Nuclear Fuel Cycle (NFC)
Nuclear Fuel Cycle (Nuclear Fuel Cycle) - egy sor tevékenységet a atomreaktorok működése, a rendszer tervezett vállalkozások, összekapcsolt áramlását a nukleáris anyagok és ideértve az urán bányák és gyárak feldolgozása uránérc, uránátalakítási izotőpdúsuiási és üzemanyag-előállító üzemek, atomreaktorok , újrafeldolgozó üzemek a kiégett üzemanyag-tároló a kiégett fűtőelemek, újrafeldolgozó üzemek a kiégett fűtőelemek és a közbenső tároló és temetkezési a radioaktív hulladékok sokszög minket a hulladék ártalmatlanítása.
Háromféle fajta ciklus:
1) urán üzemanyagciklus, ahol a hasadó anyag 235 U, és 238 U. -lejátszó urán üzemanyagot előállított természetes urán 235 U 0,72%, alacsony dúsított urán 235 U 1-5%, vagy HEU 93% 235 U. az első két fajta üzemanyag használt termikus reaktor, a harmadik - a gyors neutron reaktor működő átalakító üzemmódban.
2) urán-plutónium üzemanyag-ciklus. Üzemanyag ez a ciklus áll, a természetes vagy obednennogo0,2-0,3% kiegészített 235 U 239 Pu ekvivalens mennyiségben a megfelelő dúsítási 235 U. Ez a tüzelőanyag lehet használni, mint egy termikus reaktor és gyors reaktorok neutronokat. Alapanyag 238 is szolgál itt U.
3) A tórium-urán üzemanyagciklus. A hasadóanyag - 235 U vagy 233 U, nyers - 232 Th. Ipari méretekben főleg urán üzemanyag.
Az urán üzemanyag-ciklus
Tekintettel urán nukleáris üzemanyag-ciklus (NFC) - egy sor technológiai vállalkozások működését nukleáris iparban (elsősorban - az atomerőművek), beleértve kitermelése uránérc, gyártási urán koncentrátum (formájában urán oktooksida (III) U3 O8 vagy nátrium diuranátot Na2 U2 O7); átalakítása urán (urán-hexafluorid termelését UF6) és dúsítása 235 U; gyártása tüzelőanyag (urán fém-oxidok vagy urán nitridek, kerámia), fűtőelemek (FE), és a fűtőelemek (FA) nukleáris reaktorok; égő urán fűtőanyag atomreaktorok termelni villamos energiát és hőt (egyes esetekben - a termelés fegyverek plutónium vagy más hasadó nuklidok); feldolgozás (tárolás vagy ártalmatlanítás) a kiégett nukleáris fűtőelemek (SNF) üzemideje radioizotópok tudomány, az ipar, az orvostudomány, a szállítás (közlekedés) a radioaktív izotópok, a hulladékok újrahasznosítása, tárolása, ártalmatlanítása vagy transzmutáció (megsemmisítés) a radioaktív hulladékok, leszerelése atomreaktorok nukleáris leszerelését nukleáris tengeralattjárók és más tárgyak a nukleáris ipar, fertőtlenítő és visszanyerése területeken.
SNF
Tárolás a kiégett nukleáris fűtőelemek kezdetben végzett közvetlenül a reaktor fedelét. A kiégett üzemanyag ezt követően költözött külön raktárak „száraz tároló”, vagy mélyen fekvő tárolására.
gyakran kiszámításához használt szükséges mennyiségű üzemanyag:
. ahol G az éves kereslet a dúsított urán tonna / év, Nt - hőteljesítményű, a reaktor # 966; - reaktor terhelési tényezője, B - kiégés.
Tab.5 radiokémiai jellemzése urán izotópokat.
A fő érdeklődés a nukleáris hasadási energia 235 U. reakció ismert mintegy 100 különböző izotópok tömegszáma körülbelül 90 145, ami a hasadási 235 U. mag Három tipikus hasadási reakciót mag 235 U alakú:
Hasadási termékek 235 U lehetnek más izotópjait bárium, xenon, stroncium, rubídium, és így tovább. D.
Conversion → dúsítás → Visszaalakítás
A konverziós urán (urán konverzió) - Kémiai folyamat konvertáló uránt tartalmazó anyagot (főleg urán-oxid) az urán-hexafluorid UF6.
Mivel minden uránizotópok gyakorlatilag azonos kémiai tulajdonságok, arányának növelése a 235 U egy mintában függ különbség atomtömeg izotópok.
Módszerek izotópszétválasztás:
· Gáz-dinamikus (aerodinamikai szétválasztási)
Teljesítmény urándúsító üzem arányának növelése 235U képviselteti egység nevezett kiló szeparációsmunka munkaértékek (SWU) (szeparációsmunka Work Units - SWU). A vállalatok, ipari szintű teljesítmény berendezések, általában kezdve néhány száz vagy néhány ezer tonna SWU (MTERR) évente. (1 MTERR = 1000 EPP.) Egység elválasztó művelet - az összetett egység, amely egyaránt függ az aránya a 235 U, amely szeretné megkapni a dúsított áramból, és függ, hogy mennyi a 235 U a kiindulási anyag marad az adatfolyam szegényített adott izotópra .
P - az összeget a 235 kg U, W - száma kg szegényített urán. Np - százalékos gazdagodását 235 U, Nf - a százalékos természetes urán dúsítási (0,71%), Nw - szennyező anyag százaléka. Egy függvény V (x) = (2x-1) ln (x / (1-x))
EPP egység (SWU) lehet tekinteni, mint a költségek, amelyeket meg kell tenni, hogy elérjék a meghatározott dúsítást. Kevesebb, mint 235 U a kiindulási anyag kell hagyni a szegényített urán, annál nagyobb SWU eléréséhez szükséges a kívánt dúsítást.
Száma SWU feltéve fúvócső telepítés, ez függ a felhasznált energia a beállítás. A két leggyakoribb dúsítási technológia eddig lényegesen eltérnek az energiafogyasztást. A korszerű gáz diffúziós berendezések általában megkövetelik 2400-2500 kWh villamos per 1 SWU, mivel a gáz-generáló telepítés centrifuga fogyasztják csak 50-60 kW-óra elektromos per 1 EPP.
Annak érdekében, hogy a standard fény-víz atomreaktor teljesítménye 1000 MW villamos energia felhasználásával dúsított urán üzemanyagként van szükség, mert mintegy 100 000-120 000 térfogat urándúsítás az SWU évente.
Ezen kívül kilogramm SWU, van egy másik fontos paraméter - a tömege természetes urán, amely szükséges, hogy a kívánt tömegű dúsított urán. Ami az összeget SWU szükséges mennyiségű nyersanyag is függ a kívánt dúsítást, hanem a mennyisége 235 U, amely továbbra is a szegényített urán. A szükséges mennyiségű természetes urán csökken egy arányának csökkenése a 235U. amelyet meg kell hagyni a szegényített uránt.
Amikor LEU dúsítását könnyűvizes atomreaktor a dúsított áram, jellemzően 3,6% 235 U (szemben a 0,7% természetes urán), míg a sovány folyam tartalmazza 0,2-0,3 százalék 235 U. Készítésére egy kilogramm ezen Leu igényelnek 8 kilogramm természetes urán és 4,5 SWU megengedett, ha az arány a 235 U a urán-kimerített stream 0,3%. Másrészt, ha a sovány közvetítés lesz csupán 0,2% 235U, akkor szüksége van csak 6,7 kilogramm természetes urán, azonban - mintegy 5,7 SWU dúsítás.
Az egy kilogramm magasan dúsított urán, amelynek 90% 235 U, 193 igényelnek SWU és majdnem 219 kilogramm természetes urán, azzal a megkötéssel, hogy a szegényített urán marad 0,3% 235 U. Ha a megengedhető frakció 235 U a szegényített urán lesz 0, 2% igényel szinte 228 SWU és több mint 176 kiló természetes urán.
centrifugálási sebességet, ford / s.
Tab. 8 urándúsító üzem.
A módszer a gázdiffúziós.
Az alkalmazott eljárás gázdiffúziós dúsítási szinte minden kis és erősen dúsított uránt termelt az Egyesült Államokban. Ezt a módszert először alakult ki az 1940-es évek részeként a Manhattan Project, és részlegesen alkalmazzák az urándúsítás a bombát dobtak le Hirosimára.
Mind az öt ismert nukleáris tagországok szóló szerződés, az atomsorompó-a nukleáris fegyverek (NPT) egy adott időszakban üzembe gázdiffúziós üzem, de a mai napig ezek a tárgyak tovább működni csak az Egyesült Államokban és Franciaországban. A diffúziós folyamat feltölteni az urán, hogy gáz halmazállapotú, a nagyszámú porózus korlátok - rendkívül energiaigényes folyamat. Az a tény, hogy a két előzetesek obogatiteltnyh üzem az Egyesült Államokban fogyaszt mintegy 10% -át a termelt villamos energia az Egyesült Államokban.
Urán-hexafluorid UF6 gáz, és ezért vesznek részt a folyamatban a gáz diffúzió. A molekulák urán-hexafluoridot tartalmazó atomok 235 U, hogy egy kicsit könnyebb, mozog keresztül minden akadályt egy valamivel magasabb mértékű szétválasztását, mint azok, amelyek tartalmaznak atomjai 238 U.
A gáz minden egyes szakaszában áthalad a gátat után minden egyes ilyen szakaszban gáz, amely átmegy az alacsony nyomású oldalon a gát (vagyis áramlásirányú oldalon) van egy nagyobb százalékban 235 U, viszonyítva a mely az előző szakaszban. A különbség a tömegeket, és így felgyorsítja UF6 molekulák. tartalmazó 235 U és 238 U, az körülbelül egy százaiékos nagyságrendben. Ezért annak érdekében, hogy gazdagítsák a nagy ipari mennyiségű urándúsítás szükséges ezer lépés.
A gázdiffúziós üzem épült színpadon „kaszkád”, amely lehetővé teszi, hogy növeljük a dúsítási az előző lépésben, valamint a hatékonyabb szegényített uránt áram minden egyes szakaszában. Ahhoz, hogy megértsük a skála a termelés, akkor tudni kell, hogy abban az időben az építési gázdiffúziós üzem épült a korai 1940-es években a város Oak Ridge, Tennessee, USA, ez volt a legnagyobb ipari létesítmény a világon.
A legnehezebb feladat az építési gázdiffúziós üzem a termelés áteresztő akadályok, amelyek szükségesek a diffúzorok. Anyaga az ilyen akadályok kell lennie arra, hogy a magas szilárdságú és egységes pórus átmérője néhány éven belül az egység működését. Ez egy nagyon nehéz feladat, ha a gáz uránium-hexafluorid, amely egy erősen maró hatású tulajdonság. A vastagsága jellemző akadályok, csak 5 milliméter, és ezek nyílások csak 30-300-szor az átmérője egy uránatom.
Amellett, hogy a művelet során a növény igényel nagy mennyiségű villamos energia, gáz diffúziós gyárt kompresszor is generál egy csomó hő kell oszlatni. Az amerikai létesítmények, hőátadás révén valósul ózonkárosító-klórozott szénhidrogének (CFC-k), mint például a CFC-114 hűtő (freon-114). Termelés, import és CFC súlyosan korlátozott, 1987-ben a anyagokról szóló montreali jegyzőkönyv, hogy az ózonréteget lebontó (anyagokról szóló Montreali Jegyzőkönyv az ózonréteget lebontó Layer).