Не пропустите самое интересное!
Срочные уведомления в вашем браузере.

Российские футболисты Павел Мамаев и Александр Кокорин устроили шикарную вечеринку в Монте-Карло

Отправить отзыв
Подпишитесь на наши уведомления!
Мы будем рассылать информацию только о важных событиях.

Как производят ядерное топливо (9 фото)

Автор: TriniBot
14-01-2016, 14:03
12134
+45
В силу того, что ядерное топливо эффективнее всех остальных видов топлива, которым мы располагаем сегодня, огромное предпочтение отдается всему тому, что способно работать с помощью атомных установок (АЭС, подводные лодки, корабли и прочее). О том, как производят ядерное топливо для реакторов, мы поговорим далее.

Как производят ядерное топливо (9 фото)

Добывают уран двумя основными способами:
1) Прямая добыча в карьерах или шахтах, если позволяет глубина залегания урана. С этим методом, надеюсь, всё понятно.
2) Подземное выщелачивание. Это когда на том месте, где найден уран, бурятся скважины, в них закачивается слабый раствор серной кислоты, а уже раствор взаимодействует с ураном, соединяясь с ним. Затем получившаяся смесь откачивается наверх, на поверхность, и из неё химическими методами выделяется уран.

Как производят ядерное топливо (9 фото)

Представим, будто мы уже добыли на руднике уран и подготовили его для дальнейших преобразований. На фото ниже - так называемый "желтый кек", U3O8. В бочке для дальнейшей перевозки.

Как производят ядерное топливо (9 фото)

Всё бы хорошо, и этот уран в теории можно было бы сразу использовать для производства топлива для АЭС, но увы. Природа, как всегда, подкинула нам работы. Дело в том что природный уран состоит из смеси трех изотопов. Это U238 (99.2745%), U235 (0.72%) и U234(0.0055%). Нас интересует здесь лишь U235 - так как он отлично делится тепловыми нейтронами в реакторе, именно он позволяет нам пользоваться всеми благами цепной реакции деления. К сожалению, его природной концентрации не хватит для стабильной и долгой работы современного реактора АЭС. Хотя, насколько я знаю, аппарат РБМК спроектирован так, что запуститься на топливе из природного урана сможет, но вот стабильность, долговременность и безопасность работы на таком топливе совершенно не гарантируется.
Уран нам надо обогатить. То есть повысить концентрацию U235 от природной до той, которая используется в реакторе.
Для примера, реактор РБМК работает на уране обогащения 2.8%, ВВЭР-1000 - обогащение от 1.6 до 5.0%. Судовые и корабельные ядерные энергетические установки кушают топливо с обогащением до 20%. А некоторые исследовательские реакторы работают на топливе аж с 90% обогащением (пример - ИРТ-Т в Томске).
В России обогащение урана проводится на газовых центрифугах. Т. е. тот желтый порошок, что был на фото ранее, превращают в газ, гексафторид урана UF6. Затем этот газ поступает на целый каскад центрифуг. На выходе из каждой центрифуги, из-за разности веса ядер U235 и U238, мы получаем гексафторид урана с чуть повышенным содержанием U235. Процесс повторяется многократно и в итоге мы получаем гексафторид урана с нужным нам обогащением. На фото ниже как раз можно увидеть масштаб каскада центрифуг - их очень много и простираются они в далекие дали.

Как производят ядерное топливо (9 фото)

Затем газ UF6 превращают обратно в UO2, в виде порошка. Химия, всё-таки, очень полезная наука и позволяет нам творить такие чудеса.
Однако этот порошок в реактор так просто не засыпать. Вернее, засыпать-то можно, но ничего хорошего из этого не выйдет. Его (порошок) надо привести к такому виду, чтобы мы могли надолго, на годы, опустить его в реактор. При этом само горючее не должно контактировать с теплоносителем и выходить за пределы активной зоны. И еще ко всему этому топливо должно выдерживать очень и очень суровые давления и температуры, которые возникнут в нём при работе внутри реактора.
Забыл, кстати, сказать что порошок тоже не абы какой - он должен быть определенных размеров, чтобы при спрессовывании и спекании не образовывалось ненужных пустот и трещин. Сначала из порошка делают таблетки, путем спрессовывания и долгого выпекания (технология действительно непростая, если её нарушить - топливные таблетки не будут годны к использованию). Вариации таблеток покажу на фото ниже.

Как производят ядерное топливо (9 фото)

Отверстия и выемки на таблетках нужны для компенсации теплового расширения и радиационных формоизменений. В реакторе со временем таблетки пухнут, выгибаются, изменяют размеры, и если ничего не предусмотреть - могут разрушиться, а это плохо.

Как производят ядерное топливо (9 фото)

Готовые таблетки затем упаковывают в металлические трубки (из стали, циркония и его сплавов и других металлов). Трубки закрывают с обоих концов и герметизируют. Готовая трубка с топливом называется твэл - тепловыделяющий элемент.

Как производят ядерное топливо (9 фото)

Для разных реакторов требуются твэлы разной конструкции и обогащения. Твэл РБМК, например, длиной 3.5 метра. Твэлы, кстати, бывают не только стержневые. как на фото. Они бывают пластинчатые, кольцевые, море различных видов и модификаций.
Твэлы затем объединяют в тепловыделяющие сборки - ТВС. ТВС реактора РБМК состоит из 18 твэлов и выглядит примерно вот так:

Как производят ядерное топливо (9 фото)

ТВС реактора ВВЭР выглядит вот так:
Как видно, ТВС реактора ВВЭР состоит из гораздо большего количества твэлов, чем у РБМК.
Готовое специзделие (ТВС) затем с соблюдением мер предосторожности доставляется на АЭС. Зачем предосторожности? Ядерное горючее, хоть пока и нерадиоактивно, очень ценное, дорогое, и при очень неаккуратном обращении способно вызвать много проблем. Затем проводится финальный контроль состояния ТВС и - загрузка в реактор. Всё, уран прошел долгий путь от руды под землей к высокотехнологичному устройству внутри ядерного реактора. Теперь у него другая судьба - несколько лет тужиться внутри реактора и выделять драгоценное тепло, которое у него будет забирать вода (или любой другой теплоноситель).

Как производят ядерное топливо (9 фото)

Комментарии (18) 

Показать сначала комментарии:
  1. 14 января 2016 14:13
    Пользователь offline

    +8

    #
    сколько труда
           
  2. 14 января 2016 14:15
    Пользователь offline

    0

    #
    а где реакция?
           
  3. 14 января 2016 14:16
    Пользователь offline

    +3

    #
    Красота! За ядерной энергией будущее! К тому же практически безвредное для Природы.
           
    1. 14 января 2016 15:04
      Пользователь offline

      -11

      #
      Рекомендую погуглить по словам "Чернобыль" и "ВУРС" - может, измените свое мнение о безвредности атомной энергетики.
             
    2. 14 января 2016 17:59
      Пользователь offline

      +2

      #
      Наряду с действительно выгодными преимуществами, есть и плохая сторона ядерной энергии, связанная с утилизацией ядерных отходов. Использованное ядерное топливо остается опасным в течение длительного времени. Утилизация ядерных отходов — дорогостоящее и не безвредное для окружающей среды занятие. Еще одним минусом атомных электростанций является дорогой и отнимающий много времени вывод отслужившей АЭС из эксплуатации. Кроме того, тяжелые металлы и другие загрязнители могут попасть в окружающею среду с водой, используемой для охлаждения реакторов. Это может навредить соседним экосистемам. Даже после окончания работы реакторов и АЭС в целом, земельный участок останется непригодным для иной деятельности на протяжении долгих десятилетий.
             
      1. 15 января 2016 09:41
        Пользователь offline

        0

        #
        baton17,

        если выполнять все инструкции - все безопасно. в чернобыле был проведен эксперимент и если бы главный инженер не потребовал бы продолжения - все было бы в норме(кстати сейчас виур может не выполнять приказания начальства если считает что это нарушает безопасность, раньше такого не было). в то время развития техники контролирующие системы отставали от быстроразвивающейся ядерной энергетики. одно то что обсчет всех параметров ру был в течениии 20 минут говорит о многом. вот и получили что получили. я не говорю что тако сейчас невозможно - дураки везде есть. а также нестыковки. что кстати и произошло в японии.
               
  4. 14 января 2016 14:24
    Пользователь offline

    +2

    #
    А я думал - просто лопатой уранчика подкинул - и грейся....
           
  5. 14 января 2016 14:30
    Пользователь offline

    +1

    #
    Я вот только не понял, - " Ядерное горючее, хоть пока и нерадиоактивно, очень ценное, дорогое", обогащенный уран он получается безопасен? То есть радиация появляется только после реакции или все таки нет? Я почему то всегда думал что его изотопы уже изначально радиоактивны.
           
    1. 14 января 2016 14:44
      Пользователь offline

      +2

      #
      да, хер его знает
             
    2. 14 января 2016 16:38
      Пользователь offline

      +1

      #
      Думаю только в процессе распада, выделяется тепло и побочка
             
    3. 15 января 2016 00:40
      Пользователь offline

      +1

      #
      Вероятно низкий радиационный фон урана связан с огромным периодом полураспада (порядка миллиарда лет). И радиоактивным уран становится только после физ.пуска реактора, когда загруженное в реактор топливо подвергается облучению нейтронным потоком от точечного источника... тогда уже в реакторе наступает ад...
             
    4. 15 января 2016 13:31
      Пользователь offline

      0

      #
      Насколько мне помнится, есть такое понятие, как "критическая масса". Для урана это порядка 50 кг вроде. Пока общая масса рядом лежащих болванок меньше критической, цепная реакция не запускается. Когда стержни опускают в реактор, набирается общая масса больше критической, а если надо снизить мощность (не аварийно), достаточно вытащить несколько стержней. Сама критическая масса обуславливается количеством испускаемых частиц, которые, если попадают в соседние атомы урана, заставляют их распадаться и испускать новую волну частиц, которая столкнется с другими атомами и так далее по цепочке. Если урана будет мало, то волна затухнет и реакция остановится, если очень много, то будет Бада-Бум.
             
  6. 14 января 2016 14:39
    Пользователь offline

    0

    #
    Вот еще интересное про атомную энергию.
           
  7. 14 января 2016 14:44
    Пользователь offline

    +2

    #
    Это Вам не на Триньке комменты чирикать swoon
           
  8. 14 января 2016 15:31
    Пользователь offline

    +1

    #
    Первый ядерный реактор построили американцы в 42-м году. Спустя полтора года после окончания Великой Отечественной Войны на европейском континенте появился свой реактор, построенный в Советском Союзе.
           
    1. 14 января 2016 19:08
      Пользователь offline

      +1

      #
      Судя по минусам - патриоты негодуют.
             
  9. 14 января 2016 20:57
    Пользователь offline

    -2

    #
    ну очень дорогой самовар с очень низким КПД
           
  10. 15 января 2016 00:00
    Пользователь offline

    0

    #
           
Информация
Пожалуйста, зарегистрируйтесь или авторизуйтесь, чтобы оставлять комментарии на сайте.