КАТЕГОРИЯ:


Астрономия- (809) Биология- (7483) Биотехнологии- (1457) Военное дело- (14632) Высокие технологии- (1363) География- (913) Геология- (1438) Государство- (451) Демография- (1065) Дом- (47672) Журналистика и СМИ- (912) Изобретательство- (14524) Иностранные языки- (4268) Информатика- (17799) Искусство- (1338) История- (13644) Компьютеры- (11121) Косметика- (55) Кулинария- (373) Культура- (8427) Лингвистика- (374) Литература- (1642) Маркетинг- (23702) Математика- (16968) Машиностроение- (1700) Медицина- (12668) Менеджмент- (24684) Механика- (15423) Науковедение- (506) Образование- (11852) Охрана труда- (3308) Педагогика- (5571) Полиграфия- (1312) Политика- (7869) Право- (5454) Приборостроение- (1369) Программирование- (2801) Производство- (97182) Промышленность- (8706) Психология- (18388) Религия- (3217) Связь- (10668) Сельское хозяйство- (299) Социология- (6455) Спорт- (42831) Строительство- (4793) Торговля- (5050) Транспорт- (2929) Туризм- (1568) Физика- (3942) Философия- (17015) Финансы- (26596) Химия- (22929) Экология- (12095) Экономика- (9961) Электроника- (8441) Электротехника- (4623) Энергетика- (12629) Юриспруденция- (1492) Ядерная техника- (1748) Arhitektura- (3434) Astronomiya- (809) Biologiya- (7483) Biotehnologii- (1457) Военни бизнесмен (14632) Висока technologies- (1363) Geografiya- (913) Geologiya- (1438) на държавата (451) Demografiya- ( 1065) Къща- (47672) журналистика и смирен (912) Izobretatelstvo- (14524) външен >(4268) Informatika- (17799) Iskusstvo- (1338) историята е (13644) Компютри- (11,121) Kosmetika- (55) Kulinariya- (373) културата е (8427) Lingvistika- (374) Literatura- (1642) маркетинг-(23702) математиците на (16968) Механична инженерно (1700) медицина-(12668) Management- (24684) Mehanika- (15423) Naukovedenie- (506) образователна (11852) truda- сигурност (3308) Pedagogika- (5571) Poligrafiya- (1312) Politika- (7869) Лево- (5454) Priborostroenie- (1369) Programmirovanie- (2801) производствено (97 182 ) индустрия- (8706) Psihologiya- (18388) Religiya- (3217) Svyaz (10668) Agriculture- (299) Sotsiologiya- (6455) на (42831) спортист строително (4793) Torgovlya- (5050) транспорт ( 2929) Turizm- (1568) физик (3942) Filosofiya- (17015) Finansy- (26596) химия (22929) Ekologiya- (12095) Ekonomika- (9961) Electronics- (8441) Elektrotehnika- (4623) Мощност инженерно ( 12629) Yurisprudentsiya- (1492) ядрена technics- (1748)

Уранът добив, обогатяване и производство на ядрено гориво




В началния етап от цикъла на ядреното гориво (NFC) е добива на руда и производството на уран концентрат, който включва основните етапи:

действителното производство на уран, съдържащи руди;

неговата механична обогатяване чрез премахване на скални примеси;

смилане на получената маса на руда;

извличане на уран тях със сярна киселина или натриев карбонат;

получаване на уран концентрат чрез екстракция от уранови решения (извличане, сорбция, или селективно утаяване);

сушене на уран концентрат и затворена опаковка (112).

Съдържанието на уран в уранова суровина, произведени в страните от ОНД, е 0.05 до 0.1%. Целта на този етап е да се увеличи концентрацията на NFC уран.

уранодобива се извършва в мините и открити рудници чрез конвенционални методи, както и метода на подземно извличане, в която да се разтвори урана са въведени в подземната мина конкретни решения.

Всички уранодобива има отрицателно въздействие върху околната среда. Основните източници на замърсяване в зоните за производство са кариери, рудници, "хвост" (определени зони за съхранение на "опашки" - скални сметища след технологичния процес на извличане на уранова руда полезен компонент), отворен за съхранение на руда, депа за отпадъци. Замърсяването е причинено от емисии на радиоактивни газове, прах и аерозоли в атмосферата, изпускане на вода мина, течове и случайни изпускания на "опашка" и хидро-транспортни системи, както и в резултат на използването на рудни скали като местни строителни материали (112). В САЩ, общият обем на "опашките" за повече от 95% от общия обем на радиоактивни отпадъци на всички етапи на производството на ядрени оръжия и мощност. Въпреки че рискът, че един грам на "опашките" е ниска в сравнение с повечето други радиоактивни отпадъци на големи обеми от отпадъци и липса на съответното законодателство до 1980 година, доведе до значително увеличаване на нивото на замърсяване (146).

Фигура 26. уранова мина (145).

От руда трошене метод (пречистване) се извлича уранов оксид (U 3 O 8), като форма на "жълто торта" - това е жълт или кафяв прах, който съдържа около 90% уранов оксид.

Суровината за ядрено гориво варира в зависимост от вида на ядрен реактор, който е предназначен за гориво. Повечето реактори използват обогатен уран, и изходният материал за неговото обогатяване е уранов хексафлуорид. Като естествен уран съдържа 0,8% 235U изотоп. За да се намали размера на съдържанието на реактора 235U повишенията на предварително гориво до 2,0 или 2,4%.



Производство на химикали от природен уран концентрира под формата на уран oktooksida (III) U 3 O 8 или натриев диуранат Na 2 U 7 се извършва в хидрометалургично производство. Изборът на технология се дължи на химическия състав на рудата и спецификата на предприятието. Когато карбонат извличане на уран руда се обработва мляно натриев карбонат Na 2 СО 3 до получаване на разтвор уран, от която чрез подходящи химични реакции извършва селективно утаяване на уран под формата на натриев диуранат. След допълнително пречистване продукт се суши и полученият жълт прах се поставя в запечатан контейнер (112).

Друг вид на уран концентрат - oktooksid уран (III) U 3 O 8, след изсушаване, е черен прах и е опакован в запечатан контейнер.

Получен в първия етап на цикъла на ядреното гориво, уран концентрат се подава към процеса на химически когато страната концентрат средно и пречиства от примеси. Преди изпълнението на процеса на изотопно обогатяване на уран е необходимо да се проведе операция за последваща обработка, за да го превърне в свободна от ядрено оръжие материал (такава операция се нарича рафиниране). Особено внимание се обръща на пречистване на уран от бор, кадмий, хафний, са neytronpogloschayuschimi елементи, както и редкоземни елементи (гадолиний, радиоактивността на европий и самарий). Технологично рафиниране е трибутилфосфат пречистване извличане на уран след разтваряне на уран концентрат в азотна киселина (143).

Крайният продукт е химична преразпределение на уран тетрафлуорид, която се отнася до превръщането. В момента, уранов хексафлуорид е комбинираните свойства на най-подходящата химическото съединение за изотопно обогатяване, използвайки технологии, разработени. Той е свързан с производството на чист флуор, шлайфане тетрафлуорид (UF4) или уранов оксид прах за кондициониране и последващо изгаряне на флуора в пристъп. На следващо място, филтрирането на уранов хексафлуорид (UF 6) и нейната кондензация в студен капани система. Уранов хексафлуорид претърпява обогатяване с изотопа уран-235.

Обогатен уран се състои в Дружеството на гориво "ТВЕЛ", която обединява всички фирми и организации, които по един или друг начин свързани с производството на ядрено гориво (45).

Лично участвал в обогатяването на уран четири фирми:

Angarsk електролиза Chemical Combine (Angarsk, област Иркутск)

Производство Сдружение "Електрохимично Plant"

(Zelenogorsk, област Красноярск)

Урал Електрохимични Integrated Plant (Novouralsk, област Свердловск)

Сибирски Chemical Комбинирайте (Seversk, Томска област).

възможностите им позволяват Русия в лицето на Росатом заемат 40% от пазара на обогатяване услуги свят уран и планира да увеличи този дял.

Русия притежава най-модерната технология за обогатяване на уран - газова центрофуга. Вътре в ротационен центрофугира тежки молекули, съдържащи U-238 атома, за предпочитане се движи към външната страна на цилиндъра, а по-леките молекули, съдържащи U-235, са по-близо до централната ос. Газът в цилиндъра започва да циркулира от дъното нагоре, метателни обеднен уран, което е по-близо до външната стена, към горната и газ е обогатен с U-235 - от центъра към дъното. След два потока, един обогатен и един изчерпани, могат да бъдат отстранени от центрофугата и се разделят на газ дифузия "етапи" (144).

От обогатен уранов хексафлуорид се произвежда прах уран диоксид. Обогатен с U-235 UF 6 хранени до централата в контейнерите за 2,5-тонни стоманени. Получени от тях чрез хидролиза на UO 2 F 2, която след това се третира с амониев хидроокис. Утаеният амониев диуранат на филтрува и утайката се калцинира до получаване на уран диоксид UO 2, който се притиска и синтерова под формата на малки керамични пелети. Обхватът на таблетки (в зависимост от размера и смилане) е повече от 40 разновидности. Те са завършени в страната, проверка за съответствие с техническите изисквания.

Таблетките са поставени в тръби с цирконий сплав (zircaloy) и получават горивни пръти - горивни елементи (патрони) (ФИГУРА 27), които обединяват около 200 броя в комплектите на готовите горива, готови за използване в ядрени електроцентрали.

Risunoe 27. Общ изглед на някои видове ТВЕЛ (147).

Подобна технология се използва за производството на уран Erbium-легирани пелети за горивни системи от РБМК реактори, както и за производството на уран-гадолиний пелети за горивни касети с горими реактори абсорбатор. уран-гадолиний гориво позволи да се повиши безопасността на ядрените реактори и да се увеличи тяхната горивен цикъл (до 4 години в един ВВЕР-1000 и до 5 години от ВВЕР-440).

Фигура 28. горивния възел (148).

Гориво за ВВЕР е сноп от пръчки с обвивки от цирконий сплав и затворници в техните пелети уран диоксид. Гориво монтаж (ФА) за реактори ВВЕР има шестоъгълна сечение (фигура 28). В допълнение към горивните елементи, неговите елементи са главата, опашката, и дистанционни мрежи в определени случаи - дело.

Главата е проектиран да се ангажират с товарене-разтоварване и опашка осигурява монтирането на събрания на реактора гориво и организира път за доставяне на охлаждащата течност, охлаждаща горивните пръти. ВВЕР-440 се състои от 126 топлоотделящи пръти. Гориво сглобяване на горивни елементи реактор ВВЕР-1000 включва 311-312. Различни модификации на гориво за реактори от този тип, предназначен за три-, четири- и пет-годишен цикъл на гориво.

Един от начините да се подобри ефективността на ВВЕР на реактора е преходът към металокерамика гориво, т.е. създаване на гориво елемент обвивка на основата на металокерамика гориво с матрична структура.

Металокерамика гориво - от пелети уран диоксид (UO2 обемната фракция 70%), разположен в метална матрица, обикновено изработени от циркониева сплав, базирана. Това гориво се характеризира с липсата на пряк контакт между частиците на горивото поради еднаквото им разпределение в метална матрица. Това се постига с помощта на сферични частици гориво, предварително покрити с матричен материал, който се пресова в сърцевини (143).

В допълнение към схема за производство на уран гориво обсъдено по-горе - от мината чрез леко обогатяване на горивната елементи - в последния горивото десетилетие реактор, изработени от високо обогатен оръжия плутоний чрез разреждане.

Русия, наследена от Съветския съюз 25 - 30 хиляди тактически и стратегически ядрени оръжия .. В съответствие с международните споразумения за намаляване на стратегическите и тактическите ядрени оръжия, които страната трябва да демонтира 16-18 хиляди. Ядрени бойни глави. След демонтажа бойни глави освободени стотици тонове високо обогатен уран (високообогатен уран) и десетки тона плутоний. В началото на двадесет и първи век в руските акции високо обогатен уран са били оценени на 900 тона.

Демонтаж на ядрени оръжия се извършва в една и съща инсталация, в която тя е създадена. В резултат на премахването на бойни глави събрания материал таблетка ядрената, така наречените "яма" (метален уран в черупката на огнеупорен метал). Томск-7, се превръща в уранови метални стружки, които са изпратени до Урал Електрохимични завод. Има една метална високообогатен уран се превръща в UF 6. Първата тръба е 235 UF 6 на мястото на смесване. Разреждането не са природен уран-238, и слабо обогатен уран (през втората тръба е UF 6 от обогатяването на уран-235 е 1.5%). Изходът на третата тръба е обогатен UF 6 на 4 - 5% - типични за обогатяване на гориво реактори на атомни електроцентрали. След това, по обичайния начин хексафлуорид се превръща уран диоксид (144).

За разреждане на един килограм от високо обогатен уран, което трябва около 300 кг от природен уран. От един килограм високообогатен уран е около 30 кг нискообогатен уран. В продължение на 6 години, разреден с 125 тона руски високообогатен уран, което се равнява на около 5000 бойни глави. От 1999 г. ние започнахме да обработва 30 тона годишно. В продължение на 20 години, се очаква да обработва 500 тона уран, извлечен от руски оръжия.

В момента, поради изчерпването на уран-235 (като на руда и съхранение) повишено внимание привлечени от плутоний-239, като основа за бъдещото гориво на реактора, тъй като един грам плутоний е еквивалентно на 100 грама уран, извлечени от отработено ядрено гориво, 1500-3000 кубически метра природен газ, 2-4 тона въглища, или на един тон нефт. В същото време, плутоний е опасно радиоактивен материал, който може да се използва за създаване на ядрени оръжия. Следователно, неговото натрупване е не само разточителство, но и опасно. Проблемът с обработка на плутоний и е част от цялостния процес на ядрено разоръжаване, в хода на което в Русия и Съединените щати освобождава значителни количества оръжия клас ядрен материал - високо обогатен уран и плутоний.

На подготовката на ядрено гориво обикновено се плутоний двуокис, смес от плутоний карбиди с уран карбид, плутониеви сплави с метали. Въпреки това, често се използва в смес с природен уран или уран, слабо обогатен 235U (така наречения смесен оксид гориво или МОХ гориво).

гориво реактор, състоящ се от смес от оксиди на уран и плутоний - Mixed оксид (МОХ). МОХ се използва за регенериране на рециклирани отработено гориво (след отделянето на отпадъци) в бавните ядрените реактори (термично рециклиране) и като гориво за реактори на бързи селекционера (144).

Подходящ за използване в ядрени реактори, плутоний може да бъде получена за сметка на преработване на отработено ядрено гориво или ядрени оръжия.

Общият размер на плутоний се съхранява в света в началото на 21 век в различни форми, се оценява на 1239 тона, се намира в отработеното ядрено гориво атомни електроцентрали, от които две трети. Вече повече от 120 хиляди тона отработено ядрено гориво, съхранявани в складовете, а до 2020 г. ще бъде 450 хиляди тона.

Най-приемлива химична форма на плутоний като тя се използва като гориво за реактори е плутоний диоксид предложи тестване 2 в смес с уран диоксид на природен UO 2.

Смесен оксид гориво обикновено се използва в два типа реактори - в бързи неутрони реактори (BN) и в светли реактори с вода (реактор с лека вода). Обикновено МОХ плутоний, съдържащ от 5 до 8% в реакторите, използвани с херметична реактори с вода и вряща вода.

МОХ таблетки могат да бъдат направени чрез механично смесване на изходните праховете на уран диоксид и плутоний с формирането на "майстор микс» UO 2 -PuO 2. Съдържанието на плутоний на сместа след това се регулира за използване в реактора чрез добавяне на UO 2. Тази технология осигурява хомогенна структура с пелети с висока плътност. Прахът след това се уплътнява и синтерова за образуване на гранули, които се пресоват в топлоотделящите елементи (143, 144).

Възможна обработка на оръжие плутоний означава химия "вода", които са добре развити в мелниците - производство на плутоний - метален плутоний разтваряне в киселини (смес от HNO 3 + HF или смес от HNO 3 + НСООН или солна киселина), последвани от пречистване на плутоний в разтвор на азотна киселина. От пречиства PuO2 нитрат може да бъде получен чрез утаяване на оксалат или смесен оксид (U, PU) O 2 чрез ко uranate смесена утайка plutonata и амониев в присъствието на повърхностно активни вещества, или плазма денитрификация. Според тази технология malopylyaschie образува гранули. Ако се прилага суха компресия таблетки връзка - цинков стеарат, което може значително да подобри процеса и повишаване на качеството на таблетките. Вода Характеристика на многостепенен методи и продължителност на технологичния цикъл, както и тромава хардуер дизайн. Високите агресивност решения налага строги ограничения за строителни материали. Основният проблем на вода технология образование е била и остава в обработката на огромни количества дълголетен силно радиоактивни отпадъци.

По-напредналите методи на преработка на оръжие плутоний в метални съединения, подходящи "не-воден" са за производство на компоненти за бързи реактори гориво - pyrochemically pyroelectrochemical и технологиите.

Pyrochemically metod- метален плутоний хидрогениране, последвано от окисление да предложи тестване 2 в един реактор; piroeletrohimichesky - разтваряне на плутоний метални хлориди в стопилката (NaCl + KCl), последвани от валежите кристализация предложи тестване 2 в една клетка.

Същността на технологията е да се намали броят на сделките и на нивото на въздействие върху околната среда. Това се постига чрез въвеждане в метален плутоний разтопена сол среда, където то се извършва разтваряне и да получи окончателния състав на предавките пръти. Минимизиране на въздействието върху околната среда се извършва в две посоки: в разтопен сол е взаимодействие на нейните компоненти с образуването на комплекси. Това намалява образуването на аерозоли 1000; кристални оксиди, използвани при производството на спрейове МОХ гориво регенерирани 15000 пъти по-малки от праховете, получени чрез мокро схема. Това означава, че бариерата за сигурност е по-евтино и по-надежден (156).

При висока ефективност на производството, те имат минимални неблагоприятни ефекти върху околната среда. По време на обработката pyrochemical плутоний, произведени хиляди пъти по-малко радиоактивни отпадъчни води, в сравнение с технологиите. Освен това, pyrochemically технология по-прозрачни по отношение на контрола върху безвъзвратно демонтаж излишните ядрени оръжия и контрол на неразпространението на ядрени оръжия.

Въпроси на сигурността и безопасността при работа с МОХ са по-значими, отколкото в случая на ураново гориво. Изотопи на плутоний значително се различават по своите ядрени свойства на изотопи на уран. Тези различия водят до следните последици за безопасността на реактора с помощта на МОХ (156):

- Увеличаване на критичност - рисковете, свързани с производството на работа и критичност плутоний е много по-висока, отколкото в случая на уран.

- Намаляване на капацитета за усвояване на органите за регулиране (пръчките абсорбира излишната неутрони, предотвратяване на прехода към режим на неконтролируем верижна реакция) реактори леки водни. Това се дължи на факта, че МОХ е сравнително добро абсорбиране на нискоенергийни неутрони (бавни неутрони), така че средната енергия на неутроните е по-висока, и регулиращите прътове абсорбират бързи неутрони по-лоши от бавно. По същата причина попада абсорбируемост бор добавя в охлаждащата течност на реактор с вода под налягане (както и в спешни ситуации, в реактора във вряща вода. Поради това е неприемливо за пускане касетите с МОХ в непосредствена близост на регулиращите прътове (в по принцип, това е така, защото тя не може да бъде заменен от МОХ над една трета зареден в реактора за ураново гориво). при използване на МОХ термичен реактор е по-малко стабилни, да го спре по-трудно. период ускорение реактор се намалява наполовина, за които не са предназначени редовна система за контрол на реактора ВВЕР.

- Увеличаване на негативност на някои реактивност коефициенти на ниско ниво на плутоний обогатяване: коефициент на реактивност описва промяната в реакция скорост делене (и по този начин енергия), в резултат на различни промени на ситуацията в ядрото, като поява на кухини в охладител, промяната на температурата на модератора (вода) температура на горивото, и т.н.

- Укрепване на върха на властта. Поради силната абсорбцията на бавни неутрони от плутония има тенденция да неравномерно разпределение мощността в активната зона, с максимум при границата между UO 2 и МОХ, и особено на границата между вода и МОХ. За да се смекчи този ефект, използвайте специална конфигурация на ядрото със специално подбрани постепенно променящи се нива на обогатяване в горивния възел. Това значително усложнява производството на горивни пръти и техния съюз в събранието; ако в същото време би било грешка, има риск от злополука.

- Намаляване на дела на забавените неутрони. Част от неутрони, излъчени веднага след ядро ​​колапс (те съществуват след средно по една микросекунда), и някои от тях са изпуснати от ядра, произтичащи от ядрения разпад, отложено с няколко десети от секунди до десетки секунди. Въпреки, че малка част от забавените неутрони (0,7% или по-малко), за мониторинг на напредъка на реакцията с веригата чрез преместване на контролните пръти, които не могат да се движат много бързо, е възможно само благодарение на тези забавени неутрони. За 239Pu част от забавените неутрони е около три пъти по-ниска от 235U, което усложнява контрола на задача (особено при високи концентрации на 239Pu).

- Ускорена амортизация на материали на реактора. Тъй като, както е споменато по-горе, използването на МОХ увеличава средно неутронната енергия, което от своя страна "ускорява радиация щети от материали неутрони реактори. В результате сокращается срок службы деталей реактора, что может при определенных условиях создавать опасность аварии».

При использовании МОКСа количество плутония в активной зоне увеличивается, радиологические последствия более опасны. Достаточно упомянуть, что радиационная опасность, исходящая из свежего МОКС-топлива намного выше опасности свежего уранового топлива. Аналогично, отработанное МОКС-топливо гораздо опаснее отработанного уранового топлива (из-за повышенного содержания плутония и других трансурановых элементов)

Более высокие уровни выделения тепла и нейтронной радиации приводят к тому, что количество сложностей при транспортировке, хранении, и использовании МОКС-топлива возрастает.

Технологии, связанные с окончательным захоронением этого материала, не разработаны, существует лишь вариант иммобилизации плутония (смешивание с высокоактивными отходами и жидким стеклом/керамикой). Окончательное захоронение плутония вызывает затруднения, связанные с более высоким тепловыделением, нейтронной радиацией и критичностью. Из-за повышенного содержания плутония и других трансурановых элементов, захоронение МОКС намного сложнее, опаснее и дороже, чем захоронение традиционного ОЯТ (156).