Ядерное топливо - что, как и почему

Работа людей заканчивается на этапе бурения, вся прочая работа выполняется механизмами да насосами. Поддерживать необходимое давление – вот и вся забота. Никаких «ран» поверхности, никаких рудных отвалов, а серная кислота на глубине больше километра – никакого вреда даже грунтовым водам.

Рассматриваем случай добычи урановой руды из шахт. Крупные куски породы: 1) сортируют по степени радиоактивности; 2) дробят до мелкого состояния; 3) помещают в автоклавы, где при больших температуре и давлении выщелачивают уран растворами серной или азотной кислоты или карбонатом натрия. Уран при этом переходит в эти замечательные растворы, а пустая порода в буквальном смысле этого слова выпадает в осадок. Далее следует этап № 4: уран из растворов осаждают порциями новых химических реагентов, получая в результате практически чистые соединения урана и этих реагентов. Но что реагентам делать в реакторе, спрашивается? Нечего. Следовательно, они тоже лишние на этом празднике Менделеева, потому необходим этап № 5: аффинаж с применением бикарбоната аммония. Зубодробительное название, а кто-то ведь именно этим и занимается!.. И теперь остается этап № 6 – полученные после аффинажа сухие чистые осадки урановых солей прокаливают при температурах от 240 до 850 градусов, чтобы получить широко известный в узких кругах желтый кек (он же – закись-окись урана, он же U3O8). Вот он, родимый.

Хотя цвет, конечно, не всегда такой жизнерадостный, бывает и куда более скромный.

Обращу ваше внимание, что все описанные шесть этапов производятся непосредственно возле шахт. Любой урановый рудник – место, где концентрируются химические производства.

Желтый кек удобен тем, что он весьма стабилен, у него низкая радиоактивность – следовательно, он пригоден к транспортировке. И везут его поближе к центрифугам, чтобы произвести последнюю химическую процедуру – из оксида урана перевести во фторид урана. Этот процесс атомщики называют конверсией урана, и без него – просто никак. Фторид урана удобен тем, что при нагреве до 53 градусов он не плавится, а сразу превращается в газ, который и поступает на обогащение при помощи центрифуг. Обогащение – это увеличение концентрации урана-235 с природного значения 0,7% до необходимых 4% (в среднем, на самом деле – от 2,6% до 4,8% для разных типов атомных реакторов). Если кто-то успел соскучиться по внешнему виду наших обогатительных комплексов (а они у нас аж в четырех местах: УЭХК – Уральский электрохимический комбинат в Новоуральске Свердловской области; СХК – Сибирский химкомбинат в Северске Томской области; АЭХК – Ангарский электрохимический комбинат; ЭХЗ – Электрохимический завод в Зеленогорске Красноярского края), то вот, пожалуйста:

Обогатительный комплекс

Из центрифуг, само собой, на выходе – все тот же газ, все тот же фторид урана, только теперь в нем больше урана-235. Газ в реактор не запихнуть – соответственно, фторид приходится снова превращать в оксид урана (точнее – в диоксид, UO2), а это уже порошок.

Порошок диоксида урана методом порошковой металлургии превращают в топливные таблетки диаметром порядка 1 см и толщиной от 1 до 1,5 см. Таблетки аккуратно размещают в тонкостенные трубки из сплава циркония и 1% ниобия длиной в 3,5 метра для современных ВВЭР. Эта трубка, набитая 1.5 кг урановых таблеток, и есть тот самый ТВЭЛ: тепловыделяющий элемент. Вот они, красивые:

Происходит эта работа в России на Машиностроительном заводе в городе Электросталь Московской области и на Новосибирском заводе химконцентратов. Цирконий отливают в Глазове Удмуртской республики на Чепецком механическом заводе. ТВЭЛы конструктивно объединяют в ТВС – тепловыделяющие сборки. Выглядят они вот так:

В сечении, как видите, шестигранник-сота, и это – советско-российский дизайн. А вот ТВС-«квадрат» дизайна западного:

Вот теперь уран в виде таблеток, которые размещены в ТВЭЛ, которые объединены в ТВС, можно поместить в «печку» – в активную зону реактора АЭС. В течение следующих 18 месяцев, которые принято называть «топливной компанией», уран «горит», постепенно превращаясь в ОЯТ. Вот картинка того, как выглядит реактор перед началом топливной кампании:

Спасибо за внимание =)

источник


Это сообщение отредактировал vzapoe - 1 сен 2016 в 11:38

Спасибо ТС.

В День знаний и я пополнил копилочку!

Зелено однозначно )

Силища, красотища, мощь, все это хорошо, но Вы лучше бы рассказали куда оно потом девается.. всю землю уже засрали...

Спасибо.Кратко,но информативно.

Прокалка идет в печах ВГТП.
На картинках все красиво, в жизни все по другому.
Циркониевые каналы делает всего один завод в России и в мире вроде как еще 2-3, уникальная технология и сам материал очень интересный, очень стойкий к агрессивным средам.
Это сообщение отредактировал ЕвгенИвыныч - 1 сен 2016 в 11:43

Гордон - толкай тележку!

Всегда задавался вопросом, как не радиоактивные ТВС-ы становятся радиоактивными в печке реактора. Шайтан-машина, однако!

Ню-ню, фантазер ты ТС. Все же знают откуда оно на самом деле берётся.

Рыжая порода на стенках карьера это урановая руда. Только не обогащенная.


Это сообщение отредактировал uci36 - 1 сен 2016 в 11:50

Цитата (Somatik @ 1.09.2016 - 11:44)

Всегда задавался вопросом, как не радиоактивные ТВС-ы становятся радиоактивными в печке реактора. Шайтан-машина, однако!

Движуха начинается, когда их набирается нужное количество в определённом объёме. Типа друг-друга подбадривать начинают, оттого и греются.

Выщелачивание кислотой меня вводит в некоторую задумчивость...

Цитата (Alex0053 @ 1.09.2016 - 11:52)

Выщелачивание кислотой меня вводит в некоторую задумчивость...

Выщелачивание-избавление от щелочи, кислотой, т.к кислота реагирует с щелочью. ИХМО

уран:)

Заглядывал я в заброшенный урановый карьер.Там образовалось озеро ,вода сине-зеленая ,прозрачная ,аж по глазам бьёт.Глубина метров 200,может ещё больше.Смотришь вниз и такое чувство,как-будто пары спирта вдохнул.Возможно это самовнушение,но местные обходят его стороной.
Это сообщение отредактировал мяусов - 1 сен 2016 в 13:06