Ecken des Sechsecks bohren. Durch diese Vertiefungen werden die Uranablagerungen mit Schwefelsäure gepumpt, es wird mit seinen Salzen gemischt. Diese Lösung wird abgebaut, nämlich durch den Brunnen in der Mitte des Sechsecks ausgedrückt. Um die gewünschte Konzentration von Uransalzen zu erreichen, wird das Gemisch mehrmals durch Sorptionssäulen übertragen.

Herstellung von Atomkraftstoff

Die Kernkraftstoffproduktion kann sich ohne Gaszentrifugen nicht vorstellen, die verwendet werden, um angereichertes Uran zu erhalten. Nach dem Erreichen der notwendigen Konzentration von Uranendioxid werden sogenannte Tabletten gedrückt. Sie werden mit Schmiermitteln erstellt, die während des Abfeuerns in den Öfen entfernt werden. Die Zündtemperatur erreicht 1000 Grad. Danach werden die Tabletten für die Einhaltung der angegebenen Anforderungen überprüft. Die Oberflächenqualität, der Feuchtigkeitsgehalt, das Sauerstoffverhältnis und das Uran sind Materie.

Gleichzeitig werden in einem anderen Werkstatt röhrenförmige Schalen für Brennelemente hergestellt. Die obigen Prozesse, einschließlich der anschließenden Dosierung und Verpackung von Tabletten in Schalenröhren, Abdichten, Deaktivieren, werden als Kraftstoffherstellung bezeichnet. In Russland ist die Schaffung von Brennelemente (TVs) in den Maschinenbauunternehmen in der Region Moskau, Nowosibirsk-Anlage von Himkonzentraten in Nowosibirsk, "Moskau-Pflanzenpolymetallien" und anderen.

Jeder Charge von Brennstoffanordnungen wird unter einem bestimmten Typ-Reaktor erstellt. Die europäischen Fernseher werden in Form eines Quadrats und des Russen - mit einem hexagonalen Querschnitt hergestellt. In der Russischen Föderation sind die Reaktoren vom VVER-440 und der Reaktoren von VVER-1000 weit verbreitet. Die ersten TWERIERS für VVER-440 wurden seit 1963 entwickelt, und für den VVER-1000 seit 1978. Trotz der Tatsache, dass in Russland neue Reaktoren mit postfuknummer Sicherheitstechnologien aktiv umgesetzt werden, gibt es viele nukleare Anlagen der alten Probe außerhalb der Grenzen, daher sind Kraftstoffanordnungen für verschiedene Arten von Reaktoren gleichermaßen relevant.

Um beispielsweise die Kraftstoffanordnungen einer aktiven Zone des RBMK-1000-Reaktors bereitzustellen, ist es beispielsweise über 200 Tausend Komponenten von Zirkoniumlegierungen sowie 14 Millionen gesinterten Pillen aus Urandioxid erforderlich. Manchmal können die Herstellungskosten der Brennstoffanordnung die Kosten des in Elements enthaltenen Kraftstoffs übersteigen, so dass es so wichtig ist, von jedem Kilogramm Uran hohe Energieschätze bereitzustellen.

Kosten für Produktionsprozesse in%

Separat ist es wert, Kraftstoffanordnungen für Forschungsreaktoren zu sagen. Sie sind so konstruiert, dass sie den Neutronenerzeugungsprozess so angenehm wie möglich überwachen und studieren. Solche Trüster für Experimente in den Kugeln der Kernphysik, die Entwicklungen von Isotopen, Strahlenmedizin in Russland produzieren eine "Novosibirsk Chemical Conzentrat-Anlage". TVs werden basierend auf nahtlosen Elementen mit Uran und Aluminium erstellt.

Die Herstellung von Atomkraftstoff in der Russischen Föderation ist in der Treibstofffirma TVEL (Division "Rosatom") beschäftigt. Das Unternehmen arbeitet an der Anreicherung von Rohstoffen, der Montage von Brennelementen und bietet auch Kraftstoffzulassungsdienste. "KOVROVSKY Mechanische Pflanze" in der Region Wladimir und "Ural Gas Zentrifugen Pflanzen" in Region Sverdlovsk. Erstellen Sie Ausrüstung für russische Fernseher.

Merkmale des Transports von Fueloves

Das natürliche Uran ist durch ein niedriges Niveau an Radioaktivität gekennzeichnet, das Metall jedoch dem Prozess der Anreicherung vor der Herstellung von Fernsehgeräten unterliegt. Der Inhalt von Uran-235 in Naturalz überschreitet nicht 0,7%, und Radioaktivität beträgt 25 Beckel pro 1 Milligramm Uran.

In Uran-Pillen, die in Fernsehgeräten platziert sind, ist Uran mit einer Konzentration von Uran-235 5%. Fertigfernseher mit Kernbrennstoff werden im Besonderen transportiert metallbehälter. Hohe Festigkeit. Für Transport, Eisenbahn, Automobil, Meer und sogar lufttransport. In jedem Behälter gibt es zwei Baugruppen. Der Transport von nicht bestrahltem (frischem) Kraftstoff darstellt nicht Strahlungsgefahren, da die Strahlung nicht über die Grenzen von Zirkoniumröhren hinausgeht, in denen gepresste Uranpillen platziert werden.

Für eine Treibstoffparty wird eine besondere Route entwickelt, die Ladung wird von einem Hersteller-Sicherheitspersonal oder -kunden (häufiger) begleitet, der hauptsächlich mit hochkarätigen Geräten verbunden ist. In der gesamten Geschichte der Kernkraftstoffproduktion wurde kein einziger Transportunfall mit Fernsehgeräten aufgezeichnet, was die Strahlungsumgebung der Umwelt beeinträchtigen würde oder zu Opfern führte.

Kraftstoff in der aktiven Zone des Reaktors

Die Einheit des Atomkraftstoffs - TVEL kann lange Zeit eine riesige Menge an Energie zuweisen. Mit solchen Volumina wird weder Kohle noch Gas verglichen. Der Lebenszyklus des Treibstoffs in einem nuklearen Kraftwerk beginnt mit Entladungen, Entfernen und Lagerung im Lager von frischem Brennstoff. Wenn der vorherige Brennstoffband in dem Reaktor ausbrennt, ist das Personal mit einem TVC zum Laden ausgestattet aktive Zone (Betriebszone des Reaktors, wo die Zerfallreaktion auftritt). In der Regel startet der Kraftstoff teilweise neu.

Vollständiger Kraftstoff wird nur zum Zeitpunkt des ersten Starts des Reaktors in der aktiven Zone gelegt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Förderer im Reaktor unbekannt sind, da sich die Neutronenseide intensität unterscheidet verschiedene Zonen Reaktor. Aufgrund von Buchhaltungsgeräten verfügt das Stationspersonal die Möglichkeit, den Echtzeitgrad des Burnouts jeder Kraftstoffeinheit zu überwachen und zu ersetzen. Manchmal, anstatt neue Fernseher herunterzuladen, bewegt sich die Montage miteinander. In der Mitte der aktiven Zone tritt Burnout intensiv auf.

Fernseher nach einer Atomstation

Uranus, der arbeitete kernreaktorwird bestrahlt oder verbrannt genannt. Und solche TVs - verbrauchter Kernbrennstoff. Sie sind separat von radioaktiven Abfällen positioniert, da es mindestens 2 nützliche Komponenten aufweist - dies ist ein nicht verbrannter Uran (die Tiefe des Metall-Burnouts greift nie 100%) und transuranische Radionuklide.

In letzter Zeit begann die Physik, radioaktive Isotope in der SNF in Industrie und Medizin einzusetzen. Nachdem der Treibstoff seine Kampagne herausfindet (der Zeit, um die Montage in der aktiven Zone des Reaktors angesichts der Arbeit in der Nennleistung zu finden), wird er an den Belichtungsbecken gesendet, dann in das Repository direkt im Reaktorfach, und dann - zur Verarbeitung oder Entsorgung. Der Belichtungsbecken kann Wärme und Schutz gegen ionisierende Strahlung entfernen, da die Kraftstoffanordnung nach dem Extrahieren des Reaktors gefährlich bleibt.

In den USA, Kanada oder Schweden wird der SNF nicht an das Recycling geschickt. Andere Länder, darunter und Russland, arbeiten an einem geschlossenen Kraftstoffzyklus. Sie können die Kosten der Herstellung von Kernbrennstoff erheblich reduzieren, da der Teil wiederverwendet wird.

Die Brennstoffstäbe werden in Säure gelöst, wonach die Forscher aus Verschwendung von Plutonium und nicht genutzter Uran isoliert werden. Etwa 3% der Rohstoffe werden wiederholt ausgenutzt, diese sind sehr aktive Abfälle, die Bituminisierungs- oder Verglasungsverfahren durchlaufen.

Aus dem verbrauchten nuklearen Brennstoff erhalten Sie 1% Plutonium. Dieses Metall ist nicht erforderlich, um sich anzureichern, Russland nutzt es im Prozess der Produktion von innovativem MOX-Kraftstoff. Ein geschlossener Brennstoffzyklus ermöglicht, dass eins um etwa 3% billiger ist, aber diese Technologie erfordert große Investitionen zum Bau von Industrieanordnungen, daher ist daher in der Welt noch nicht weit verbreitet worden. Trotzdem stoppt Rosatoms Treibstoffunternehmen nicht in diese Richtung. Kürzlich schrieb der Fandrooter, dass sie in der Russischen Föderation mit dem Reaktor in der Aktivzone des Reaktors, des amerikanischen, Curia und Neptune, der in den gleichen 3% der hochgeschädigten Abfälle auf dem Reaktor sind

Hersteller von Kernkraftstoff: Bewertung

1. Die französische Firma AREVA wurde kürzlich 31% des globalen Marktes für Brennstoffversammlungen bereitgestellt. Das Unternehmen ist mit der Herstellung von Kernbrennstoff tätig und montiert Komponenten für Kernkraftwerke. Im Jahr 2017 erlebte Areva ein qualitatives Update, neue Investoren kamen an das Unternehmen, und der Schatzverlust des Jahres 2015 konnte sich dreimal schneiden.
2. Westinghouse ist die amerikanische Abteilung der japanischen Firma Toshiba. Der Markt entwickelt sich aktiv in Osteuropa, liefert Kraftstoffversammlungen an den ukrainischen NPS. Zusammen mit Toshiba bietet 26% des globalen Kernkraftstoff-Produktionsmarktes.
3. Die Brennstofffirma Fuel Corporation Rosatom (Russland) befindet sich an dritter Stelle. Twel liefert 17% des Weltmarktes, hat ein zehnjähriges Portfolio an Verträgen für 30 Milliarden US-Dollar und liefert Kraftstoff auf mehr als 70 Reaktoren. TVEL entwickelt Kraftstoffanordnungen für GVER-Reaktoren und geht auch auf den westlichen Kerninstallationsmarkt.
4. Japan Nuklear Treibstoff Limited, nach den neuesten Daten, liefert 16% des Weltmarktes, liefert den größten Teil der nuklearen Reaktoren in Japan selbst.
5. Mitsubishi Heavy Industries ist ein japanischer Riese, der Turbinen, Tanker, Klimaanlagen und kürzlich und Kernbrennstoff für die Reaktoren der westlichen Probe produziert. Mitsubishi Heavy Industries (eine Unterteilung der Head Company) ist mit dem Bau von APWR-Kernreaktoren, Forschungsaktivitäten zusammen mit Areva tätig. Es ist dieses Unternehmen, das von der japanischen Regierung ausgewählt wird, um neue Reaktoren zu entwickeln.

Kernenergie besteht aus einer Vielzahl von Unternehmen verschiedener Zwecke. Rohstoffe für diese Branche werden auf Uranminen abgebaut. Nachdem es an Kgeliefert wird.

Ferner wird der Kraftstoff in Atomstationen transportiert, wo sie in die aktive Zone des Reaktors fällt. Wenn nuklearer Treibstoff seine Periode herausfindet, ist es der Bestattung unterworfen. Es ist erwähnenswert, dass gefährliche Abfälle nicht nur nach dem Recycling von Treibstoff erscheint, sondern in jeder Phase - vom Uranbergbau bis zum Arbeiten im Reaktor.

Kernbrennstoff

Kraftstoff passiert zwei Typen. Der erste ist Uranium in Minen bzw. in natürlichem Ursprung. Es enthält Rohstoffe, die Plutonium bilden können. Der zweite ist Kraftstoff, der künstlich (sekundär) erstellt wird.

Auch Kernbrennstoff ist durch chemische Zusammensetzung unterteilt: Metall, Oxid, Hartmetall, Nitrid und gemischt.

Uran-Bergbau und Kraftstoffproduktion

Ein großer Teil der Uranproduktion hat nur mehrere Länder: Russland, Frankreich, Australien, USA, Kanada und Südafrika.

Uran ist das Hauptelement für Kraftstoff in Kernkraftwerken. Um zum Reaktor zu gelangen, leitet er mehrere Verarbeitungsstufen durch. Am häufigsten befinden sich Uranablagerungen neben Gold und Kupfer, daher wird seine Beute mit der Extraktion von Edelmetallen durchgeführt.

Bei der Entwicklung der Gesundheit der Menschen wird eine große Gefahr unterzogen, da Uran in giftigem Material ist, und Gase, die im Prozess seiner Produktion auftreten, verursachen verschiedene Formen von Krebs. Obwohl im Erz selbst eine sehr kleine Menge Uran enthält - von 0,1 bis 1 Prozent. Auch bei großer Risiko ist die Bevölkerung, die neben Uranminen lebt.

Angereicherter Uran ist der Hauptbrennstoff für Kernkraftwerke, aber nach seiner Verwendung gibt es eine große Anzahl radioaktiver Abfälle. Trotz seiner Gefahr ist Urananreicherung ein wesentlicher Prozess des Kernbrennstoffs.

Uran ist in natürlicher Form fast unmöglich, überall zu bewerben. Um es zu verwenden, müssen Sie es bereichern. Gaszentrifugen werden zur Anreicherung verwendet.

Angereicherter Uran wird nicht nur in der Atomkraft verwendet, sondern auch bei der Produktion von Waffen.

Transport

In jeder Phase des Kraftstoffzyklus gibt es Transport. Es wird von allen verfügbaren Wegen durchgeführt: auf Erden, Meer, Luft. Dies ist ein großes Risiko und eine größere Gefahr, nicht nur für Ökologie, sondern auch für eine Person.

Während des Transports von Kernbrennstoff oder seinen Elementen gibt es viele Unfälle, die Folge der Emission von radioaktiven Elementen. Dies ist einer der vielen Gründe, warum unsicher ist.

Schlussfolgerung von Reaktoren.

Keiner der Reaktoren wird demontiert. Sogar der traurige bekannte Tschernobyl ist die Tatsache, dass nach Experten der Preis des Demontage gleich ist, und der Preis des Aufbaus eines neuen Reaktors übertrifft. Aber niemand kann sagen, wie viel Geld brauchen wird: Die Kosten wurden auf der Erfahrung der Demontage der Demontage der kleinen Sender für Forschung berechnet. Experten bieten zwei Optionen an:

1. Platzieren Sie Reaktoren und verbrachten Sie den Kernbrennstoff in den Begräbnisgebieten.
2. Bauen Sie die Reaktoren von Sarkophagen auf, die herauskamen.

In den nächsten zehn Jahren produzieren rund 350 Reaktoren auf der ganzen Welt ihre Ressource und sollten deaktiviert sein. Da jedoch das am besten geeignete für die Sicherheit und den Preis der Methode nicht aufgenommen hat, ist diese Frage noch gelöst.

Nun ist auf der ganzen Welt 436 Reaktoren. Natürlich ist dies ein großer Beitrag zum Netzsystem, aber es ist sehr unsicher. Studien zeigen, dass NPPs nach 15-20 Jahren mit Stationen ersetzen können, die an Windenergie und Sonnenkollektoren arbeiten.

Atommüll

Infolge von NPP-Aktivitäten wird eine große Menge an Atomabfällen gebildet. Recycling Kernbrennstoff lässt auch gefährliche Abfälle nach sich. Gleichzeitig hat keines der Länder eine Lösung für das Problem gefunden.

Heute ist Nuklearabfälle in temporären Aufbewahrungseinrichtungen in Pools mit Wasser mit Wasser enthalten oder flach unterirdisch.

Der sicherste Weg ist die Lagerung in speziellen Lagereinrichtungen, aber hier ist die Strahlung ebenfalls möglich, wie bei anderen Methoden.

Tatsächlich hat Nuklearabfälle einen Wert, erfordern jedoch streng übereinstimmend mit ihren Lagerregeln. Und das ist das akute Problem.

Ein wichtiger Faktor ist die Zeit, in der Abfall gefährlich ist. Jeder hat eine Zerfallsperiode, in der es toxisch ist.

Arten von Atomabfällen

Beim Betrieb von Kernkraftwerk fällt der Abfall in die Umwelt. Dies ist Wasser zum Kühlen von Turbinen und gasförmigen Abfällen.

Atomabfall ist in drei Kategorien unterteilt:

1. Niedriges Niveau - Kleidung von NPP-Mitarbeitern, Laborgeräten. Solche Abfälle können auch von medizinischen Institutionen, wissenschaftlichen Laboratorien stammen. Sie repräsentieren nicht viel Gefahr, erfordern jedoch die Einhaltung der Sicherheitsmaßnahmen.
2. Zwischenstufe - Metallbehälter, in denen der Kraftstofftransport ist. Der Strahlungsgrad ist hoch genug, und diejenigen, die sich von ihnen in der Nähe von ihnen stammen, müssen geschützt werden.
3. Hohe Niveau ist ein nuklearer Treibstoff und ihre Verarbeitungsprodukte. Das Niveau der Radioaktivität sinkt schnell. Ein hoher Abfall ist sehr klein, etwa 3 Prozent, aber sie enthalten 95 Prozent aller Radioaktivität.

Fernseher (Kraftstoffanordnung)

Kernbrennstoff - Materialien, die in Kernreaktoren zur Durchführung einer kontrollierten Kettenarbeitsreaktion eingesetzt werden. Kerntreibstoff unterscheidet sich grundlegend von anderen Arten von Kraftstoffen, die von der Menschheit verwendet werden, es ist äußerst energieintensiv, aber auch ziemlich gefährlich für eine Person, die aus Sicherheitsgründen viele Einschränkungen auf seine Verwendung auferlegt. Aus diesen und vielen anderen Gründen ist der Kernbrennstoff wesentlich komplizierter als jeglicher Art von organischem Kraftstoff und erfordert viele spezielle technische und organisatorische Maßnahmen, um bei der Verwendung sowie hohe Qualifikationen des Personals mit ihm zu gewährleisten.

allgemeine Informationen

Die Kette Kernreaktion ist eine Kernteilung in zwei Teilen, die genannt wird fragmente der Division.mit der gleichzeitigen Freisetzung mehrerer (2-3) Neutronen, die wiederum die Aufteilung der folgenden Kerne verursachen können. Eine solche Division tritt auf, wenn Neutronen im Kern des Atoms der Quellsubstanz getroffen wird. Die während der Aufteilung des Kerns gebildeten Teilenfragmente haben eine große kinetische Energie. Das Bremsen von Fragmenten der Unterteilung in der Substanz wird von der Freisetzung einer großen Wärmemenge begleitet. Divisionsscherben sind die direkt als Ergebnis der Abteilung gebildeten Kernel. Fragmente der Abteilung und die Produkte ihres radioaktiven Zerfalls rufen normalerweise an produktespungung.. Die Kerne, die von Neutronen aller Energien geteilt sind, werden nuklear brennbar (in der Regel handelt es sich um Substanzen mit einer ungeraden Atomzahl). Es gibt Kerne, die nur von nur Neutronen mit einer Energie über einem bestimmten Schwellenwert (in der Regel sind, diese sind Elemente mit einer ganzgeren atomaren Zahl) geteilt. Solche Kerne werden Rohmaterial bezeichnet, da, wenn der Neutronen erfasst wird, wenn der Schwellenkern den Kernkern kauft. Die Kombination aus Kernbrennstoff und Rohmaterial heißt Kernbrennstoff. Nachfolgend finden Sie die Verteilung der Kernteilung von 235 u zwischen verschiedenen Divisionsprodukten (in MEV):

Da Neutrino-Energie unwiderruflich durchgeführt wird, ist nur 188 MEV für den Einsatz / Atom \u003d 30 PJ / Atom \u003d 18 TJ / MOL \u003d 76,6 TJ / kg (gemäß anderen Quellen (siehe Referenz) 205.2 - 8,6 \u003d 196, 6 MEV / Atom).

Natürliches Uran besteht aus drei Isotopen: 238 u (99,282%), 235 u (0,712%) und 234 u (0,006%). Es ist nicht immer als Kernbrennstoff geeignet, insbesondere wenn sich strukturelle Materialien und ein Retarder Neutronen intensiv aufnehmen. In diesem Fall wird Kernbrennstoff auf der Grundlage angereicherter Uran hergestellt. In Energiereaktoren an thermischen Neutronen wird die Urananreicherung mit weniger als 6% verwendet, und in Reaktoren an schnellen und mittleren Neutronen übersteigt die Urananreicherung über 20%. Angereicherter Uran wird bei speziellen Verarbeitungsanlagen erhalten.

Einstufung

Kernkraftstoff ist in zwei Arten unterteilt:

• Natürlicher Uran, enthaltend Teilen von Kernen 235 U sowie Rohstoffe 238 u, der ein Neutron erfassen kann, um Plutonium 239 PU zu bilden;
• Sekundärbrennstoff, der in der Natur nicht gefunden wird, einschließlich 239 Eiter, erhalten aus dem Brennstoff der ersten Spezies sowie der Isotope 233 U, gebildet, wenn Neutronen von Thoriumkernen 232 th erfasst werden.

Durch chemische Zusammensetzung kann der Kernkraftstoff sein:

• Metallic, einschließlich Legierungen;
• Oxid (zum Beispiel Uo 2);
• Carbide (zum Beispiel PUC 1-X)
• Gemischt (PUO 2 + UO 2)

Theoretische Aspekte der Anwendung

Kernbrennstoff wird in Kernreaktoren in Form einer Fünfzentimetertablette verwendet, in der sich üblicherweise in hermetisch geschlossenen Brennelementen (Fuelhe) befindet, die wiederum zur einfachen Verwendung von mehreren Hunderten kombiniert werden, um mehrere Hunderte für die Kraftstoffanordnung (TVs) zusammenzubringen.

Die Kernkraftstoffe wenden hohe Anforderungen an die chemische Kompatibilität mit Brennstoffschalen an, es muss einen ausreichenden Schmelzpunkt und Verdampfen, gute Wärmeleitfähigkeit, ein leichter Volumensteigerung mit Neutronenbestrahlung, Herstellbarkeit der Produktion haben müssen.

Die Verwendung von Metall-Uran, insbesondere bei einer Temperatur von mehr als 500 ° C, ist aufgrund seiner Schwellung schwierig. Nach dem Aufteilen des Kerns werden zwei Teile der Teilungsfragmente gebildet, deren Gesamtvolumen größer ist als das Uranatom (Plutonium). Teil der Atome - Division Fragmente sind Gase (Krypton, Xenon usw.). Gasatome sammeln sich in den Poren von Uran und erzeugen einen Innendruck, der mit zunehmender Temperatur zunimmt. Aufgrund von Änderungen des Volumens an Atomen beim Teilen und Erhöhung des Innendrucks von Gasen beginnen Uran und andere Kernkraftstoffe aufzuschwingen. Unter der Schwellung versteht die relative Änderung des Volumens des nuklearen Kraftstoffs, der mit der Division der Kerne verbunden ist.

Die Schwellung hängt von dem Burnout und der Temperatur der Füge ab. Die Anzahl der Trennfragmente steigt mit einer Erhöhung des Burnouts und dem Innendruck des Gases - mit einem Anstieg des Burnouts und der Temperatur an. Die Schwellung des Kernbrennstoffs kann zur Zerstörung der Brennstoffhülle führen. Kernbrennstoff ist weniger anfällig für Schwellung, wenn er hohe mechanische Eigenschaften aufweist. Metalluranium gehört gerade zu solchen Materialien. Daher begrenzt die Verwendung von Metalluran als Kernbrennstoff die Tiefe des Burnouts, die eine der Hauptmerkmale des Kernbrennstoffs ist.

Die Strahlungsbeständigkeit und die mechanischen Kraftstoffeigenschaften werden nach dem Dotieren von Uran verbessert, dadurch, dass ein geringer Mengen an Molybdän, Aluminium und anderen Metallen zum Uran hinzugefügt wird. Legierungszusätze reduzieren die Anzahl der Neutronen der Division durch eine Neutronenfasserung mit Kernbrennstoff. Daher neigen legierte Additive für Uran dazu, aus Materialien, schwach absorbierenden Neutronen zu wählen.

Gute Kernkraftstoffe umfassen einige feuerfeste Uranverbindungen: Oxide, Carbide und intermetallische Verbindungen. Der breiteste Gebrauch wurde mit Keramiken - Urandioxid UO 2 erhalten. Sein Schmelzpunkt beträgt 2800 ° C, die Dichte beträgt 10,2 g / cm³. Urandioxid hat keine Phasenübergänge, es ist weniger anfällig für Schwellung als Uranlegierungen. Dadurch können Sie das Burnout auf einige Prozent erhöhen. Uranioxid interagieren nicht mit Zirkonium-, Niob-, Edelstahl- und anderen Materialien bei hohen Temperaturen. Der Hauptnachteil der Keramik ist die geringe Wärmeleitfähigkeit - 4,5 kJ / (m · k), die die spezifische Leistung des Reaktors durch Schmelzpunkt begrenzt. Somit überschreitet die maximale Dichte des Wärmeflusses in den GVER-Reaktoren für Urandioxid nicht 1,4 ° 10 3 kW / m², und die maximale Temperatur in dem Roddelch erreicht 2200 ° C. Darüber hinaus sind heiße Keramiken sehr zerbrechlich und können knacken.

Praktischer Nutzen

Erhalten

Urankraftstoff.

Uran Kernkraftstoff wird durch Verarbeitungszange erhalten. Der Prozess findet in mehreren Bühnen statt:

• Für schlechte Ablagerungen: In der modernen Industrie, aufgrund des Mangels an reichen Uranererzen (Ausnahmen sind die kanadische und australische Unstimmigkeitstyp, in der die Urankonzentration auf 3% beträgt) ein Verfahren für unterirdische Auslaugenerze. Dies beseitigt den kostspieligen Bergbau von Erz. Die vorläufige Zubereitung geht direkt unter die Erde. Durch hochgeladene Wells. Unter dem Boden über dem Feld wird Schwefelsäure über das Feld gepumpt, manchmal mit Zugabe von dreiwertigen Eisensalzen (für die Oxidation von Uran u (IV) an U (VI)), obwohl er oft Eisen und Pyrojit enthalten, die erleichtern Oxidation. Durch spadent gut Spezielle Pumpenlösung von Schwefelsäure mit Uran steigt auf die Oberfläche. Ferner geht es direkt auf Sorption, hydrometallurgische Extraktion und gleichzeitige Anreicherung von Uran.
• Für Erzablagerungen.: Verwenden Sie Erzanreicherung und radiometrische Erzanreicherung.
• Hydometallurgische Verarbeitung - Zerkleinerung, Auslaugung, Sorptions- oder Extraktion-Uran-Extraktion, um gereinigtes Oxidoxid (U 3 O 8), Natriumdiuranat (Na 2 U 2 O 7) oder Ammoniumdiurante (NH 4) 2 U 2 O 7) zu erhalten.
• Die Translation von Uranium von Oxid in UF 4 Tetrafluorid oder aus Oxiden direkt, um UF 6-Hexafluorid zu erhalten, der zum Anreichern von Uran durch Isotope 235 verwendet wird.
• Anreicherung durch gas thermische Diffusionsmethoden oder Zentrifugation.
• UF 6, das in 235 Isotop angereichert ist, wird in UO 2-Dioxid umgesetzt, von denen die "Tabletten" von Fächern hergestellt werden, oder andere Uranverbindungen werden für denselben Zweck erhalten.

Warum Uran?

Die Menschheit mit den Händen und Beinen mit elektrischen Drähten. Haushaltsgeräte, industrielle Ausrüstung, Straßenbeleuchtung, Trolleybusse, Metro, elektrische Züge - all diese Vorteile der Zivilisation werden aus dem elektrischen Netzwerk betrieben. Sie werden sinnlose "Brocken aus Eisen", wenn der Strom aus irgendeinem Grund verschwindet. Die Menschen sind jedoch bereits an die Konstanz der Stromversorgung gewöhnt, dass jede Trennung Unzufriedenheit und sogar Unbehagen verursacht. Und Wahrheit als eine Person zu tun, die alle Geräte hat, einschließlich des beliebtesten TV, eines Computers und eines Kühlschranks? Es ist besonders schwierig, die "Trennung" abends anhalten, wann ich nach der Arbeit oder der Studie, die aufgerufen wird, den Tagstag erweitern. Hat das Tablet nicht speichert oder das Telefon, aber sie sind nicht die Ladung nicht ewig. Es ist noch schlimmer, sich in der "Gefängniskammer" zu befinden, in die die Aufzugskabine oder der Metrowagen die Aufzugskabine drehen können.

Was ist all dieses Gespräch? Und um die Tatsache, dass "elektrifizierte" der Menschheit stabile und leistungsstarke Energiequellen erfordert - vor allem Strom. Mit seinem Fehlen wird es ärgerlich häufig, es wird vom Netzwerk getrennt, und der Lebensstandard wird abnehmen. Um ein unangenehmes Szenario zu Wirklichkeit zu werden, ist es notwendig, alle neuen und neuen Kraftwerke aufzubauen: Der weltweite Energieverbrauch wächst, und die bestehenden Leistungseinheiten sind allmählich altern.

Was kann jedoch moderne Energie bieten, um das Problem zu lösen, hauptsächlich Brennen von Kohle und Gas? Natürlich, neue Gasanlagen, die wertvolle chemische Rohstoffe oder Kohleblöcke, Raucherhimmel zerstören. Übrigens sind Emissionen von Wärmekraftanlagen ein bekanntes Umweltproblem, aber auch Unternehmen für die Extraktion von fossilen Brennstoffe werden auch durch die Umwelt verursacht. Aber der Konsum ist riesig. Um beispielsweise sicherzustellen, dass die Arbeit eines gewöhnlichen Kühlschranks während des Jahres etwa hundert Kilogramm Kohle oder Hunderte von Kubikmeter brennen muss erdgas. Und dies ist nur ein Haushaltsgerät, das eingestellt ist.

Wie viele nukleare Kraftstoff benötigt übrigens ein ganzes Jahr einen genannten Kühlschrank? Es ist schwer zu glauben, aber nur ein Gramm!

Die kolossale Energieintensität des aus dem angereicherten Uran hergestellten Kernkraftstoffs macht es zu einem würdigen Konkurrenten der Ecke und des Gas. Tatsächlich verbraucht das Kernkraftwerk hunderttausendfach kleiner als Brennstoff als thermisch. So haben die Bergbauentwicklungen für Uranbergbau eine wesentlich kleinere Skala, was für die Umwelt wichtig ist. Plus - es gibt keine Emissionen von Gewächshaus und giftigen Gasen.

Die Antriebseinheit des Kernkraftwerks mit einer Kapazität von tausend Megawatt für das Jahr verbringt nur drei Zehntel Tonnen Kernbrennstoffe, und die Wärmestation derselben Macht ist etwa drei Millionen Tonnen Kohle oder drei Milliarden Kubikmeter erforderlich Gas. Mit anderen Worten, um die gleiche Menge an Strom zu erhalten, entweder mehrere Autos mit Kernbrennstoff pro Jahr oder mehrerer Kohlezusammensetzungen ... pro Tag.

Und erneuerbare Energiequellen? Natürlich sind sie gut, müssen aber immer noch verbessert werden. Nehmen Sie zumindest die von der Station besetzte Fläche ein. Bei Windgeneratoren und Sonnenkollektoren sind zwei Größenordnungen höher als die der gewöhnlichen Kraftwerke. Wenn beispielsweise das Kernkraftwerk (Kernkraftwerk) auf dem Territorium in ein paar Quadratkilometern montiert ist, werden der Windpark oder das Sonnenfeld derselben Macht von mehreren hundert Quadratkilometern eingenommen. Legen Sie einfach das Verhältnis von Raum wie kleine Dörfer und eine sehr große Stadt. In der Wüste ist dieser Indikator möglicherweise nicht wichtig und in der Zone des ländlichen oder der Forstwirtschaft - noch als.

Es sollte erwähnt werden, dass nuklearer Treibstoff immer wieder bereit ist, trotz der Jahreszeit, des Tages- oder Wetters zu arbeiten, während die Sonne nachts nicht grundsätzlich leuchtet, und der Wind weht, wenn er schluckt. Darüber hinaus ist in einigen Orten erneuerbare Energien aufgrund geringer Sonnenenergie oder niedriger Windgeschwindigkeit nicht kostengünstig. Für NPPs existiert solche Probleme einfach nicht.

Diese Vorteile der Kernenergie und die hervorragende Rolle von Uran - als Kernbrennstoff - für die moderne Zivilisation.

Wie viel hat es gegangen?

In einer alten sowjetischen Karikatur gelöst brutal eine wichtige Aufgabe - aufgeteilte Orange. Infolgedessen wurde einander als der Wolf für ein köstliches saftiges Tierheim ausgestellt; Grau musste mit der Schale zufrieden sein. Mit anderen Worten, die wertvolle Ressource bekam es nicht. Aus dieser Sicht ist es interessant zu wissen, wie die Dinge mit Uran sind: Hat alle Länder der Welt ihre Reserven oder werden beraubt?

Tatsächlich ist Uran auf der Erde sehr, und dieses Metall kann fast überall gefunden werden: in der Kruste unseres Planeten, im Weltozean, auch im menschlichen Körper. Das Problem ist sein "Spray", "Abstrich" in den Felsen der Erde, dessen Folge die geringe Konzentration an Uran ist, die für die Organisation der kostengünstigen industriellen Produktion meistens unzureichend ist. An einigen Stellen gibt es jedoch Cluster mit einem hohen Gehalt an Uranablagerungen. Sie sind ungleichmäßig verteilt, bzw. Uraniumreserven variieren je nach Ländern. Die meisten Einlagen dieses Elements "segelten" zusammen mit Australien; Darüber hinaus haben Kasachstan, Russland, Kanada und Südafrika Länder Glück. Dieses Bild ist jedoch nicht eingefroren, der Stand der Angelegenheiten ändert sich ständig durch die Erkundung neuer Ablagerungen und die Erschöpfung des Alten.

Vertrieb von Erkundeten von Uranreserven nach Land (für Reserven mit Bergbaukosten)< $130/кг)

In den Gewässern des Weltozeans wurde eine riesige Menge Uran aufgelöst: über vier Milliarden Tonnen. Es scheint, das perfekte "Feld" - will es nicht bekommen. Wissenschaftler haben spezielle Sorbents entwickelt, um Uran aus dem Meereswasser in den achtziger Jahren des letzten Jahrhunderts zu extrahieren. Warum gilt diese ausgezeichnete Methode überall? Das Problem ist zu niedriger Metallkonzentration: Nur etwa drei Milligramm können Sie von Tonnen Wasser entfernen! Es ist klar, dass ein solcher Uran zu teuer ist. Nach Schätzungen kostet ein Kilogramm ein paar tausend Dollar, was viel teurer ist als das "Land" -Ptenpartner. Wissenschaftler sind jedoch nicht verärgert und erfinden zunehmend wirksame Sorbentien. Also, vielleicht wird diese Methode des Minens in kurzer Zeit wettbewerbsfähig.

Bislang übersteigt die Gesamtzahl der erforschten Uranreserven mit einem Produktionskosten von weniger als 130 US-Dollar pro Kilogramm über 5,9 Millionen Tonnen. Ist es viel? Es reicht aus: Wenn die Gesamtleistung von Kernkraftwerken auf dem aktuellen Niveau verbleibt, reicht Uran für hundert Jahre. Zum Vergleich können die erforschten Öl- und Gasreserven in nur sechsunddreißig Jahren erschöpft sein.

Die ersten zehn Länder in den Reserven von Uran auf ihrem Gebiet (für Reserven mit den Kosten des Bergbaus< $130/кг)

Wir sollten jedoch nicht vergessen, dass sich die Atomenergie nach Prognosen entwickeln, also ist es schon wert, darüber nachzudenken, wie er seine Ressourcenbasis erweitern kann.

Eine der Möglichkeiten, die Aufgabe zu lösen, besteht darin, neue Einlagen zu finden und rechtzeitig zu entwickeln. Nach den verfügbaren Informationen sollten dies keine Probleme damit geben: In den letzten Jahren wurden in den letzten Jahren neue Einlagen in einigen afrikanischen Ländern, Südamerika sowie in Schweden gefunden. Wahr, es ist unmöglich, mit Zuversicht zu sagen, wie profitabel entdeckte Reserven produziert wird. Es kann vorkommen, dass aufgrund des kleinen Gehalts an Uran in Erz und der Schwierigkeit der Entwicklung von Ablagerungen einige von ihnen "für später" gehen müssen ". Tatsache ist, dass die Preise für dieses Metall jetzt eher gering sind. Aus wirtschaftlicher Sicht gibt es hier nichts überraschend. Erstens, in der Welt gibt es immer noch relativ leicht entfernte Ablagerungen, und daher billig Uran - es tritt in den Markt ein und stößt den Preis auf. Zweitens, nach dem Fukushim-Unfall, sind einige Länder Pläne für den Bau neuer Kernkrafteinheiten angepasst, und Japan stoppte in der Regel alle nuklearen Kraftwerke - ein Rückgang der Nachfrage, zusätzlich schwerer als Hengst. Aber es ist nicht lange. China und Indien sind bereits in das Spiel eingetreten, das den großen Bau von Kernkraftwerken auf seinem Territorium planten. Weniger ehrgeizige Projekte haben sowohl andere asiatische Länder als auch Afrikanische und Südamerika. Sogar Japan kann anscheinend nicht mit seinem teilnehmen atomkraft. Daher wird die Nachfrage allmählich erholt, aber auf die Erschöpfung preiswerter Einlagen wird dies zu einem Anstieg der Preise für Uran führen. Analysten glauben, dass es lange warten, - nur ein paar Jahre. Dann ist es möglich, über die Entwicklung von Ablagerungen links "für später" nachzudenken.

Interessanterweise stimmen die Listen der Besitzer der größten Bestände an Uran und Staaten mit der am meisten entwickelten Kernkraft praktisch nicht zusammen. In den Tiefen Australiens gibt es ein Drittel des World Uran "Reichtum", aber es gibt kein einziges Atomkraftwerk auf dem grünen Kontinent. Kasachstan ist ein weltweit führendes Unternehmen bei der Herstellung dieses Metalls - bereitet sich nur auf den Bau mehrerer Kernkrafteinheiten vor. Afrikanische Länder für wirtschaftliche und andere Gründe sind weit vom Beitritt zur globalen "atomaren" Familie. Der einzige NPP auf diesem Kontinent befindet sich in der Republik Südafrika, kündigte kürzlich einen Wunsch an, Kernenergie weiterzuentwickeln. Bisher nahm sogar Südafrika jedoch eine Auszeit.

Was bleibt zu "atomaren" Giganten - die USA, Frankreich, Japan - und das Kommen der Fersen von China und Indien, wenn ihre Bedürfnisse großartig sind, und ihre eigenen Aktien - eine Katze angewendet? Versuchen Sie natürlich, in anderen Ländern die Kontrolle über Einlagen und Uran-Bergbauunternehmen zu kontrollieren. Diese Aufgabe hat eine strategische Natur, und löst es, die Staaten treten in starre Kontraktionen ein. Aufschieben großunternehmen, politische Manöver werden genommen, unterirdische Schemata werden mit Bestätigung umgesetzt. notwendige Menschen oder gerichtliche Kriege. In Afrika kann dieser Kampf überhaupt steigen - und wird bereits in Bürgerkriege und Revolutionen gegossen, versteckt durch führende Staaten, die von der Umverteilung der Einflusszonen streben.

In dieser Hinsicht hatte Russland das Glück: Die Dienstleistungen unserer Kernkraftwerke sind recht anständige Uranreserven, deren Herstellung im Trans-Baikal-Territorium, der Kurgan-Region und der Republik Buryatien durchgeführt wird. Darüber hinaus ist eine aktive geologische Erkundung organisiert. Es wird davon ausgegangen, dass Einlagen in der Transbaikal-Region, der Westsibirien, der Republik Karelien, der Republik Kalmykia und der Region Rostow großes Potenzial verfügen.

Darüber hinaus besitzt Rosatom auch ausländische Vermögenswerte - große Pakete von Anteilen von Uran-produzierenden Unternehmen in Kasachstan, USA, Australien und arbeitet auch an vielversprechenden Projekten im südlichen Afrika. Infolgedessen gehören zu den führenden Unternehmen der Welt, die in der Produktion von Uranien, Rosatom, sicherlich auf dem dritten Platz nach Kazatomprom (Kasachstan) und Cameco (Kanada).

Untersuchung der chemischen Zusammensetzung von Meteoriten, von denen einige Martian-Herkunft haben, haben Wissenschaftler Uran entdeckt. Tatsächlich stellte sich der Inhalt als deutlich niedriger als in irdischen Felsen. Ja, jetzt ist klar, warum Marciana uns auf ihre Flugplatten gewonnen hat.

Und wenn ernsthaft glaubt, dass das Uran in allen Objekten des Sonnensystems vorhanden ist. Zum Beispiel wurde es 2009 im Mondboden entdeckt. Sofort gab es fantastische Ideen wie die Uranproduktion auf einem Satelliten, gefolgt von dem Senden an die Erde. Eine andere Option ist "Ernährung" der Reaktoren von Mondkolonien, die sich in der Nähe der Ablagerungen befinden. Die Einlagen haben jedoch nicht gesucht; Ja, und aus wirtschaftlicher Sicht ist ein solcher Bergbau noch nicht realisiert. Aber in der Zukunft - wer kennt ihn ...

Wenn Sie lange leiden, wird der Kraftstoff herausstellen

Lagerverfügbarkeit uranerz - Dies ist nur eine Komponente des Erfolgs. Im Gegensatz zu Holz oder Kohle, das sich vor dem Eingang in den Ofen nicht besonders schwierig erfordern, kann das Erz nicht nur in Stücke schneiden und in den Reaktor spülen. Um zu erklären, warum, ist es notwendig, eine Reihe von Merkmalen im Uran zu erwähnen.

Aus chemischer Sicht ist dieses Element durch hohe Aktivität gekennzeichnet, mit anderen Worten, er sucht verschiedene Verbindungen zu bilden; Um in der Natur seines Nuggets wie Gold zu sehen, ist eine völlig hoffnungslose Sache. Was heißt dann Uranienerz? Berglasse mit einer sehr kleinen Menge Uranmineralien. Fügen Sie oft hinzu: klein, aber ausreichend, um sicherzustellen, dass der Industriebergbau von Ökonomen genehmigt wird. Zum Beispiel ist es heute ratsam, Erz zu entwickeln, in einer Tonne, deren nur wenige Kilogramm oder sogar Hunderte von Urangrammen enthält. Der Rest ist eine leere, unnötige Rasse, aus der die Mineralien von Uran unterschieden werden. Aber auch sie können immer noch in den Kernreaktor geladen werden. Tatsache ist, dass diese Mineralien meistens Oxide oder unlösliche Uransalze in der Gesellschaft anderer Elemente sind. Einige von ihnen können Wert für die Industrie darstellen, und die Organisation ihres vorübergehenden Bergbaus kann wirtschaftliche Indikatoren verbessern. Aber auch wenn es keinen solchen Bedürfnis gibt, sollte Uran immer noch von Verunreinigungen gereinigt werden. Ansonsten kann Kernbrennstoff aus dem "schmutzigen" Uran zu Problemen im Betrieb des Reaktors oder sogar eines Unfalls führen.

Der gereinigte Uran ist jedoch auch unmöglich, mit einem nuklearen Kraftstoff mit vollem Umfang zu rufen. Der Snag besteht in seiner isotopischen Zusammensetzung: tausend Uranatome im Naturalkonto für nur sieben Uran-235-Atome, die für den Fluss der Kettenreaktion der Division notwendig sind. Der verbleibende - Uran-238, der praktisch nicht aufgeteilt ist und auch Neutronen absorbiert. Der Reaktor auf natürlichem Uran kann jedoch gut gestartet werden - unterliegen der Verwendung eines sehr effizienten Moderators der Art von teurer schwerer Wasser oder reiner Graphit. Nur sie ermöglichen Neutronen, die während der Division des Uran-235-Kerns gebildet werden, sollen die Geschwindigkeit so schnell wieder zurücksetzen, um Zeit so schnell zu erreichen, um in andere Uran-235-Kerne zu gelangen und ihre Division zu verursachen, und nicht unbequem auf den Uran-238. Für eine Vielzahl von Überlegungen in der überwältigenden Mehrheit der Friedensreaktoren wird jedoch ein anderer Ansatz verwendet: Der natürliche Uran wird entsprechend dem Teilen von Isotop angereichert. Mit anderen Worten, der Gehalt an Uran-235-Atomen wird von sieben bis mehreren Dutzend Teilen künstlich angehoben. Dank dieser, Neutronen sind an ihnen häufiger üblich, und es ist möglich, günstigere, wenn auch weniger effiziente Moderatoren, beispielsweise gewöhnliches Wasser, zu verwenden.

Und das angereicherte Uran ist das Endprodukt? Nochmals, da die Energiereaktoren den Übertragung von "Atom-" Wärme an den Wärmeträger sorgen, waschen Sie den Kraftstoff - meistens Wasser. Aufgrund der Anhäufung von Kraftstoffteilern von Treibstoff -, wie es im Arbeitsreaktor findet - wird es sehr stimmhaft. In keinem Fall sollte es erlaubt sein, dass es sich in Wasser löst. Dafür wird Uran in einen chemisch widerstandsfähigen Zustand überführt, sowie das Isolieren des Kühlmittels, der die Metallhülle schließt. Infolgedessen wird ein komplexes technisches Gerät erhalten, das in den Verbindungen angereichertem Uran enthält, das nuklearer Brennstoff mit vollem Umfang genannt werden kann.

Diese Vorgänge sind die Gewinnung von Uran, deren Reinigung und Anreicherung sowie die Herstellung von Kernbrennstoff sind die Anfangsstadien des sogenannten Kernkraftstoffzyklus. Jeder von ihnen muss detaillierter erfüllt sein.

Uran-238 - 4,5 Milliarden Semipperiode und Uran-235 - nur 700 Millionen Jahre. Es stellt sich heraus, dass das Teilen von Isotope mehrmals schneller als der Haupteinlage zerfällt. Wenn Sie denken, bedeutet dies, dass der Inhalt von Uran-235 in der natürlichen Mischung von Isotopen in der Vergangenheit mehr als jetzt war. Zum Beispiel hatten eine Milliarde Jahre vor einem von tausend Uranatomen sechzehn einen Kern mit 235 Nukleonen, zwei Milliarden Jahre waren ihre Nummer zweiunddreißig, und für drei Milliarden Jahre bis heute - bis zu achtzig! Im Wesentlichen enthielt Erz in diesen fernen Times Uran, die wir heute angerufen haben. Und es könnte so gut passieren, dass der natürliche Atomreaktor in einem Feld arbeiten würde!

Wissenschaftler sind zuversichtlich, dass dies genau das ist, was mit mehreren superreichen Uran-Einlagen der Oklo-Kaution auf dem Territorium des modernen Gabun passiert ist. Vor 1,8 Milliarden Jahren wurde die Kette Kernreaktion spontan gestartet. Es wurde von Neutronen initiiert, die während der spontanen Abteilung gebildet wurden, und arbeitete dann die hohe Konzentration von Uran-235 und die Anwesenheit in der Erzwassererz - dem Neutronenzwiederer. In einem Wort wurde die Reaktion sich selbst aufrechterhalten und fuhr fort, es ist aktiviert, dann bei OH, seit mehrerenhunderttausend Jahren. Dann gingen die Reaktoren "ausgehen", anscheinend aufgrund von Änderungen des Wasserregimes.

Bislang ist dies der einzige bekannte natürliche Nuklearreaktor. Darüber hinaus können derzeit keine solchen Prozesse in jedem Feld eingeleitet werden. Der Grund ist ziemlich verständlich - Uranium-235 blieb zu wenig.

Versuchen Sie es

Uraner Ösen übersehen extrem selten. Am häufigsten finden sie in einer Tiefe von fünfzig Metern bis zwei Kilometer.

Flache Ablagerungen entwickeln sich offen oder, wie sie auch als Karriere genannt wird. Die festen Felsen werden getrocknet und explodiert, und dann mit Hilfe von Ladern werden in Muldenkipper gestellt und aus einer Karriere exportiert. Rausch-Felsen entwickeln und beladen in Karriere-Muldenkipper mit herkömmlichen oder rotierenden Baggern, Bulldozer sind weit verbreitet. Die Kraft und Größe dieser Technik sind von der Fantasie betroffen: Zum Beispiel haben bereits erwähnte Muldenkipper eine Haltbarkeit von Hunderten und mehr Tonnen! Leider, die Waage und die Karriere selbst, deren Tiefe dreihundert Meter erreichen kann. Nach Abschluss der Arbeit lag er in der Erdoberfläche eine riesige Grube, und die Rassen der Rassen, die die Ablagerungen von Uran umfassen, werden neben ihm kommen. Im Prinzip kann der Steinbruch mit diesen Müllkippen gefüllt werden, indem er das Gras und die Bäume an der Spitze landen; Aber es kostet es exorbitant teuer. Daher werden die Gruben allmählich mit Wasser gefüllt, Seen werden gebildet, nicht der wirtschaftlichen Nutzung aufgrund des erhöhten Gehalts an Uran in Wasser. Es können auch Probleme mit der Grundwasserverschmutzung eingehen, sodass Urankarrieren besondere Aufmerksamkeit erfordern.

Jedoch, offene Entwicklung Uranus geht allmählich auf einen völlig banalen Grund in die Vergangenheit, in der Nähe der Oberfläche des Feldes fast endete. Jetzt müssen Sie mit tief geladenen Erzen umgehen. Traditionell entwickeln sie die unterirdische (Welle) -Methode. Nur einer sollte sich nicht harten bärtigen Männer mit Krings, die auf die Entwicklung und das Hacken von Erz kriechen. Nun ist die Arbeit der Bergleute weitgehend mechanisiert. IM berglasseMit Uran bestehend, bohren Sie die Blätter - spezielle tiefe Löcher, in denen Sprengstoffe liegen. Nach der Explosion wird der zerquetschte Rus vom Teppich genommen, der Lade- und Lieferautomat findet statt und entlang der wickelnden schmalen Galerie läuft in die Wagen. Die gefüllten Trolleys zum vertikalen Wellenstamm eignen sich mit einer kleinen elektrischen Lokomotive, und dann mit einer Kiste - ein eigenartiger Aufzug - wird der Erz auf die Oberfläche angehoben.

Unterirdischer Bergbau hat eine Reihe von Funktionen. Erstens kann es nur bei hochwertigen Erzen mit einem großen Gehalt an Uran vorteilhaft sein, der nicht tiefer als zwei Kilometer auftritt. Andernfalls werden die Kosten für Bergbau, Produktion und Weiterverarbeitung von Erz von Uran in praktisch "Gold" gemacht. Zweitens ist das unterirdische Königreich der Uranminen ein geschlossener Raum, in dem radioaktiver Staub aufgehängt und nicht weniger radioaktives Gasradon ist. Daher können die Bergleute ohne leistungsstarke Belüftung und spezielle Mittel zum Schutz der Art der Atemschutzmasken nicht.

Und mit Karriere und mit Bergbauzubstraktion wird in Form von recht großen Stücken extrahiert. Hervorheben des Eimers eines Baggers oder eines Lade- und Lieferautomaten, weiß der Betreiber nicht, ob er das Erz, reiche Uranmineralien oder eine leere Rasse nimmt, oder dass es etwas durchschnittlich gibt. Immerhin ist die Anzahlung in seiner Zusammensetzung nicht zu einheitlich, und die Verwendung leistungsstarker Maschinen erlaubt nicht, fein und elegant zu arbeiten. Senden Sie jedoch an Weiterverarbeitungsstücke, in denen fast kein Uran besteht, zumindest nicht als unvernünftig! Daher ist die Erzsortierung, die das Haupteigenschaft von Uran nutzt, nach dem es leicht zu erkennen ist, Radioaktivität. Während des Ladens sind spezielle ionisierende Strahlungssensoren zulässig, und bereits in der Transportkapazität, um den Erz für die Intensität der Strahlung für mehrere Sorten zu teilen. Die leere Rasse richtet sich an die Müllkippe. Unhöfliches Erz - auf der hydrometallurgischen Anlage. Aber der Erz mit einer kleinen, aber spürbaren Menge Uran wird wieder sortiert, gründlicher. Erstens wird es zerkleinert, in der Größe getrennt, wonach die Teile auf dem beweglichen Band des Förderers herausgezogen werden. Ein Sensor der ionisierenden Strahlung ist darüber installiert, wobei das Signal ein automatisiertes Dämpferverwaltungssystem eingibt, das sich am Ende des Bandes befindet. Der Sensor ist so konfiguriert, dass er auf das radioaktive Stück der erringenden Erz reagiert, das Uranmineralien enthält. Dann dreht sich die Klappe, und das Erz fällt in einen speziellen Erzbunker, von wo aus er in die hydrometallurgische Anlage transportiert wird. Eine leere Rasse macht den Sensor und den Dämpfer wiederum in keiner Weise "Sorgen" und fällt in eine andere Box - in der Müllkippe.

Vereinfachtes Schema von radiometrischen Sortiererz (moderne Komplexe sind viel schwieriger)

Das beschriebene Schema ist ungefähr, grundlegend: Nichts verhindert ein Sortiererz bei Unternehmen auf anderen bekannten Wegen. Die Praxis hat jedoch gezeigt, dass sie schlecht für Uranerze geeignet sind. Daher wurde radiometrische Sortierung - mit Strahlungsdetektoren - allmählich grundlegende Technologie.

In der Realität, beim Sortieren von Erz und einige mittlere Kategoriedie im Inhalt von Uran nicht entweder einem reichhaltigen Erz oder der leeren Rasse zurückzuführen sind. Mit anderen Worten, schicken Sie es an die hydrometallurgische Anlage, ist verpflichtet (leere Ausgaben von Zeit und Reagenzien), und in den Mülldeponien ist es schade. Ein solcher armer Erz wird in große Haufen gefaltet und mit Schwefelsäure draußen bewässert, was allmählich Uran auflöst. Die resultierende Lösung wird zum weiteren Recycling gepumpt.

In der hydrometallurgischen Anlage muss ein reichhaltiger Erz noch größeres Mahlen, fast zum Staubzustand, und dann auf Auflösung behandelt werden.

Kreuzungserz auf verschiedenen Mühlen - zum Beispiel Trommelkugeln: Das Mahlgut und das Mahlgut und die Metallkugeln wie Kanonenkerne sind in der rotierenden Hohltrommel bedeckt. Während der Rotation schlugen die Kugeln auf Erzstücke, wagen sie und streichen in Pulver ab.

Das zerquetschte Erz ist "offenbart", das ist teilweise aufgelöst, Verarbeitung mit Schwefelsäure oder Salpetersäure oder ihrer Mischung. Infolgedessen wird eine Lösung von Uran mit vielen Verunreinigungen erhalten. Wenn das Uranerz viele natürliche Kohlenstoffate enthält, verwenden sie keine Säure. Ansonsten wird eine Reaktion auftreten, die Soda-Götter mit Essig erinnern - mit intensiver Trennung von Kohlendioxid, und das Reagenz wird verschwendet. Wie ist es? Es stellt sich heraus, dass solche Mineralien unter Verwendung von Soda-Lösung "eröffnet" werden können. Infolgedessen wird es auch eine Lösung von Uran sein, die zur weiteren Verarbeitung gehen wird.

Die Überreste des unlöslichen Erzes müssen jedoch an spezielle Tailings geleitet werden - nicht die "freundlichsten" Objekte in Bezug auf die Umwelt. Es lohnt sich, an der leeren Rasse, die während des Sortiervorgangs getrennt ist, erinnert: Es ist in die Müllkippe gefaltet. Und Schwänze und Dumps enthalten kleine Mengen an Uran, was sie möglicherweise gefährlich macht. In dieser Hinsicht ergibt sich die Frage: Ist es möglich, den Bergbau zu organisieren, um den Mindestverlust gegen die Natur anzuwenden und die Sicherheit der Mitarbeiter sicherzustellen?

Es ist möglich, und es ist seit langem üblich. Die fragliche Produktionsmethode wird als gut unterirdische Auslaugung bezeichnet. Das Wesentliche davon ist, dass die Anzahlung "Pierce" mit vielen Wells. In einigen von ihnen genannten Pumpen, dienen Sulfurinsäure, die bis zur Tiefe steigt, durch das Erz durchläuft und Uran löst. Dann wird die Lösung von wertvollem Metall aus den Darm in allen anderen genommen - verwöhnte Brunnen.

Was passiert: weder Dumps noch Heckenden noch Staub noch Staub noch keine oder unerwarteten Ausfälle im Boden, aber am Ende - die gleiche Uranlösung? Ja. Darüber hinaus entwickelt sich das Verfahren der unterirdischen Laugung des Bohrlochs sehr schlechte Erze, die wirtschaftlich unrentabel sind, um die offene oder Bergbaubemethode zu extrahieren. Aber mit einem solchen Satz von Vorteilen muss es Fehler geben! Nun, zunächst bohren Bohrungen tiefer als achthundert Meter irrational aus der Sicht der Kosten. Zweitens funktioniert das Verfahren nicht in dichten, nicht porösen Erzen. Drittens verstößt Schwefelsäure immer noch gegen die Zusammensetzung und das Verhalten des Grundwassers im Feld, obwohl diese Verstöße mit der Zeit "von selbst absorbiert werden". Es ist viel gefährlicher, wenn die Lösung über der Oberfläche gebrochen ist oder die Rande eindringt - auf Risse und Fehlern - im Grundwasser. Daher wird der Prozess durch Bohrung der Kontrollkrebs genau überwacht.

Bohrloch unterirdische Auslaugung.

Um die Probleme zu vermeiden, wurde eine "Mine" -Version der unterirdischen Auslaugung erfunden: Die Erzblöcke in den Arbeiten werden durch Explosionen zerkleinert und dann die Auslaugungslösung (Schwefelsäure), die die Uranlösung von unten durchnimmt das Entwässerungssystem.

In jedem Fall ist die unterirdische Auslaugung heute das sicherste für die Umwelt der Uranproduktion. Dies ist einer der Gründe für das explosive Wachstum seiner Beliebtheit. Wenn im Jahr 2000 nur fünfzehn Prozent der unterirdischen Untergrundlaugung von Uran abgebaut wurde, hat diese Zahl heute fast fünfzig Prozent angesprochen!

Das Leaching wird zu einer führenden Uranminiertechnologie

Usentual werden Uranablagerungen mit ionisierenden Strahlungssensoren gesucht. Genauer gesagt, die Gammastrahlung. Erstens fliegt der Ort das mit solche Sensoren ausgestatteten Flugzeugen. In seiner Macht fixieren Sie nur die Strahlungsanomalie - einen leicht erhöhten Hintergrund über dem Feld. Dann wird der Hubschrauber gestartet, der langsamer und genauer "umreißt" die Grenzen eines vielversprechenden Gebiets umreißt. Am Ende kommen geologische Erkundungen mit Messgeräten und Stiefeln in dieses Territorium. Nach den Ergebnissen ihrer Arbeit wird eine Karte des Auftretens von Uranerzen gebaut und die Produktionskosten berechnet.

Die Ablagerungen von Uranorenerzungen können sich jedoch und andere Arten signalisieren. Zum Beispiel ändern aussehen Wachsende Pflanzen über ihnen: Ivan-Tee-Blütenblätter, normalerweise rosa, werden weiß werden; Grüne oder weiße blaue Früchte von Blaubeeren. Die tiefen Wurzeln von Wacholder, die sich über der Kaution wachsen, saugen Uran, und es sammelt sich in Ästen und Nadel. Durch das Umdrehen in Asche und Überprüfung des Uraninhalts ist es möglich, zu verstehen, ob das Hauptmetall der Kernenergie in diesem Bereich in diesem Bereich abgebaut werden sollte.

Sauberkeit - Gesundheitsversprechen (Atomreaktor)

Eine Lösung von Uran, die an der "Öffnung" von Erz oder im Prozess der unterirdischen Auslaugung erhalten wird, ist nicht besonders reinheitlich. Mit anderen Worten, außer Uranium, enthält es ein Bündel chemische Elemente, die in der Erdkruste gefunden wurden: Natrium- und Kalium, Kalzium und Magnesium, Eisen, Nickel und Kupfer - und viele andere. Es ist nicht überrascht, mit der Bildung eines solchen dichten "Kompünders" überraschen, da Schwefelsäure durch hohe chemische Aktivität gekennzeichnet ist und viele natürliche Substanzen löst; Es ist gut, dass nicht alles ganze Erz. Für die Herstellung von Atomkraftstoff benötigen Sie jedoch den reinen Uran. Wenn die Uranatome dann da sind, dann gibt es Verunreinigungsatome, der Reaktor kann nicht beginnen oder noch schlimmer, brechen. Es wird bald in Kürze über die Ursachen dieser Probleme erwähnt, aber für jetzt können Sie die Aufgabe setzen: klares Uran. Und es ist auch wünschenswert, es in fester Form zu bringen, bequem für den Transport. In der Tat sind die Lösungen für den Transport nicht geeignet: zu viel "Liebe", um durch die Lockerheit zu verschütten oder zu dicht.

In der Industrie wird diese Aufgabe in mehreren Techniken gelöst. Zunächst ist die Lösung konzentriert, die durch spezielle Materialien führt, die Uran-Sorbents sammeln. Die erste Reinigungsmöglichkeit erscheint: Sorbents werden so ausgewählt, dass andere Elemente für sie fast nicht "saßen" in Lösung bleiben. Dann wird das Uran aus dem Sorptionsmittel weggespült, zum Beispiel die gleiche Schwefelsäure. Dieses Verfahren kann sinnlos erscheinen, wenn nicht klargestellt werden, dass die Säuren für den "Flush" im Vergleich zu der Menge der anfänglichen Lösung viel weniger benötigen. Töte also zwei Hasen: Erhöhen Sie die Konzentration von Uran und entfernen Sie teilweise unnötige Verunreinigungen.

Die zweite Reinigungsphase hängt mit der Herstellung von festen Uranverbindungen zusammen. Sie werden aus einer konzentrierten Lösung ausgefällt, wobei bekannte "medizinische" Reagenzien hinzugefügt werden: Ammoniak, Wasserstoffperoxid sowie Alkali oder Carbonate. Es sei darauf hingewiesen, dass Uran in Form eines Metalls nicht in Niederschlag fällt; Es ist nicht leicht, es in einer Metallform wegen hoher chemischer Aktivität zu erhalten - das wurde bereits erwähnt. Unter der Wirkung der auf dem Boden der Geräte genannten Erstattungen werden eine Vielzahl von hartlöslichen Uranverbindungen abgesenkt. Trocken und zerquetscht, sie sind ein gelbes Pulver, das oft als "gelbe Keck" aufgrund der sichtbaren Ähnlichkeit mit dem Kuchen (Eng. Kuchen) bezeichnet wird. Um es bei hoher Temperatur zu bringen, ist es bereits eine weniger schöne Mischung aus Uranoxiden - schmutzig grün oder sogar schwarz.

Gelber KEK kann an Uran-Anreicherungsunternehmen gesendet werden

Gelbes Ansatz oder eine Mischung von Uranoxiden ist aus einer Strahlungspunkte nahezu sicher. Daher werden sie zum Transport in zwei Mautmetallfässer oder spezielle Behälter geladen. Es befindet sich in einem Abstand von einem Meter von einem ähnlichen Behälter und ist nicht so "schädlich", wie man auf der Ebene fliegt, der Raumstrahlung ausgesetzt ist. Aber schließlich haben die meisten Leute keine Angst! Es gibt also keinen Grund, Angst und Fässer mit einem gelben Kack zu befürchten.

Die ausfällenden Uranverbindungen, der Prozess, versucht zu führen, so dass die meisten Verunreinigungen in Lösung bleiben. Aber einige von ihnen schaffen es immer noch, "durchbrechen". Besonders schlecht, wenn sich Elemente in der Produktion unterscheiden, sind sehr absorbierende Neutronen - Bor, Cadmium, Seltenerdmetalle. Selbst in Mikroconzentrationen können sie den Fluss der Kettenreaktion der Division beeinträchtigen. Nach dem Brennstoff aus verschmutzten Uranium, ist es möglich, lange Zeit zu erraten, warum der Reaktor nicht normal arbeiten will.

Darüber hinaus umfassen unerwünschte Verunreinigungen Elemente, die die Plastizität des Kernbrennstoffs verringern und es gezwungen zwingen, mit zunehmender Temperatur ausdehnen. Dazu gehören Silizium und Phosphor sowie Wolfram und Molybdän. Übrigens ist die Plastizität üblich, um die Fähigkeit des Materials aufzurufen, die Form und Größe zu ändern, nicht zu zerstören. Dies ist sehr wichtig für den Kraftstoff, der sich aufgrund der darin fließenden Kettenreaktion von innen erwärmt, und es bedeutet, dass Temperaturverformungen erleben. Hohe Temperaturen sollten nicht zu einer übermäßigen Ausdehnung von Urankraftstoff führen, da sonst die Schutzhülle bricht und mit dem Kühlmittel in Kontakt kommt. Die Folge einer solchen "Kommunikation" kann die Auflösung radioaktiver Produkte der Uranteilung im heißen Wärmeträger (meistens Wasser) mit der anschließenden Trennung über alle Rohrleitungen und Geräte sein. Wahrscheinlich ist es nicht notwendig, zu erklären, dass er die Verschlechterung der Strahlungssituation am Netzteil droht: Die vom Servicepersonal empfangenen Dosen werden deutlich erhöht.

Wie sie sagen, ist es besser zu übertreiben, als zu steigern. Daher ist auch der dritte erforderlich - die endgültige Reinigungsstufe, die als Affinenty dient. Die in Fässern oder Behältern gelieferten Uranverbindungen werden jetzt in Säure gelöst, jetzt in Stickstoff. Die resultierende Lösung ist in Kontakt mit dem extracarbonatflüssigen organischen Material, das Uran absorbiert, aber keine Verunreinigungen. Also, unerwünschte Elemente bleiben in Lösung, und Uranus verlässt die "Organics". Infolge einer Anzahl anschließender Operationen wird es wiederum in die Form von Oxiden mit bereits notwendiger Reaktor-Reinheit gebracht.

Jetzt ist alles in Ordnung, und Sie können mit der nächsten Stufe fortfahren - künstliches Anheben der Konzentration von Uran-235.

Geheimnisse der Anreicherung

Zu Beginn des Kapitels war es bereits erwähnt, dass in der natürlichen Mischung von Uran-Isotopen, sehr wenig Uran-235 und zu viel "faules" Uran-238: für sieben Atome des ersten Austauschs für etwa neunhundertneunundneunzig drei Atome. Für die meisten Reaktoren, die derzeit arbeiten, passt es nicht. Sie brauchen Treibstoff, in dem aus tausend Uranatomen nach Isotop-235 zu mehreren Dutzend Teilen gehört, und nicht mit einem natürlichen Uran. Und um eine Bombe zu schaffen, ist fast reiner Uran-235 erforderlich.

Es ist sehr schwierig, das Problem des Anreicherns von Uran zu lösen, dh eine Erhöhung des Inhalts des Teilens von Isotop ist ziemlich schwierig. Es scheint so zu sein? Schließlich hat die Chemie die breitesten Substanzen von Mischungen. Es ist möglich, nur ein paar hundert Gramm Uran von Tonnen Erz zu "ignanzieren"! Ist es wirklich unmöglich, mit Isotopen das gleiche zu drehen: Irgendwie trennen Sie irgendwie einen der anderen? Das Problem ist, dass die chemischen Eigenschaften aller Isotope eines bestimmten Elements gleich sind, da sie durch die Anzahl der Elektronen bestimmt werden, und nicht die Zusammensetzung des Kernels. Mit anderen Worten, es ist unmöglich, eine solche Reaktion durchzuführen, in der URAN-235 beispielsweise in Lösung bleiben würde, und Uran-238 - fiel aus. Bei irgendwelchen Manipulationen verhalten sich beide auf ähnliche Weise. In gleicher Weise ist es nicht möglich, Kohlenstoff- oder Kalium-Isotope chemisch zu teilen - im Allgemeinen jedes Element.

Es gibt einen solchen Parameter - den Bereich der Anreicherung, der den Anteil (als Prozentsatz) von Uran-235 in der Gesamtmasse von Uran darstellt. Zum Beispiel beträgt der Grad der Anreicherung des natürlichen Urans, in dem jedes tausend Atom für sieben Abteilungen berücksichtigt, 0,7%. Im Falle eines Kernkraftstoffs müssen NPPs bis zu 3-5% angehoben werden, und zur Herstellung der Füllung der Atombombe bis zu 90% und höher.

Wie ist es? Es ist notwendig, solche Eigenschaften zu finden, durch die Isotope - zumindest minimal - voneinander abweichen. Das erste, was zum Kopf kommt, ist die Masse des Atoms. In der Tat im Uran-238-Kernel an drei Neutronen mehr als Uran-235; Das "faule" Isotop wiegt also etwas mehr. Da die Masse ein Maß für Trägheit ist und man sich in Bewegung manifestiert, sind die Hauptverfahren der Urananreicherung mit Unterschieden, um seine Isotope an speziell geschaffenen Bedingungen zu bewegen.

Historisch war die elektromagnetische Trennung von Isotopen die historisch erste Anreicherungstechnologie. Aus dem Namen ist klar, dass dabei elektrische und magnetische Felder an dem Prozess beteiligt sind. In dieser Methode beschleunigen in diesem Verfahren die vorgehängten Uranionen das elektrische Feld und laufen in magnetisch. Da die Ionen eine Ladung haben, beginnen sie in das Magnetfeld "eingeben", drehen Sie den Bogen eines bestimmten Radius. Zum Beispiel können Sie sich an die Trennung von Uranstrahlen in einem Magnetfeld in drei Ströme erinnern - der von der Reforda erkannte Wirkung. Alpha- und Beta-Partikel mit elektrischer Ladung werden vom geraden Weg abgewichen, und die Gammastrahlung ist nicht. Gleichzeitig hängt der Bogenradius, nach dem sich das aufgeladene Teilchen in einem Magnetfeld bewegt, von seiner Masse abhängt: Je mehr es wiegt, desto langsamer dreht sich die langsamer. Dies kann mit einem Versuch verglichen werden, in eine steile Wende von zwei Riemen zu passen, von denen einer das Auto führt, und der andere ist ein LKW. Es ist klar, dass die Autowäsche viel leichter ist, Manöver zu machen, während das Cargo-Auto gut gestellt werden kann. Etwas Ähnliches tritt in einem Magnetfeld mit schnell bewegenden Uran-235 und Uran-238-Ionen auf. Letzteres ist etwas härter, besitzer mehr Trägheit, und der Umkreis des Zuges ist etwas höher: Dank dieser ist der Strom von Uranionen in zwei geteilt. Bildend exprimieren, können Sie zwei Schubladen in einem von dem das Teilen von Isotop, Uran-235 und im zweiten - unnötiger "Uran-238 befinden.

Im Magnetfeld ist die Flugbahn geladener Teilchen verdreht, und je stärker, das leichter als das Partikel

Das Prinzip des Verfahrens der elektromagnetischen Trennung von Isotopen: Leichter Uran-235-Ionen bewegen sich in einem Magnetfeld entlang des Weges kleinerer Radius im Vergleich zu Uran-238-Ionen

Das elektromagnetische Trennungsverfahren ist fast in allen Parametern gut, mit Ausnahme der Leistung, die ebenso genehmigt und seine industrielle Anwendung begrenzt. Eigentlich, daher die amerikanische Anlage y-12 in Ok-Ridge, die ein angereichertes Uran für die Bombe "Kid" produzierte, der auf Hiroshima verworfen wurde, wurde 1946 auf der Technologie der elektromagnetischen Trennung geschlossen. Es ist notwendig, zu klären, dass die Y-12 auf ein hohes Maß an Urananreicherung eingestellt wurde, das von anderen, produktiveren Wegen vorgewärmt wurde. Ihre Verbesserung fuhr einfach den letzten Nagel in den Sargschutz der Technologie der elektromagnetischen Trennung von Isotopen - in der Industrie wird es nicht mehr verwendet.

Interessanterweise ist die elektromagnetische Trennung eine universelle Methode, mit der Sie kleine Mengen an isotopen in reiner Form zuweisen können. Daher ist unsere analoge Y-12-Anlage 418, die jetzt als "Electrochimpribor" -Pläfchen (Wald-Sverdlovsk-Region) bekannt ist, Technologien zur Erlangung von mehr als zweihundert Isotopen von vierundvierzig chemischen Elementen aus Lithium zu führen. Dies ist nicht nur beeindruckende Zahlen - die Produktion der Anlage ist wirklich von Wissenschaftlern, Ärzten, Industriellen ... übrigens wird es auf der Installation des SU-20 freigegeben, der in den frühen fünfziger Jahren, einer Waffe Uran mit einem Anreicherungsgrad wurde in der Nähe von 90% erzielt.

Die ersten Jahrzehnte nach dem Krieg ist zu der Zeit der aktiven Ansammlung von Atomwaffen-Arsenals geworden. Die Lösung dieser Aufgabe war die höchste Priorität, daher wurde es nicht besonders als besonders als berücksichtigt angesehen - es war wichtig, die Massenanreicherung von Uran zu starten. Der Schwerpunkt wurde auf der Gasdiffusion erfolgt - eine extrem energieintensive, aber gleichzeitige und produktive Anreicherungstechnologie. Seine Wurzeln liegen im Bereich der Theorie der Gase, die das mit einer bestimmten Temperatur erklärt, dass die durchschnittliche Bewegungsgeschwindigkeit des Gasmoleküls umgekehrt proportional zur Masse ist: Wie es schwieriger ist, bewegt sich die langsamer. Insbesondere diese Differenz ist beim Fahren entlang eines dünnen "Röhrchens spürbar, dessen Durchmesser mit der Größe des Moleküls vergleichbar ist. Visual, obwohl kein genaues Beispiel die Einführung von Papierschiffen im Bach ist: Ein kleines Boot, das vom Wasserfluss fasziniert wird, wird sich schnell bewegen; Wenn Sie jedoch von Papier mit einem großen Gefäßgröße vom Bachstrom falten, gehen Sie langsamere, ständig leckere Ufer. Rückkehr nach Uran, kann gesagt werden, dass das Ziel-Isotop mit 235 Nukleonen im Kernel durch den "Röhrchen" bewegt wird, als der "Rohr" schneller als Uran-238. Am Ausgang davon hat Gas mit einem gelieferten Isotop angereichert. Die einzige Frage ist, wie man Uran auf Gas umdrehen kann und wo ein solches dünne "Tube" einnimmt.

"Vergasung" von Uran - obligatorische Anforderung Technologien auf Basis von Gasen. Es gibt nichts Hunger. Aber schließlich sind alle Uranverbindungen Feststoffe, die schwer zu schmelzen sind, um etwas zu schmelzen, nicht zu verdampfen. Wenn Sie, wenn Sie denken, gibt es jedoch eine sehr erfolgreiche Verbindung - Uran-Hexafluorid, in der das Uran von sechs Fluoratomen umgeben ist. Es wird ohne weiteres in Gas umgewandelt, das bereits bei 56 ° C und umgangen wird, um den flüssigen Zustand zu umgehen. In der Physik heißt ein solcher Prozess Sublimation oder Sublimation. Dieses Phänomen ist seit langem bekannt, und es gibt nichts überraschend darin. Die Sublimation, zum Beispiel, genießen Sie beispielsweise rustikale Hostessen, getrocknete Unterwäsche im Frost - Eis verdampft in trockener Luft, passieren einfach den flüssigen Zustand.

So können Sie sich ein Uran-Hexafluorid-Molekül vorstellen

Es stellt sich heraus, dass Uran-Hexafluorid aus technologischer Sicht sehr praktisch ist. Bei normaler Temperatur ist es fest und ermöglicht den Transport in speziellen Behältern. Gas strömt mit niedriger Temperatur. Nun, unter einem bestimmten Druck wird erhitztes Hexafluorid zu einer Flüssigkeit, die durch Rohrleitungen gepumpt werden kann.

Ein weiterer erfolgreicher Umstand ist, dass das natürliche Fluor nur aus einem Isotop-Fluor-19 besteht. Dies bedeutet, dass der Massendifferenz von HEXAFLUORID-Molekülen von Uran-235-Hexafluorid-Molekülen und Uran-238-Hexafluorid ausschließlich Uran Isotope bestimmt wird. Ansonsten wäre die Division zu schwierig oder sogar unmöglich, da Fluoro einen übermäßigen Effekt auf die Masse von Molekülen haben würde.

Die Herstellung von Uran Hexafluorid in Russland wird durch Umwandlung - Fluorierung verschiedener Uranverbindungen, beispielsweise ein gelbes Lager oder eine Mischung von Oxiden, die mit Uranproduzenten eingeschrieben sind, durchgeführt. Molekularfluor für diese Zwecke wird aus natürlichem Mineralwasser-Fluorit erhalten. Es wird mit Schwefelsäure mit der Bildung von Fluid (fluorogener) Säure behandelt, deren Elektrolyse Fluor gibt.

Interessanterweise ist die Fluoridation gleichzeitig die vierte Stufe der Uranreinigung, da die Fluoride der meisten schädlichen Verunreinigungen nicht durch hohe Volatilität unterschieden werden: Uran in Form von Hexafluorid "Fliegen" von ihnen in die Gasphase.

Uran-Hexafluorid hat einen großen Nachteil: Es ist eine aggressive und toxische Substanz. Erstens, wenn es in Kontakt mit Wasser oder Feuchtigkeit in der Luft ist, ist ein giftiger Floator unterschieden. Zweitens ist das Uran selbst ein übersehenes Gift, das auf alle Organe wirkt. (Es ist interessant, dass seine Toxizität eine chemische Natur hat und praktisch nicht mit Radioaktivität verbunden ist). Daher sollte Uran-Hexafluorid, das zwei Gefahren auf einmal kombiniert, in speziellen Metalltanks und unter nicht-primären Beobachtung transportiert und aufbewahrt werden. Dies gewährleistet die Sicherheit der Bevölkerung und der Umwelt.

Das heißt also; Und was ist mit dünnen "Röhren"? Die entsprechende Lösung war poröse Trennwände - Platten, die von einer Vielzahl von sehr kleinen Poren durchbohrt wurden. Der Durchmesser des letzteren sollte etwa zehn Nanometer betragen, so dass die Moleküle fast nacheinander durchlaufen. Die Notwendigkeit, Partitionen mit Poren zu fertigen, verursacht einen solchen geringen Betrag, verursachte bestimmte Schwierigkeiten, aber das Problem wurde jedoch immer noch das Problem mit speziellen Ansätzen gelöst - Nickel-Sintern oder selektive Auflösung eines der in der Bimetall-Legierung enthaltenen Metalle.

Wenn Sie mit einer solchen porösen Trennung eine Box herstellen und Uranium Hexafluorid herunterladen, werden Moleküle mit einem leichten Isotop durch die Partition leicht schneller passiert. Mit anderen Worten, das Hexafluorid von Uran wird leicht angereichert, entsprechend dem Teilen von Isotop. Wenn Sie das Gas in das nächste Feld lenken, wird der Bereich der Anreicherung mehr und so weiter. True, um ein hohes Maß an Anreicherungsgrad zu erhalten, werden Kaskaden von Tausenden von (!) Montierten Boxen benötigt, die voneinander eingerichtet sind, als Schritte angerufen. Und wie man Uran erstellt, gehen Sie durch diese Schritte? Nur mit mehreren Kompressoren pumpen. Daher die Minuten der Methode: Riesiger Energieverbrauch, die Notwendigkeit, Millionen aufzubauen quadratmeter Produktionsbereiche - Die Länge des Workshops kann einen Kilometer erreichen - und die Verwendung teurer Materialien. TRUE, All dies ist von einer wirklich hohen Produktivität gedeckt. Deshalb blieb die Anreicherung der Gasdiffusionstechnologie lange Zeit für solche atomarischen Riesen als die Vereinigten Staaten, Frankreich, Frankreich und später der China. Nur B. letzten Jahren Sie begannen einen aktiven Übergang zu einer wirtschaftlichen Gaszentrifugationstechnologie.

Schema der Gasodiffusionsbühne

In den 1960er Jahren verbrauchte das Anglarsk-Elektrolyse-Chemiefanteil (Irkutsk-Region, Russland), das in der Urananreicherung an der Gasdiffusionstechnologie beteiligt ist, etwa ein Prozent (!) Alle in der Sowjetunion produzierten Elektrizität. Der BRATIC und Irkutskaya HPP wurde der Energie versorgt. In der Tat war es der größte Stromverbraucher in der UdSSR.

Im Allgemeinen zeigten erste Erfahrung, dass Gasdiffusion das Problem lösen kann, aber zu viel Preis. Die Sowjetunion, die an der Waffenrasse beteiligt war, brauchte eine produktivere und weniger energieaufwendigere Urananreicherungs-Technologie. Um den Vereinigten Staaten mit ihrem leistungsstarken Wirtschafts- und Energiepotential aufrechtzuerhalten, war nicht so einfach. Es beeinflusst auch unter anderem den Mangel an Kapazität für die Stromerzeugung im europäischen Teil des Landes: Deshalb wurde die konzentrierende Produktion in Sibirien errichtet, wo sie mit großen Wasserkraftwerken mit hoher Wasserkraftwerke verfügen könnten. Alle gleichen Gasdiffusionseinstellungen konsumierten zu viel Energie, wodurch die Herstellung von angereicherten Uran nicht steigern konnte. Daher musste der UdSSR ein Pionier des industriellen Einsatzes alternativer Technologie - Gaszentrifuge werden.

Die Gaszentrifugation liegt in der Förderung mit einer riesigen Trommeldrehzahl, die mit gasförmigem Uran-Hexafluorid gefüllt ist. Unter der Wirkung der Zentrifugalkraft ist Hexafluorid-Uran-238 "gepresst" an die Wand der Trommel, und seine Achse bleibt Uran-235 Hexafluorid - eine einfachere Verbindung. Mit Hilfe von speziellen Röhren können Sie etwas angereichertes Uran aus der Mitte der Trommel aufnehmen, und ein leicht erschöpfter - von der Peripherie.

Schema der Gaszentrifuge

Aus technischer Sicht ist die gerade diskutierte Trommel ein rotierender Teil (Rotor) der Gaszentrifuge. Es ist nicht angefordert, sich in einem abgesaugten Gehäuse zu drehen, und eine Nadel ist auf das Rückgrat, das aus sehr langlebigem Material hergestellt ist, an der Corundum. Die Wahl des Materials ist nicht überraschend, da die Rotordrehzahl 1500 Umdrehungen pro Sekunde überschreiten kann - hundertmal schneller als die Trommel der Waschmaschine. Die fragile Substanz eines solchen Aufpralls wird nicht stehen. Darüber hinaus wird der Rotor nicht in einem Magnetfeld suspendiert, so dass er seine Nadel auf Corundum kaum drückt. Diese Technik sowie die hohe Genauigkeit der Herstellung von Zentrifugen ermöglicht es, sich schnell zu drehen, aber fast leise.

Wie bei Gasdiffusion ist eine Zentrifuge - auf dem Feld kein Krieger. Um das notwendige Anreicherungsgrad und Produktivität zu erreichen, werden sie in riesige Kaskaden kombiniert, die aus Zehntausende (!) Maschinen bestehen. Vereinfachtete Zentrifuge ist mit zwei "Nachbarn" verbunden. Uran-Hexafluorid mit einem reduzierten Uran-235-Gehalt, ausgewählt von der Wand an der Oberseite des Rotors, wird an die vorherige Zentrifuge geschickt; Ein leicht angereicherte in Uran-235-Gas, das an der Rotationsachse am Boden des Rotors ausgewählt ist, geht an der nächsten Maschine. Somit wird auf jeder nachfolgenden Stufe noch angereicherter Uranium serviert, bis das Produkt erhalten wird.

Gaszentrifugen Gaskaskaden

Heute ist die Zentrifugentrennung die Hauptmethode der Urananreicherung, da diese Technologie im Vergleich zur Gasdiffusion etwa fünfzig Mal weniger Strom erfordert. Darüber hinaus ist die Zentrifuge weniger umständlich als Diffusionsgeräte, was es erleichtert, die Produktionsvolumina zu erhöhen. Die Zentrifugationsmethode wird in Russland, Großbritannien, Deutschland, den Niederlanden, Japan, China, Indien, Pakistan, Iran verwendet. Fast beendete den Übergang zur Gas-Zentrifugen-Technologie in Frankreich und den Vereinigten Staaten. Mit anderen Worten, die Gasdiffusion hat keinen Platz mehr.

Aufgrund der langen Geschichte der Verwendung und Verbesserung sind russische Gaszentrifugen die besten der Welt. Für ein halbes Jahrhundert haben sich bereits neun Generationen von Hochgeschwindigkeitsmaschinen bereits verändert, was allmählich stärker und zuverlässiger wurde. Dank dessen stand das UdSSSR erfolgreich das "Atomweite" mit den Vereinigten Staaten auf, und als die wichtigste Aufgabe gelöst wurde, erschien ein freier Strom. Infolgedessen ist unser Land der Weltführer nicht nur in der Entwicklung und Produktion von Gaszentrifugen, sondern auch in der Bestimmung geworden kommerzielle Dienstleistungen. Nach Urananreicherung.

Unsere Gaszentrifugen:

Halten Sie traditionell eine Höhe vom halben Meter auf einen Meter, der Durchmesser beträgt zehn zwanzig Zentimeter;

Ordnen Sie sich in drei sieben-sieben Reihen, um Platz zu sparen;

Sie können arbeiten, ohne bis zu dreißig Jahre aufzuhören, Rekord - zweiunddreißig Jahre.

Die Rotorgeschwindigkeit der Rotorgaszentrifuge ist derart, dass er nach der Einstellung der Stromversorgung etwa zwei Monate lang Trägheit drehen wird!

Der Gas-Zentrifugen-Technologie-Boom ist mit der aktiven Entwicklung der Kernenergie verbunden. Kernkraftwerke sind handelsunternehmenGewinnorientiert und brauchen daher billiger Treibstoff und folglich in günstigen Anreicherungs-Technologien. Diese Anforderung begraben die Gasdiffusion allmählich.

Die Gaszentrifugation sollte jedoch nicht auf den Lorbeeren ruhen. In letzter Zeit ist es zunehmend möglich, von der Laseranreicherung zu hören - das für mehr als vierzig Jahre bekannte Verfahren. Es stellt sich heraus, dass Sie mit Hilfe eines präzise konfigurierten Lasers selektiv ionisieren können, das heißt, um in geladene Partikel, URAN-235-Verbindungen zu verwandeln. Gleichzeitig werden URAN-238-Verbindungen nicht ionisiert, die verbleibend entladen sind. Die resultierenden Ionen sind leicht, um sich von neutralen Molekülen mit chemischer oder physischer Weise zu trennen, beispielsweise durch Ziehen mit einem Magneten oder einer geladenen Platte (Kollektor).

Mögliches Installationsschema der Uran-Laseranreicherung

Anscheinend ist die Anreicherung der Laseranreicherung sehr effektive TechnologieIhre wirtschaftliche Leistung bleibt jedoch ein Rätsel. Alle vorherigen Versuche, sich von der Laboroption für den industriellen Gebrauch "über Steine \u200b\u200babsolvierte" von unzureichender Leistung und kleiner Lebensdauer abgestürzt. Derzeit wird in den Vereinigten Staaten ein neuer Versuch, diese Produktion zu erstellen. Aber auch wenn es erfolgreich ist, bleibt die Frage wirtschaftlichkeit. Der Prozess der Verarbeitungsdienste dauert nur eine neue Technologie, wenn sie viel günstiger als vorhanden ist. Gaszentrifugen haben jedoch die Decke ihrer Fähigkeiten noch nicht erreicht. Daher bleiben die nächsten Aussichten für die Anreicherung der Laseranreicherung sehr nebelig.

Es gibt eine Reihe anderer Wege, um Uran zu bereichern: Thermische Diffusion, aerodynamische Trennung, ein Ionenprozess, aber sie gelten praktisch nicht.

Wenn es um Uran-Anreicherungs-Technologien geht, ist es notwendig, sich daran zu erinnern, dass sie den Weg nicht nur zum Kernbrennstoff, sondern auch auf die Bombe öffnen. Die Erstellung einer zunehmend effizienten und kompakter Produktion beinhaltet die Bedrohung der Verbreitung von Atomwaffen. Die Entwicklung von Technologien kann grundsätzlich zu einer Situation führen, in der die Bombe von Staaten hergestellt wird, mit dem sie milde, instabile Regime oder sogar große terroristische Organisationen stecken. Und wenn eine Gasdiffusions- oder Gaszentrifugenanlage schwierig ist, unmerklich aufzubauen ist, und für ihre Einführung wird es den Einfuhren großer Mengen von Merkmalen und Ausrüstungen durchführen, die Laseranreicherung garantiert praktisch eine Geheimhaltung. Im Allgemeinen steigt das Risiko für eine bestehende fragile Welt.

Uran-Anreicherungsmühlen produzieren angereichertes Uranprodukt (OEP) - Uranium Hexafluorid mit einem notwendigen Anreicherungsgrad. Es wird in speziellen Behältern gelegt und an die Anlagen zur Herstellung von Kernbrennstoff geschickt. Gleichzeitig wird jedoch auch das Uran-Hexafluorid (OGFU) in den Verarbeitungsunternehmen mit einem Anreicherungsgrad von 0,3% - niedriger als der des natürlichen Urans gebildet. Mit anderen Worten, es ist praktisch reiner Uran-238. Woher kommt er? In der Tat ähnelt der Prozess der Anreicherung einer Trennung wertvoller Mineralien aus einer leeren Rasse. OGFU und es gibt eine eigenartige leere Rasse, aus der Uran-235 ergriffen hat, obwohl er nicht vollständig ist. (Die einhundert Prozent Trennung des Isotops von Uran-238 ist aus ökonomischer Sicht unrentabel). Wie viele erschöpfte Uran-Hexafluorid wird gebildet? Es hängt von der Notwendigkeit der Urananreicherung ab. Wenn es beispielsweise 4,3% ist, wenn es sich um 4,3% handelt, wie im Kraftstoff von Were-Reaktoren, dann aus zehn Kilogramm Uran-Hexafluorid, mit einer natürlichen isotopen Zusammensetzung (0,7% Uran-235), erscheint es nur ein Kilogramm EUP und neun Kilogramm aus von ogfu. Kurz gesagt, ziemlich viel. Für alle Operationen der Anreicherungsroduktionen wurden mehr als eineinhalb Millionen Tonnen OGFU auf ihren Plattformen in speziellen Containern angesammelt, von denen in Russland - etwa siebenhunderttausend Tonnen waren. Es gab eine andere Haltung gegenüber diesem Stoff auf der Welt, aber die Meinung der OGFU wird als wertvolles strategisches Rohstoff dominiert (siehe Kapitel 7).

Stoff - im guten Sinne des Wortes

Der Hersteller (Hersteller) von Kernbrennstoff beginnt mit der chemischen Transformation des angereicherten Uranprodukts in Urandioxid. Dieser Prozess kann auf zwei wichtigsten Wege durchgeführt werden. Der erste von ihnen heißt "Nass" -Technologie und ist es, Hexafluorid in Wasser in Wasser aufzulösen, Niederschlag unter der Wirkung von Alkali von hartlöslichen Verbindungen und deren Kalzinierung in der Wasserstoffatmosphäre. Die zweite Technologie ist "trocken" - ist bevorzugter, da es keinen flüssigen radioaktiven Abfall gibt: Uraniumhexafluorid wird in einer Wasserstoffflamme verbrannt.

In beiden Fällen wird das Uran-Dioxidpulver erhalten, das in kleine Pillen gedrückt wird und in den Öfen bei einer Temperatur von etwa 1750 ° C in den Öfen gedrückt wird, um ihnen Festigkeit zu geben, da die Tabletten unter hoher Temperatur und Strahlung "arbeiten" müssen. Dann werden die Tabletten auf Schleifmaschinen mit Diamantinstrumenten behandelt. Diese Phase ist notwendig, da die Größe der Tablette und die Qualität seiner Oberfläche sehr genau durchgeführt werden sollte. Ogroli bei der Herstellung einer separaten Tablette kann zu einer Beschädigung des Kraftstoffs im Reaktor in seiner Wärmeausdehnung führen und infolgedessen zur Verschlechterung der Strahlungssituation in einem Kernkraftwerk. Daher sind alle Uran-Dioxid-Tabletten vorsichtig und nachdem es in eine spezielle Box fällt, in der die Maschine sie in Röhren aus Zirkonium mit einer kleinen Verunreinigung von Niob steckt.

Das Rohr wird als Brennelement bezeichnet oder kurz mit Tabletten ausgestattet. Dann, um korrosionsgefährdete Gase zu entfernen, wird TVEL evakuiert, dh "saugen" Luft aus dem Röhrchen ist mit Inertgas gefüllt - das reinste Helium - und Brew. Die letzte Stufe des Kernkraftstoffgewebeprozesses ist eine Brennstoffanordnung zu einer Brennstoffanordnung (Fernseher) mit Hilfe der Unterscheidung von Gittern. Sie sind erforderlich, damit das Design langlebig ist, und Wendungen berührten sich nicht. Ansonsten kann sich die Hülle in der Berührung in den Berührung umdrehen, während der Kraftstoff abgelehnt wird und mit Wasser in Kontakt kommt, was völlig unerwünscht ist.

Ablauf der Operationen bei der Herstellung von Kernbrennstoff

Unwissene Gitter

So ist TVS ein "Strahl" von Brennstäben aus Zirkonium, in dem sich ein Kernbrennstoff-Uranendioxid befindet, das nach dem Teilen von Isotop angereichert ist. Es ist notwendig, eine solche Materialauswahl zu erklären. In einem Kernreaktor ist die Brennstoffanordnung unter hoher Temperatur und einem leistungsstarken Fluss der ionisierenden Strahlung und wird auch von der äußeren Seite sehr heißem Wasser unter Druck gewaschen. Daher müssen Elemente des Kernbrennstoffs chemische und Strahlungsbeständigkeit aufweisen, es ist gut, warm und sehr schlecht auszudehnen, wenn er erhitzt wird, und ansonsten kann ein Riss in der Kraftstoffhülle auftreten. Uran und Zirkoniumdioxid erfüllen diese Anforderungen. Es sollte jedoch wieder abgerufen werden, dass sich Uranendioxid-Tabletten in den beiden befinden, und in Kontakt mit Wasser nur durch die Twinela-Shell, jedoch nicht direkt. Die direkte Wechselwirkung mit dem Kühlmittel ist äußerst unerwünscht und erfolgt nur, wenn die Zirkoniumschalen zerstört werden, wenn beispielsweise Risse in ihnen erscheinen. In diesem Fall beginnen radioaktive Produkte der in Kernbrennstoff enthaltenen Personen, die in Kernbrennstoff enthalten sind, sich in Wasser aufzulösen, was zu einer Erhöhung seiner Radioaktivität und der Verschlechterung der Strahlungssituation in einem Kernkraftwerk führt. Aus diesem Grund ist die Herstellung von Kernbrennstoff eine komplexe und hochpräzise Arbeit, die Genauigkeit und kontinuierliche Kontrolle erfordert.

Aus einer Strahlungspunkte zeigt die Kernkraftstoffproduktion nicht viel Gefahr. Das Risiko ist noch weniger als bei der Gewinnung von Erz, da bei der Reinigungsprozess aus Uran alle assoziierten radioaktiven Substanzen entfernt werden.

Bei der Arbeit mit angereichertem Uran ist jedoch die kritische Masse möglich und infolgedessen das Auftreten einer selbsterhaltenden Kettenreaktion, die bereits in Kapitel 2 diskutiert wurde, kann infolge von Fehlern, Verstoß gegen die Regeln der Arbeit oder sogar zufällig. Insgesamt sind sechzig solcher Unfälle in der Welt eingetragen, von denen in den USA - dreiunddreißig in der UdSSR / Russland - neunzehn Jahre alt ist. Hier sind zwei Beispiele von inländischen Vorfällen.

14. Juli 1961, Sibirische chemische Anlage (konzentrierende Produktion). Die Bildung einer kritischen Masse infolge einer Anhäufung von Uran-Hexafluorid mit einem hohen Anreicherungsgrad (22,6%) in Öl in dem Ausdehnungsbehälter der Vakuumpumpe. Als Ergebnis eines Strahlungsspritzens, der die resultierende Kettenreaktion beiliegt, erhielt der Bediener eine erhebliche Dosis von Strahlungs- und Übertragungsstrahlerkrankungen, die Wahrheit, in relativ leichter Form.

15. Mai 1997. Chemische Konzentratanlage von Nowosibirsk (Kernkraftstoffproduktion). Die Bildung einer kritischen Masse infolge der Anhäufung von Niederschlag aus einem hoch angereicherten (90%) -Ranium an der Unterseite zweier benachbarter Behälter zum Sammeln von Lösungen aufgrund ihrer Verformung. Glücklicherweise war die Strahlungsdosis unbedeutend.

Was ist die Schlussfolgerung? Sie müssen mit dem angereicherten Uran umgehen, alle Sicherheitsanforderungen beobachten und was aufgerufen wird, "einschließlich des Kopfes", dh die Berechnung möglicher Risiken im Voraus.

Zusammenfassend können die beispielhaften Parameter der Brennstoffanordnungen, die auf russischen NPPs mit Ant-1000-Reaktoren verwendet werden, gegeben werden.

Die Kraftstoff-Tablette ist eine Zylinderhöhe von 9 bis 12 Millimetern, einem Durchmesser von 7,6 Millimetern. Es besteht aus Urandioxid, deren Anreicherungsgrad im Bereich von 3,3 bis 5,0% liegt.

Tabletten befinden sich in einem TVEL, aus Zirkonium, das 1% Niob enthält, etwa vier Meter lang und 9,1 mm Durchmesser. Die Wanderstaudicke beträgt nur 0,65 mm, so dass bei einer solchen Länge eine extreme Warnzirkulation erforderlich ist. Twel ist nicht vollständig mit Tabletten gefüllt: Die Höhe der Tablettenschicht beträgt etwa 3,5 Meter, und ihr Gesamtgewicht beträgt etwa 1,6 Kilogramm, und 62 Gramm belegt Uran-235.

Die Kraftstoffanordnung (Fernseher) wird von 312 Förderern mit 12-15 unterscheidenden Gitter zusammengebaut. Die Höhe der Fernseher erreicht fast 4,6 Meter und sein Gewicht beträgt 760 kg. Gleichzeitig ist die Masse von Urandioxid um Halbton, der Rest fällt auf Zirkoniums und andere Metalle. Bei der Ansicht oben ist die Montage ein Sechseck mit einer Größe von 235 Millimetern. In jeder Anordnung befinden sich 19 Kanäle für die Stäbchen der Steuerung des Reaktors, der Borcarbidelement enthält, die gut absorbierende Neutronen.

163 Fernseher befinden sich in den Reaktor, was 80 Tonnen Uranendioxid entspricht, was für 4 Jahre des Betriebs des Reaktors reicht.

PVS-Optionen für Reaktoren verschiedener Typen

Optionen sind möglich

Der häufigste Brennstoff für Kernkraftwerke ist also das tablierte Uranioxid, in dem der Uran entsprechend dem Teilen von Isotop (Uranium-235) angereichert ist. Es gibt jedoch andere Arten von Kernbrennstoff.

Nach Dioxiduranium ist der häufigste gemischte Oxidkraftstoff, der als Mooskraftstoff bekannt ist. Nun wird es hauptsächlich von Moss-Brennstoff hergestellt, der eine Mischung aus Uranoxiden und Plutonium-239 ist. Dieser Kraftstoff ermöglicht die Verwendung einer überschüssigen Menge an Gun Plutonium-239, die während des "Atomwaffenzeitraums angesammelt ist, um Strom zu erzeugen.

Metall-Uran kann auch als Kernbrennstoff verwendet werden. Seine Vorteile sind eine hohe Wärmeleitfähigkeit und die maximale Konzentration der Teilkerne - es gibt einfach keine anderen Elemente im Kraftstoff. Gleichzeitig hat Uran als Metall die schlimmste Strahlung, die chemische und Wärmebeständigkeit im Vergleich zu Dioxid, so dass er in seiner reinen Form äußerst selten verwendet wird. Um die Parameter des metallischen Kraftstoffs in Uran zu verbessern, werden dem Uran etwas Molybdän, Aluminium, Silizium, Zirkonium, zugesetzt. Heute werden das Metalluran und seine Legierungen nur in Forschungsreaktoren eingesetzt.

Anstelle von Urandioxid ist Uran-Nitrid möglich, dh seine Verbindungen mit Stickstoff. Nitridkraftstoff hat eine höhere Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu Dioxid und einem vergleichbaren Schmelzpunkt (2855 ° C). Uran Nitrid gilt als vielversprechender Kraftstoff für die neuesten Reaktoren. In unserem Land wird Nitridkraftstoff am meisten gegeben nähere AufmerksamkeitDa es geplant ist, in der nächsten Generation von Reaktoren auf schnelle Neutronen verwendet zu werden.

Uranus kann Verbindungen mit Kohlenstoff-Carbide bilden. Die Möglichkeit der Verwendung von Carbäubigen als Treibstoff für Reaktoren wurde in den sechziger Jahre-siebziger Jahren des letzten Jahrhunderts intensiv untersucht. In der letzten Zeit erreichte das Interesse jedoch mit der Entwicklung von Lamellenbrennstoffleitungen und Microtlov diese Kraftstoffart. Die positiven Merkmale von Carbide sind gute Wärmeleitfähigkeit, hoher Schmelzpunkt, hohe Härte, chemische und thermische Stabilität sowie Kompatibilität mit keramischen Beschichtungen, was für Mikrokolben besonders wichtig ist. Kraftstoff basierend auf Urankarbid kann sein optimale Option Für bestimmte Arten von Reaktoren der nächsten Generation, insbesondere für schnelles gasgekühlte Reaktoren.

Trotzdem funktioniert die überwältigende Anzahl von Reaktoren auf der Erde jedoch auf Kernbrennstoff aus Urandioxid. Stärke der Traditionen sozusagen.

Russischer Kraftstoffkreislauf

Nun, die sich mit den Besonderheiten der Arbeit der Bergbau- und Verarbeitungsbranche vertraut gemacht hat, ist es einen schnellen Blick auf die Geschichte und den derzeitigen Zustand unseres inländischen Kraftstoffzyklus wert. Sie müssen natürlich mit Uran-Bergbau beginnen.

Anfangs interessierten sich Uranienerzungen nur für inländische Wissenschaftler nur als Radiumquelle. 1900 Professor I.A. Antipov tat ein Treffen der St. Petersburg Mineralogical Society eine Botschaft über die Erkennung von Uranmineral in Samples, die von Fergana mit einem Bergkreis von TIA-Muyun gebracht wurden. Später wurde dieses Mineral Tuyamunit genannt. Im Jahr 1904 wurde die Erkundung in diesem Bereich begonnen, 1908 wurde 1908 ein Testwerk in St. Petersburg für die Verarbeitung von Uranerz errichtet, und 1913 wurde die internationale Gemeinschaftsratsgesellschaft bei der Extraktion von Yayyuyunsky radial etabliert.

Als der Erste Weltkrieg begann, arbeitete in der Mine fast auf, und nur 1922 wurde eine Expedition als Teil von acht Spezialisten an Yuya-Muyun geschickt. In derselben 1922 gelang es bei schweren postrevolutionären Bedingungen, umgeben von Band Basmachi, den industriellen Bergbau von Erz neu zu etablieren. Es dauerte bis 1936, als reichhaltige Gewässer in einer Tiefe von zweihundert Metern die Entwicklung des Feldes unterbrach. Dieses Problem ist jedoch nicht kritisch geworden, da die Radiumproduktion auf der "Wasserfischerei" am Fluss Ukhta eingesetzt wurde - das radioaktive Metall wurde aus unterirdischen Salzlösung entfernt. Die Uraner in sich in diesen Jahren waren an wenigen Menschen interessiert, da es praktisch nicht in der Industrie verwendet wurde.

In den frühen 1940er Jahren trat ein neuer Spritzer in Uran-Feldern auf, als vor dem UdSSR die Notwendigkeit einer Antwort auf eine nukleare Bedrohung, die aus den Vereinigten Staaten ausgeht, das heißt, wenn die Erstellung von häuslichen Atomwaffen erforderlich ist.

Uranus für die erste sowjetische Atombombe, die buchstäblich im In- und Ausland gesammelt wurde. Im Jahr 1943 begann Uranium Mining nach modernen Standards, der Tabochian-Mine in Tadschikistan, mit einer Kapazität von nur 4 Tonnen Uransalzen pro Jahr. Darüber hinaus nach den Erinnerungen von P.Ja. Antropov, der erste Geologieminister der UdSSR, "Uranin Rud zur Verarbeitung auf den Bergpfaden der Pamirs wurde in Torbach auf Ashras und Kamelen getragen. Es gab keine Straßen noch angemessenen Geräten. "

1944-1945, als Europa, erhielt der UdSSSR Zugang zu Uranerz von der Gothenskoye-Kaution in Bulgarien, Yakhimovsky Mines Tschechoslowakei, deutsche Sachsen-Minen. Darüber hinaus wurde das Tai Muyusky Mine 1946 erneut gestartet, aber er hat keinen besonderen Beitrag zum allgemeinen Geschäft geleistet.

In den 1950er Jahren begannen die Kräfte der lingontischen Produktionsvereinigung "Almaz" mit dem Bergbau Uran auf Minen in den Bergen von Beshtau und Bull (Stavropol-Territorium). Gleichzeitig begannen sie, die Einlagen von Südkasachstan und Zentralasien zu beherrschen.

Nach 1991 befand sich die Mehrheit der Einlagen in unabhängigen Staaten außerhalb der Grenzen Russlands. Ab diesem Zeitpunkt erfolgt der Hauptabbau von Uran in einem Bergbauteilnehmern im Priargunsky Production Mining und Chemical Association (Trans-Baikal-Territorium). Darüber hinaus nutzen zwei Unternehmen, die eine gute Untertage-Auslauertechnologie verwenden, allmählich zur Stärke - "Hiagda" (Buryatien) und Daluar (Region Kurgan). Designproduktion in Yakutia. Es gibt auch vielversprechende Regionen - Transbaikalsky, Westsibirien, Nord-Europäer ...

Nach den erforschten Reserven von Uranus rangiert Russland in der Welt dritter Stelle.

Russische Uran-Bergbauunternehmen sind unter der Kontrolle der ARMZ-Uran-Holding (www.armz.ru), die zu Rosatom gehört, aber die staatliche Gesellschaft hat ausländische Vermögenswerte, die von kontrolliert werden internationales Unternehmen "Yuranium Uan Inc." (www.ranium1.com). Dank der Aktivitäten dieser beiden Organisationen veröffentlichte Rosatom in der Herstellung von Uranverbindungen den dritten Platz in der Welt.

Situation auf dem Weltmarkt für die natürliche Uranproduktion (2014)

Das Relais von Bergbauunternehmen nimmt eine ganze Reihe von Branchen für Austrine, Umrechnung und Uran-Anreicherung sowie an der Kernbrennstoffherstellung an. Die meisten von ihnen kommen aus den letzten und fünfziger Jahren des letzten Jahrhunderts - der Zeit der aktiven Anhäufung von Atomwaffen. Heute arbeiten sie an einer reinen Friedensbranche - Kernenergie und bieten seinen Dienstleistungen an ausländische Unternehmen an.

Die Verarbeitungsanlagen in Russland sind vier, einige von ihnen führen auch Vorgänge auf Endreinigung (affine) und Fluoridation (Umwandlung) von Uranverbindungen aus.

Die erste Gasdiffusionsanlage für die Anreicherung von Uran D-1 in SVERDLOVSK-44 hat sich im November 1949 verdient. Zunächst mussten seine Produkte die SU-20 der zukünftigen Anlage "Electrochimpribor" in SVERDLOVSK-45 (Sorten) bereichern, aber nach ein paar Jahren begann D-1 mit dem eigenen, mit dem Wachstum fertig zu werden. Und seit 1967 begann der Ersatz von Diffusionskaskaden in Kaskadenzentrifugen. Heute ist das weltweit größte Unternehmen der weltweit größten Unternehmen für die Anreicherung von Uran - der ERAL Electrochemical Anlage (Novouralsk Sverdlovsk Region).

Im Jahr 1953 begann die zukünftige sibirische chemische Anlage (Region Severk Tomsk) in Tomsk-7 zu arbeiten, was seit 1973 anfing, nach und nach die Gas-Zentrifugen-Technologie zu bewegen. Das erste angereicherte Uran aus der Angarsk-Elektrolyse-Chemieanlage (Angarsk Irkutsk Region) wurde 1957 erhalten, und der Austausch von Diffusionsvorrichtungen für Zentrifugen startete 1985. Schließlich war das Jahr 1962 das Jahr des Starts einer elektrochemischen Anlage in Krasnojarsk-45 (jetzt - Zelenogorsk des Krasnojarsk-Gebiets). Nach ein paar Jahren wurden die ersten Zentrifugen dort installiert.

Diese kurze Referenz spiegelt natürlich nicht die Realitäten der schwierigen Ära wider. Obwohl in der Geheimnis, "Lizenznummer" von geschlossenen Städten und auf den nebligen Namen der Anlage, verstanden, dass die Sowjetunion seine Geheimnisse der Anreicherung gründlich hielt. Trotzdem war der Standort der Hauptproduktion der amerikanischen Intelligenz bekannt. Der aktive Übergang zur Gas-Zentrifugentechnologie, die aufgerufen wird, blinzelte. Vielleicht war dies der Grund für einige Selbstzufriedenheit unserer Wettbewerber: wusste nicht, dass der UdSSR eine produktivere und effizientere Technologie einführt, die Staaten, die an der anfänglich ausgewählten Methode - Gasdiffusion eingehalten wurden. Natürlich war die aktuelle Situation an der Hand Sovietunion Und durfte schnell eine nukleare Parität erreichen. Gleichzeitig sind die wegweisenden Entwicklungen von Sowjetwissenschaftlern und Ingenieuren, um leistungsstarke Gaszentrifugen zu schaffen, nicht von VTUN verschwunden, Russland auf führende Positionen auf dem Weltmarkt für Urananreicherungen und Produktionszentrifugen zurückzuführen.

Angereichertes Uranprodukt aus vier Anlagen betritt in die Maschinenbauanlage (Elektrostal Moskau-Region) und der Novosibirsk-Anlage von HIMKONZentraten (Nowosibirsk derselben Novosibirsk derselben Namen), in der der volle Zyklus der Kernkraftstoffproduktion durchgeführt wird. Zirkonium für Fwells und andere Strukturmaterialien von Brennstoffanordnungen liefert die mechanische Anlage von Chepetsky (Glazov der Udmurt Republik) ist der einzige in Russland und der dritte in der Welt das Unternehmen für die Herstellung von Zirkoniumprodukten.

Hergestellte Brennstoffanordnungen kommen zu russischen und ausländischen Kernkraftwerken sowie in anderen Zielreaktoren.

Unternehmen für Affine, Umstellung und Anreicherung von Uran, Anlegen von Kernbrennstoff, Produktion von Gaszentrifugen sowie Design- und Forschungsorganisationen werden als Teil des Treibstoffgesellschaft Rosatom "TVEL" (www.tvel.ru) kombiniert.

Infolge der langjährigen erfolgreichen Arbeit dieses Unternehmens und der Unternehmen von Unternehmen ist Rosatom sicherlich die Liste größte Lieferanten. Dienstleistungen auf dem Gebiet der Urananreicherung (36% des globalen Marktes).

Anglarsk hat eine nukleare Kraftstoffbank - eine Garantiereserve, die ein Land erwerben kann, das aus irgendeinem Grund für die Möglichkeit, Uran auf dem freien Markt zu kaufen. Aus diesem Bestand kann es in der Lage sein, frischem Kernbrennstoff herzustellen und den reibungslosen Betrieb seiner Atomkraft sicherzustellen.

Rosatom-Aktie auf dem globalen Kernkraftstoffmarkt - 17%, so dass in jedem sechsten Energiereaktor auf der Erde der Kraftstoff der Twell-Marke geladen wird. Lieferungen gehen nach Ungarn, Slowakei, Tschechien, Bulgarien, Ukraine, Armenien, Finnland, Indien und China.

Von oben - der globale Urananreicherungsmarkt (2015), von unten - der Weltmarkt für die Treibstofffertigung (2015)

Offen oder geschlossen?

Es ist möglich, darauf zu achten, dass dieses Kapitel die Herstellung von Kernbrennstoff für Forschungsreaktoren nicht in Betracht gezogen hat, sowie Reaktoren, die an nuklearen U-Boen und Eisbrechern installiert sind. Alle Diskussionen widmete sich dem Kernbrennstoff, der in Kernkraftwerken verwendet wurde. Dies wurde jedoch nicht zufällig durchgeführt. Tatsache ist, dass grundlegende Unterschiede zwischen der Reihenfolge der Kraftstofferzeugung für Kernkraftwerke, und zum Beispiel nukleare U-Boote nicht fehlen. Natürlich können die Technologieabweichungen in Bezug auf die Besonderheiten von Schiffs- und Forschungsreaktoren sein. Zum Beispiel muss der erste in der Größe klein sein und gleichzeitig ziemlich mächtig sein, ist ein völlig natürlicher Anforderung für Eisbrecher und darüber hinaus ein atomares U-Boot des manövrierbaren Atoms. Die notwendigen Indikatoren können durch Erhöhen der Urananreicherung erreicht werden, dh erhöhen Sie die Konzentration der Dividierkerne, dann benötigt der Kraftstoff weniger. Genau das ist, was sie tun: Der Grad der Urananreicherung, das als Kraftstoff von Schiffsreaktoren verwendet wird, befindet sich in der Fläche von 40% (je nach Projekt kann von 20 bis 90% variieren). In Forschungsreaktoren ist die übliche Anforderung die Erreichung der maximalen Leistung des Neutronenflusses, und die Anzahl der Neutronen im Reaktor hängt auch direkt mit der Anzahl der Kerne auf, die aufeinander verbunden sind. Daher ist in den Anlagen, die für wissenschaftliche Forschung bestimmt sind, ein hoch angereichertes Uran mit einem viel größeren Gehalt an Uran-235, anstatt im Kraftstoff von NPP-Energiereaktoren. Die Anreicherungs-Technologie ändert sich jedoch nicht.

Die Gestaltung des Reaktors kann die chemische Zusammensetzung des Kraftstoffs und das Material bestimmen, aus dem TVEL hergestellt wird. Derzeit ist die Hauptform des Brennstoffs Urandioxid. Bei Fwells sind sie überwiegend Zirkonium, aber zum Beispiel für den Reaktor auf dem schnellen Neutronen BN-600 Brennstoffzellen aus Edelstahl. Dies ist auf die Verwendung von flüssigem Natrium in BN-Reaktoren als Kühlmittel zurückzuführen, in dem das Zirkonium (Corrodes) schneller als rostfreier Stahl zerstört wird. Das Wesen des Prozesses der Herstellung von Kernbrennstoff bleibt jedoch gleich - aus dem angereicherten Uranprodukt, das Uranendioxidpulver synthetisiert, das in die Tabletten gedrückt wird, und Schach, die Pillen in Brennstoff-Inves gelegt werden, werden Kraftstofffarben in Brennstoffanordnungen gesammelt ( Fernseher).

Wenn wir außerdem Atomkraftstoffzyklen verschiedener Länder berücksichtigen, stellt sich beispielsweise heraus, dass in Russland Uranverbindungen in der Umwandlung molekularer Fluor direkt, und im Ausland zuerst mit Fluorsäure und nur dann mit Fluor behandelt werden. Der Unterschied kann in der chemischen Zusammensetzung von Lösungen für "Öffnen" von Erz, Sorbentien und Extraktionsmittel entdeckt werden; Die Parameter der Prozesse können sich unterscheiden ... aber das Schema des nuklearen Kraftstoffzyklus ändert sich nicht daraus. Der grundlegende Unterschied läuft nur zwischen den offenen (offenen) und geschlossenen (geschlossenen) Versionen: Im ersten Fall ist der Kraftstoff nach "Arbeit" im Kernkraftwerk einfach von der Umgebung in einem tiefen Bestattungsgrund und in letzterem isoliert - Verarbeitet mit der Extraktion wertvoller Komponenten (siehe Kapitel 7). Russland ist eines der wenigen Länder, das einen geschlossenen Zyklus implementiert.

Ein Beispiel für einen geschlossenen Kraftstoffzyklus mit der Rolle des Brennstoffunternehmens Rosatom Twell

Kernenergie wird in der thermischen Leistung verwendet, wenn Energie in Form von Wärme aus Kernbrennstoff in Reaktoren erhalten wird. Es wird verwendet, um herauszufinden elektrische Energie im kernkraftwerke (NPP)Für die Energiepflanzen großer Seeschiffe zur Entsalzung des Meerwassers.

Atomkraft ist verpflichtet, sein Erscheinungsbild zuerst zu sein, die Art des Neutrons, der 1932 offen ist. Neutronen sind Teil aller Atomkerne, mit Ausnahme des Wasserstoffkerns. Verwandte Neutronen im Kernel existieren unendlich lang. In freier Form sind sie kurzlebig, da sie sich mit einer Halbwertszeit von 11,7 Minuten integrieren, in ein Protonen umdrehen und das Elektronen- und Neutrinos emittieren oder schnelle Atomkerne schnell erfasst haben.

Die moderne Kernkraft basiert auf der Verwendung von Energie, die in der Division von Natural Isotope hervorgehoben ist uran-235.. Bei Kernkraftwerken wird die reaktion kontrollierte Kernteils durchgeführt kernreaktor. Auf Neutronenergie produzierender Kernabteilung, reaktoren auf thermischen und schnellen Neutronen unterscheiden.

Die Haupteinheit des Kernkraftwerks ist ein Kernreaktor, dessen Diagramm in Fig. 1 gezeigt ist. 1. Erhalten Sie Energie aus Kernbrennstoff, und dann wird in Form von Wärme auf ein anderes Arbeitsfluid (Wasser, Metall oder organisches Flüssigkeit, Gas) übertragen; Als nächstes wird es von demselben Schema wie gewöhnlich in Elektrizität umgewandelt.

Steuern Sie den Prozess, unterstützen Sie die Reaktion, stabilisieren Sie die Leistung, starten Sie den Reaktor mit Hilfe des speziellen Umzugs verwaltungsstangen 6 und 7 Von Materialien intensiv absorbierende thermische Neutronen. Sie fahren mit dem Steuerungssystem 5 . Aktionen regulierungsstangen Manifestieren sich, um die Leistung des Neutronenstroms in der aktiven Zone zu ändern. Über Kanäle 10 Zirkuliert Wasserkühlmittelbiologische Schutzbeton

Steuerstäbe bestehen aus Bor oder Cadmium, die thermisch, strahlung und korrosionsstabil sind, mechanisch dauerhaft sind, haben gute Wärmeübertragungseigenschaften.

Innerhalb des massiven Stahlgehäuses 3 gelegener Korb 8 mit Brennelementen 9 . Das Kühlmittel kommt durch die Pipeline 2 , passiert durch die aktive Zone, waschen Sie alle Brennelemente, erwärmt auf und auf der Pipeline 4 Betritt den Dampferzeuger.

Feige. 1. Atomreaktor

Der Reaktor befindet sich in einem dicken biologischen Schutzvorrichtungen. 1 Das schützt den umgebenden Raum aus dem Neutronenfluss, Alpha, Beta, Gammastrahlung.

Brennelemente (TWIS) - der Hauptteil des Reaktors. Sie erfolgen direkt eine nukleare Reaktion und Wärme, die zugewiesen ist, alle anderen Teile werden zur Isolation, Steuerung und Wärmeableitung verwendet. Konstruktiv können Tweellen mit Stab, Teller, Rohr, Kugel usw. hergestellt werden, usw. Die meisten sind stab, bis zu 1 Meter lang, mit einem Durchmesser von 10 mm. Normalerweise werden sie aus Uran-Tabletten oder aus kurzen Röhren und Platten gesammelt. Außerhalb ist Kraftstoff mit einer korrosionsbeständigen, dünnen Metallhülle beschichtet. Zirkonium, Aluminium, Magnesiumlegierungen sowie legierter Edelstahl werden an der Schale verwendet.

Die Wärmeübertragung von Wärme, die während einer Kernreaktion in der aktiven Zone des Reaktors in den Betriebskörper des Motors (Turbine) der Energieinstallationen freigesetzt wird, erfolgt entlang eines Kontakt-, zweikreisförmigen und dreikabelligen Schemas (Abb. 2).

Feige. 2. Kernkraftwerk
A - gemäß einem Einkreisschema; B - gemäß dem Zweikreisschema; In - auf einem Drei-King-Schema
1 - Reaktor; 2, 3 - biologischer Schutz; 4 - Druckregler; 5 - Turbine; 6 - elektrischer Generator; 7 - Kondensator; 8 - Pumpe; 9 - Backup-Kapazität; 10 - Regenerative Heizung; 11 - Dampferzeuger; 12 - Pumpe; 13 - Zwischenwärmetauscher

Jede Schaltung ist ein geschlossenes System. Reaktor 1 (in allen thermischen Schaltungen) wird in das Primärbereich platziert 2 und sekundär 3 Biologischer Schutz. Wenn der NPP auf einem einzelnen montierten Wärmekreis aufgebaut ist, dämpfen Sie den Reaktor durch den Druckregler 4 Betritt in die Turbine. 5 . Die Turbinenwelle ist mit dem Anhänger des elektrischen Generators verbunden 6 in dem es produziert wird elektrischer Strom. Die verbrauchten Paare betreten den Kondensator, wo es gekühlt und vollständig kondensiert ist. Pumpe 8 Sendet Kondensat an die regenerative Heizung 10 Und dann tritt der Reaktor ein.

Wenn ein zweikreisförmiges Diagramm, das im Reaktorkühlmittel erhitzt wurde, in den Dampferzeuger 11 Wenn Wärme auf die Oberflächenheizung übertragen wird, wird auf das Kühlmittel des Arbeitsfluids (nahrhaftes Wasser der zweiten Schaltung) übertragen. Bei Wasser-Wasser-Reaktoren wird das Kühlmittel im Dampferzeuger bei etwa 15 ... 40 ° C und an der Zirkulationspumpe abgekühlt 12 Es wird in den Reaktor zurückgeschickt.

Mit einem dreikabellen Schema wird das Kühlmittel (üblicherweise flüssiges Natrium) aus dem Reaktor an den Zwischenwärmetauscher geschickt 13 und von dort mit einer umlaufenden Pumpe 12 Kehrt zum Reaktor zurück. Das Kühlmittel in der zweiten Schaltung ist auch flüssiges Natrium. Dieser Umriss wird nicht bestrahlt und daher neradoaktiv. Natrium-Sekundenkreislauf betritt den Dampferzeuger 11 , ergibt Wärme an der Arbeitsflüssigkeit, und dann wird die Zirkulationspumpe in den Zwischenwärmetauscher zurückgesandt.

Die Anzahl der Zirkulationskonturen bestimmt die Art des Reaktors, der von dem Kühlmittel, seiner nuklearkauen Eigenschaften, dem Radioaktivitätsgrad, verwendet wird. Das Einkreismuster kann in kochenden Reaktoren und in Reaktoren mit einem Gaskühlmittel verwendet werden. Begrüßung der größten Verteilung doppelkreislaufschema Bei Verwendung als Kühlmittel von Wasser, Gas und organischen Flüssigkeiten. Das Dreikreisschema wird auf Kernkraftwerke mit Reaktoren an schnellen Neutronen angelegt, wenn Flüssigmetallkühlmittel (Natrium, Kalium, Natriumkaliumlegierungen) verwendet werden.

Kernflammbar kann sein uranus-235, Uran-233 und Plutonium-232. Rohstoffe für Kernbrennstoff - natürliches Uran und Thorium. Mit einer Kernreaktion eines GRAM der Trennsubstanz (Uran-235) wird Energie freigesetzt, äquivalent 22 × 10 3 kWh × h (19 × 10 6 cal). Um eine solche Energiemenge zu erhalten, ist es notwendig, 1900 kg Öl zu verbrennen.

Uranus-235 ist leicht zugänglich, seine Energiereserven sind ungefähr das gleiche wie organischer Brennstoff. Bei Verwendung des Kernbrennstoffs mit einer solchen niedrigen Effizienz wird jedoch in 50-100 Jahren erschwingliche Uranquellen erschöpft. Gleichzeitig ist praktisch unerschöpfliche "Ablagerungen" des Kernbrennstoffs Uran, in Meereswasser aufgelöst. Im Ozean sind es Hunderte von Malen mehr als an Land. Die Kosten für das Erhalten eines Kilogramms Urandioxid aus Meerwasser beträgt etwa 60-80 US-Dollar, und in der Zukunft wird in der Zukunft auf 30 US-Dollar sinken, und die Kosten für Urandioxid, die in den reichsten Einlagen an Land, 10-20 US-Dollar, erzeugt werden. Nach einiger Zeit werden die Kosten von Land und "auf Seawater" derselbe Reihenfolge.

Die Kosten für Kernbrennstoff sind etwa zweimal niedriger als fossile Kohle. In kohlebetrieblichen Kraftwerken fällt 50-70% der Stromkosten auf den Kraftstoffanteil und bei NPPs - 15-30%. Modernes TPP mit einer Kapazität von 2,3 Millionen kW (z. B. SamaraGRE) verbraucht täglich etwa 18 Tonnen Kohle (6 Eisenbahnzusammensetzungen) oder 12 Tausend Tonnen Heizöl (4 eisenbahnzusammensetzung.). Der Atom, die gleiche Leistung, verbraucht während des Tages nur 11 kg Kernbrennstoff, und während des Jahres 4 Tonnen. Ein Kernkraftwerk ist jedoch teurer als thermisch aus der Sicht des Aufbaus, des Betriebs, der Reparatur. Zum Beispiel kostet der Bau eines NPP mit einer Kapazität von 2-4 Millionen kW etwa 50-100% teurer als thermisch.

Reduzieren investitionen Auf dem Bau von NPPs ist auf Kosten möglich:

1. standardisierung und Vereinheitlichung von Geräten;
2. entwicklung kompakter Konstruktionen von Reaktoren;
3. verbesserung von Management- und Regulierungssystemen;
4. reduzieren der Dauer des Reaktoranschlags zur Kraftstoffüberladung.

Ein wichtiges Merkmal von Kernkraftwerken (Kernreaktor) ist die Wirtschaftlichkeit des Kraftstoffzyklus. Um die Effizienz des Kraftstoffzyklus zu erhöhen, folgt:

• erhöhen Sie die Tiefe des Burnout-Kernbrennstoffs;
• erhöhen Sie den Reproduktionskoeffizienten des Plutoniums.

Mit jeder Abteilung des Uran-235-Kernels werden 2-3 Neutronen freigesetzt. Von diesen dient nur einer zur weiteren Reaktion, der Rest geht verloren. Es ist jedoch möglich, sie zur Wiedergabe von Kernbrennstoff zu verwenden, um Reaktoren auf schnelle Neutronen zu schaffen. Während des Betriebs des Reaktors an schnellen Neutronen ist es möglich, gleichzeitig etwa 1,7 kg Plutonium-239 bis 1 kg brennter Uran-235 zu erhalten. So können Sie eine geringe thermische Effizienz von Kernkraftwerken abdecken.

Reaktoren an schnellen Neutronen sind zehnmal effizienter (in Bezug auf die Verwendung von Kernbrennstoff) Kraftstoff-Neutronenreaktoren. Sie haben keinen Moderator, der hoch angereicherte Kernbrennstoff angewendet wird. Neutronen, die von der aktiven Zone abfahren, werden von nicht strukturellen Materialien absorbiert, befinden sich jedoch um Uran-238 oder Thorium-232.

In Zukunft werden Plutonium-239 und Uran-233, die aus Uran-238 und Thorium-232 in Reaktoren an schnellen Neutronen erhalten wurden, zu den wichtigsten flexiblen Materialien für Atomenergieinrichtungen, die von Uran-238 und Thorium-232 in Reaktoren an schnellen Neutronen erhalten werden. Die Umwandlung in Uran -238-Reaktoren in Plutonium-239 erhöht die Ressourcen des Kernkraftstoffs um etwa 100 Mal, und Thorium-232 in Uran-233 - 200 mal.

In FIG. 3 zeigt das Schema des Kernkraftwerks auf schnellen Neutronen.

Die ausgeprägten Merkmale der nuklearen elektrischen Installation an schnellen Neutronen sind:

1. die Änderung der Kritikalität des Kernreaktors wird durchgeführt, indem der Teil der Neutronen der Kernbrennstoffabteilung von der Peripherie wieder in die aktive Zone unter Verwendung von Reflektoren reflektiert wird 3 ;
2. reflektoren 3 kann drehen, Neutronenaustritt ändern und folglich die Intensität der Spaltreaktionen;
3. reproduzierter Kernbrennstoff;
4. die Entfernung von überschüssiger Wärmeenergie aus dem Reaktor wird mit einem Kühlschrank-Emitter durchgeführt 6 .

Feige. 3. Schema des Kernkraftwerks bei Fast Neutronen:
1 - Kraftstoffelemente; 2 - reproduzierbarer Kernbrennstoff; 3 - Reflektoren von Rapid Neutronen; 4 - Kernreaktor; 5 - Stromverbrauch; 6 - Kühlschrank-Emitter; 7 - Wärmeenergiewandler in elektrisch; 8 - Strahlenschutz.

Thermische Energiekonverter in elektrisch

Nach dem Prinzip der Verwendung von thermischer Energie, die von einem Kernkraftwerk hergestellt wird, können Konverter in 2 Klassen unterteilt werden:

1. maschine (dynamisch);
2. unmiles (Direktwandler).

In den Maschinentuktoren mit dem Reaktor binden üblicherweise die Gasturbineninstallation, in der Wasserstoff, Helium, Helium-Xenon-Gemisch ein Arbeitsfluid sein kann. Die Wirksamkeit der Transformation in Stromwärme, die direkt an den Turbogenerator geliefert wird, ist ausreichend hoch - der Effizienz des Wandlers η = 0,7-0,75.

Das Schema einer Kernkraftanlage mit einem dynamischen Gasturbinenwandler (Maschinen-) Wandler ist in Fig. 4 gezeigt. vier.

Eine andere Art von Maschinenwandler ist ein magnetogazodynamischer oder magnetohydrodynamischer Generator (MGG). Das Diagramm eines solchen Generators ist in Fig. 2 gezeigt. Der Generator ist ein rechteckiger Kanalkanal, von denen zwei Wände aus dielektrischem Material hergestellt sind, und zwei aus dem elektrisch leitfähigen Material. Ein elektrisch leitfähiges Arbeitsfluid bewegt sich durch die Kanäle - flüssig oder gasförmig, was mit einem Magnetfeld durchdrungen ist. Wenn Sie wissen, tritt beim Antreiben eines Leiters in einem Magnetfeld ein EDC auf, der durch Elektroden 2 An den Stromverbraucher übertragen 3 . Die Energiequelle des Arbeitswärmestroms ist die im Kernreaktor freigegebene Wärme. Diese Wärmeenergie wird für die Bewegung von Gebühren in einem Magnetfeld ausgegeben, d. H. Es verwandelt sich in die kinetische Energie eines leitfähigen Strahls, und kinetische Energie ist in elektrisch.

Feige. 4. Schema von Kernkraftwerken mit einem Gasturbinenwandler:
1 - Reaktor; 2 - Kontur mit flüssigem Metallkühlmittel; 3 - Wärmetauscher zur Wärmezufuhr an Gas; 4 - Turbine; 5 - elektrischer Generator; 6 - Kompressor; 7 - Kühlschrank-Emitter; 8 - Wärmeauslassschaltung; 9 - Umwälzpumpe; 10 - Wärmetauscher zur Wärmeentfernung; 11 - Wärmetauscher-Regenerator; 12 - Kontur mit dem Arbeitskörper des Gasturbinenwandlers.

Direktwandler (brennbare) Wärmeenergie in Elektrik sind unterteilt in:

1. thermoelektrisch;
2. thermomems;
3. elektrochemisch.

Thermoelektrische Generatoren (TEG) basieren auf dem Zeebeck-Prinzip, das in einer geschlossenen Kette besteht, die aus heterogenen Materialien bestehend ist, weist Thermo-EMF auf, wenn die Temperaturdifferenz in den Kontaktstellen dieser Materialien aufrechterhalten wird (Abb. 6). Um Strom zu erhalten, empfiehlt es sich, Halbleiter-Tag mit einem höheren Effizienz zu verwenden, während die Temperatur des heißen Spa auf 1400 bis zu höher gebracht werden muss.

Die Thermionskonverter (TEP) ermöglichen es, Strom als Folge von Elektronenemissionen von bis zu hohen Kathodentemperaturen zu erhalten (Fig. 7).

Feige. 5. MagnitogaseSodynamischer Generator:
1 - Magnetfeld; 2 - Elektroden; 3 - Stromverbraucher; 4 - dielektrisch; 5 - Leiter; 6 - Arbeitskörper (Gas).

Feige. 6. Das Schema des thermoelektrischen Generators

Feige. 7. Schema des Thermoemsionskonverters

Um den Strom der Emissionen an der Kathode aufrechtzuerhalten, wird vermutet Q einer . Die von Kathode emittierten Elektronen, die einen Vakuumspalt überwinden, erreichen die Anode und werden davon absorbiert. Mit der "Kondensation" von Elektronen an der Anode wird Energie gleich dem Betrieb der Elektronenausgabe mit dem gegenüberliegenden Vorzeichen unterschieden. Wenn Sie der Kathode eine kontinuierliche Versorgung mit Wärme bereitstellen und von der Anode entfernen, dann durch die Last R. Konstantstrom anlegen. Elektronische Emissionen erfolgt effektiv an den Kathodentemperaturen über 2200 K.

Sicherheit und Zuverlässigkeit von NPP

Eines der Hauptfragen der Entwicklung von Atomenergie besteht darin, Zuverlässigkeit und Sicherheit der NPP-Arbeit sicherzustellen.

Strahlungssicherheit ist sichergestellt:

1. erstellung zuverlässiger Strukturen und Geräte des biologischen Schutzes von Personal aus Bestrahlung;
2. reinigung von Luft und Wasser, die aus Kernkraftwerken für seine Grenzen herauskommen;
3. extrahierende und zuverlässige Lokalisierung radioaktiver Kontaminanten;
4. die tägliche Dosimetriesteuerung der Räumlichkeiten der NPP und der individuellen dosimetrischen Kontrolle des Personals.

Die Räumlichkeiten des NPP je nach Betriebsart und der in ihnen installierten Geräte sind in 3 Kategorien unterteilt:

1. strikte Regimezone;
2. begrenzte Regimezone;
3. zone des Normalmodus.

In den Räumlichkeiten der dritten Kategorie ist das Personal ständig, diese Räume an der Stationstrahlung sicher.

Während des Betriebs des NPP sind feste, flüssige und gasförmige radioaktive Abfälle gebildet. Sie sollten so skizziert werden, dass die Umweltverschmutzung nicht erstellt wird.

Die von ihrer Belüftung entfernten Gase können radioaktive Substanzen in Form von Aerosolen, radioaktiven Staub und radioaktiven Gasen enthalten. Die Belüftung der Station ist so gebaut, dass Luftströmungen von den meisten "sauberen" in "kontaminiert" erfolgen, und die Flüsse in der entgegengesetzten Richtung wurden ausgeschlossen. In allen Räumlichkeiten der Station ist der vollständige Austausch von Luft nicht mehr als eine Stunde.

Beim Betrieb der NPP entsteht das Problem der Entfernung und Entsorgung radioaktiver Abfälle. Radsprach in den Reaktoren standhalten eine bestimmte Zeit in Wasserpools direkt an Kernkraftwerken, bis es eine Stabilisierung von Isotopen mit einer kleinen Halbwertszeit gibt, wonach die Tweils an spezielle radiochemische Anlagen zur Regeneration geschickt werden. Dort wird Kernbrennstoff aus den Piloten extrahiert, und radioaktive Abfälle unterliegen der Bestattung.