Yadro energetikasi quyidagilardan iborat katta miqdor turli maqsadlar uchun korxonalar. Bu sanoat uchun xomashyo uran konlaridan qazib olinadi. Keyin u yoqilg'i ishlab chiqarish korxonalariga etkazib beriladi.

Keyin yoqilg'i atom elektr stantsiyalariga olib boriladi va u erda reaktor yadrosiga kiradi. Yadro yoqilg'isi foydalanish muddati tugagach, u utilizatsiya qilinadi. Shunisi e'tiborga loyiqki, xavfli chiqindilar nafaqat yoqilg'ini qayta ishlashdan keyin, balki uran qazib olishdan tortib reaktorda ishlashgacha bo'lgan har qanday bosqichda ham paydo bo'ladi.

Yadro yoqilg'isi

Ikki turdagi yoqilg'i mavjud. Birinchisi, tabiiy kelib chiqishi bo'lgan shaxtalarda qazib olingan uran. U plutoniy hosil qila oladigan xom ashyoni o'z ichiga oladi. Ikkinchisi - sun'iy ravishda yaratilgan yoqilg'i (ikkilamchi).

Yadro yoqilg'isi kimyoviy tarkibiga ko'ra ham bo'linadi: metall, oksid, karbid, nitrid va aralash.

Uran qazib olish va yoqilg'i ishlab chiqarish

Uran qazib olishning katta ulushi bir necha mamlakatlardan to'g'ri keladi: Rossiya, Frantsiya, Avstraliya, AQSh, Kanada va Janubiy Afrika.

Uran atom elektr stantsiyalarida yoqilg'i uchun asosiy element hisoblanadi. Reaktorga kirish uchun u qayta ishlashning bir necha bosqichlaridan o'tadi. Ko'pincha uran konlari oltin va misning yonida joylashgan, shuning uchun uni qazib olish qimmatbaho metallarni qazib olish bilan amalga oshiriladi.

Uran zaharli modda bo'lib, uni qazib olish jarayonida paydo bo'ladigan gazlar saratonning turli shakllarini keltirib chiqaradiganligi sababli, konchilikda inson salomatligi katta xavf ostida. Garchi rudaning o'zi juda oz miqdordagi uranni o'z ichiga oladi - 0,1 dan 1 foizgacha. Uran konlari yaqinida yashovchi aholi ham katta xavf ostida.

Boyitilgan uran atom elektr stantsiyalari uchun asosiy yoqilg'i hisoblanadi, ammo undan foydalanishdan keyin ham qoladi katta soni radioaktiv chiqindilar. Barcha xavf-xatarlarga qaramay, uranni boyitish yadro yoqilg'isini yaratishning ajralmas jarayonidir.

Tabiiy ko'rinishida uranni deyarli hech qanday joyda ishlatib bo'lmaydi. Foydalanish uchun uni boyitish kerak. Boyitish uchun gaz sentrifugalaridan foydalaniladi.

Boyitilgan uran nafaqat atom energetikasida, balki qurol ishlab chiqarishda ham qo'llaniladi.

Transport

Yoqilg'i aylanishining har qanday bosqichida transport mavjud. Bu hamma tomonidan amalga oshiriladi foydalanish mumkin bo'lgan yo'llar: quruqlik, dengiz, havo orqali. Bu nafaqat atrof-muhit, balki odamlar uchun ham katta xavf va katta xavf.

Yadro yoqilg'isi yoki uning elementlarini tashish jarayonida ko'plab baxtsiz hodisalar ro'y beradi, natijada radioaktiv elementlar ajralib chiqadi. Bu xavfli deb hisoblanishining ko'plab sabablaridan biridir.

Reaktorlarni ishdan chiqarish

Reaktorlarning hech biri demontaj qilinmagan. Hatto mash'um Chernobil Hammasi shundaki, mutaxassislarning fikriga ko'ra, demontaj qiymati yangi reaktorni qurish narxiga teng yoki hatto undan ham oshib ketadi. Ammo qancha pul kerakligini hech kim aniq ayta olmaydi: xarajat tadqiqot uchun kichik stansiyalarni demontaj qilish tajribasi asosida hisoblab chiqilgan. Mutaxassislar ikkita variantni taklif qilishadi:

1. Reaktorlarni va ishlatilgan yadro yoqilg'isini omborlarga joylashtiring.
2. Ishdan chiqarilgan reaktorlar ustida sarkofagilar qurish.

Kelgusi o'n yil ichida dunyo bo'ylab 350 ga yaqin reaktor o'z muddatini tugatadi va ular ishdan chiqarilishi kerak. Ammo xavfsizlik va narx jihatidan eng mos usul ixtiro qilinmaganligi sababli, bu masala hali ham hal qilinmoqda.

Hozirda dunyoda 436 ta reaktor ishlamoqda. Albatta, bu energiya tizimiga katta hissa qo'shadi, lekin bu juda xavflidir. Tadqiqotlar shuni ko‘rsatadiki, 15-20 yildan keyin atom elektr stansiyalari o‘rnini shamol energiyasi va quyosh panellari bilan ishlaydigan stansiyalar egallashi mumkin.

Yadro chiqindilari

Atom elektr stantsiyalari faoliyati natijasida juda katta miqdordagi yadro chiqindilari hosil bo'ladi. Yadro yoqilg'isini qayta ishlash ham xavfli chiqindilarni qoldiradi. Biroq, hech bir davlat muammoga yechim topmadi.

Bugungi kunda yadro chiqindilari vaqtincha saqlash omborlarida, suv havzalarida yoki sayoz er ostiga ko'milgan.

Eng xavfsiz usul - bu maxsus saqlash joylarida saqlash, ammo boshqa usullarda bo'lgani kabi, bu erda ham radiatsiya oqishi mumkin.

Aslida, yadroviy chiqindilar ma'lum qiymatga ega, ammo uni saqlash qoidalariga qat'iy rioya qilishni talab qiladi. Va bu eng dolzarb muammo.

Muhim omil - bu chiqindilar xavfli bo'lgan vaqt. Har birining o'ziga xos parchalanish davri bor, bu davrda u zaharli bo'ladi.

Yadro chiqindilarining turlari

Har qanday atom elektr stantsiyasining ishlashi davomida uning chiqindilari atrof-muhitga kiradi. Bu turbinalar va gazsimon chiqindilarni sovutish uchun suv.

Yadro chiqindilari uch toifaga bo'linadi:

1. Past darajadagi - atom elektr stansiyasi xodimlarining kiyimlari, laboratoriya jihozlari. Bunday chiqindilar tibbiyot muassasalari va ilmiy laboratoriyalardan ham kelib chiqishi mumkin. Ular katta xavf tug'dirmaydi, lekin xavfsizlik choralariga rioya qilishni talab qiladi.
2. O'rta daraja - yoqilg'i tashiladigan metall konteynerlar. Ularning radiatsiya darajasi ancha yuqori va ularga yaqin bo'lganlar himoyalangan bo'lishi kerak.
3. Yuqori darajada sarflangan yadro yoqilg'isi va uni qayta ishlash mahsulotlari. Radioaktivlik darajasi tez pasayib bormoqda. Yuqori darajadagi chiqindilar juda kichik, taxminan 3 foizni tashkil etadi, ammo u barcha radioaktivlikning 95 foizini o'z ichiga oladi.

Uran yoki plutoniyga asoslangan yadro yoqilg'isining hayot aylanishi tog'-kon korxonalarida, kimyo zavodlarida, gaz sentrifugalarida boshlanadi va yonilg'i yig'ini reaktordan tushirilganda tugamaydi, chunki har bir yoqilg'i majmuasi uzoq yo'lni bosib o'tishi kerak. utilizatsiya qilish va keyin qayta ishlash.

Yadro yoqilg'isi uchun xom ashyo qazib olish

Uran er yuzidagi eng og'ir metaldir. Yerdagi uranning 99,4% ni uran-238 va atigi 0,6% uran-235 tashkil qiladi. Atom energiyasi bo‘yicha Xalqaro agentlikning Qizil kitobiga kiritilgan hisoboti ko‘pchilikni atom energetikasi istiqbollari haqida o‘ylantirib qo‘ygan Fukusimadagi AESdagi avariyaga qaramasdan uran ishlab chiqarish va unga talab ortib borayotganini ko‘rsatadi. So'nggi bir necha yil ichida tasdiqlangan uran zaxiralari 7 foizga oshdi, bu yangi konlarning ochilishi bilan bog'liq. Eng yirik ishlab chiqaruvchilar Qozog'iston, Kanada va Avstraliya bo'lib qolmoqda, ular dunyodagi uranning 63% gacha qazib olishadi. Bundan tashqari, metall zaxiralari Avstraliya, Braziliya, Xitoy, Malavi, Rossiya, Niger, AQSh, Ukraina, Xitoy va boshqa mamlakatlarda mavjud. Avvalroq Pronedra 2016 yilda Rossiya Federatsiyasida 7,9 ming tonna uran qazib olingani haqida yozgan edi.

Bugungi kunda uran uch xil usulda qazib olinadi. Ochiq usul o'z ahamiyatini yo'qotmaydi. U konlar er yuzasiga yaqin bo'lgan hollarda qo'llaniladi. Ochiq usulda buldozerlar karer yaratadi, so'ngra aralashmalari bo'lgan ruda qayta ishlash majmualariga tashish uchun samosvallarga yuklanadi.

Ko'pincha ruda tanasi katta chuqurlikda yotadi, bu holda er osti qazib olish usuli qo'llaniladi. Ikki kilometr chuqurlikda shaxta qaziladi, tosh gorizontal burg'ulash orqali qazib olinadi va yuk liftlarida yuqoriga ko'tariladi.

Shu tarzda yuqoriga ko'tarilgan aralashmada ko'plab komponentlar mavjud. Tosh ezilgan, suv bilan suyultirilishi va ortiqcha qismini olib tashlash kerak. Keyinchalik, yuvish jarayonini amalga oshirish uchun aralashmaga sulfat kislota qo'shiladi. Ushbu reaksiya davomida kimyogarlar uran tuzlarining sariq cho'kmasini oladilar. Nihoyat, uran aralashmalari bilan tozalash zavodida tozalanadi. Shundan keyingina uran oksidi ishlab chiqariladi va u birjada sotiladi.

Quduqni in situ yuvish (ISL) deb ataladigan ancha xavfsiz, ekologik toza va tejamkor usul mavjud.

Ushbu qazib olish usuli bilan hudud xodimlar uchun xavfsiz bo'lib qoladi va radiatsiyaviy fon yirik shaharlardagi fonga mos keladi. Yuvish yordamida uranni qazib olish uchun olti burchakli burchaklarda 6 ta teshik ochish kerak. Bu quduqlar orqali sulfat kislota uran konlariga quyiladi va uning tuzlari bilan aralashtiriladi. Ushbu eritma chiqariladi, ya'ni olti burchakli markazdagi quduq orqali pompalanadi. Uran tuzlarining kerakli konsentratsiyasiga erishish uchun aralashma bir necha marta sorbsiya ustunlaridan o'tkaziladi.

Yadro yoqilg'isi ishlab chiqarish

Yadro yoqilg‘isini ishlab chiqarishni boyitilgan uran olish uchun ishlatiladigan gaz sentrifugalarisiz tasavvur qilib bo‘lmaydi. Kerakli konsentratsiyaga erishgandan so'ng, uran dioksidi planshetlar deb ataladigan joyga bosiladi. Ular pechlarda yoqish paytida olib tashlanadigan moylash materiallari yordamida yaratiladi. Otish harorati 1000 darajaga etadi. Shundan so'ng, planshetlar belgilangan talablarga javob berishlari uchun tekshiriladi. Sirt sifati, namlik, kislorod va uran nisbati muhim ahamiyatga ega.

Shu bilan birga, boshqa ustaxonada yoqilg'i elementlari uchun quvurli qobiqlar tayyorlanmoqda. Yuqoridagi jarayonlar, jumladan, tabletkalarni keyinchalik dozalash va qobiqli naychalarga qadoqlash, muhrlash, zararsizlantirish yoqilg'i ishlab chiqarish deb ataladi. Rossiyada yoqilg'i agregatlarini (FA) yaratish Moskva viloyatidagi Mashinostroitelny zavodi, Novosibirskdagi Novosibirsk kimyoviy konsentratlar zavodi, Moskva polimetal zavodi va boshqalar tomonidan amalga oshiriladi.

Yoqilg'i agregatlarining har bir partiyasi ma'lum turdagi reaktor uchun yaratilgan. Evropa yonilg'i agregatlari kvadrat shaklida ishlab chiqariladi, ruscha esa olti burchakli kesimga ega. Rossiya Federatsiyasida VVER-440 va VVER-1000 tipidagi reaktorlar keng qo'llaniladi. VVER-440 uchun birinchi yoqilg'i elementlari 1963 yilda, VVER-1000 uchun esa 1978 yilda ishlab chiqila boshlandi. Rossiyada Fukusima-dan keyingi xavfsizlik texnologiyalariga ega yangi reaktorlar faol joriy etilayotganiga qaramay, butun mamlakat bo'ylab va chet elda ko'plab eski turdagi yadro qurilmalari ishlamoqda, shuning uchun yoqilg'i yig'malari bir xil darajada dolzarb bo'lib qolmoqda. turli xil turlari reaktorlar.

Masalan, RBMK-1000 reaktorining bitta yadrosini yonilg'i yig'malari bilan ta'minlash uchun tsirkoniy qotishmalaridan tayyorlangan 200 mingdan ortiq komponentlar, shuningdek, 14 million sinterlangan uran dioksidi granulalari kerak bo'ladi. Ba'zida yonilg'i majmuasini ishlab chiqarish qiymati elementlar tarkibidagi yoqilg'i narxidan oshib ketishi mumkin, shuning uchun uranning kilogrammiga yuqori energiya samaradorligini ta'minlash juda muhimdir.

uchun xarajatlar ishlab chiqarish jarayonlari V %

Alohida-alohida, tadqiqot reaktorlari uchun yonilg'i yig'ishlarini eslatib o'tish kerak. Ular neytron hosil bo'lish jarayonini kuzatish va o'rganish imkon qadar qulay bo'ladigan tarzda yaratilgan. Yadro fizikasi, izotop ishlab chiqarish va radiatsiya tibbiyoti sohalarida tajribalar uchun bunday yonilg'i tayoqchalari Rossiyada Novosibirsk kimyoviy konsentratlar zavodida ishlab chiqariladi. FAlar uran va alyuminiy bilan choksiz elementlar asosida yaratilgan.

Rossiya Federatsiyasida yadro yoqilg'isini ishlab chiqarish TVEL (Rosatom bo'linmasi) yoqilg'i kompaniyasi tomonidan amalga oshiriladi. Kompaniya xomashyoni boyitish, yonilg'i elementlarini yig'ish bilan shug'ullanadi, shuningdek, yoqilg'ini litsenziyalash xizmatlarini ko'rsatadi. Vladimir viloyatidagi "Kovrov mexanika zavodi" va "Ural gaz sentrifuga zavodi" Sverdlovsk viloyati rus yoqilg'i yig'inlari uchun uskunalar yaratish.

Yoqilg'i tayoqchalarini tashish xususiyatlari

Tabiiy uran past darajadagi radioaktivlik bilan ajralib turadi, ammo yoqilg'i yig'malarini ishlab chiqarishdan oldin metall boyitish jarayonidan o'tadi. Tabiiy ruda tarkibidagi uran-235 ning miqdori 0,7% dan oshmaydi, radioaktivligi esa 1 milligramm uran uchun 25 bekkerelni tashkil qiladi.

Yoqilg'i yig'malariga joylashtirilgan uran granulalarida uran-235 konsentratsiyasi 5% bo'lgan uran mavjud. Yadro yoqilg'isi bilan tayyor yoqilg'i yig'indilari maxsus transportda tashiladi metall idishlar yuqori quvvat. Tashish uchun temir yo'l, avtomobil, dengiz va hatto havo transportidan foydalaniladi. Har bir konteyner ikkita yig'ilishni o'z ichiga oladi. Nurlanmagan (yangi) yoqilg'ini tashish radiatsiyaviy xavf tug'dirmaydi, chunki radiatsiya presslangan uran granulalari joylashtirilgan tsirkonyum naychalaridan tashqariga chiqmaydi.

Yoqilg'i jo'natish uchun maxsus marshrut ishlab chiqilgan, yuk ishlab chiqaruvchidan yoki buyurtmachidan (ko'pincha) xavfsizlik xodimlari hamrohligida tashiladi, bu birinchi navbatda uskunaning qimmatligi bilan bog'liq. Yadro yoqilg'isini ishlab chiqarishning butun tarixida radiatsiyaviy fonga ta'sir qiladigan yonilg'i yig'malari bilan bog'liq biron bir transport hodisasi qayd etilmagan. muhit yoki qurbonlarga olib kelgan.

Reaktor yadrosida yoqilg'i

Yadro yoqilg'isi birligi - TVEL uzoq vaqt davomida juda katta miqdordagi energiyani chiqarishga qodir. Ko'mir ham, gaz ham bunday hajmlar bilan taqqoslana olmaydi. Har qanday atom elektr stantsiyasida yoqilg'ining ishlash davri yoqilg'i yig'ish omborida yangi yoqilg'ini tushirish, olib tashlash va saqlash bilan boshlanadi. Reaktordagi yoqilg'ining oldingi partiyasi yonib ketganda, xodimlar yadroga (parchalanish reaktsiyasi sodir bo'ladigan reaktorning ish maydoni) yuklash uchun yonilg'i agregatlarini yig'adilar. Qoida tariqasida, yoqilg'i qisman qayta yuklanadi.

To'liq yoqilg'i yadroga faqat reaktor birinchi marta ishga tushirilganda qo'shiladi. Buning sababi, reaktordagi yonilg'i novdalarining notekis yonishi, chunki neytron oqimi reaktorning turli zonalarida intensivlikda o'zgarib turadi. Hisoblagichlar tufayli stansiya xodimlari real vaqt rejimida yoqilg'ining har bir birligining yonish darajasini kuzatish va almashtirishni amalga oshirish imkoniyatiga ega. Ba'zan, yangi yonilg'i agregatlarini yuklash o'rniga, yig'ilishlar o'zaro ko'chiriladi. Faol zonaning markazida charchash eng qizg'in sodir bo'ladi.

Atom elektr stantsiyasidan keyin FA

Yadro reaktorida sarflangan uran nurlangan yoki yondirilgan deb ataladi. Va bunday yoqilg'i agregatlari ishlatilgan yadro yoqilg'isi sifatida ishlatiladi. SNF radioaktiv chiqindilardan alohida joylashtirilgan, chunki u kamida ikkita foydali komponentga ega - yonmagan uran (metallning kuyish chuqurligi hech qachon 100% ga etmaydi) va transuran radionuklidlari.

IN Yaqinda fiziklar ishlab chiqarilgan yadro yoqilg'isida to'plangan radioaktiv izotoplardan sanoat va tibbiyotda foydalana boshladilar. Yoqilg'i o'z kampaniyasini tugatgandan so'ng (nominal quvvatda ish sharoitida yig'ish reaktor yadrosida bo'lgan vaqt) u sovutish hovuziga, so'ngra to'g'ridan-to'g'ri reaktor bo'linmasida saqlashga, keyin esa qayta ishlash yoki utilizatsiya qilish uchun yuboriladi. Sovutish havzasi issiqlikni olib tashlash va ionlashtiruvchi nurlanishdan himoya qilish uchun mo'ljallangan, chunki yonilg'i agregati reaktordan chiqarilgandan keyin xavfli bo'lib qoladi.

AQSh, Kanada yoki Shvetsiyada ishlatilgan yoqilg'i qayta ishlashga yuborilmaydi. Boshqa davlatlar, jumladan, Rossiya ham yopiq yoqilg'i aylanishi ustida ishlamoqda. Bu yadro yoqilg'isini ishlab chiqarish xarajatlarini sezilarli darajada kamaytirishga imkon beradi, chunki ishlatilgan yoqilg'ining bir qismi qayta ishlatiladi.

Yoqilg'i tayoqchalari kislotada eritiladi, shundan so'ng tadqiqotchilar plutoniy va foydalanilmagan uranni chiqindilardan ajratib olishadi. Xom ashyoning taxminan 3 foizini qayta ishlatish mumkin emas; bular bitumizatsiya yoki vitrifikatsiya jarayonlaridan o'tadigan yuqori darajadagi chiqindilar.

1% plutoniyni ishlatilgan yadro yoqilg'isidan olish mumkin. Ushbu metallni boyitish kerak emas, Rossiya uni innovatsion MOX yoqilg'isini ishlab chiqarish jarayonida qo'llaydi. Yopiq yonilg'i aylanishi bitta yoqilg'i yig'inini taxminan 3% arzonlashtirishga imkon beradi, ammo bu texnologiya sanoat ob'ektlarini qurish uchun katta investitsiyalarni talab qiladi, shuning uchun u hali dunyoda keng tarqalmagan. Biroq, Rosatom yoqilg'i kompaniyasi bu yo'nalishdagi tadqiqotlarni to'xtatmaydi. Pronedra buni yaqinda yozgan Rossiya Federatsiyasi Reaktor yadrosidagi amerisiy, kuriy va neptuniy izotoplarini qayta ishlashga qodir yoqilg'i ustida ishlamoqda, ular yuqori radioaktiv chiqindilarning bir xil 3 foiziga kiradi.

Yadro yoqilg'isi ishlab chiqaruvchilari: reyting

1. Frantsiyaning Areva kompaniyasi yaqin vaqtgacha yoqilg'i yig'ishlari uchun jahon bozorining 31 foizini ta'minlagan. Kompaniya yadro yoqilg'isi ishlab chiqaradi va atom elektr stansiyalari uchun butlovchi qismlarni yig'adi. 2017 yilda Areva sifatli ta'mirlandi, kompaniyaga yangi investorlar keldi va 2015 yildagi ulkan yo'qotish 3 barobarga kamaydi.
2. Westinghouse - Yaponiyaning Toshiba kompaniyasining Amerika bo'linmasi. U Sharqiy Yevropa bozorini faol rivojlantirmoqda, Ukraina atom elektr stansiyalariga yonilg'i yig'indilarini yetkazib bermoqda. Toshiba bilan birgalikda u global yadro yoqilg'isi ishlab chiqarish bozorining 26 foizini ta'minlaydi.
3. Rosatom davlat korporatsiyasining TVEL yoqilg'i kompaniyasi (Rossiya) uchinchi o'rinda. TVEL jahon bozorining 17 foizini ta'minlaydi, 30 milliard dollarlik o'n yillik shartnoma portfeliga ega va 70 dan ortiq reaktorni yoqilg'i bilan ta'minlaydi. TVEL VVER reaktorlari uchun yoqilg'i yig'malarini ishlab chiqadi, shuningdek, G'arbiy dizayndagi atom stansiyalari bozoriga kiradi.
4. Japan Nuclear Fuel Limited, so'nggi ma'lumotlarga ko'ra, jahon bozorining 16 foizini ta'minlaydi va Yaponiyaning o'zida ko'pgina yadroviy reaktorlarga yoqilg'i yig'indilarini etkazib beradi.
5. Mitsubishi Heavy Industries - Yaponiya giganti bo'lib, u turbinalar, tankerlar, konditsionerlar va yaqinda G'arb tipidagi reaktorlar uchun yadro yoqilg'isini ishlab chiqaradi. Mitsubishi Heavy Industries (bosh kompaniyaning bo'linmasi) APWR yadro reaktorlarini qurish bilan shug'ullanadi, tadqiqot faoliyati Areva bilan birgalikda. Ushbu kompaniya Yaponiya hukumati tomonidan yangi reaktorlarni ishlab chiqish uchun tanlangan.

Zamonaviy avtomobil 72 oktanli benzinda ishlashi mumkin - ammo bu qayg'uli va sekin yurish bo'ladi. Atom elektr stantsiyasi 50 yil oldin ishlab chiqilgan yoqilg'ida ishlashga qodir - ammo u foydasiz rejimda ishlaydi, reaktor o'z dizaynerlari tomonidan kiritilgan yangi imkoniyatlarni amalga oshira olmaydi. Birinchi atom elektr stansiyasi yaratilganidan beri yadro olimlari doimiy ravishda ishlamoqda qiyin ish yadro yoqilg'isi sifatini oshirish, foydani oshirish yadro energiyasi.

Biz hammamiz atom elektr stansiyalari qanday ko'rinishga ega ekanligini ko'rdik va allaqachon o'rganib qolganmiz - ramzlardan biri hisoblanishi mumkin bo'lgan va kerak bo'lgan ulkan inshootlar. zamonaviy bosqich insoniyat tsivilizatsiyasining rivojlanishi. Katta turbinalar, ularning aylanadigan rotori juda katta kuch yaratadi elektr toki, reaktor yadrosi orqali yuqori bosim ostida suvni haydab chiqaradigan kuchli nasoslar, bardoshli reaktor idishlari, zilzilaga bardosh beradigan qo'shimcha muhrlangan qobiqlar va ularning ustiga tushgan samolyotlar. Birlamchi va ikkilamchi kontaktlarning zanglashiga olib keladigan quvurlari, ikkilamchi kontaktlarning zanglashiga olib keladigan suvi sovib turadigan ulkan sovutish minoralari - bu erda hamma narsa katta, ba'zan ulkan. Ammo har qanday yadroviy reaktorning yuragi juda kichkina, chunki boshqariladigan yadroviy bo'linish reaktsiyasi 235 izotopi bilan boyitilgan uranni o'z ichiga olgan juda kichik yoqilg'i pelletlari ichida sodir bo'ladi. Aynan shu erda, kichik planshetlarda, eng muhim narsa sodir bo'ladi - juda katta miqdordagi issiqlik ajralib chiqadi, undan foydali foydalanish uchun atom elektr stantsiyalarida ko'rgan hamma narsa yaratilgan. Bularning barchasi ishlab chiqarish va ishlatishda katta kuch talab qiladigan katta va chiroyli, murakkab uskunalar - yoqilg'i granulalari uchun shunchaki "xizmat".

Formulalarsiz yadro energiyasi

Atom elektr stantsiyasidan yadro yoqilg'isi nima ekanligi haqida gapirish juda qiyin - oddiy holatlarda tavsif ko'p darajali matematik formulalar, atom fizikasi va boshqa kvant mexanikasini talab qiladi. Keling, yadro olimlarimiz uranni qanday qilib o'zlashtirganini va uni bizga zarur bo'lgan energiyaning ishonchli manbaiga aylantirganini tushunish uchun bularning barchasisiz qilishga harakat qilaylik. elektr energiyasi. Bizningcha, buning uchun mantiq va oddiy kundalik sog'lom fikr etarli bo'ladi va Boshlanish nuqtasi bo'linish zanjiri reaktsiyasining maktab tavsifi bo'ladi. Esingizdami?

"Neytron uran yadrosiga urilib, undan bir vaqtning o'zida ikkita neytronni chiqarib tashlaydi, endi ular bir vaqtning o'zida bir nechta yadroga urilib, to'rtta yadroni uradi ..."

Yadro zanjiri reaktsiyasi

Matematik nuqtai nazardan, neytronlarni ko'paytirish koeffitsienti ikkiga teng bo'lsa, boshqariladigan zanjir reaktsiyasi mumkin emas. Erkin neytronlar soni va uran yadrolarining parchalanish hodisalari shunchalik ko'payib bormoqdaki, faqat bitta natija bo'lishi mumkin - atom portlashi. Reaktsiya muammosiz davom etishi, uni boshqarish va tartibga solish uchun 1,02 ko'payish koeffitsientiga erishish kerak - yuzta erkin "boshlang'ich" neytron "ikkinchi" ning 102 erkin neytronining paydo bo'lishiga olib kelishi kerak. avlod”, qolganlarning hammasini yo'q qilish, so'rish, zararsizlantirish kerak - bu jarayonni xohlaganingizcha chaqiring, lekin bu sodir bo'lishi kerak. Ushbu chegaraviy qiymat nazariy jihatdan hisoblab chiqilgan, buning uchun olimlarimizga alohida "rahmat" aytiladi. Ular ko'payish koeffitsientining birdan oshishi uchun izotop-235 ning tabiiy tarkibi etarli emasligini aniqladilar. Boshqacha qilib aytadigan bo'lsak, agar biz bo'linish reaktsiyasi davom etishini xohlasak, biz ushbu izotopning tarkibini 3-4% ga, ya'ni ona tabiat bizga berganidan 5-6 baravar ko'proq oshirishni o'rganishimiz kerak. Nazariychilar hisob-kitoblarni amalga oshirdilar, ammo amaliy muhandislar qolgan ishni bajarishdi, reaktor yadrosida ortiqcha neytronlarni o'zlashtiradigan materiallardan foydalanish usullarini o'ylab topishdi va "neytron neytralizatorlar" ni ixtiro qilishdi.

Kimyo - bu hayot

Uran izotop-235 tarkibi asosida qanday boyitiladi, Analytical onlayn jurnali Geoenergetics.ru Men sizga birinchi navbatda uranni gazga, uran ftoridiga aylantirish kerakligini, so'ngra og'ir atomlarni "o'tdan tozalash" uchun gaz sentrifugalaridan foydalanish kerakligini aytdim, buning natijasida engil atomlar soni ko'payadi (uranning asosiy izotopining yadrosi). 238 ta proton va neytronni o'z ichiga oladi, bunday atomning og'irligi uran-235 atomidan uch atom birligiga kattaroqdir). Ajoyib - ftorid uran-235 ga boy bo'ldi, hammasi yaxshi. Va keyin - nima va qanday? Yadro yoqilg'isining atom elektr stantsiyasi reaktorlariga kirish yo'li g'amxo'r kimyogarlarning qo'llarida boshlanadi. muhim ish- ular gazni qattiq moddaga va yadro olimlari "buyurtma qilgan" turga aylantiradilar. Yadro energiyasini hayratlanarli qiladigan narsa shundaki, u faqat atom fizikasi bilan cheklanib qolmaydi, u bir vaqtning o'zida o'nlab ilmiy fanlardan foydalanadi, jumladan Rosatom Kimyogarlar, materialshunoslar, metallurglar va boshqa ko'plab mutaxassislar uchun har doim joy bor.

Va fiziklar kimyogarlarga uran dioksidini "buyurmoqda" - bu bitta uran atomi va ikkita kislorod atomini o'z ichiga olgan molekulalar kukuni. Nega u? Ha, bu molekulalarning ko'pgina xususiyatlari og'riqli darajada yaxshi. Uran dioksidining erish nuqtasi 2840 daraja, uni eritish juda qiyin, yadro energetikasi tarixida yadro yoqilg'isining erishi bilan bog'liq faqat uchta avariya sodir bo'lgan. Uran dioksidi gazning shishishi deb ataladigan narsaga juda sezgir emas - bu qiziqarli hodisa, ammo yadroviy energiya uchun zararli. Reaktor yadrosida sodir bo'layotgan voqealar o'rta asr alkimyogarlari orzusining timsolidir, ba'zilarining o'zgarishlari u erda sodir bo'ladi. kimyoviy elementlar boshqalarda, ulardan butunlay farq qiladi. Uran-235 yadrosiga tushgan erkin neytron nafaqat undan qo'shimcha erkin neytronlarni urib yuboradi, balki yadroning o'zini turli qismlarga bo'linishiga olib keladi. Aynan qanday bo'linish sodir bo'lishi va qanday yangi yadrolarning paydo bo'lishi tasodifiy masala, ammo statistika shuni ko'rsatadiki, boshqa bo'linish bo'laklari orasida gazlar ham bor. Ular yonilg'i pelletida to'planib, gazlar kerak bo'lganda o'zini tutishadi - ular iloji boricha ko'proq hajmni egallashga harakat qilishadi, yoqilg'i pelletini tom ma'noda yirtib tashlashga harakat qilishadi. Qabul qiling, bunda hech qanday foydali narsa yo'q - uran atomlari yadrolaridagi barcha energiyani bizga o'tkazish uchun u yadroda iloji boricha uzoq vaqt qolishi uchun yoqilg'i pelleti buzilmagan va sog'lom bo'lishi kerak. Shunday qilib, faqat qattiq, faqat uran dioksidi - bu yuqori haroratlardan foydalanishga imkon beradi, bu atom elektr stantsiyasining samaradorligini oshiradi, yoqilg'ining yonishini oshirishga imkon beradi.

"Yadro yoqilg'isining yonishi" - bu mutlaqo ilmiy va texnik atama, ammo bu nima ekanligini tushunish uchun eng yuqori jismoniy ta'lim-tarbiya talab qilinmaydi. Yoqilg'i yonishi - neytronlar ta'sirida yadroviy transformatsiyaga uchragan uran yadrolarining ulushi. Foiz sifatida ifodalanganda, foiz qanchalik yuqori bo'lsa, biz kerakli maqsadlarda foydalana oladigan uran yadrolari soni shunchalik ko'p bo'lib, ulardan elektr energiyasi ishlab chiqarish uchun foydalanilgan issiqlikni oladi. Shunday qilib, yoqilg'ining yonishi atom elektr stantsiyasining asosiy iqtisodiy parametrlaridan biridir. Agar biz yadroga 100 kilogramm uran-235 qo'ygan bo'lsak va yonilg'i kampaniyasi oxirida undan 99 kilogrammni olib tashlagan bo'lsak - yadro, reaktor va atom elektr stantsiyasining bunday dizayni foydasizdir. Ammo yadrodan olib tashlangan yonilg'i pelletida uran-235 qolmaganligi aniqlansa, dizaynerlar yaxshi ish qilishdi va ularning har biriga zudlik bilan berish vaqti keldi. Nobel mukofoti, yaxshiroq - ikkita.

Aslida, 100% charchash darajasiga erishish mumkin emas, lekin bu ular buning uchun kurashmayotganligini anglatmaydi - har bir foiz uchun jiddiy janglar mavjud. Yonish chuqurligi qanchalik katta bo'lsa, hosil bo'lgan elektr energiyasining narxi shunchalik past bo'ladi va uglevodorodlarning yonishiga asoslangan energiya bilan raqobat bekor qilinmadi. Bundan tashqari, planshet qanchalik uzoq "yonadi" bo'lsa, reaktor yonilg'ini to'ldirishga kamroq ehtiyoj sezadi. VVER (suv bilan sovutilgan suv bilan sovutilgan quvvatli reaktor) dizayni shundayki, reaktor to'liq to'xtatilganda va sovutilganda yoqilg'i o'zgartiriladi - bu xavfsizroq. Bunday to'xtashlar qancha kam bo'lsa, o'rnatilgan quvvatdan foydalanish koeffitsienti shunchalik yuqori bo'ladi; quvvat koeffitsienti atom elektr stantsiyasining ikkinchi muhim iqtisodiy ko'rsatkichidir. Changyutgichingizning texnik ma'lumotlar varag'ida uning quvvati ko'rsatilgan - aytaylik, 1200 Vt. Ammo siz 1200 vatt olasiz, agar changyutgich roppa-rosa bir soat ishlasa, yarim soatlik ish rejimida - yarim soatda "belingizni bir narsa ushlab oldi" siz bor-yo'g'i 600 vatt yoki boshqacha qilib aytganda, quvvatga ega bo'lasiz. changyutgich faqat 50% bo'ladi. Yoqilg'i kuyishida bo'lgani kabi, ezgu maqsad 100% va yana, har bir foiz muhim, chunki atom reaktorining iqtisodiyoti issiqlik elektr stantsiyasi va hatto gidroelektr stantsiyasining iqtisodiyotidan ko'ra foydaliroq bo'lishi kerak. .

Ko'rinib turibdiki, qanday qilib yoqilg'i umuman talab qilmaydigan, faqat oqayotgan suv energiyasi sarflanadigan GESdan ko'ra foydaliroq iqtisodiy natijalarni ko'rsatish mumkin? Ha, bu juda oddiy - suv gidravlikalarga kuniga 24 soat, yiliga 365 kun tushmaydi, buning uchun suv omborida juda aniq hajmdagi suv kerak bo'ladi. Bu hajmga yetguncha GES “dam oladi” va bunday pauzalar haqida hech narsa bilmaydigan atom elektr stansiyasi raqibini quvib yetib olishga ulguradi. Bu erda qisqacha xulosa - har qanday atom elektr stantsiyasining samaradorligi, yonishi va quvvat koeffitsienti yonilg'i pelleti va uning materialiga juda bog'liq. Uran ftorid gazini uran dioksidi kukuniga aylantirayotgan kimyogar, esda tuting - atom energiyasining kelajagi sizning mahoratingizga bog'liq!

Yoqilg'i planshetlari - bosqichma-bosqich

Tushuntirish oddiy so'zlar bilan siz ko'p ish qilishingiz mumkin, ammo kimyogarlarning ishini tasvirlash uchun bunday mashqni bajarish "umuman" so'zidan mumkin emas, shuning uchun tayyorlaning. Uran ftorid gazi birinchi navbatda suvli eritmadan o'tkazilib, uranilftorid olinadi, u ammiak va karbonat kislotaning kislota qoldig'i bilan aralashtiriladi. Natijada ammoniy uranil karbonat bo'lib, u cho'kadi - urushning yarmi allaqachon tugagan deb hisoblang, bizda gazsimon emas, hech bo'lmaganda qattiq narsa bor. Suspenziya filtrdan o'tkaziladi, yuviladi va suyuq qatlamli pechga yuboriladi, u erda yuqori harorat tufayli barcha keraksiz aralashmalar parchalanadi va uran trioksid kukunining quruq qoldig'i qoladi (bu molekulada uranning har 1 atomiga uchtasi to'g'ri keladi). kislorod atomlari). Bo'ldi, endi u deyarli bizniki!

Yuqori haroratli pirogidroliz yordamida uran dioksidi kukunini ishlab chiqarish maydoni

Harorat yana yuqori - 500 daraja, lekin bu safar qo'shimcha kislorod atomini egallagan vodorodning o'tishi bilan va kimyogarlar xotirjamlik bilan tushlik tanaffusiga chiqishadi, bu esa fiziklarga o'zlari orzu qilgan uran dioksidini olishga imkon beradi. Biroq, ular erta xursand bo'lishadi - ular darhol cho'zilgan qo'llariga uriladi ... metallurglar, chunki yoqilg'i planshetlari chang metallurgiyasi tomonidan ishlab chiqariladi. Kimyogarlarning ishi natijasida hosil bo'lgan kukun maydalanadi, elakdan o'tkaziladi va nozik kukun olinadi - deyarli chang darajasiga qadar eziladi. Bog'lovchi va moylash materiallari qo'shilgandan so'ng, keraksiz aralashmalarni olib tashlash uchun planshetlar bosiladi va yana tavlanadi. Shundan so'ng, harorat 1750 darajaga ko'tariladi, planshetlar zichroq, og'irroq bo'ladi - endi ularni mexanik usullar yordamida qayta ishlash mumkin. Silindrsimon maydalagich kerakli o'lchamlarni olish uchun ishga tushadi - bu hammasi.

Uran granulalarini ishlab chiqarish maydoni

Yo'q, "hammasi" emas, chunki shundan so'ng darhol inspektorlar geometrik o'lchamlarni, sirt sifatini, namlikni, kislorod va uran atomlarining nisbatlarini tekshirish uchun ustaxonaga kelishadi. E'tibor bering, uran-235 va uran-238 atomlarining nisbatlarini tekshirish shart emas - kimyogarlar qanday manipulyatsiya qilishmasin, ularning harakatlari atom yadrolarining tarkibiga ta'sir qilmaydi. Bu barcha ishlarning natijasi og'irligi atigi 4,5 gramm bo'lgan yoqilg'i planshetlaridir, ammo bu mayda granulalar 360 kubometrda 400 kg ko'mir bilan bir xil energiyani o'z ichiga oladi. tabiiy gaz yoki 350 kg moy.

Yadro keramik yoqilg'i granulalarini ishlab chiqarish va texnik nazorat qilish

Bir qismi bo'lgan Rossiya yadro korxonalarida ishlab chiqarilgan planshetlar assortimenti TVEL yoqilg'i kompaniyasi– 40 dan ortiq navlar, turli oʻlchamlar, turli darajada boyitilgan uran-235. Ammo bir narsa o‘zgarishsiz qolmoqda – yadro energetikasi uran dioksididan yoqilg‘i sifatida foydalanishda davom etmoqda, bu esa o‘z-o‘zidan radioaktivlik tarqalishiga to‘siqlardan biri hisoblanadi. Ishlash haroratida ushbu material parchalanish mahsulotlarining 98% ni o'zida saqlab qoladi, bu esa muhrlanish yukini minimal darajaga tushiradi. Yoqilg'i o'zining "to'siq" funktsiyalarini bajarishi uchun yoqilg'ining sovutish suvi bilan o'zaro ta'siri minimal bo'lishi muhimdir - aks holda radioaktiv parchalanish mahsulotlari atmosferaga chiqib ketish imkoniyatiga ega. tashqi muhit barcha noxush oqibatlar bilan.

Yoqilg'i tayoqchasi shunchaki "uzun kolba" emas.

Yaxshi, planshetlar tayyorlandi, keyin nima bo'ladi? Yadro reaktorining g'oyasi oddiy - sovutish suyuqligi yadroviy reaktsiyalar natijasida chiqarilgan barcha issiqlikni "olib tashlashi" kerak. Bu bir martalik olib tashlash emas; bu olib tashlash butun yonilg'i sessiyasi davomida amalga oshirilishi kerak - yoqilg'i reaktor yadrosida bo'lgan vaqt. VVER reaktorlarida bu ish yuqori bosim ostida yadrodan o'tgan suv orqali amalga oshiriladi. Yoqilg'i tabletkalarini qaynoq suvga chuchvara kabi yadroga tashlang? Bu variant emas, yonilg'i granulalarining statsionar holatda bo'lishini ta'minlash ancha oqilona bo'lib, uning bo'ylab suv oqimi bosim ostida o'tib, yadroviy reaktsiyalar paytida hosil bo'lgan suvni olib tashlaydi. issiqlik energiyasi. Shunday qilib, yoqilg'ining statsionar joylashishini ta'minlash uchun mo'ljallangan qandaydir "qisqich" kerak bo'ladi - bu ichi bo'sh yupqa devorli quvur bo'lib, uning ichida yonilg'i granulalari - yonilg'i tayog'i, yonilg'i elementi mavjud.

Yoqilg'i elementlari (yoqilg'i elementlari), Foto: wikimedia.org

Nega yupqa devorli? Yoqilg'i granulalarida hosil bo'ladigan issiqlik deyarli suv bilan to'sqinliksiz "olib tashlanishi" uchun, ya'ni yonilg'i novda devorlarining materialiga qo'yiladigan birinchi talab - bu mumkin bo'lgan eng yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi. Oldi - berdi, oldi - berdi. Ikkinchi talab ham juda aniq - yonilg'i elementi devorlarining tashqi tomoni doimo suvda, shuning uchun uning materiali korroziyadan qo'rqmasligi kerak. Uchinchi shart ham aniq - material asosiy yadroviy jarayonlarga zarar etkazmasdan, doimiy yuqori radioaktivlikka bardosh berishi kerak. Yadro reaktsiyasini to'xtatmaslik, izotop-235da yuqori darajada boyitilgan uran ishlab chiqarishga majburlamaslik uchun u imkon qadar kamroq neytronlarni o'zlashtirishi kerak. Quvurning diametri, shuningdek, yonilg'i pelletlarining diametri imkon qadar kichik bo'lishi kerak - aks holda markaziy segmentlarda hosil bo'ladigan issiqlik sovutish suviga etib bormaydi. Bu yonilg'i tayog'ining yupqa devori kabi "oddiy" narsa javob berishi kerak bo'lgan talablar to'plamidir.

Yadro energetikasining rivojlanish bosqichida zanglamaydigan po'lat bunday materialga aylandi, ammo bu uzoq davom etmadi - ma'lum bo'ldiki, po'lat juda ko'p erkin neytronlarni oladi, kamroq ochko'z narsa kerak. Bu vaqtga kelib, yadro olimlari sinchkovlik bilan ishladilar va minimal neytronni ushlab turish kesimiga ega bo'lgan metall - sirkoniyni topdilar. Bunday holda, "bo'lim" so'zi "ehtimollik" so'zini almashtiradi. O'tayotgan neytronning sirkoniy atomining yadrosi tomonidan o'z tuzog'iga tushib qolish ehtimoli minimal, sirkoniy esa ajoyib issiqlik uzatish koeffitsientiga ega, u suv bilan o'zaro ta'sir qilmaydi, u faqat 1'855 darajadan yuqori haroratlarda eriydi. termal kengayishning juda past koeffitsientiga ega - buning o'rniga qizdirilganda "shishishi" uchun u shunchaki issiqlikni tashqi muhitga "bo'shatadi". Qabul qiling - bu oddiygina yadroviy energiya uchun ideal material, agar siz uni ideal kimyoviy tozalikda qo'lga kirita olsangiz, chunki har qanday nopoklik erkin neytronlarni faol ravishda "yeyishga" moyil bo'ladi.

Yoqilg'i tayoqchasi va yoqilg'i yig'ish ishlab chiqarish sexi

Metallurglar bu vazifani engishni o'rganganliklarini e'lon qilishlari bilanoq, atom energiyasi sirkoniyga o'tdi. Rossiyadagi yagona va dunyodagi uchta tsirkoniy va uning qotishmalarini ishlab chiqarishning to'liq tsikliga ega bo'lgan yagona korxona bu TVEL yoqilg'i kompaniyasi tarkibiga kiruvchi Chepetsk mexanika zavodi (Glazov, Udmurtiya) hisoblanadi. 1986 yildan boshlab ChMP E-110 qotishmasidan yonilg'i elementi korpuslarini ishlab chiqarishga o'tdi - tsirkonyumga bir foiz niobiy qo'shiladi va bu kichik o'sish materialning korroziyaga chidamliligini sezilarli darajada oshiradi. Hozirgi vaqtda qo'llanilayotgan E-365 qotishmasining mexanik xususiyatlari, sirkoniy va niobiydan tashqari, tarkibida temir va qalay ham yaxshi mexanik xususiyatlarga ega. Yoqilg'i tayoqlarini ishlab chiqarishdagi har bir qadam juda muhim, bu elementlarning mavjudligi payvandlash va boshqa birlashma usullarini yaxshiroq engish imkonini beradi. turli materiallar. Rossiyada ishlab chiqarilgan yoqilg'i elementlari MAGATEning barcha talablariga javob beradi, mukammal ishlash xususiyatlarini ko'rsatadi va atom energiyasining iqtisodiy ko'rsatkichlarini yaxshilash imkonini beradi.

"Oddiy mexanik qism" kabi ko'rinishi mumkin bo'lgan narsa, albatta, unday emas.

Bo'limda yonilg'i tayoqchasi, rasm: heuristic.su

Bu yerga qisqa Tasvir ichidagi tarkibi bilan yonilg'i tayog'i. Uzunligi - 3,8 metr, tashqi diametri - 9,1 mm. Ichkarida tashqi diametri 7,57 mm va balandligi 20 mm bo'lgan uran dioksidi planshetlari mavjud, har bir planshetning markazida diametri 1,2 mm bo'lgan teshik mavjud. Pellet yonilg'i tayog'ining devorlariga tegmaydi; granulalar ichidagi bo'shliq va teshik yoqilg'i tayoqchasi yadroviy parchalanish paytida hosil bo'lgan radioaktiv gazlarni ushlab turishi uchun mo'ljallangan. Granulalar yonilg'i elementi ichiga vtulkalar bilan o'rnatiladi, granulalar ustunining umumiy uzunligi 3,53 metrni tashkil qiladi, yoqilg'i seansi paytida uzunlik 30 mm ga oshadi. Ha, hamma narsa millimetrda va hatto ularning fraktsiyalarida o'lchanadi - axir, yadro energiyasi moddaning eng kichik zarralari bilan shug'ullanadi.

Mana, diametri 8 mm dan kam bo'lgan planshet - unda qiziqarli narsa bo'lishi mumkinmi? Ammo yadro reaksiyalari paytida planshetning markaziy qismida harorat 1'500-1'600 darajaga etadi, tashqi yuzasida esa - atigi 470. 3-4 millimetr masofada ming daraja farq, metallga aylanadi. gaz - mayda tabletkalar ichidagi mo''jizalar shunday.

Yoqilg'i tayoqchasidan yonilg'i yig'ishgacha

Ular planshetlar yasadilar, ularni yonilg'i tayoqchasiga qo'yishdi - shundaymi? Albatta yo'q - yonilg'i bilan birga naychaning og'irligi bor-yo'g'i 2,1 kg, ya'ni uranning massasi uzoq ish yetarli bo‘lmaydi. Yadro yoqilg'isini shakllantirishning keyingi bosqichi yonilg'i agregatlari va yoqilg'i agregatlarini shakllantirishdir. Rossiyada eng keng tarqalgan reaktor uchun VVER-1000, 312 yonilg'i tayoqlari bitta yonilg'i majmuasiga yig'iladi va ular orasida bor kabi samarali neytron absorber bilan to'ldirilgan nazorat va himoya tizimi rodlari kirishi uchun bo'shliqlar qoldiriladi. Yoqilg'i moslamasining pastki qismida yonilg'i novdalari biriktirilgan joy deb ataladigan dastani mavjud.

Ramka ishlab chiqarish - kanallar va oraliq panjaralarni payvandlash

Yuqori qismda yonilg'i novdalari boshga prujina bloki orqali biriktirilgan - u reaktorning ishlashi paytida yonilg'i novdalarini suzishdan himoya qiladi. Ha, uran - og'ir element, tsirkoniyni ham engil deb atash mumkin emas, lekin shuni esda tutish kerakki, yonilg'i majmuasi orqali suvning nominal oqimi soatiga 500 kub metrni tashkil qiladi, suv yonilg'i tayoqlari bo'ylab 200 km / soat tezlikda pastdan yo'nalishda harakat qiladi. tepaga - bunday oqim har qanday narsani suzadi. Yoqilg'i tayoqlari bir-biridan ajratuvchi panjaralar yordamida ajratiladi, bu quvurlarni muntazam joylarida ushlab turadi, bu esa issiqlikni eng samarali olib tashlashni ta'minlaydi. Turli xil dizayndagi yonilg'i agregatlarida 12 dan 15 gacha bo'shliq panjaralari mavjud, faqat bu raqam suvga foydali issiqlikni olib tashlash ishini bajarishga imkon beradi.

Kanallar va ajratuvchi panjaralar, sifat nazorati

Va shunga qaramay, bu ham bizni yonilg'i tayoqlari va yonilg'i agregatlarining egilishi muammosidan butunlay xalos qilmadi. Bizning yig'ilishlarimiz mexanik eksenel yuklarga bardosh bera olmadi - uzunligi deyarli to'rt metr, qalinligi 0,65 mm bo'lgan qobiq, kuchli suv oqimi va yuqori harorat o'z vazifalarini bajardi. 1993 yilda bu muammoni hal qilish, undan xalos bo'lish yo'llarini topish uchun nimadir qilish kerakligi nihoyat aniq bo'ldi. Minatom MAGATEga tegishli so'rov bilan chiqdi - bu muammo bilan bog'liq vaziyat qanday G'arb davlatlari. IAGTE operatsion tashkilotlar bilan tegishli so'rov o'tkazdi va hech qanday sensatsiyani topa olmadi - G'arb yadroviy olimlarida ham bu muammo bor, ular ham uni engish yo'llarini qidirmoqdalar.

Endi, kechirasiz, lekin yana bir bor liberal iqtisodning asosiy afsonasiga – iqtisodiyotning bechora, inertial davlat sektori bilan solishtirganda xususiy mulkdorning samaradorligiga to‘xtalib o‘tishga to‘g‘ri keladi. G'arbda, ayniqsa AQShda atom elektr stansiyalarining ko'plab xususiy egalari bor, ammo ular muammoni hal qila olmadilar. Minatom O'rta Mashinasozlik vazirligining an'analariga muvofiq harakat qildi - muammoni hal qilishni bir vaqtning o'zida ikkita konstruktorlik byurosiga topshirdi, shunda ikki kishining kurashi natijasida yaxshi loyihalar g'alaba eng yaxshi tomon bo'ldi. Podolsk OKB (eksperimental konstruktorlik byurosi) "Gidropress" va Nijniy Novgorod OKBM (OKB Mashinostroeniya) nomidagi kapitalistik raqobat ishtirokchilari edi. Afrikantova. Ikkala konstruktorlik byurosi ham hozirda Atomenergomash mashinasozlik xoldingi tarkibiga kiradi, ammo bu raqobatning intensivligini kamaytirmaydi.

Raqobat taraqqiyotning dvigatelidir

Nijniy Novgorod aholisi TVSA qisqartmasini olgan TVS dizaynini ishlab chiqdilar, rivojlanish jarayonida TVSA-12, TVSA-PLUS, TVSA-T modifikatsiyalari birin-ketin paydo bo'ldi. Uning asosiy o'ziga xos xususiyati shundaki, burchaklar strukturaning qattiqligini oshirish uchun ajratuvchi panjaralarga payvandlana boshladi, ammo Gidropress bu kontseptsiyani - burchaklar yasalgan zirkonyumning ortiqcha miqdorini qabul qilmadi. Mutaxassislar, yadro reaktor zonalarining neytron xususiyatlariga salbiy ta'sir ko'rsatishi mumkin. Gidropress-da UTVS (Advanced TVS) qisqartmasi bilan yaratilgan modifikatsiyada ajratuvchi to'rlar va yo'naltiruvchi kanallarni qattiq payvandlashdan foydalanilmaydi.UTVS seysmik qarshilik talablari yuqori bo'lgan atom elektr stansiyalarida - Xitoy Tyanvanida, Eron Busherida qo'llanila boshlandi. , Hindiston Kudankulamida." Biroq, bu ishlanma faqat Gidropress konstruktorlik byurosi xodimlari tomonidan amalga oshirilgan, deyish noto'g'ri: Kurchatov instituti, Obninsk fizika-energetika instituti, Novosibirsk kimyoviy kontsentratlar zavodi, nomidagi ilmiy-tadqiqot instituti. Bochvara. Ammo natija muhim - Rostov AESda sinov sinovi ajoyib natijalarni ko'rsatdi, xorijiy mijozlar UTVS ishonchliligi oshganidan juda mamnun bo'lishdi.

Nurni yig'ish

Ikki dizayn byurosi o'rtasidagi jangning tafsilotlarini tomosha qilish juda ajoyib tomosha, ammo texnik tafsilotlar shunchalik ko'pki, bu biroz kuch talab qiladi. professional tarjimonlar. Keng va tor panjaralar, siyrak panjaralar, turbulatorlar va deflektorlar, qiya kanalli panjaralar, issiqlik uzatish kuchaytirgichlari, kassetalarni yadroga yuklash tezligi, qayta yuklash mashinalarining ishlashi bilan kombinatsiya, gidrodinamika va termomexanika terminologiyasi - bu haqiqatan ham mutlaqo alohida. til... Atom energetikasi uchun har ikki konstruktorlik byurolari erishgan natija muhim, ilmiy-ijodiy bahslari bugungi kungacha davom etmoqda. Yaxshilanishlar va modifikatsiyalar uran-235 tarkibida yuqori boyitilgan yoqilg'idan foydalanishga imkon beradi - VVER-1000 uchun bu ko'rsatkich 3,77% dan 4,95% gacha oshdi. Bu farq mutlaqo ahamiyatsizdek tuyuladi, ammo natijada yoqilg'ining yonishi kuniga bir kilogramm uran uchun 40 MVtdan kilogramm uchun 58 MVtgacha, deyarli 50% ga oshdi. Lekin bu natija allaqachon juda muhim bo‘lib, ishlab chiqarilgan elektr energiyasi tannarxi bo‘yicha uglevodorod energetikasi bilan teng raqobatlashish imkonini beradi va atom energetikasini rivojlantirish istiqbollarini yanada quvontiradi. Yutuqlardan biri - mavjud VVER reaktorlarining konstruksiyasini o'zgartirmagan holda quvvatini 4-7 foizga oshirish aynan yadro yoqilg'isi va yoqilg'i agregatlarini optimallashtirishga asoslangan. raqobatdosh ustunlik xalqaro bozorda.

Yoqilg'i yig'ish tugallandi

Albatta, UTVS yonilg'i agregatlarini takomillashtirish uchun o'ziga xos "yakuniy" bo'lmadi. UTVS ning oldingi avlod yoqilg'isiga nisbatan asosiy ustunligi zanglamaydigan po'latdan tsirkoniyga, E-110 qotishmasiga o'tish bilan ta'minlandi. Ishlab chiquvchilar burchaklardan foydalanmasdan strukturaning qattiqligini oshirishga muvaffaq bo'lishdi - ular oraliq panjaralarni mustahkamladilar va ish paytida deformatsiyaga chidamliligini oshirish uchun spotli payvandlashni qo'llashni boshladilar. Ular yonilg'i ustunining uzunligini oshirishga muvaffaq bo'lishdi - endi reaktor yadrosiga ko'proq uran joylashtirildi, yoqilg'i seanslari uzoqroq bo'ldi, yonilg'i quyish kamroq amalga oshirilishi mumkin, bu esa quvvatni oshirishni anglatadi.

Eron uchun yangi yoqilg'i

2014 yil boshidan buyon muzokaralar jarayoni boshlandi TVEL va vakillik qilgan Eron mijozi Eron Atom energiyasi tashkiloti (AEOI) Va Eron yadroviy energiya ishlab chiqarish va rivojlantirish kompaniyasi (NPPD) Busher AESni yangi yoqilg'i kassetalariga - TVS-2M ga o'tkazish to'g'risida. Muzokaralar jarayonini ta'minlash uchun TVEL“Bushehr AESda TVS-2M ni joriy etishning texnik-iqtisodiy asoslari”ni ishlab chiqdi, unda buyurtmachiga tahlil qilish va bunday o‘tish bo‘yicha qaror qabul qilish uchun to‘liq hajmdagi ma’lumotlar taqdim etildi. Ko'pchilik Eng yaxshi yo'l Potentsial mijozni ishontirish intruziv marketing emas; atom energiyasida bu yondashuv deyarli hech qachon natija bermaydi. Rossiya yoqilg'i kompaniyasi shunchaki TVS-2M ni Rossiyaning VVER-1000 va Xitoydagi Tyanvan AESda - Busherdagi energiya blokining bir qismi sifatida ishlaydiganlar bilan bir xil turdagi reaktorlarni amalga oshirish natijalari tahlilini birlashtirdi. AES. Xitoyda Tyanvan AESning dastlabki ikkita bloki 18 oylik yoqilg'i aylanishida TVS-2M da ishlaydi. Va Eron yadro olimlari yoqilg'ining yonishi ko'payganini, yoqilg'i kampaniyalarining davomiyligi oshganini va sig'im koeffitsienti oshganini tekshirishga muvaffaq bo'ldi.

Olingan natijalarni tahlil qilib, ularni joyida tekshirgandan so'ng, eronlik mijozlar javob berishdi - ular Rossiya korxonalari tomonidan yadroviy nazorat qiluvchi organlar tomonidan yangi yoqilg'ini litsenziyalashini ta'minlash uchun zarur bo'lgan ishlar ro'yxatini ishlab chiqdilar. Keyingi ishlar allaqachon birgalikda amalga oshirilgan edi - bizning va eronlik mutaxassislar birgalikda Busher AESdagi energiya blokining jihozlarini zarur yangilash ro'yxatini tuzdilar, bu reaktor TVS-2M ni yadroga qabul qilishi uchun amalga oshirilishi kerak edi. Aslida, bizning VVER-1000-ning yangi yoqilg'ida ishlashi shunday natijalarni ko'rsatdiki, TVS-2M ga to'liq o'tish shunchaki muqarrar bo'ldi - yoqilg'ining yonishi 20% ga oshdi va elektr energiyasi ishlab chiqarish tannarxining yoqilg'i komponenti kamaydi. deyarli 9% ga.

Eronlik mijoz bilan muzokaralar natijasi juda tabiiy. Shu yilning aprel oyida TVEL bilan imzolangan AEOI Va NPPD Busher AESga yoqilg'i yetkazib berish bo'yicha amaldagi shartnomaga qo'shimcha kelishuv - 2020 yildan TVEL Eronga TVS-2M yetkazib berishni boshlaydi. Hech qanday shoshqaloqlik, shov-shuv yo‘q – shunchaki bizning ham, biz qo‘llab-quvvatlayotgan Eron yadroviy loyihalari ham iste’molchilarni kerakli hajmda elektr energiyasi bilan ta’minlab, izchil rivojlanishda davom etmoqda. Ehtimol, yaqin kelajakda Hindiston va Xitoydagi mijozlar bu haqda qanday fikrda ekanligini bilib olamiz. Balandligi iqtisodiy ko'rsatkichlar uskunalar to'plamida sezilarli o'zgarishlarsiz yangi yoqilg'idan foydalanish tufayli quvvat bloklari shunchalik dalolat beradiki, aks ettirish uzoq davom etmasligiga ishonch bor. Biz shunchaki kuzatib turishimiz kerak yanada rivojlantirish tadbirlar va sizni yana bir bor tabriklayman TVEL, OKB Gidropress va butun ishlab chiqish jamoasi yangi yoqilg'i endi xalqaro e'tirofga sazovor bo'lganligi bilan.

Albatta, yadro yoqilg'isini ishlab chiqish haqidagi bugungi hikoya to'liq emas - bu qismda doimiy ravishda o'zgarishlar ro'y bermoqda. VVER-1200 uchun yoqilg'i ishlab chiqildi, boshqa turdagi reaktorlar uchun yoqilg'i ishlab chiqilmoqda, TVEL frantsuz hamkorlari bilan birgalikda G'arb dizaynidagi reaktorlar uchun yoqilg'i ishlab chiqarishni davom ettirmoqda; TVEL mustaqil ravishda ishlab chiqilgan TVS-Kvadrat yoqilg'isi, Shvetsiyaning Ringhals atom elektr stantsiyasida sinovdan o'tkazilayotgan va Amerika bozori uchun litsenziyalangan. Korxonalar TVEL BN-800 uchun yoqilg'i ishlab chiqarilmoqda, REMIX yoqilg'isining tajriba partiyasi ishlab chiqarildi va istiqbolli qo'rg'oshin bilan sovutilgan reaktor uchun nitrid yoqilg'isini ishlab chiqish yakunlanmoqda - Rosatom va erishgan yutuqlari bilan dam olishga qurbi yetmaydi, deb hisoblaydi.

Yadro yoqilg'isi yadro energetikasining "yuragi" bo'lib, uning yangi turlari qanday yaratilganligi va ulardan foydalanishda qanday natijalar berayotganini kuzatish foydalidir, chunki u atom elektr stansiyalari va issiqlik elektr stansiyalarida elektr energiyasini ishlab chiqarish xarajatlarini solishtirish imkonini beradi. . Bundan tashqari, bu safar biz OKBM im-da yoqilg'ining yangi turlarini ishlab chiquvchilar qanday natijalarga erishganiga to'xtalmadik. Afrikantova - va ularning g'oyalari ham juda faol qo'llaniladi Rosatom. Bir so'z bilan aytganda, yadro yoqilg'isi haqidagi bugungi hikoya yagona bo'lib qolishi dargumon.

Surat: zaochnik.ru, kak-eto-sdelano.livejournal.com

Bilan aloqada

Yadro yoqilg'isi - bu yadro reaktorlarida boshqariladigan zanjir reaktsiyasini amalga oshirish uchun ishlatiladigan material. Bu juda ko'p energiya talab qiladi va odamlar uchun xavfsiz emas, bu esa undan foydalanishda bir qator cheklovlarni keltirib chiqaradi. Bugun biz yadroviy reaktor yoqilg'isi nima ekanligini, qanday tasniflanishi va ishlab chiqarilishi va qayerda ishlatilishini bilib olamiz.

Zanjir reaktsiyasining borishi

Yadro zanjiri reaktsiyasi jarayonida yadro ikki qismga bo'linadi, ular bo'linish bo'laklari deb ataladi. Shu bilan birga, bir nechta (2-3) neytronlar ajralib chiqadi, ular keyinchalik keyingi yadrolarning bo'linishiga olib keladi. Jarayon neytron asl moddaning yadrosiga urilganda sodir bo'ladi. Bo'linish bo'laklari yuqori kinetik energiyaga ega. Ularning moddada inhibisyonu juda ko'p miqdorda issiqlik chiqishi bilan birga keladi.

Bo'linish bo'laklari parchalanish mahsulotlari bilan birga parchalanish mahsulotlari deyiladi. Har qanday energiyaning neytronlari bo'lgan yadrolar yadro yoqilg'isi deb ataladi. Qoida tariqasida, ular toq sonli atomlarga ega bo'lgan moddalardir. Ba'zi yadrolar faqat energiyalari ma'lum chegara qiymatidan yuqori bo'lgan neytronlar tomonidan bo'linadi. Bular asosan juft sonli atomli elementlardir. Bunday yadrolar xom ashyo deb ataladi, chunki neytronning chegara yadrosi tomonidan tutilishi paytida yoqilg'i yadrolari hosil bo'ladi. Yonuvchan material va xom ashyoning birikmasi yadro yoqilg'isi deb ataladi.

Tasniflash

Yadro yoqilg'isi ikki toifaga bo'linadi:

1. Tabiiy uran. U ajraladigan uran-235 yadrolari va uran-238 xom ashyosini o'z ichiga oladi, bu neytronni tutib olishda plutoniy-239 hosil qilish qobiliyatiga ega.
2. Tabiatda uchramaydigan ikkilamchi yoqilg'i. Bunga, jumladan, birinchi turdagi yoqilg'idan olinadigan plutoniy-239, shuningdek, neytronlar toriy-232 yadrolari tomonidan tutilganda hosil bo'lgan uran-233 kiradi.

Nuqtai nazaridan kimyoviy tarkibi, yadro yoqilg'isining quyidagi turlari mavjud:

1. Metall (shu jumladan qotishmalar);
2. Oksid (masalan, UO 2);
3. Karbid (masalan, PuC 1-x);
4. Aralashgan;
5. Nitrid.

TVEL va TVS

Yadro reaktorlari uchun yoqilg'i kichik granulalar shaklida ishlatiladi. Ular germetik muhrlangan yonilg'i elementlariga (yoqilg'i elementlari) joylashtiriladi, ular o'z navbatida bir necha yuz yonilg'i agregatlariga (FA) birlashtiriladi. Yadro yoqilg'isi yonilg'i novdalarining qoplamalari bilan muvofiqligi uchun yuqori talablarga ega. U etarli darajada erish va bug'lanish haroratiga, yaxshi issiqlik o'tkazuvchanligiga ega bo'lishi va neytron nurlanishida hajmining sezilarli darajada oshmasligi kerak. Ishlab chiqarishning ishlab chiqarish qobiliyati ham hisobga olinadi.

Ilova

Atom elektr stansiyalariga va boshqalarga yadroviy inshootlar yoqilg'i yoqilg'i agregatlari shaklida keladi. Ular reaktorga uning ishlashi paytida ham (yoqilgan yoqilg'i agregatlari o'rniga) ham, ta'mirlash kampaniyasi paytida ham yuklanishi mumkin. Ikkinchi holda, yonilg'i agregatlari katta guruhlarga almashtiriladi. Bunday holda, yoqilg'ining faqat uchdan bir qismi to'liq almashtiriladi. Eng ko'p yonib ketgan agregatlar reaktorning markaziy qismidan tushiriladi va ularning o'rniga ilgari kamroq faol joylarda joylashgan qisman yonib ketgan agregatlar joylashtiriladi. Natijada, ikkinchisining o'rniga yangi yonilg'i agregatlari o'rnatiladi. Ushbu oddiy qayta tashkil etish sxemasi an'anaviy hisoblanadi va bir qator afzalliklarga ega, ulardan asosiysi energiyaning bir xilda chiqarilishini ta'minlashdir. Albatta, bu jarayon haqida umumiy tasavvurni beradigan sxematik diagramma.

Ko'chirma

Ishlatilgan yadro yoqilg'isi reaktor yadrosidan chiqarilgandan so'ng, u odatda yaqin joyda joylashgan sovutish hovuziga yuboriladi. Gap shundaki, ishlatilgan yoqilg'i yig'indilarida juda ko'p miqdordagi uran parchalanish qismlari mavjud. Reaktordan tushirilgandan so'ng, har bir yonilg'i tayog'ida 100 kVt / soat energiya chiqaradigan 300 mingga yaqin Kyuri radioaktiv moddalar mavjud. Shu tufayli yoqilg'i o'z-o'zidan qiziydi va yuqori radioaktiv bo'ladi.

Yangi tushirilgan yoqilg'ining harorati 300 ° S ga yetishi mumkin. Shuning uchun u 3-4 yil davomida suv qatlami ostida saqlanadi, uning harorati belgilangan diapazonda saqlanadi. Suv ostida saqlanganligi sababli, yoqilg'ining radioaktivligi va uning qoldiq chiqindilarining kuchi kamayadi. Taxminan uch yil o'tgach, yonilg'i agregatining o'z-o'zidan isishi 50-60 ° S ga etadi. Keyin yoqilg'i hovuzlardan chiqariladi va qayta ishlash yoki utilizatsiya qilish uchun yuboriladi.

Uran metalli

Uran metalli yadro reaktorlari uchun yoqilg'i sifatida nisbatan kam ishlatiladi. Moddaning harorati 660 ° S ga yetganda, uning tuzilishi o'zgarishi bilan birga fazali o'tish sodir bo'ladi. Oddiy qilib aytganda, uran hajmi oshadi, bu esa yonilg'i tayoqchalarini yo'q qilishga olib kelishi mumkin. 200-500 ° S haroratda uzoq vaqt nurlanish holatida modda radiatsiya o'sishiga uchraydi. Bu hodisaning mohiyati nurlangan uran tayoqchasining 2-3 marta cho'zilishidan iborat.

Uran metallini 500 ° C dan yuqori haroratlarda ishlatish uning shishishi tufayli qiyin. Yadro bo'linishidan so'ng ikkita bo'lak hosil bo'ladi, ularning umumiy hajmi o'sha yadro hajmidan oshadi. Ayrim parchalanish fragmentlari gaz atomlari (ksenon, kripton va boshqalar) bilan ifodalanadi. Gaz uranning g'ovaklarida to'planib, ichki bosim hosil qiladi, bu harorat oshishi bilan ortadi. Atomlar hajmining ortishi va gaz bosimining oshishi tufayli yadro yoqilg'isi shishishni boshlaydi. Shunday qilib, bu yadro bo'linishi bilan bog'liq hajmning nisbiy o'zgarishiga ishora qiladi.

Shishishning kuchi yonilg'i tayoqlarining harorati va yonib ketishiga bog'liq. Kuyishning kuchayishi bilan bo'linish bo'laklari soni ortadi va harorat va yonishning oshishi bilan ichki gaz bosimi ortadi. Agar yonilg'i yuqori mexanik xususiyatlarga ega bo'lsa, u holda shishishga nisbatan kamroq sezgir. Uran metalli bu materiallardan biri emas. Shuning uchun uning yadroviy reaktorlar uchun yoqilg'i sifatida ishlatilishi yonishni cheklaydi, bu esa bunday yoqilg'ining asosiy xususiyatlaridan biridir.

Uranning mexanik xossalari va uning nurlanishga chidamliligi materialni qotishma orqali yaxshilanadi. Bu jarayon unga alyuminiy, molibden va boshqa metallarni qo'shishni o'z ichiga oladi. Doping qo'shimchalari tufayli tutilish uchun zarur bo'lgan parchalanish neytronlari soni kamayadi. Shuning uchun bu maqsadlar uchun neytronlarni zaif yutuvchi materiallar ishlatiladi.

Olovga chidamli birikmalar

Ba'zi o'tga chidamli uran birikmalari yaxshi yadro yoqilg'isi hisoblanadi: karbidlar, oksidlar va intermetalik birikmalar. Ulardan eng keng tarqalgani uran dioksidi (keramika). Uning erish nuqtasi 2800 ° S, zichligi 10,2 g / sm 3 ni tashkil qiladi.

Ushbu material fazali o'tishlarga duchor bo'lmagani uchun uran qotishmalariga qaraganda shishishga nisbatan kamroq sezgir. Ushbu xususiyat tufayli yonish harorati bir necha foizga oshirilishi mumkin. Yuqori haroratlarda keramika niobiy, zirkonyum, zanglamaydigan po'lat va boshqa materiallar bilan o'zaro ta'sir qilmaydi. Uning asosiy kamchilik past issiqlik o'tkazuvchanligida yotadi - 4,5 kJ (m*K), bu reaktorning o'ziga xos quvvatini cheklaydi. Bundan tashqari, issiq keramika yorilishga moyil.

Plutoniy

Plutonium past eriydigan metall hisoblanadi. 640 ° S haroratda eriydi. Kambag'al plastik xususiyatlari tufayli uni qayta ishlash deyarli mumkin emas. Moddaning toksikligi yonilg'i tayoqlarini ishlab chiqarish texnologiyasini murakkablashtiradi. Yadro sanoati plutoniy va uning birikmalaridan foydalanishga bir necha bor urinib ko‘rdi, ammo ular muvaffaqiyatga erisha olmadi. Standart reaktorni boshqarish tizimlari uchun mo'ljallanmagan tezlashuv davri taxminan 2 baravar qisqarganligi sababli plutoniy o'z ichiga olgan atom elektr stantsiyalari uchun yoqilg'idan foydalanish tavsiya etilmaydi.

Yadro yoqilg'isini ishlab chiqarish uchun, qoida tariqasida, plutoniy dioksidi, plutoniyning minerallar bilan qotishmalari, plutoniy karbidlari va uran karbidlari aralashmasi ishlatiladi. Uran va plutoniy birikmalarining zarralari molibden, alyuminiy, zanglamaydigan po'lat va boshqa metallarning metall matritsasiga joylashtirilgan dispersion yoqilg'ilar yuqori mexanik xususiyatlarga va issiqlik o'tkazuvchanligiga ega. Dispersion yoqilg'ining radiatsiya qarshiligi va issiqlik o'tkazuvchanligi matritsa materialiga bog'liq. Masalan, birinchi atom elektr stantsiyasida dispers yoqilg'i molibden bilan to'ldirilgan 9% molibdenli uran qotishmasining zarralaridan iborat edi.

Toriy yoqilg'isiga kelsak, u yoqilg'i tayoqchalarini ishlab chiqarish va qayta ishlashdagi qiyinchiliklar tufayli bugungi kunda ishlatilmaydi.

Ishlab chiqarish

Yadro yoqilg'isi uchun asosiy xom ashyo - uranning katta hajmlari bir nechta mamlakatlarda to'plangan: Rossiya, AQSh, Frantsiya, Kanada va Janubiy Afrika. Uning konlari odatda oltin va mis yaqinida joylashgan, shuning uchun barcha bu materiallar bir vaqtning o'zida qazib olinadi.

Konchilikda ishlaydigan odamlarning salomatligi katta xavf ostida. Gap shundaki, uran zaharli moddadir va uni qazib olish jarayonida ajralib chiqadigan gazlar saraton kasalligini keltirib chiqarishi mumkin. Va bu rudada ushbu moddaning 1% dan ko'p bo'lmaganligiga qaramasdan.

Kvitansiya

Uran rudasidan yadro yoqilg'isini ishlab chiqarish quyidagi bosqichlarni o'z ichiga oladi:

1. Gidrometallurgiyani qayta ishlash. Yuvish, maydalash va ekstraktsiya yoki sorbsiyani tiklashni o'z ichiga oladi. Gidrometallurgiyani qayta ishlash natijasi oksiuran oksidi, natriy diuranat yoki ammoniy diuranatning tozalangan suspenziyasi hisoblanadi.
2. Moddani oksiddan tetraflorid yoki geksaftoridga aylantirish, uran-235 ni boyitish uchun ishlatiladi.
3. Moddani sentrifugalash yoki gaz termik diffuziyasi orqali boyitish.
4. Boyitilgan materialni dioksidga aylantirish, undan yoqilg'i tayoqchasi "pelletlar" ishlab chiqariladi.

Regeneratsiya

Yadro reaktorining ishlashi paytida yoqilg'ini to'liq yoqish mumkin emas, shuning uchun erkin izotoplar qayta ishlab chiqariladi. Shu munosabat bilan, ishlatilgan yonilg'i tayoqlari qayta foydalanish maqsadida regeneratsiya qilinadi.

Bugungi kunda ushbu muammo quyidagi bosqichlardan iborat Purex jarayoni orqali hal qilinadi:

1. Yoqilg'i tayoqchalarini ikki qismga bo'lish va ularni nitrat kislotada eritish;
2. Eritmani parchalanish mahsulotlari va qobiq qismlaridan tozalash;
3. Uran va plutoniyning sof birikmalarini ajratib olish.

Shundan so'ng, hosil bo'lgan plutoniy dioksidi yangi yadrolarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi va uran boyitish yoki yadrolarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Yadro yoqilg'isini qayta ishlash murakkab va qimmat jarayondir. Uning narxi atom elektr stantsiyalaridan foydalanishning iqtisodiy maqsadga muvofiqligiga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Regeneratsiya uchun yaroqsiz bo'lgan yadroviy yoqilg'i chiqindilarini utilizatsiya qilish haqida ham shunday deyish mumkin.

TURD ning ishlash printsipi va dizayni

Hozirgi vaqtda TURD uchun ikkita dizayn varianti taklif etiladi:

TNR magnit plazma bilan chegaralangan termoyadroviy reaktorga asoslangan

Birinchi holda, TNRE ning ishlash printsipi va dizayni quyidagicha: dvigatelning asosiy qismi boshqariladigan termoyadro termoyadroviy reaktsiyasi sodir bo'lgan reaktordir. Reaktor ichi bo'sh silindrsimon "kamera" bo'lib, bir tomoni ochiq, deb ataladi. "ochiq tuzoq" termoyadroviy termoyadroviy o'rnatish (shuningdek, "magnit shisha" yoki oyna kamerasi deb ataladi). Reaktor "kamerasi" mutlaqo (va hatto istalmagan holda) to'liq muhrlangan bo'lishi shart emas; katta ehtimol bilan, bu magnit tizimning bobinlarini olib yuradigan engil, o'lchamdagi barqaror truss bo'ladi. Hozirgi vaqtda sxema deb ataladigan eng istiqbolli hisoblanadi. "ambipolyar qamoq" yoki "magnit oynalar" (ing. tandem nometalllari), boshqa qamoq sxemalari mumkin bo'lsa-da: gaz-dinamik tuzoqlar, markazdan qochma qamoq, teskari magnit maydon (FRC). tomonidan zamonaviy hisob-kitoblar, reaksiya "kamerasining" uzunligi diametri 1-3 m bo'lgan 100 dan 300 m gacha bo'ladi.Reaktor kamerasida tanlangan yoqilg'i juftligining tarkibiy qismlarining termoyadroviy sintezini boshlash uchun etarli sharoitlar yaratilgan (harorat harorati). yuzlab million darajalar tartibi, Lawson mezon omillari). Termoyadro yoqilg'isi - yoqilg'i komponentlari aralashmasidan oldindan qizdirilgan plazma - doimiy termoyadroviy reaktsiya sodir bo'lgan reaktor kamerasiga beriladi. Yadroni o'rab turgan magnit maydon generatorlari (u yoki bu dizayndagi magnit bobinlar) reaktor kamerasida yuqori haroratli termoyadro plazmasini reaktor strukturasi bilan aloqa qilishdan saqlaydigan va undagi jarayonlarni barqarorlashtiradigan yuqori intensivlikdagi va murakkab konfiguratsiyali maydonlarni yaratadi. Reaktorning uzunlamasına o'qi bo'ylab termoyadroviy "yonish" zonasi (plazma mash'alasi) hosil bo'ladi. Olingan plazma magnit boshqaruv tizimlari tomonidan boshqariladi, reaktordan ko'krak orqali oqib chiqadi va reaktiv zarba hosil qiladi.

TURDning "ko'p rejimli" ishlashi mumkinligini ta'kidlash kerak. Plazma shleyfiga nisbatan sovuq moddani kiritish orqali dvigatelning umumiy tortishish kuchini keskin oshirish mumkin (o'ziga xos impulsni kamaytirish orqali), bu turbovintli dvigatelli kemaga massiv osmon jismlarining tortishish maydonlarida samarali manevr qilish imkonini beradi. , masalan, katta sayyoralar, bu erda ko'pincha dvigatelning katta umumiy quvvati talab qilinadi. Umumiy hisob-kitoblarga ko'ra, bunday dizayndagi yadroviy dvigatel 10 000 sekunddan 4 million sekundgacha bo'lgan o'ziga xos impuls bilan bir necha kilogrammdan o'nlab tonnagacha kuchga ega bo'lishi mumkin. Taqqoslash uchun, eng ilg'or kimyoviy raketa dvigatellarining o'ziga xos impulsi taxminan 450 soniyani tashkil qiladi.

Inertial termoyadroviy tizimlarga asoslangan TURD (impulsli termoyadroviy reaktor)

Ikkinchi turdagi dvigatel inertial impulsli termoyadro dvigatelidir. Bunday reaktorda boshqariladigan termoyadro reaktsiyasi impulsli rejimda (1-10 Gts chastotali mikrosekundning fraktsiyalari), termoyadro yoqilg'isi bo'lgan mikrotargetlarni davriy siqish va qizdirish bilan sodir bo'ladi. Dastlab, lazer termoyadroviy dvigatelidan (LTYARD) foydalanish rejalashtirilgan edi. Bunday LTE, xususan, Daedalus loyihasidagi yulduzlararo avtomatik zond uchun taklif qilingan. Uning asosiy qismi impulsli rejimda ishlaydigan reaktordir. Termoyadro yoqilg'isi (masalan, deyteriy va tritiy) reaktorning sferik kamerasiga nishonlar shaklida etkazib beriladi - diametri bir necha millimetr bo'lgan qobiqdagi muzlatilgan yoqilg'i komponentlari aralashmasidan sferalarning murakkab dizayni. Kameraning tashqi qismida kuchli - yuzlab teravatt quvvatiga ega lazerlar mavjud bo'lib, ular kamera devorlaridagi optik shaffof oynalar orqali nishonga tushadigan nanosekundlik nurlanish zarbasi. Bunday holda, nishonning yuzasida bir zumda million atmosfera bosimida 100 million darajadan ortiq harorat hosil bo'ladi - termoyadro reaktsiyasini boshlash uchun etarli sharoitlar. Bir necha yuz kilogramm TNT quvvatiga ega termoyadro mikro-portlash sodir bo'ladi. Daedalus loyihasidagi kamerada bunday portlashlarning chastotasi sekundiga taxminan 250 ni tashkil qiladi, bu esa EM qurolidan foydalangan holda yonilg'i nishonlarini 10 km / s dan ortiq tezlikda oziqlantirishni talab qildi. Kengayuvchi plazma reaktor kamerasining ochiq qismidan mos dizayndagi ko'krak orqali oqib, reaktiv zarba hosil qiladi. Bu endi nazariy va amaliy jihatdan isbotlangan lazer usuli mikrotargetlarni siqish/isitish boshi berk ko'chadir - shu jumladan, yetarli resurs bilan bunday quvvatli lazerlarni yaratish deyarli mumkin emas. Shu sababli, mikromaqsadlarni ion-nurli siqish/isitish varianti hozirda inertial sintez uchun ko'rib chiqilmoqda, chunki u samaraliroq, ixchamroq va ancha uzoqroq resursga ega.

Va shunga qaramay, inertial-impuls printsipiga asoslangan TURE impulsdan kelib chiqadigan magnit cheklovli TUREdan ko'ra yomonroq o'ziga xos impuls va kuchga ega bo'lgan juda katta kuchlar tufayli juda katta hajmli degan fikr mavjud. -uning harakatining davriy turi . Mafkuraviy jihatdan, "Orion" loyihasi kabi termoyadroviy zaryadlarga asoslangan portlovchi raketalar inertial-puls printsipiga asoslangan TURElarga ulashgan.

Reaktsiya turlari va termoyadroviy yoqilg'i

TJARD dan foydalanishi mumkin har xil turlari ishlatiladigan yoqilg'i turiga qarab termoyadro reaksiyalari. Xususan, hozirgi vaqtda quyidagi reaktsiya turlarini amalga oshirish mumkin:

Deyteriy + tritiy reaktsiyasi (D-T yoqilg'isi)

2 H + 3 H = 4 He + n 17,6 MeV energiya chiqishida

Bu reaktsiya nuqtai nazaridan eng oson amalga oshirilishi mumkin zamonaviy texnologiyalar, sezilarli energiya ishlab chiqarishni ta'minlaydi, yoqilg'i komponentlari nisbatan arzon. Uning kamchiligi - nomaqbul (va to'g'ridan-to'g'ri tortishish uchun foydasiz) neytron nurlanishining juda katta chiqishi bo'lib, u reaktsiya kuchining katta qismini olib ketadi va dvigatelning samaradorligini keskin kamaytiradi. Tritiy radioaktiv bo'lib, uning yarimparchalanish davri taxminan 12 yil, ya'ni uni uzoq muddatli saqlash mumkin emas. Shu bilan birga, deyteriy-tritiy reaktorini litiy o'z ichiga olgan qobiq bilan o'rab olish mumkin: neytron oqimi bilan nurlangan ikkinchisi tritiyga aylanadi, bu ma'lum darajada yoqilg'i aylanishini yopadi, chunki reaktor selektsionerda ishlaydi. rejimi. Shunday qilib, D-T reaktori uchun yoqilg'i aslida deyteriy va litiydir.

Reaksiya deyteriy + geliy-3

2 H + 3 He = 4 He + p. 18,3 MeV energiya chiqishi bilan

Unga erishish shartlari ancha murakkab. Geliy-3 ham noyob va juda qimmat izotopdir. IN sanoat miqyosi hozirda ishlab chiqarilmaydi. Energiya chiqishi bo'lsa-da D-T reaktsiyalari Yuqorida D-3He reaktsiyasi quyidagi afzalliklarga ega:

Neytron oqimining kamayishi, reaktsiyani "neytronsiz" deb tasniflash mumkin.

Kamroq radiatsiyaviy himoya massasi,

Reaktor magnit sariqlarining kamroq og'irligi.

D-3 He reaksiyasi jarayonida quvvatning atigi 5% ga yaqini neytronlar shaklida chiqariladi (D-T reaksiyasi uchun 80% ga yaqin) 20% ga yaqini rentgen nurlari shaklida chiqariladi. Qolgan barcha energiya to'g'ridan-to'g'ri reaktiv zarbani yaratish uchun ishlatilishi mumkin. Shunday qilib, D-3He reaktsiyasi yadroviy energiya reaktorida foydalanish uchun ancha istiqbolli.

Boshqa turdagi reaktsiyalar

Deyteriy yadrolari orasidagi reaksiya (D-D, monopropellant) D + D -> 3 He + n energiya chiqishi 3,3 MeV va

4 MeV energiya chiqishi bilan D + D -> T + p+. Bu reaksiyadagi neytron unumi juda katta.

Boshqa turdagi reaktsiyalar mumkin:

P + 6 Li → 4 He (1,7 MeV) + 3 He (2,3 MeV) 3 He + 6 Li → 2 4 He + p + 16,9 MeV p + 11 B → 3 4 He + 8,7 MeV

Yuqoridagi reaksiyalarda neytron unumi yo'q.

Yoqilg'i tanlovi ko'plab omillarga bog'liq - uning mavjudligi va arzonligi, energiya chiqishi, termoyadroviy sintez reaktsiyasi uchun zarur bo'lgan sharoitlarga erishish qulayligi (birinchi navbatda harorat), reaktorning zarur dizayn xususiyatlari va boshqalar. Yadroviy raketa dvigatellarini amalga oshirish uchun eng istiqbolli deb ataladiganlardir. "Neytronsiz" reaktsiyalar, chunki termoyadro sintezi natijasida hosil bo'lgan neytron oqimi (masalan, deyteriy-tritiy reaktsiyasida) quvvatning katta qismini olib tashlaydi va uni tortishish uchun ishlatib bo'lmaydi. Bundan tashqari, neytron nurlanishi reaktor va kema strukturasida induksiyalangan radioaktivlikni keltirib chiqaradi va ekipaj uchun xavf tug'diradi. Deyteriy-geliy-3 reaktsiyasi neytron hosildorligining etishmasligi tufayli istiqbolli. Hozirgi vaqtda TNRE ning yana bir kontseptsiyasi taklif qilingan - termoyadroviy reaktsiya uchun katalizator sifatida oz miqdordagi antimateriyadan foydalanish.

TURD rivojlanish tarixi, hozirgi holati va istiqbollari

TNRE yaratish g'oyasi deyarli birinchi termoyadroviy reaktsiyalardan (termoyadroviy zaryadlarni sinovdan o'tkazish) keyin paydo bo'ldi. TURD rivojlanishi mavzusidagi birinchi nashrlardan biri J. Rossning 1958 yilda nashr etilgan maqolasi edi. Hozirgi vaqtda bunday turdagi dvigatellarning nazariy ishlanmalari (xususan, lazer termoyadroviy sinteziga asoslangan) va umuman boshqariladigan termoyadro termoyadroviy sintezi sohasida keng ko'lamli amaliy tadqiqotlar olib borilmoqda. Ushbu turdagi dvigatelni yaqin kelajakda amalga oshirish uchun mustahkam nazariy va muhandislik shartlari mavjud. TNRElarning hisoblangan xarakteristikalari asosida bunday dvigatellar Quyosh tizimini tadqiq qilish uchun yuqori tezlikda va samarali sayyoralararo transportni yaratishni ta'minlaydi. Biroq, TNRE ning haqiqiy namunalari hozircha yaratilmagan (2012).

Shuningdek qarang

Havolalar

• XXI asr kosmonavtikasi: termoyadro dvigatellari // "Fan uchun" gazetasi, 2003 yil
• Yangi Scientist Space (23.01.2003): Yadro sintezi NASA kosmik kemasini quvvatlantirishi mumkin (inglizcha)
• Fizika ensiklopediyasi, 4-jild, maqola "termoyadroviy reaktsiyalar", 102-bet, Moskva, "Katta rus ensiklopediyasi", 1994, 704-bet.