Yadro energiyasi quyidagilardan iborat katta raqam turli maqsadlar uchun korxonalar. Ushbu sanoat uchun xomashyo uran konlarida qazib olinadi. Keyin u yoqilg'i ishlab chiqarish zavodiga etkazib beriladi.

Keyinchalik, yoqilg'i atom elektr stantsiyalariga etkaziladi va u erda reaktor yadrosiga kiradi. Yadro yoqilg'isi tugaganda, uni ko'mish kerak. Shuni ta'kidlash kerakki, xavfli chiqindilar nafaqat yoqilg'ini qayta ishlashdan so'ng, balki har qanday bosqichda - uran qazib olishdan reaktorda ishlashgacha paydo bo'ladi.

Yadro yoqilg'isi

Yoqilg'ining ikki turi mavjud. Birinchisi, tabiiy ravishda konlarda ishlab chiqarilgan uran. Uning tarkibida plutonyum hosil qilishga qodir bo'lgan xom ashyo mavjud. Ikkinchisi - sun'iy ravishda (ikkinchi darajali) yaratilgan yoqilg'i.

Shuningdek, yadro yoqilg'isi kimyoviy tarkibi bo'yicha bo'linadi: metall, oksid, karbid, nitrid va aralash.

Uran qazib olish va yoqilg'i ishlab chiqarish

Rossiya, Frantsiya, Avstraliya, AQSh, Kanada va Janubiy Afrikada uran ishlab chiqarishning katta ulushi faqat bir nechta mamlakatlarga to'g'ri keladi.

Uran atom elektr stansiyalarining asosiy yoqilg'i elementidir. Reaktorga kirish uchun u qayta ishlashning bir necha bosqichlaridan o'tadi. Ko'pincha uran konlari oltin va misning yonida joylashgan, shuning uchun u qimmatbaho metallarni qazib olish bilan qazib olinadi.

Kon qazib chiqarishda inson salomatligi katta xavfga ega, chunki uran zaharli moddadir va uni qazib olish jarayonida paydo bo'ladigan gazlar saratonning turli shakllarini keltirib chiqaradi. Garchi rudaning o'zida juda oz miqdordagi uran bo'lsa ham - 0,1 dan 1 foizgacha. Uran konlari yaqinida yashovchi aholi ham katta xavf ostida.

Boyitilgan uran atom elektr stantsiyalari uchun asosiy yoqilg'idir, ammo u ishlatilgandan keyin juda ko'p miqdordagi radioaktiv chiqindilar qoladi. Barcha xavf-xatarlarga qaramay, uranni boyitish yadro yoqilg'isini yaratishning ajralmas qismidir.

Tabiiy shaklda uranni deyarli hamma joyda ishlatish mumkin emas. Uni ishlatish uchun uni boyitish kerak. Boyitish uchun gaz santrifüjlari ishlatiladi.

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

Transport

Yoqilg'i aylanishining istalgan bosqichida transport mavjud. U mavjud bo'lgan barcha usullar bilan amalga oshiriladi: quruqlik, dengiz, havo yo'li bilan. Bu nafaqat atrof-muhit uchun, balki odamlar uchun ham katta xavf va katta xavfdir.

Yadro yoqilg'isini yoki uning elementlarini tashish paytida radioaktiv elementlarning ajralib chiqishiga olib keladigan ko'plab baxtsiz hodisalar mavjud. Bu xavfli deb hisoblanadigan ko'plab sabablardan biridir.

Reaktorlarning ishdan chiqarilishi

Reaktorlarning hech biri demontaj qilinmagan. Hatto noma'lum Chernobil AESi ham shundan iboratki, mutaxassislarning fikriga ko'ra, demontaj qiymati yangi reaktor qurish narxiga teng yoki undan ham yuqori. Ammo qancha pul kerakligini hech kim aniq ayta olmaydi: xarajatlar 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 lahitlarni qurish.

Kelgusi o'n yil ichida dunyo bo'ylab 350 ga yaqin reaktor umrini tugatadi va ularni ishdan chiqarish kerak. Ammo xavfsizlik va narx jihatidan eng mos usul ixtiro qilinmaganligi sababli, bu masala haligacha hal qilinmoqda.

Hozir dunyoda 436 reaktor ishlaydi. Albatta, bu energiya tizimiga katta hissa, ammo bu juda xavfli. Tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, 15-20 yil ichida atom elektr stantsiyalarining o'rnini shamol energiyasi va quyosh batareyalari bilan ishlaydigan zavodlar egallashi mumkin.

Yadro chiqindilari

Yadro chiqindilarining katta miqdori AES tomonidan ishlab chiqariladi. Yadro yoqilg'isini qayta ishlash ham xavfli chiqindilarni qoldiradi. Biroq, hech bir davlat muammoning echimini topmadi.

Bugungi kunda yadroviy chiqindilar vaqtincha saqlash joylarida, suv havzalarida yoki er osti ko'milgan sayoz joylarda saqlanadi.

Eng xavfsiz usul - bu maxsus omborlarda saqlash, ammo boshqa usullar singari bu erda ham radiatsiya oqishi mumkin.

Aslida, yadro chiqindilari ma'lum bir ahamiyatga ega, ammo bu 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 hisoblanadi.

Yadro chiqindilarining turlari

Har qanday atom elektr stantsiyasining ishlashi paytida uning chiqindilari atrof muhitga kirib boradi. Bu turbinali sovutish suvi va chiqindi gazlar.

Yadro chiqindilari uch toifaga bo'linadi:

1. Past daraja - AES xodimlarining kiyimlari, laboratoriya jihozlari. Bunday chiqindilar tibbiyot muassasalari, ilmiy laboratoriyalardan ham kelib chiqishi mumkin. Ular katta xavf tug'dirmaydi, ammo ular xavfsizlik choralariga rioya qilishni talab qiladi.
2. O'rta daraja - yoqilg'i tashiladigan metall idishlar. Ularning radiatsiya darajasi ancha yuqori va ulardan uzoq bo'lmaganlarni himoya qilish kerak.
3. Yadro yoqilg'isi va uni qayta ishlash mahsulotlarining yuqori darajasi sarflanadi. Radioaktivlik darajasi tezda pasaymoqda. Yuqori darajadagi chiqindilar juda kichik, taxminan 3 foizni tashkil etadi, ammo u tarkibida barcha radioaktivlikning 95 foizini tashkil qiladi.

Uran yoki plutoniy asosidagi yadro yoqilg'isining hayot aylanishi kon qazish korxonalarida, kimyo zavodlarida, gaz santrifüjlarida boshlanadi va yoqilg'i agregati reaktordan tushirilganda tugamaydi, chunki har bir yoqilg'i yig'indisi utilizatsiya qilish va undan keyin qayta ishlashdan o'tishi kerak.

Yadro yoqilg'isi uchun xom ashyoni qazib olish

Uran eng ko'p og'ir metall yerda. Er uranining taxminan 99,4% uran-238, atigi 0,6% uran-235. Xalqaro Atom Energiyasi Agentligining Qizil kitobida "Fukusima-1" AESidagi avariyaga qaramay, uran ishlab chiqarish va talabning o'sishi to'g'risidagi ma'lumotlar mavjud bo'lib, bu ko'pchilikni atom energetikasi istiqbollari to'g'risida o'ylashga majbur qildi. So'nggi bir necha yil ichida o'rganilgan uran zaxiralari 7 foizga o'sdi, bu esa yangi konlarni topish bilan bog'liq. Eng yirik ishlab chiqaruvchilar Qozog'iston, Kanada va Avstraliya bo'lib qolmoqda, ular dunyodagi uranning 63% gacha qazib olishadi. Bundan tashqari, Avstraliya, Braziliya, Xitoy, Malavi, Rossiya, Niger, AQSh, Ukraina, Xitoy va boshqa mamlakatlarda metall zaxiralari mavjud. Avvalroq Pronedra 2016 yilda Rossiya Federatsiyasida 7,9 ming tonna uran qazib olingani haqida yozgan edi.

Bugungi kunda uran uch xil usulda qazib olinmoqda. Ochiq usul o'z ahamiyatini yo'qotmaydi. U konlar er yuzasiga yaqin bo'lganda ishlatiladi. Ochiq usul bilan buldozerlar karerni yaratadilar, so'ngra aralashmalar bilan rudani qayta ishlash korxonalariga tashish uchun samosvallarga yuklashadi.

Ko'pincha ma'dan tanasi katta chuqurlikda yotadi, bu holda er osti qazib olish usuli qo'llaniladi. Ikki kilometr chuqurlikka minani tortib olinadi, tosh burg'ilash yo'li bilan gorizontal siljishlarda qazib olinadi, yuk ko'targichlarida yuqoriga ko'tariladi.

Shu tarzda yuqori qavatda tashiladigan aralash ko'p tarkibiy qismlarga ega. Toshni maydalash, suv bilan suyultirish va ortiqcha olib tashlash kerak. Keyin aralashtirishga sulfat kislota qo'shilib, eritish jarayonini amalga oshiradi. Ushbu reaksiya jarayonida kimyogarlar uran tuzlarining sariq rangli cho'kmasini olishadi. Nihoyat, iflosliklarga ega bo'lgan uran tozalash zavodida tozalanadi. Shundan keyingina birjada sotiladigan uran azot oksidi olinadi.

Quduqni in-situ eritmasi (BLE) deb nomlangan ancha xavfsiz, ekologik jihatdan qulay va iqtisodiy jihatdan foydali usul mavjud.

Dala qazib olishning ushbu usuli bilan hudud xodimlar uchun xavfsiz bo'lib qoladi va radiatsiya fonlari yirik shaharlarda fonga to'g'ri keladi. Uranni eritma bilan qazib olish uchun olti burchakning burchaklarida 6 ta quduq qazish kerak. Ushbu quduqlar orqali oltingugurt kislotasi uran konlariga quyiladi, uning tuzlari bilan aralashadi. Ushbu eritma ishlab chiqariladi, ya'ni olti burchakning markazidagi quduq orqali pompalanadi. Uran tuzlarining kerakli konsentratsiyasiga erishish uchun aralashma sorbsion ustunlar orqali bir necha marta o'tkaziladi.

Yadro yoqilg'isi ishlab chiqarish

Yadro yoqilg'isi ishlab chiqarishni boyitilgan uranni olish uchun ishlatiladigan gaz santrifüjlarisiz tasavvur qilib bo'lmaydi. Kerakli konsentratsiyaga erishgandan so'ng, uran dioksiddan tabletkalar deb nomlanadi. Ular pechlarda yoqish paytida olib tashlanadigan moylash materiallari yordamida yaratiladi. Yong'in harorati 1000 darajaga etadi. Shundan so'ng, planshetlar belgilangan talablarga muvofiqligi tekshiriladi. Sirt sifati, namligi, kislorodning uran nisbati muhim ahamiyatga ega.

Shu bilan birga, boshqa ustaxonada yonilg'i elementlari uchun quvurli korpuslar tayyorlanmoqda. Yuqoridagi jarayonlar, shu jumladan keyingi dozalash va tabletkalarni qobiq naychalariga qadoqlash, yopish, zararsizlantirish, yoqilg'i ishlab chiqarish deb ataladi. Rossiyada yoqilg'i agregatlarini (FA) yaratish Moskva viloyatidagi "Mashinasozlik zavodi", Novosibirskdagi "Novosibirsk kimyoviy kontsentratlar zavodi", "Moskva polimetallari zavodi" va boshqalar tomonidan amalga oshiriladi.

Yoqilg'i agregatlarining har bir partiyasi ma'lum bir turdagi reaktor uchun yaratilgan. Evropaning yoqilg'i to'plamlari kvadrat shaklida, ruslar esa olti burchakli qismga ega. VVER-440 va VVER-1000 turdagi reaktorlar Rossiya Federatsiyasida keng tarqalgan. VVER-440 uchun birinchi yoqilg'i novdalari 1963 yilda, VVER-1000 uchun esa 1978 yildan beri ishlab chiqarila boshlandi. Rossiyada Fukusimadan keyingi xavfsizlik texnologiyalariga ega yangi reaktorlar faol ravishda tatbiq etilayotganiga qaramay, eski modeldagi ko'plab yadro inshootlari mamlakatda va chet ellarda ishlamoqda, shuning uchun yoqilg'i agregatlari turli xil turlari reaktorlar.

Masalan, RBMK-1000 reaktorining bir yadrosi uchun yoqilg'i agregatlarini ta'minlash uchun zirkonyum qotishmalaridan tayyorlangan 200 mingdan ortiq komponentlar, shuningdek, 14 million uran dioksid granulalari zarur. Ba'zida yonilg'i quyish moslamasini ishlab chiqarish qiymati elementlar tarkibidagi yoqilg'ining narxidan oshib ketishi mumkin, shuning uchun har bir kilogramm urandan yuqori energiya samaradorligini ta'minlash juda muhimdir.

Xarajatlar ishlab chiqarish jarayonlari % ichida

Alohida-alohida, tadqiqot reaktorlari uchun yoqilg'i agregatlari haqida gapirish kerak. Ular neytronlarni yaratish jarayonini kuzatish va o'rganishni iloji boricha qulayroq qilish uchun mo'ljallangan. Rossiyada yadro fizikasi, izotoplar ishlab chiqarish, radiatsion tibbiyot sohalarida tajribalar o'tkazish uchun bunday yoqilg'i elementlari Novosibirsk kimyoviy kontsentratlar zavodi tomonidan ishlab chiqariladi. Yoqilg'i agregatlari uran va alyuminiy bilan choksiz elementlarga asoslangan.

Yoqilg'i ishlab chiqaruvchi TVEL kompaniyasi (Rosatom bo'limi) Rossiya Federatsiyasida yadro yoqilg'isi ishlab chiqarish bilan shug'ullanadi. Korxona xom ashyoni boyitish, yoqilg'i elementlarini yig'ish bilan shug'ullanadi, shuningdek, yoqilg'ini litsenziyalash xizmatlarini ko'rsatadi. Vladimir viloyatidagi Kovrov mexanika zavodi va Sverdlovsk viloyatidagi Ural gaz santrifüj zavodi Rossiyaning yoqilg'i agregatlari uchun uskunalar yaratmoqda.

Yoqilg'i tayoqchalarini tashish xususiyatlari

Tabiiy uran radioaktivlikning past darajasi bilan ajralib turadi, ammo yoqilg'i agregatlari ishlab chiqarilishidan oldin metall boyitish tartibidan o'tadi. Tabiiy rudadagi uran-235 ning miqdori 0,7% dan oshmaydi va radioaktivlik 1 milligram uran uchun 25 beckerelni tashkil qiladi.

Yoqilg'i birikmalariga joylashtirilgan uran pelletlari tarkibida 5% uran-235 konsentratsiyali uran mavjud. Yadro yoqilg'isi bilan tayyor yonilg'i to'plamlari maxsus ravishda tashiladi metall idishlar yuqori quvvat. Tashish uchun temir yo'l, avtomobil, dengiz va hatto havo transporti ishlatiladi. Har bir konteynerga ikkita yig'ma joylashtirilgan. Nurlanmagan (yangi) yoqilg'ini tashish radiatsiya xavfini keltirib chiqarmaydi, chunki radiatsiya bosilgan uran granulalari joylashtirilgan zirkonyum naychalaridan tashqariga chiqmaydi.

Yoqilg'i partiyasi uchun maxsus marshrut ishlab chiqilgan, yukni ishlab chiqaruvchi yoki buyurtmachining xavfsizlik xodimlari hamrohlik qiladi (ko'pincha), bu birinchi navbatda uskunalarning yuqori narxiga bog'liq. Yadro yoqilg'isini ishlab chiqarishning butun tarixida radiatsiya foniga ta'sir qiladigan yoqilg'i agregatlari bilan bog'liq bo'lgan biron bir transport hodisasi qayd etilmagan. atrof-muhit yoki qurbonlarga olib keldi.

Reaktor yadrosidagi yoqilg'i

Yadro yoqilg'isining birligi - TVEL uzoq vaqt davomida juda katta miqdordagi energiyani chiqarishga qodir. Bunday hajmlar bilan ko'mirni ham, gazni ham taqqoslab bo'lmaydi. Har qanday AESda yoqilg'ining hayotiy aylanishi yoqilg'ini yig'ish omborida tushirish, olib tashlash va saqlashdan boshlanadi. Reaktordagi oldingi yoqilg'ining partiyasi yonib ketganda, xodimlar yadroga yuklash uchun yoqilg'i agregatlarini tugatadilar (parchalanish reaktsiyasi sodir bo'ladigan reaktorning ishchi zonasi). Qoida tariqasida, yonilg'i qisman qayta yuklanadi.

To'liq yonilg'i yadroga faqat reaktor birinchi ishga tushirilganda yuklanadi. Bu reaktorning yonilg'i tayoqchalari notekis yonib ketishi bilan bog'liq, chunki neytron oqimi reaktorning turli zonalarida intensivligi bilan farq qiladi. Hisoblagich qurilmalari tufayli stansiya xodimlari yoqilg'ining har bir birligining yonish darajasini real vaqtda kuzatib borish va almashtirishni amalga oshirish imkoniyatiga ega. Ba'zan, yangi yoqilg'i moslamalarini o'rnatish o'rniga, yig'ilishlar o'zaro harakatlanadi. Yonish eng intensiv ravishda yadroning markazida sodir bo'ladi.

Atom elektr stantsiyasidan keyin yonilg'i yig'ish

Yadro reaktorida ishlagan uran nurlangan yoki yoqib yuborilgan deb nomlanadi. Va bunday yoqilg'i agregatlari yadro yoqilg'isiga sarflanadi. SNF radioaktiv chiqindilardan alohida joylashtirilgan, chunki u kamida 2 foydali komponentga ega - yonmagan uran (metallning yonish darajasi hech qachon 100% ga etmaydi) va transuran radionuklidlari.

Yaqinda fiziklar sanoatda va tibbiyotda ishlatilgan yadro yoqilg'isida to'plangan radioaktiv izotoplardan foydalanishni boshladilar. Yoqilg'i o'z kampaniyasini ishlab chiqqandan so'ng (nominal quvvatda ishlaydigan sharoitda reaktor yadrosida yig'ish vaqti), u sarflangan yonilg'i hovuziga, so'ngra to'g'ridan-to'g'ri reaktor bo'linmasidagi zaxiraga, so'ngra qayta ishlashga yoki yo'q qilishga yuboriladi. Ishlatilgan yonilg'i hovuzi issiqlikni yo'qotish va ionlashtiruvchi nurlanishdan himoya qilish uchun mo'ljallangan, chunki yoqilg'i yig'ilishi reaktordan chiqarilgandan keyin ham xavfli bo'lib qoladi.

AQSh, Kanada yoki Shvetsiyada SNF qayta ishlashga yuborilmaydi. Boshqa mamlakatlar, shu jumladan Rossiya, yoqilg'ining yopiq tsikli ustida ishlamoqda. Bu yadroviy yoqilg'ini ishlab chiqarish xarajatlarini sezilarli darajada kamaytirishi mumkin, chunki sarf qilingan yadro yoqilg'isining bir qismi qayta ishlatiladi.

Yoqilg'i tayoqchalari kislotada eriydi, shundan so'ng tadqiqotchilar plutonyum va foydalanilmagan uranni chiqindilardan ajratadilar. Taxminan 3% xom ashyoni qayta ishlatish mumkin emas; bu bitumatsiya yoki vitrifikatsiyaga uchragan yuqori darajadagi chiqindilar.

Ishlatilgan yadro yoqilg'isidan 1% plutonyum olish mumkin. Ushbu metallni boyitishga hojat yo'q; Rossiya uni innovatsion MOX yoqilg'isi ishlab chiqarishda ishlatadi. Yoqilg'i yopiq tsikli bitta yonilg'i yig'ilishini taxminan 3% arzonlashtirishga imkon beradi, ammo bu texnologiya sanoat bloklari qurilishiga katta mablag 'sarflashni talab qiladi, shuning uchun u hali dunyoda keng tarqalmagan. Shunga qaramay, Rosatom yoqilg'i kompaniyasi ushbu yo'nalishdagi izlanishlarini to'xtatmaydi. Pronedra yaqinda buni yozdi Rossiya Federatsiyasi reaktiv yadrosidagi ameriyum, kuriy va neptuniy izotoplaridan foydalanishga qodir bo'lgan yoqilg'i ustida ishlamoqdalar, ular bir xil 3% yuqori radioaktiv chiqindilar tarkibiga kiritilgan.

Yadro yoqilg'isi ishlab chiqaruvchilari: reyting

1. Yaqin vaqtgacha Frantsiyaning Areva kompaniyasi yonilg'i yig'ish vositalarining jahon bozorining 31 foizini ta'minlagan. Kompaniya yadro yoqilg'isi ishlab chiqarish va atom elektr stantsiyalari uchun butlovchi qismlarni yig'ish bilan shug'ullanadi. 2017 yilda Areva sifatli yangilanishni amalga oshirdi, kompaniyaga yangi investorlar tashrif buyurishdi va 2015 yildagi ulkan zarar 3 baravar kamaydi.
2. Westinghouse - Yaponiyaning Toshiba kompaniyasining Amerika bo'limi. Sharqiy Evropada bozorni faol ravishda rivojlantiradi, Ukraina atom elektr stantsiyalariga yoqilg'i agregatlarini etkazib beradi. Toshiba bilan birgalikda u yadro yoqilg'isi ishlab chiqarish bo'yicha jahon bozorining 26 foizini ta'minlaydi.
3. Uchinchi o'rinda Rosatom davlat korporatsiyasining TVEL yoqilg'i kompaniyasi (Rossiya) joylashgan. TVEL jahon bozorining 17 foizini ta'minlaydi, 30 milliard dollarlik 10 yillik shartnomalar portfeliga ega va 70 dan ortiq reaktorlarga yoqilg'i etkazib beradi. TVEL VVER reaktorlari uchun yoqilg'i agregatlarini ishlab chiqadi va G'arb tomonidan ishlab chiqarilgan yadro qurilmalari bozoriga kiradi.
4. Japan Nuclear Fuel Limited, so'nggi ma'lumotlarga ko'ra, jahon bozorining 16 foizini ta'minlaydi, Yaponiyaning o'zida joylashgan yadroviy reaktorlarning ko'pini yonilg'i bilan jihozlaydi.
5. Mitsubishi Heavy Industries - G'arb uslubidagi reaktorlar uchun turbinalar, tankerlar, konditsionerlar va yaqinda yadro yoqilg'isi ishlab chiqaradigan yapon giganti. Mitsubishi Heavy Industries (bosh kompaniyaning bo'linmasi) APWR yadro reaktorlarini qurish, Areva bilan ilmiy-tadqiqot faoliyati bilan shug'ullanadi. Aynan shu kompaniya Yaponiya hukumati tomonidan yangi reaktorlarni ishlab chiqish uchun tanlangan.

Zamonaviy avtomobil, shuningdek, 72 ta oktanli benzin bilan ishlay oladi - ammo bu g'amgin va sekin haydash bo'ladi. Atom elektr stansiyasi bundan 50 yil oldin ishlab chiqarilgan yoqilg'ida ham ishlashga qodir - ammo u zararsiz rejimda ishlaydi, reaktor dizaynerlar tomonidan yaratilgan yangi imkoniyatlarni amalga oshira olmaydi. Birinchi atom elektr stantsiyasi yaratilgandan beri, yadroshunos olimlar doimiy ravishda olib boradilar qiyin ish yadro yoqilg'isi sifatini yaxshilash, atom energetikasining afzalliklarini oshirish.

Biz hammamiz atom elektr stantsiyalarining qanday ko'rinishini - insoniyat tsivilizatsiyasi rivojlanishidagi zamonaviy bosqichning ramzlaridan biri bo'lishi mumkin va hisoblanishi kerak bo'lgan ulkan inshootlarni ko'rganmiz va allaqachon o'rganib qolganmiz. Aylanadigan rotor ulkan elektr tokini yaratadigan ulkan turbinalar, kuchli nasoslar, yuqori bosim ostida, reaktor yadrosi orqali suv haydash, kuchli reaktor kemalari, zilzilalarga bardosh bera oladigan qo'shimcha germetik qobiqlar, ularga samolyotlar tushishi. Birinchi va ikkinchi davrlarning quvurlari, ulkan sovutish minoralari, ularda ikkinchi zanjirning suvi soviydi - hamma narsa katta, ba'zan ulkan. Ammo har qanday yadro reaktorining yuragi juda mayda, chunki boshqariladigan yadro bo'linishi reaktsiyasi izotop-235 da boyitilgan uranni o'z ichiga olgan juda kichik yonilg'i pelletlari ichida sodir bo'ladi. Aynan shu erda, kichik planshetlarda, eng muhimi, katta miqdordagi issiqlikni chiqarish sodir bo'ladi, buning uchun atom elektr stantsiyasida biz ko'rgan barcha narsalar yaratiladi. Bularning barchasi katta va chiroyli, murakkab, asbob-uskunalarni ishlab chiqarish va ulardan foydalanishda ulkan kuchlarni talab qiladi - shunchaki yonilg'i pelletlarining "xizmati".

Formulalarsiz atom energiyasi

AES uchun yadro yoqilg'isi nima ekanligi haqida gapirish juda qiyin - oddiy hollarda tavsiflash ko'p qavatli matematik formulalar, atom fizikasi va boshqa kvant mexanikasini talab qiladi. Bizning atom olimlarimiz uranni qanday qilib o'zlashtirganligini va biz uchun juda zarur bo'lgan ishonchli manbaga aylanishini tushunish uchun bularning barchasini qilmasdan harakat qilaylik. elektr energiyasi... Bizning fikrimizcha, buning uchun mantiqiy va oddiy kundalik sog'lom fikr etarli bo'ladi va boshlang'ich nuqta bo'linishning zanjirli reaktsiyasini maktab ta'rifi bo'ladi. Yodingizdami?

"Neytron uran yadrosini uradi, undan birdan ikkita neytronni urib tushiradi, endi ular bir nechta yadroni urishadi, birdan to'rttasini nokaut qilishadi ..."

Yadro zanjiri reaktsiyasi

Matematik nuqtai nazardan, neytronni ko'paytirish koeffitsienti ikkitadan bo'lsa, boshqariladigan zanjirli reaktsiya mumkin emas. Erkin neytronlar soni va uran yadrolarining parchalanishi shunchalik ko'payib ketadiki, faqat bitta natija bo'lishi mumkin - atom portlashi. Reaksiya muammosiz davom etishi uchun, uni kuzatish va tartibga solish uchun ko'paytirish koeffitsientini 1,02 ga etkazish talab qilinadi - yuzta erkin "boshlang'ich" neytronlar "ikkinchi avlod" ning 102 ta erkin neytronining paydo bo'lishiga sabab bo'lishi kerak, qolganlarning hammasi yo'q qilinishi, yutilishi, zararsizlantirilishi kerak. - bu jarayonni o'zingiz yoqtirgan narsaga chaqiring, lekin bu sodir bo'lishi kerak. Ushbu chegara qiymati nazariy jihatdan hisoblab chiqilgan, buning uchun bizning olimlarimizga alohida katta "rahmat". Ko'paytirish koeffitsienti birlikdan oshib ketishi uchun izotop-235 ning tabiiy tarkibi etarli emasligini aniqladilar. Boshqacha qilib aytganda, agar biz parchalanish reaktsiyasi to'xtamasligini istasak, bu izotop tarkibini 3-4 foizgacha, ya'ni ona tabiat bizga beradigan narsadan 5-6 baravar ko'paytirishni o'rganishimiz kerak. Nazariyotchilar hisoblab chiqdilar, ammo amaliy muhandislar qolgan barcha ishlarni bajarib, reaktor yadrosida ortiqcha neytronlarni yutadigan materiallardan foydalanish usullarini o'ylab topdilar va "neytron neytrallashtiruvchi vositalarni" ixtiro qildilar.

Kimyo hayotdir

Izotop-235 tarkibi bo'yicha uran qanday boyitiladi, Analitik onlayn jurnal Geoenergetics.ru allaqachon aytilgan - avval uranni gazga, uran ftoriga aylantirish kerak, so'ngra gaz santrifüjlari yordamida og'ir atomlarni «yo'q qilish» kerak, shu tufayli yorug'lik atomlari soni ko'payadi (asosiy uran izotopi yadrosi 238 proton va neytronni o'z ichiga oladi, bunday atom uchta atomga teng uran-235 atomidan ko'p). Ajoyib - ftor uran-235 ga boyidi, barchasi tartibda. Va keyin - nima va qanday? Yadro yoqilg'isi AES reaktorlariga boradigan yo'l juda yaxshi ishlaydigan kimyogarlarning g'amxo'rlik qo'lidan boshlanadi muhim ish - ular gazni qattiq moddaga va atom olimlari ular uchun "buyurgan" narsaga aylantiradi. Atom energiyasi shunchaki ajablanarlisi shundaki, u faqat atom fizikasi bilan cheklanib qolmaydi, bu erda bir vaqtning o'zida o'nlab ilmiy fanlardan foydalaniladi. Rosatom har doim kimyogarlar, materialshunoslar, metallurglar va boshqa ko'plab mutaxassislar uchun joy mavjud.

Va fiziklar kimyogarlarga "buyurtma berishadi" uran dioksidi - bir uran atomi va ikkita kislorod atomini o'z ichiga olgan molekulalarning kukuni. Nega u? Ushbu molekulalarning ko'pgina xususiyatlari juda yaxshi. Uran dioksidining erish harorati 2'840 darajani tashkil qiladi, uni eritish juda qiyin; atom energetikasi tarixida yadro yoqilg'isining erishi bilan birga faqat uchta baxtsiz hodisa ro'y bergan. Uran dioksidi gaz shishishi deb ataladigan narsalarga juda moyil emas - bu qiziqarli hodisa, ammo atom energiyasi uchun zararli. Reaktor yadrosida sodir bo'layotgan voqealar O'rta asr alkimyogarlari orzusining timsolidir, ba'zilarining o'zgarishlari mavjud kimyoviy elementlar boshqalarida, ulardan butunlay farq qiladi. Uran-235 yadrosiga zarba beradigan erkin neytron nafaqat undan qo'shimcha erkin neytronlarni urib tushiradi - bu yadroning o'zi turli qismlarga bo'linishiga olib keladi. Parchalanish jarayoni qanday aniq amalga oshiriladi, bu holda qanday yangi yadrolar paydo bo'ladi - bu tasodif masalasidir, ammo statistika shuni ko'rsatadiki, boshqa bo'linish qismlari qatorida gazlar ham mavjud. Ular yonilg'i pelletining ichida to'planib, o'zlarini gazlar singari tutishadi - iloji boricha ko'proq hajmlarni egallashga harakat qilishadi, yonilg'i pelletini parchalab tashlashga harakat qilishadi. Qabul qiling, bunda hech qanday foydali narsa yo'q - uran atomlari yadrosidagi barcha energiyani bizga etkazish uchun yadro ichida iloji boricha uzoqroq turishi uchun bizga yaxlit va sog'lom yoqilg'i pelleti kerak. Shunday qilib, faqat hardcore, faqat uran dioksidi - bu yuqori haroratni ishlatishga imkon beradi, bu esa atom elektr stantsiyasining samaradorligini oshiradi va yoqilg'ining yoqilishini kuchaytiradi.

"Yadro yoqilg'isini yoqish chuqurligi" bu to'liq ilmiy va texnik atama, ammo bu nima ekanligini anglash uchun eng baland jismoniy ta'lim talab qilinmaydi. Yoqilg'i yoqilishi - bu neytronlar ta'sirida yadro konformatsiyasiga uchragan uran yadrolarining qismi. Foiz bilan ifodalangan holda, foiz qancha ko'p bo'lsa, shuncha ko'p uran yadrolari biz ulardan elektr energiyasini ishlab chiqarishda ishlatadigan issiqlikni qabul qilib, kerakli maqsadlarda foydalana oldik. Shunday qilib, yoqilg'ining yoqilishi atom elektr stantsiyasining asosiy iqtisodiy ko'rsatkichlaridan biridir. Agar biz yadroga 100 kilogramm uran-235 qo'ygan bo'lsak va yoqilg'i kampaniyasi oxirida undan 99 kg ni olib tashlagan bo'lsak, yadro, reaktor va atom elektr stantsiyasining bunday dizayni narxiga arzimaydi. Ammo agar yadrodan chiqarilgan yoqilg'i pelletida uran-235 qolmagan bo'lsa, demak, bu dizaynerlar juda zo'r va ularning har biriga shoshilinch ravishda Nobel mukofotini berish vaqti keldi, yaxshiroq - ikkitasi.

Aslida, kuyish chuqurligi 100% ga printsipial ravishda erishish mumkin emas, ammo bu ularning ular uchun kurashmayotganligini anglatmaydi - har bir foiz uchun kurashlar jiddiy. Yonish chuqurligi qanchalik katta bo'lsa, hosil bo'lgan elektr energiyasining narxi past bo'ladi va uglevodorodlarning yonishiga asoslangan energiya bilan raqobat bekor qilinmagan. Bundan tashqari, pelet qancha vaqt "yonadi" bo'lsa, reaktor yoqilg'ini shunchalik tez-tez to'ldirishi kerak. VVER (suv-suv quvvatli reaktor) dizayni shundan iboratki, yoqilg'i o'zgarishi reaktor to'liq to'xtatilganda va soviganida sodir bo'ladi - bu xavfsizroq. Bunday to'xtashlar qancha kam bo'lsa, o'rnatilgan quvvatdan foydalanish koeffitsienti shunchalik yuqori bo'ladi; ICUF atom elektr stantsiyasining ikkinchi muhim iqtisodiy ko'rsatkichidir. Sizning changyutgichingizning texnik pasportida uning kuchi yozilgan - masalan, 1'200 Vt * soat. Ammo changyutgich bir soat davomida ishlasa, siz 1'200 vatt olasiz, yarim soatlik rejimda - yarim soat davomida "nimadir belingizni ushladi", siz atigi 600 vatt olasiz, boshqacha qilib aytganda, changyutgichning quvvati atigi 50% ni tashkil qiladi. Yoqilg'i yoqilg'isining chuqurligi kabi, aziz maqsad 100% ni tashkil etadi va har bir foiz yana muhimdir, chunki atom reaktori iqtisodiyoti issiqlik elektr stantsiyasining iqtisodiyotiga va hatto gidroelektr stantsiyasining iqtisodiga qaraganda ancha foydali bo'lishi kerak.

Ko'rinib turibdiki - yoqilg'ini umuman talab qilmaydigan, faqat tushayotgan suvning energiyasidan foydalaniladigan gidroelektr stantsiyasidan ko'ra ko'proq foydali iqtisodiy natijalarni qanday ko'rsatish mumkin? Bu juda oddiy - suv yiliga 365 kun, 24 soat davomida gidroelektr qurilmalariga tushmaydi, buning uchun suv omborida to'liq ma'lum miqdorda suv kerak. Ushbu hajmga erishilgunga qadar GES "dam oladi" va bunday pauzalar haqida hech narsa bilmagan AES raqibini quvib yetib olishga ulguradi. Mana qisqacha xulosa - har qanday atom elektr stantsiyasining samaradorligi, yonish chuqurligi va ICUM yonilg'i pelletiga, uning materialiga bog'liq. Uran ftorli gazni uran dioksid kukuniga aylantiradigan kimyogar, esda tuting - yadro energiyasining kelajagi sizning mahoratingizga bog'liq!

Yoqilg'i planshetlari - bosqichma-bosqich

Oddiy so'zlar bilan tushuntirish juda ko'p, ammo "umuman" so'zidan kimyogarlarning ishini tasvirlash uchun bunday mashqni bajarish mumkin emas, shuning uchun tayyor bo'ling. Uran ftorid gazi avval suvli eritma orqali o'tadi va amaniy va karbonat kislotaning kislotali qoldig'i bilan aralashtirilgan uranil ftoridi olinadi. Natijada ammoniy uranil karbonat olinadi, u cho'kadi - ishning yarmi allaqachon bajarilgan deb hisoblang, bizda hech bo'lmaganda qattiq, gazsiz narsa bor. Süspansiyon filtrdan o'tkaziladi, yuviladi va suyuq yotoqli pechga yuboriladi, bu erda yuqori harorat tufayli barcha keraksiz aralashmalar parchalanadi va quruq qoldiqda uran trioksid kukuni olinadi (bu molekulada 1 uran atomiga uchta kislorod atomi bor). Bo'ldi, endi u deyarli biznikidir!

Uran dioksidi kukunini yuqori haroratli pirogidroliz bilan ishlab chiqarish uchun bo'lim

Harorat yana yuqori - 500 daraja, lekin allaqachon qo'shimcha kislorod atomini oladigan vodorod oqimi bilan va kimyogarlar tinchlik bilan tushlikka ketishadi va fiziklarga o'zlari orzu qilgan uran dioksidini olib tashlashga imkon beradi. Biroq, ular erta xursand bo'lishadi - ular darhol cho'zilgan qo'llariga urishadi ... metallurglar, chunki yoqilg'i pelletlari chang metallurgiya usuli bilan ishlab chiqariladi. Kimyogarlar mehnati natijasida olingan kukun maydalanadi, elenir va mayda kukun olinadi - u deyarli chang holatiga keltiriladi. Birlashtiruvchi va moylash materiallarini qo'shgandan so'ng, keraksiz aralashmalarni yo'q qilish uchun tabletkalar presslanadi va yana tavlanishga yuboriladi. Shundan so'ng, harorat 1'750 darajaga ko'tariladi, planshetlar zichroq, og'irlashadi - endi ular allaqachon mexanik usullar bilan qayta ishlanishi mumkin. Kerakli o'lchamlarni olish uchun silindrli silliqlash mashinasi ishga tushadi - barchasi shu.

Uran pelletlarini ishlab chiqarish joyi

Yo'q, mayli, umuman "hamma narsa" emas, chunki shundan so'ng darhol inspektorlar do'konga geometrik o'lchamlarini, sirtining sifatini, namligini, kislorod va uran atomlarining nisbatlarini tekshirish uchun keladi. E'tibor bering, uran-235 va uran-238 atomlarining nisbatlarini tekshirish talab qilinmaydi - kimyogarlar qanday manipulyatsiyalar qilsalar ham, ularning harakatlari atom yadrolari tarkibiga ta'sir qilmaydi. Ushbu ishlarning natijasi atigi 4,5 gramm bo'lgan yoqilg'i pelletlari, ammo bu kichik bitlar 400 kg ko'mir, 360 kubometrga teng energiyani o'z ichiga oladi tabiiy gaz yoki 350 kg yog '.

Yadro keramik yonilg'i pelletlarini ishlab chiqarish va texnik nazorat

Rossiya yadro korxonalarida ishlab chiqarilgan planshetlarning nomenklaturasi TVEL yoqilg'i kompaniyasi - uran-235 boyitilishining turli darajalari, har xil o'lchamdagi, 40 dan ortiq navlari. Ammo bitta narsa o'zgarishsiz qolmoqda - atom energetikasi uran dioksidni yoqilg'i sifatida ishlatishda davom etmoqda, bu o'z-o'zidan radioaktivlikning tarqalishiga to'sqinlik qiladigan narsalardan biridir. Ishlash haroratida ushbu material parchalanish mahsulotlarining 98% ini saqlaydi va muhrlanish yukini minimal darajaga tushiradi. Yoqilg'i o'zining "to'siq" funktsiyalarini bajarishi uchun yoqilg'ining sovutish suyuqligi bilan o'zaro ta'siri minimal bo'lishi kerak - aks holda radioaktiv parchalanadigan mahsulotlar qochib qutulish imkoniyatiga ega. tashqi muhit keyingi barcha noxush oqibatlar bilan.

Yoqilg'i tayoqchasi shunchaki "uzun naycha" emas

Yaxshi, tabletkalar tayyorlandi, keyin nima bo'ladi? Yadro reaktori g'oyasi sodda - sovutish suyuqligi yadro reaktsiyalari natijasida chiqarilgan barcha issiqlikni "olib tashlashi" kerak. Bir necha marta olib tashlang, bu o'chirish butun yoqilg'i seansi davomida sodir bo'lishi kerak - reaktor yadrosida yoqilg'i sarflangan vaqt. VVER reaktorlarida bu ish yadro orqali yuqori bosim ostida o'tadigan suv orqali amalga oshiriladi. Yoqilg'i pelletlarini yadroga tashlang, qaynoq suvdagi köfte kabi? Variant emas, yonilg'i pelletlarining statsionar holatini ta'minlash, shu bilan birga suv oqimi bosim ostida o'tib, yadro reaktsiyalari paytida hosil bo'lgan narsalarni olish juda oqilona issiqlik energiyasi... Binobarin, biz yoqilg'ining statsionar joylashishini ta'minlash uchun ishlab chiqarilgan bir xil "qulf" ga muhtojmiz - bu ichi yonilg'i pelletlari joylashgan ichi bo'sh ingichka devorli quvur - yoqilg'i elementi, yoqilg'i elementi.

Yoqilg'i elementlari (yonilg'i tayoqchalari), Surat: wikimedia.org

Nega yupqa devorli? Shunday qilib, yoqilg'i pelletlarida hosil bo'ladigan issiqlik deyarli to'sqinliksiz suv bilan "olib tashlanishi" mumkin, ya'ni yonilg'i tayoqchalari devorlarining materialiga qo'yiladigan birinchi talab eng yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi hisoblanadi. Oldi - berdi, oldi - berdi. Ikkinchi talab ham juda aniq - yonilg'i elementlari devorlarining tashqi tomoni doimo suvda, shuning uchun uning materiallari korroziyadan qo'rqmasligi kerak. Uchinchi shart ham aniq - material doimiy ravishda yuqori radioaktivlikka bardosh berishi kerak, shu bilan birga yadro jarayonlariga zarar etkazmaydi. U yadro reaktsiyasini to'xtatmasligi uchun, iloji boricha kamroq neytronlarni yutishi kerak, shuning uchun izotop-235 tarkibida yuqori darajada boyitilgan uran ishlab chiqarishni majburlamaydi. Naychaning diametri, shuningdek yonilg'i pelletlarining diametri iloji boricha kichikroq bo'lishi kerak, aks holda markaziy segmentlarda hosil bo'ladigan issiqlik sovutish suviga etib bormaydi. Bu yoqilg'i elementining ingichka devori kabi "oddiy" narsaga javob beradigan talablar to'plami.

Yadro energetikasini shakllantirish bosqichida zanglamaydigan po'lat shunday materialga aylandi, ammo bu uzoq davom etmadi - po'lat juda ko'p erkin neytronlarni oladi, shuning uchun g'azablanarli narsa kerak bo'ladi. Bu vaqtga kelib atom olimlari puxta ishlashdi va minimal neytron tutish kesimiga ega metall - zirkonyumni topishdi. Bunday holda, "kesish" so'zi "ehtimollik" so'zining o'rnini bosadi. O'tayotgan neytron zirkonyum atomining yadrosi tomonidan o'z tuzoqlariga tushib qolish ehtimoli minimal, zirkonyum esa juda yaxshi issiqlik uzatish koeffitsientiga ega, u suv bilan o'zaro ta'sir qilmaydi, u faqat 1855 darajadan yuqori haroratda eriydi, uning issiqlik kengayish koeffitsienti juda past. qizdirilganda "shishib ketish" uchun u oddiygina issiqlikni tashqi muhitga "to'kadi". Qabul qilaman - bu atom energiyasi uchun juda yaxshi materialdir, agar siz uni mukammal kimyoviy toza holda ishlab chiqarishga erishsangiz, chunki har qanday nopoklik erkin neytronlarni faol ravishda "yeyish" uchun harakat qiladi.

Yoqilg'i tayoqchalari va yoqilg'i agregatlari ishlab chiqarish sexi

Metallurglar bu vazifani qanday uddalashni o'rganganliklarini e'lon qilishlari bilanoq, atom energetikasi zirkonyumga o'tdi. Rossiyadagi yagona va dunyodagi uchta korxonadan biri tsirkonyum va uning qotishmalarini ishlab chiqarishning to'liq tsikliga ega - bu TVEL Yoqilg'i kompaniyasining tarkibiga kiradigan Chepetsk mexanika zavodi (Glazov, Udmurtiya). 1986 yildan beri ChMP E-110 qotishmasidan yoqilg'i elementlari korpuslarini ishlab chiqarishga o'tdi - niobiyning bir foizi tsirkoniyga qo'shiladi va bu kichik o'sish materialning korroziyaga chidamliligini sezilarli darajada oshiradi. Zirkonyum va niobiumdan tashqari tarkibida temir va qalay bo'lgan E-365 qotishmasining mexanik xususiyatlari bundan ham yaxshiroqdir. Yoqilg'i elementlarini ishlab chiqarishning har bir bosqichi juda muhimdir, ushbu elementlarning mavjudligi payvandlash bilan yaxshi kurashishga imkon beradi, boshqa qo'shilish usullari bilan turli xil materiallar... Rossiyada ishlab chiqarilgan yoqilg'i elementlari IAEA-ning barcha talablariga javob beradi, mukammal ekspluatatsion xususiyatlarini namoyish etadi va atom energetikasining iqtisodiy ko'rsatkichlarini ko'tarishga imkon beradi.

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

Bo'limdagi yoqilg'i elementi, rasm: heuristic.su

Bu yerda qisqa Tasvir ichidagi tarkibga ega 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 dioksidli tabletkalar mavjud, har bir tabletkaning markazida diametri 1,2 mm bo'lgan teshik bor. Pellet yonilg'i tayog'ining devorlariga tegmaydi, bo'shliq va granulalar ichidagi teshik yonilg'i tayoqchasi yadro parchalanishi jarayonida hosil bo'lgan radioaktiv gazlarni o'zida saqlay oladigan qilib ishlab chiqilgan. Pelletlar yonilg'i elementi ichiga burmalar bilan o'rnatiladi, granulalar ustunining umumiy uzunligi 3,53 metrni tashkil qiladi; yoqilg'i seansi davomida uning uzunligi 30 mm ga oshadi. Ha, hamma narsa millimetrda va hatto ularning qismlarida o'lchanadi - axir atom energiyasi moddalarning eng kichik zarralari bilan shug'ullanadi.

Mana, diametri 8 mm dan kam bo'lgan planshet - tuyulishi mumkin, unda nima qiziq bo'lishi mumkin? Ammo yadroviy reaktsiyalar paytida planshetning markaziy qismidagi harorat 1'500-1'600 darajaga, tashqi yuzasida esa atigi 470 ga etadi. 3-4 millimetrlik masofadagi ming daraja farq, metall gazga aylanib ketishi - mayda mo''jizalar tabletkalar.

Yoqilg'i elementidan yoqilg'ini yig'ishgacha

Tabletkalar tayyorlandi, ular yonilg'i tayog'iga joylashtirildi - barchasi shumi? Albatta, yo'q - kolba yonilg'i bilan birga atigi 2,1 kg ni tashkil qiladi, bunday uran massasi uzoq ish etarli bo'lmaydi. Yadro yoqilg'isini shakllantirishning navbatdagi bosqichi yoqilg'i agregatlarini, yoqilg'i agregatlarini shakllantirishdir. Hozirgacha Rossiyada eng keng tarqalgan VVER-1000 reaktori uchun 312 yoqilg'i majmuasi bitta yoqilg'i yig'indisiga yig'ilib, ular orasida nazorat va himoya tizimining bor kabi samarali neytron yutgichlari bilan to'ldirilishi uchun bo'shliqlar qoldirilgan. Yoqilg'i to'plamining pastki qismida astar deb nomlangan - yonilg'i tayoqchalari biriktirilgan joy.

Kadrlarni tayyorlash - kanallarni va oraliq kataklarini payvandlash

Yuqori qismda yonilg'i novdalari kamon bloki orqali boshga biriktirilgan - bu yonilg'i novdalarini reaktorning ishlashi paytida suzishdan saqlaydi. Ha, uran og'ir element, zirkonyumni ham oson deb atash mumkin emas, lekin yonilg'i quyish moslamasi orqali nominal suv oqimi soatiga 500 kubometr, suv yonilg'i novdalari bo'ylab 200 km / soat tezlikda pastdan yuqoriga qarab harakatlanishini unutmaslik kerak - bunday oqim kuchga ega bo'ladi har qanday narsani oching. Yoqilg'i tayoqchalari bir-biridan bu naychalarni odatdagi joylarida ushlab turadigan va eng samarali issiqlik chiqarishni ta'minlaydigan oraliq panjaralari yordamida ajratiladi. Har xil dizayndagi yoqilg'i agregatlaridagi bo'shliqli panjaralar - 12 dan 15 tagacha, faqat ularning soni suvning foydali issiqlikni yo'qotish ishlarini bajarishiga imkon beradi.

Kanallar va ajratgichlar, sifat nazorati

Va shunga qaramay, bu hatto bizni yonilg'i tayoqchalari va yonilg'i birikmalarining egilishi muammosidan to'liq xalos qilmadi. Bizning yig'ilishlar mexanik eksenel yuklarga bardosh berolmadi - uzunligi qariyb to'rt metr bo'lgan, qobig'i qalinligi 0,65 mm, kuchli suv oqimi, yuqori harorat o'z vazifasini bajardi. 1993 yilda nihoyat aniq bo'ldi - bu muammo bilan nimadir qilish kerak, undan qutulish yo'llari. Minatom IAEA-ga tegishli so'rov yubordi - bu muammo qanday g'arb mamlakatlari... IAHTE operatsion tashkilotlar bilan tegishli so'rov o'tkazdi va hech qanday shov-shuv topmadi - G'arbning yadro olimlari bu muammoga duch kelishdi, shuningdek ular bilan kurashish yo'llarini qidirmoqdalar.

Endi kechirasiz, lekin yana bir bor liberal iqtisodiyotning asosiy afsonasi - xususiy mulkdorning iqtisodiyotning beparvo, inersial davlat sektoriga nisbatan samaradorligi to'g'risida to'xtalib o'tishga to'g'ri keladi. G'arbda va ayniqsa AQShda AESlarning xususiy egalari juda ko'p, ammo ular bu muammoni hal qila olmadilar. Minatom O'rta mashinasozlik vazirligining an'analariga muvofiq harakat qildi - muammoni hal qilishni bir vaqtning o'zida ikkita konstruktorlik byurosiga ishonib topshirdi, shunda ikkalasi o'rtasidagi kurash natijasida yaxshi loyihalar g'alaba eng yaxshi tomonga o'tdi. Kapitalistik tanlovning ishtirokchilari - "Gidropress" Podolsk konstruktorlik byurosi (eksperimental konstruktorlik byurosi) va V.I. nomidagi Nijniy Novgorod OKBM (mashinasozlik bo'yicha dizayn byurosi). Afrikantov. Ikkala konstruktorlik byurosi ham hozirda "Atomenergomash" mashinasozlik xoldingi tarkibiga kiradi, ammo bu raqobat shiddatini hech bo'lmaganda kamaytirmaydi.

Raqobat taraqqiyotning dvigatelidir

Nijniy Novgorod aholisi TVSA qisqartmasini olgan TVSA dizaynini ishlab chiqdilar, chunki rivojlanish davom etar ekan, TVSA-12, TVSA-PLUS, TVSA-T modifikatsiyalari birin ketin paydo bo'ldi. Uning asosiy xarakterli xususiyati shundaki, strukturaning qattiqligini oshirish uchun burchaklar oraliq katakchalarga payvandlangan, ammo Gidropress bu kontseptsiyani qabul qilmagan - mutaxassislar fikriga ko'ra, yadroda burchaklar ishlab chiqarilgan ortiqcha miqdordagi zirkonyum, faolning neytron xususiyatlariga salbiy ta'sir ko'rsatishi mumkin. reaktor zonasi. Gidropress-da yaratilgan UTVS (Advanced Fuel Assembly) qisqartmasi bilan modifikatsiya qilish oraliq katakchalari va hidoyat kanallarini qattiq payvandlashdan foydalanmaydi; UTVS seysmik qarshilik talablari yuqori bo'lgan AESlarda ishlatila boshlandi - Xitoyning Tyanvanda, Eronning Bushehrida, Hindistonda Kudankulam ". Biroq, ushbu rivojlanishni faqat "Gidropress" OKB xodimlari amalga oshirgan deb e'lon qilish noto'g'ri, bu ishda Kurchatov instituti, Obninsk fizika-energetika instituti, Novosibirsk kimyoviy kontsentratlar zavodi, N.N. Bochvara. Ammo natija muhim - Rostov AES-dagi sinov sinovi ajoyib natijalarni ko'rsatdi, chet ellik mijozlar UTSS ishonchliligi oshganidan juda mamnun edilar.

To'plamni yig'ish

Ikki dizaynerlik byurosi o'rtasidagi kurash tafsilotlarini tomosha qilish hayratlanarli hodisa, ammo texnik tafsilotlar shu qadar ko'pki, buning uchun professional tarjimonlarning sa'y-harakatlari kerak bo'ladi. Panjurlar keng va tor, kamyob torli tarmoqlar, turbulatorlar va deflektorlar, egri kanalli tarmoqlar, issiqlik uzatishni kuchaytirgichlar, kassetalarni yadroga yuklash tezligi, yonilg'i quyish mashinalarining ishlashi, gidrodinamika va termomekanika terminologiyasi - bu haqiqatan ham mutlaqo alohida til ... Yadro energetikasi uchun bu juda muhim ilmiy va ijodiy munozarasi bugun ham davom etayotgan har ikkala dizayn byurolari tomonidan erishilgan natija. Yaxshilash va o'zgartirishlar uran-235 tarkibida yuqori darajada boyitilgan yoqilg'idan foydalanishga imkon beradi - VVER-1000 uchun bu ko'rsatkich 3,77% dan 4,95% gacha o'sdi. Bu farq umuman ahamiyatsiz bo'lib tuyulishi mumkin edi, ammo natijada yoqilg'ining yoqilishi chuqurligi kuniga 40 MVt dan bir kilogramm uranga 58 MVtgacha, deyarli 50 foizga oshdi. Ammo bu natija allaqachon ahamiyatli bo'lib, u ishlab chiqarilgan elektr energiyasining tannarxi bo'yicha uglevodorod energiyasi bilan teng sharoitlarda kurashishga imkon beradi, atom energetikasini rivojlantirish istiqbollarini tobora rag'batlantiradi. Yutuqlardan biri - VVER reaktorlarining quvvatini ularning dizaynini o'zgartirmasdan 4-7% ga oshirish aynan yadro yoqilg'isi va yoqilg'i agregatlarini optimallashtirishga asoslangan. raqobatbardosh ustunlik xalqaro bozorda.

Yoqilg'i yig'ish tugadi

Albatta, UTVS yoqilg'i agregatlarini takomillashtirishning o'ziga xos "finaliga" aylanmadi. UTVS ning oldingi avlod yoqilg'isiga nisbatan asosiy ustunligi zanglamaydigan po'latdan zirkonyumga, E-110 qotishmasiga o'tish bilan ta'minlandi. Ishlab chiquvchilar burchaklarni ishlatmasdan strukturaning qattiqligini oshirishga muvaffaq bo'lishdi - ular bo'shliqlarni kuchaytirdilar va ish paytida deformatsiyaga chidamliligini oshirish uchun nuqta bilan payvandlashni boshladilar. Ular yoqilg'i kolonnasining uzunligini oshirishga muvaffaq bo'lishdi - endi reaktor yadrosiga ko'proq uran joylashtirildi, yonilg'i seanslari uzoqlashdi, yonilg'i quyish kamroq amalga oshirilishi mumkin, bu ICUM o'sishini anglatadi.

Eron uchun yangi yoqilg'i

2014 yil boshidan beri muzokara jarayoni boshlandi TVEL va vakili bo'lgan eronlik mijoz Eron atom energiyasi tashkiloti (AEOI) va Eron atom energiyasini ishlab chiqarish va rivojlantirish (NPPD) Bushehr AESning yangi yoqilg'i agregatlariga o'tishi to'g'risida - TVS-2M. Muzokaralar jarayonini ta'minlash uchun TVEL "Bushehr AES-da TVS-2M ni tatbiq etishning texnik-iqtisodiy asoslarini ishlab chiqdi, unda buyurtmachiga bunday o'tish to'g'risida tahlil qilish va qaror qabul qilish uchun to'liq hajmdagi ma'lumotlar taqdim etildi. Ko'pchilik eng yaxshi usul potentsial mijozni ishontirish intruziv marketing emas; atom energetikasida bu yondashuv deyarli hech qachon natija bermaydi. Rossiya yoqilg'i ishlab chiqaruvchi kompaniyasi Rossiyaning VVER-1000 va Xitoyning Tyanvan AES-laridagi TVS-2Mni joriy qilish natijalarini tahlil qilishni birlashtirdi - Bushehr AESidagi quvvat blokida ishlaydigan reaktorlar. Xitoyda Tyanvan AESning dastlabki ikkita agregati 18 oylik yoqilg'i tsiklida TVS-2M da ishlaydi. Va Eron yadroshunos olimlari yoqilg'ini yoqish chuqurligi, yoqilg'i kampaniyalarining davomiyligi va ICUMning ko'payishiga ishonch hosil qilishdi.

Olingan natijalarni tahlil qilib, ularni joyida tekshirgandan so'ng, eronlik mijozlar javob harakatini qildilar - ular Rossiya korxonalari tomonidan yadro nazorati organlarida yangi yoqilg'ini litsenziyalashni ta'minlash uchun zarur bo'lgan ishlar ro'yxatini ishlab chiqdilar. Keyingi ishlar allaqachon qo'shma edi - bizning va eronlik mutaxassislar birgalikda Bushehr AESidagi energiya blokining jihozlarini zarur yangilanishlar ro'yxatini tuzdilar, bu reaktor yadroga TVS-2M qabul qilishi uchun bajarilishi kerak edi. Aslida bizning VVER-1000-larimizning yangi yoqilg'ida ishlashi shunday natijalarni ko'rsatdiki, TVS-2M-ga to'liq o'tish shunchaki muqarrar bo'lib qoldi - yoqilg'i yoqilishi 20% ga oshdi va elektr energiyasi ishlab chiqarish tannarxining yoqilg'i komponenti deyarli 9% ga kamaydi.

Eronlik mijoz bilan muzokaralar natijasi juda mantiqiy. Ushbu aprel TVEL bilan imzolangan AEOI va NPPD Bushehr AES uchun yonilg'i etkazib berish bo'yicha amaldagi shartnomaga qo'shimcha kelishuv - 2020 yildan TVEL Eronga TVS-2M etkazib berishni boshlaydi. Shoshqaloqlik, shov-shuv yo'q - biz va biz qo'llab-quvvatlayotgan Eron atom loyihalari doimiy ravishda rivojlanib, iste'molchilarni kerakli miqdorda elektr energiyasi bilan ta'minlaydi. Hindiston va Xitoy mijozlari bu haqda nima deb o'ylashadi, biz buni yaqin kelajakda aniq bilib olamiz. O'sish iqtisodiy ko'rsatkichlar uskunalar to'plamida sezilarli o'zgarishsiz yangi yoqilg'idan foydalanilganligi sababli energiya bloklari shunchalik dalolat beradiki, aks ettirishlar uzoq bo'lmaydi. Biz faqat ergashishimiz kerak keyingi rivojlanish tadbirlar va yana tabriklayman TVEL, OKB "Gidropress" va butun ishlab chiquvchilar jamoasi o'zlarining yangi yoqilg'ilari endi xalqaro miqyosda tan olinganligi bilan.

Albatta, bugungi kunda yadro yoqilg'isini rivojlantirish haqidagi hikoya hali tugallanmagan - bu qismda doimiy ravishda o'zgarishlar yuz beradi. VVER-1200 uchun yoqilg'i ishlab chiqarildi, boshqa turdagi reaktorlarga yoqilg'i ishlab chiqilmoqda, TVEL frantsuz sheriklari bilan birgalikda G'arb tomonidan ishlab chiqilgan reaktorlar uchun yoqilg'i ishlab chiqarishni davom ettirmoqda, TVEL mustaqil ravishda ishlab chiqarilgan TVS-Kvadrat yoqilg'isi, u Shvetsiya Ringhals atom elektr stantsiyasida sinovdan o'tkazilmoqda va Amerika bozori uchun litsenziyaga ega. Korxonalar TVEL ular BN-800 uchun yoqilg'i ishlab chiqaradi, REMIX yoqilg'isining uchastkasi ishlab chiqarildi, qo'rg'oshin sovutadigan suyuqligi bo'lgan istiqbolli reaktor uchun, nitrid yoqilg'isini ishlab chiqarish yakunlanmoqda - Rosatom va erishgan yutuqlari bilan dam olishga qodir emas deb o'ylaydi.

Yadro yoqilg'isi - bu atom energetikasining "yuragi" bo'lib, yoqilg'ining yangi turlari qanday yaratilganligi va ulardan foydalanishda qanday natijalar berishini kuzatib borish foydalidir, chunki bu atom elektr stansiyalari va issiqlik elektr stantsiyalarida elektr energiyasini ishlab chiqarish xarajatlarini taqqoslash imkonini beradi. Bundan tashqari, bu safar biz nomidagi OKBMda yangi turdagi yoqilg'i ishlab chiqaruvchilari natijalariga to'xtalmadik. Afrikantov - va ularning g'oyalari ham juda faol qo'llaniladi Rosatom... Bir so'z bilan aytganda, bugungi yadro yoqilg'isi haqidagi voqea yagona bo'lib qolishi ehtimoldan yiroq emas.

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

Bilan aloqada

Yadro yoqilg'isi - bu boshqariladigan zanjirli reaktsiyani amalga oshirish uchun yadro reaktorlarida ishlatiladigan material. Bu juda energiya talab qiladigan va odamlar uchun xavfli bo'lib, undan foydalanishda bir qator cheklovlar mavjud. Bugun biz yadroviy reaktor yoqilg'isi nima ekanligini, qanday tasniflanishi va ishlab chiqarilishi, qaerda ishlatilishini bilib olamiz.

Zanjir reaktsiyasi

Yadro zanjiri reaktsiyasi paytida yadro bo'linish bo'laklari deb ataladigan ikki qismga bo'linadi. Shu bilan birga, keyingi yadrolarning bo'linishini keltirib chiqaradigan bir nechta (2-3) neytronlar ajralib chiqadi. Jarayon neytron asl moddaning yadrosiga kirganda sodir bo'ladi. Bo'linish parchalari yuqori kinetik energiyaga ega. Ularning moddadagi sekinlashishi katta miqdorda issiqlik chiqishi bilan birga keladi.

Parchalanish parchalari, ularning parchalanish mahsulotlari bilan birgalikda, bo'linish mahsulotlari deb ataladi. Har qanday energiyaning neytronlarini ajratuvchi yadrolarga yadro yoqilg'isi deyiladi. Odatda, ular toq sonli atomlarga ega moddalardir. Ba'zi yadrolar energiyasi ma'lum bir chegara qiymatidan yuqori bo'lgan neytronlarga bo'linadi. Bular asosan juft sonli atomlarga ega elementlardir. Bunday yadrolar xom ashyo deb ataladi, chunki neytron chegara yadrosi tomonidan ushlanganda yonilg'i yadrolari hosil bo'ladi. Yoqilg'i va xom ashyoning kombinatsiyasi yadro yoqilg'isi deb ataladi.

Tasnifi

Yadro yoqilg'isi ikki sinfga bo'linadi:

1. Tabiiy uran. Unda uran-235 ning ajraladigan yadrolari va neytronni ushlash orqali plutoniy-239 hosil qilish qobiliyatiga ega bo'lgan uran-238 xom ashyosi mavjud.
2. Tabiiy bo'lmagan ikkinchi darajali yoqilg'i. Bunga, boshqa narsalar qatori, birinchi turdagi yoqilg'idan olinadigan plutonyum-239, shuningdek, neytronlar torium-232 yadrolari tutilganda hosil bo'lgan uran-233 kiradi.

Nuqtai nazaridan kimyoviy tarkibi, yadro yoqilg'isining bunday 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 yopiq yonilg'i elementlariga (yonilg'i tayoqchalari) joylashtiriladi, ular o'z navbatida bir necha yuzlab yoqilg'i agregatlariga (yoqilg'i agregatlari) birlashtiriladi. Yadro yoqilg'isi yoqilg'i elementlarining qoplamasi bilan mos kelish uchun yuqori talablarga ega. U etarli darajada erish va bug'lanish haroratiga, yaxshi issiqlik o'tkazuvchanligiga ega bo'lishi va neytron nurlanishida hajmini sezilarli darajada oshirmasligi kerak. Shuningdek, ishlab chiqarishning ishlab chiqarilishi hisobga olinadi.

Ilova

Yoqilg'i atom elektr stantsiyalariga va boshqa yadro qurilmalariga yoqilg'i yig'indilari shaklida keladi. Ular reaktorga ishlayotganda ham (yoqib yuborilgan yoqilg'i agregatlari o'rnida) va ta'mirlash kampaniyasida yuklanishi mumkin. Ikkinchi holatda, yoqilg'i agregatlari katta guruhlarda o'zgartiriladi. Bunday holda, yoqilg'ining faqat uchdan bir qismi to'liq almashtiriladi. Eng ko'p yoqilgan agregatlar reaktorning markaziy qismidan tushiriladi va ilgari unchalik faol bo'lmagan hududlarda joylashgan qisman yonib ketgan agregatlar o'z o'rniga qo'yiladi. Binobarin, ikkinchisining o'rniga yangi yoqilg'i agregatlari o'rnatildi. Ushbu oddiy almashtirish sxemasi an'anaviy hisoblanadi va bir qator afzalliklarga ega, ularning asosiysi quvvatni bir tekis chiqarilishini ta'minlashdir. Albatta, bu faqat jarayon haqida umumiy tasavvur beradigan shartli diagramma.

Iqtibos

Ishlatilgan yadro yoqilg'isi reaktor yadrosidan chiqarilgandan so'ng, odatda yonida joylashgan ishlatilgan yonilg'i hovuziga yuboriladi. Haqiqat shundaki, ishlatilgan yoqilg'i agregatlari juda ko'p miqdordagi uranning bo'linish qismlarini o'z ichiga oladi. Reaktordan tushirilgandan so'ng, har bir yoqilg'i elementi 100 ming kVt / soat energiya chiqaradigan 300 mingga yaqin radioaktiv moddalarning Kyurisini o'z ichiga oladi. Uning hisobiga yoqilg'i o'z-o'zidan isitiladi va yuqori darajada radioaktiv bo'ladi.

Yaqinda tushirilmagan yoqilg'ining harorati 300 ° S ga yetishi mumkin. Shuning uchun u 3-4 yil davomida suv qatlami ostida saqlanadi, uning harorati belgilangan diapazonda saqlanadi. U suv ostida saqlanganda yoqilg'ining radioaktivligi va chiqindilar chiqindilarining quvvati pasayadi. Taxminan uch yil o'tgach, yonilg'i moslamasini o'z-o'zini isitish 50-60 ° S ga etadi. Keyin yonilg'i hovuzlardan olib tashlanadi va qayta ishlashga yoki yo'q qilishga yuboriladi.

Uran metall

Uranli metall nisbatan kamdan-kam hollarda yadro reaktorlari uchun yoqilg'i sifatida ishlatiladi. Moddaning harorati 660 ° C ga yetganda, uning tuzilishi o'zgarishi bilan birga fazali o'tish sodir bo'ladi. Juda oddiy, uran kengayadi, bu esa yoqilg'i elementining yo'q qilinishiga olib kelishi mumkin. 200-500 ° S haroratda uzoq vaqt ta'sir qilishda modda radiatsiya o'sishiga ta'sir qiladi. Ushbu hodisaning mohiyati nurlangan uran tayoqchasini 2-3 marta uzaytirishdan iborat.

500 ° C dan yuqori haroratda metall uranni ishlatishga uning shishishi to'sqinlik qiladi. Yadroning bo'linishidan so'ng, umumiy hajmi o'sha yadroning hajmidan oshib ketadigan ikkita bo'lak hosil bo'ladi. Bo'linish qismlarining bir qismi gaz atomlari (ksenon, kripton va boshqalar) bilan ifodalanadi. Gaz uranning teshiklarida to'planib, ichki bosim hosil qiladi va harorat ko'tarilishi bilan ortadi. Atomlarning hajmini oshirish va gazlar bosimini oshirish orqali yadro yoqilg'isi shishishni boshlaydi. Shunday qilib, bu yadroviy bo'linish bilan bog'liq hajmning nisbiy o'zgarishini anglatadi.

Shishish kuchi yonilg'i tayoqchasining harorati va tükenmesine bog'liq. Kuyishning ko'payishi bilan bo'linish parchalari soni ko'payadi va harorat va kuyish ortishi bilan gazlarning ichki bosimi. Agar yonilg'i yuqori mexanik xususiyatlarga ega bo'lsa, unda shish paydo bo'lishiga kamroq moyil bo'ladi. Metall uran bunday materiallarga tegishli emas. Shuning uchun uni yadro reaktorlari uchun yoqilg'i sifatida ishlatish bunday yoqilg'ining asosiy xususiyatlaridan biri bo'lgan kuyishni cheklaydi.

Uranning mexanik xususiyatlari va uning nurlanishiga chidamliligi materialni qotishma yordamida yaxshilanadi. Ushbu jarayon unga alyuminiy, molibden va boshqa metallarni qo'shishni o'z ichiga oladi. Dopantlar tufayli, ta'qib qilish uchun zarur bo'linadigan neytronlarning soni kamayadi. Shuning uchun, ushbu maqsadlar uchun neytronlarni zaif singdiradigan materiallar ishlatiladi.

Olovga chidamli birikmalar

Ba'zi uranga chidamli uran birikmalari yaxshi yadro yoqilg'isi hisoblanadi: karbidlar, oksidlar va intermetall birikmalar. Ulardan eng keng tarqalgani - uran dioksidi (keramika). Uning erish nuqtasi 2800 ° C, zichligi esa 10,2 g / sm 3.

Ushbu material fazali o'tishga ega bo'lmaganligi sababli, uran qotishmalariga qaraganda shish paydo bo'lishiga moyil emas. Ushbu xususiyat tufayli kuyish 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 kamchiliklari past issiqlik o'tkazuvchanligi - 4,5 kJ (m * K), bu reaktorning o'ziga xos quvvatini cheklaydi. Bundan tashqari, issiq keramika yorilishga moyil.

Plutoniy

Plutoniy kam eriydigan metall hisoblanadi. U 640 ° S da eriydi. Zaif plastik xususiyatlari tufayli u deyarli o'zini mexanik ishlov berishga imkon bermaydi. Moddaning toksikligi yonilg'i tayoqchalarini ishlab chiqarish texnologiyasini murakkablashtiradi. Yadro sanoatida plutoniy va uning birikmalaridan foydalanishga bir necha bor urinishlar bo'lgan, ammo ular muvaffaqiyatsiz tugagan. Plutonyum o'z ichiga olgan yoqilg'idan atom elektr stantsiyalari uchun foydalanish reaktorni boshqarish tizimlari uchun mo'ljallanmagan tezlashish davrining taxminan 2 baravar kamayishi sababli amaliy emas.

Yadro yoqilg'isini ishlab chiqarish uchun, qoida tariqasida, plutonyum dioksid, minerallar bilan plutonyum qotishmalari va uran karbidlari bilan plutonyum karbidlarning aralashmasi ishlatiladi. Ulib va \u200b\u200bplutoniy birikmalarining zarralari molibden, alyuminiy, zanglamaydigan po'lat va boshqa metallarning metall matritsasiga joylashtirilgan dispersiya yoqilg'ilari yuqori mexanik xususiyatlarga va issiqlik o'tkazuvchanligiga ega. Dispersion yoqilg'ining radiatsiyaviy qarshiligi va issiqlik o'tkazuvchanligi matritsa materialiga bog'liq. Masalan, birinchi atom elektr stantsiyasida dispersion yoqilg'i 9% molibdenli uran qotishma zarralaridan iborat bo'lib, ular molibden bilan to'ldirilgan.

Torium yoqilg'isiga kelsak, bugungi kunda u yoqilg'i elementlarini ishlab chiqarish va qayta ishlashdagi qiyinchiliklar tufayli foydalanilmaydi.

Konchilik

Yadro yoqilg'isining asosiy xom ashyosi bo'lgan uranning muhim hajmi bir necha mamlakatlarda: Rossiya, AQSh, Frantsiya, Kanada va Janubiy Afrikada to'plangan. Uning konlari odatda oltin va mis yaqinida joylashgan, shuning uchun bu materiallarning barchasi bir vaqtning o'zida qazib olinadi.

Rivojlanishda ishlaydigan odamlarning sog'lig'i katta xavf ostida. Haqiqat shundaki, uran zaharli moddadir va uni qazib olish jarayonida chiqadigan gazlar saraton kasalligini keltirib chiqarishi mumkin. Va bu ruda tarkibida ushbu moddaning 1% dan ko'p bo'lmaganligiga qaramay.

Qabul qilish

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

1. Gidrometallurgik qayta ishlash. U eritish, maydalash va ekstraktsiya qilish yoki sorbsiyani tiklashni o'z ichiga oladi. Gidrometallurgik ishlov berish natijasi oksiuran oksidi, natriy diuranat yoki ammoniy diuranatning tozalangan suspenziyasidir.
2. Uranni-235 boyitish uchun ishlatiladigan oksiddan tetraflorid yoki geksafloridga moddaning o'tkazilishi.
3. Moddalarni santrifüjlash yoki gazli termal diffuziya bilan boyitish.
4. Boyitilgan materialni dioksidga aylantirish, undan yonilg'i tayoqchasi "tabletkalari" ishlab chiqariladi.

Qayta tiklanish

Yadro reaktorining ishlashi paytida yoqilg'i to'liq yonib ketishi mumkin emas, shuning uchun erkin izotoplar ko'payadi. Shu munosabat bilan, sarflangan yoqilg'i elementlari qayta ishlatish uchun qayta tiklanishi kerak.

Bugungi kunda ushbu muammo quyidagi bosqichlardan iborat bo'lgan purks jarayoni orqali hal qilinmoqda:

1. Yoqilg'i tayoqchalarini ikki qismga ajratish va ularni azot kislotasida eritish;
2. Eritmani bo'linadigan mahsulotlar va qobiq qismlaridan tozalash;
3. Sof uran va plutoniy birikmalarini ajratib olish.

Shundan so'ng, olingan plutonyum dioksid yangi yadrolarni ishlab chiqarish uchun, uran esa boyitish uchun yoki yadrolarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Yadro yoqilg'isini qayta ishlash murakkab va qimmatga tushadigan jarayondir. Uning narxi atom elektr stantsiyalaridan foydalanishning iqtisodiy maqsadga muvofiqligiga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Qayta tiklanish uchun yaroqsiz bo'lgan yadro yoqilg'isi chiqindilarini yo'q qilish to'g'risida ham xuddi shunday deyish mumkin.

TYRD ishlash printsipi va tuzilishi

Hozirgi vaqtda TNRE dizaynining ikkita varianti taklif qilingan:

TNRD magnit plazma bilan yopilgan termoyadroviy reaktor asosida

Birinchi holda, ishlash printsipi va TNRP moslamasi quyidagicha ko'rinadi: dvigatelning asosiy qismi boshqariladigan termoyadro sintezi reaktsiyasi sodir bo'lgan reaktor. Reaktor bir tomondan ochilgan, shunday deb ataladigan ichi bo'sh silindrsimon "kamera" dir. "ochiq tuzoq" termoyadroviy inshooti ("magnit shisha" yoki ko'zgu xujayrasi deb ham ataladi). Reaktorning "kamerasi" umuman yopiq bo'lishi kerak emas (va hattoki kiruvchi) ham bo'lishi kerak, ehtimol bu magnit tizimning burmalarini olib yuradigan engil, o'lchovli barqaror truss bo'ladi. Hozirda eng istiqbolli sxema shunday atalmish. "Ambipolyar qamoq" yoki "magnit nometall" (ing.) tandem nometall), boshqa qamoq sxemalari ham mumkin bo'lsa-da: gaz-dinamik tutqichlar, markazdan qochma qamoq, teskari magnit maydon (FRC). By joriy hisob-kitoblar, reaktsiya "kamerasi" ning uzunligi 1-3 m diametrli 100 dan 300 m gacha bo'ladi.Reaktor xonasida tanlangan yonilg'i jufti komponentlarining termoyadroviy sintezini boshlash uchun etarli bo'lgan sharoitlar yaratiladi (yuzlab million darajadagi harorat, Lawson mezonining omillari). Termoyadro yoqilg'isi - yonilg'i tarkibiy qismlari aralashmasidan oldindan isitiladigan plazma - doimiy termoyadroviy reaksiya sodir bo'ladigan reaktor kamerasiga beriladi. Yadroni o'rab turgan magnit maydon generatorlari (u yoki bu konstruksiyadagi magnit bobinlar) reaktor kamerasida yuqori intensivlik va murakkab konfiguratsiya maydonlarini hosil qiladi, bu esa yuqori haroratli termoyadro plazmasini reaktor tuzilishi bilan aloqa qilishdan saqlaydi va unda sodir bo'layotgan jarayonlarni barqarorlashtiradi. Termoyadroviy "yonish" zonasi (plazma mash'alasi) reaktor uzunlamasına o'qi bo'ylab hosil bo'ladi. Olingan plazma, magnit boshqaruv tizimlari tomonidan boshqarilib, reaktordan nozul orqali oqib chiqib, reaktiv itarishni hosil qiladi.

TNRE-ning "ko'p rejimli" ishlashi mumkinligini ta'kidlash kerak. Plazma mash'alasi oqimiga nisbatan sovuq moddani kiritish orqali dvigatelning umumiy harakatlanish kuchini keskin oshirish mumkin (o'ziga xos impulsning pasayishi tufayli), bu TNRP bilan kosmik kemaning massiv osmon jismlarining tortishish maydonlarida samarali harakatlanishiga imkon beradi, masalan, katta sayyoralar, ko'pincha dvigatelning katta kuchi talab etiladi. Umumiy hisob-kitoblarga ko'ra, bunday sxemaning TNRD kuchi bir necha kilogrammdan o'nlab tonnagacha kuchini o'ziga xos impuls bilan 10 000 sek dan 4 million sekundgacha rivojlantirishi mumkin. Taqqoslash uchun, eng zamonaviy kimyoviy raketa dvigatellarining o'ziga xos impuls ko'rsatkichi taxminan 450 sekundni tashkil qiladi.

TNRD inertial sintez tizimlari asosida (impulsli termoyadro reaktori)

Ikkinchi turdagi dvigatel - bu harakatsiz impulsli termoyadroviy dvigatel. Bunday reaktorda boshqariladigan termoyadroviy reaktsiya impulsli rejimda (chastotasi 1-10 Hz bo'lgan mikrosaniyalarning fraktsiyalari), termoyadro yoqilg'isini o'z ichiga olgan mikro nishonlarni davriy siqish va isitish bilan amalga oshiriladi. Dastlab u lazer-termoyadro dvigatelidan (LTNRD) foydalanishi kerak edi. Bunday LTNARD, xususan, Daedalus loyihasidagi yulduzlararo avtomatik zond uchun taklif qilingan. Uning asosiy qismi impulsli reaktordir. Termoyadro yoqilg'isi (masalan, deyteriy va tritiy) reaktorning sferik kamerasiga nishonlar shaklida beriladi - diametri bir necha millimetr bo'lgan qobiqdagi muzlatilgan yoqilg'i komponentlari aralashmasidan tayyorlangan sharlarning kompleks dizayni. Kameraning tashqi qismida nanosekundalik nurlanish pulsi kameraning devorlaridagi optik shaffof oynalar orqali nishonga tushadigan yuzlab teravatt tartibli - lazerlar mavjud. Bu holda, 100 million darajadan ortiq harorat bir zumda nishon yuzasida millionga yaqin atmosfera bosimida hosil bo'ladi - bu termoyadro reaktsiyasini boshlash uchun etarli bo'lgan sharoitlar. TNT ekvivalentida quvvati bir necha yuz kilogramm bo'lgan termoyadroli mikro portlash sodir bo'ladi. Dedalus loyihasidagi kameradagi bunday portlashlarning chastotasi sekundiga 250 ga teng, buning uchun EM to'pi yordamida 10 km / s dan ortiq tezlikda yoqilg'i maqsadlarini etkazib berish kerak edi. Kengayayotgan plazma reaktor kamerasining ochiq qismidan tegishli dizayndagi shtutser orqali oqadi va reaktiv itarishni hosil qiladi. Hozir bu nazariy va amaliy jihatdan isbotlangan lazer usuli mikrotarjetlarni siqish / isitish - bu o'lik nuqta, shu jumladan etarli quvvat bilan bunday quvvat lazerlarini qurish deyarli mumkin emas. Shuning uchun, hozirgi paytda, inertial sintez uchun, mikrotarjitlarni ionli nurli siqish / qizdirish varianti samaraliroq, ixcham va ancha uzoqroq manbaga ega deb hisoblanadi.

Va shunga qaramay, inertsiya-impuls printsipiga asoslangan TNRE juda katta kuchlar tufayli aylanib yuradi, bu o'ziga xos impuls va zarba bilan magnitlangan cheklangan TNRE ga qaraganda yomonroq, degan fikr bor, bu uning harakatining puls-davriy turidan kelib chiqadi. ... Mafkuraviy jihatdan "Orion" loyihasi turidagi termoyadro zaryadlari bilan yonilg'i quyadigan portlovchi moddalar inertial-impuls printsipiga qo'shni.

Reaksiya turlari va termoyadroviy yoqilg'i

TYARD foydalanishi mumkin turli xil turlari ishlatiladigan yoqilg'i turiga qarab termoyadroviy reaktsiyalar. Xususan, hozirgi vaqtda quyidagi reaktsiyalar turlari asosan amalga oshiriladi:

Deuterium + Tritium reaktsiyasi (D-T yoqilg'isi)

17,6 MeV energiya chiqarishda 2 H + 3 H \u003d 4 He + n

Bunday reaktsiya zamonaviy texnologiyalar nuqtai nazaridan eng oson amalga oshiriladi, bu energiyaning sezilarli rentabelligini beradi va yoqilg'i tarkibiy qismlari nisbatan arzon. Kamchiliklari - bu juda katta miqdordagi kiruvchi (va to'g'ridan-to'g'ri tortishish uchun foydasiz) neytron nurlanishidir, bu reaktsiya kuchining katta qismini tortib oladi va dvigatelning samaradorligini keskin pasaytiradi. Tritiy radioaktivdir, uning yarim yemirilish davri taxminan 12 yilni tashkil etadi, ya'ni uni uzoq muddat saqlash mumkin emas. Shu bilan birga, deyteriy-tritiy reaktorini litiy o'z ichiga olgan qobiq bilan o'rab olish mumkin: ikkinchisi, neytron oqimi bilan nurlanib, tritiyga aylanadi, bu ma'lum darajada yoqilg'i aylanishini yopadi, chunki reaktor selektsioner (selektsioner) rejimida ishlaydi. Shunday qilib, D-T reaktori aslida deyteriy va lityum bilan ta'minlanadi.

Deyteriy + geliy-3 reaktsiyasi

2 H + 3 He \u003d 4 He + p. energiya chiqishi 18,3 MeV bilan

Bunga erishish uchun shartlar ancha murakkab. Geliy-3, shuningdek, noyob va nihoyatda qimmat izotopdir. Hozirgi vaqtda u sanoat miqyosida ishlab chiqarilmaydi. Garchi energiya chiqishi d-T reaktsiyalari yuqorida D-3 He reaktsiyasi quyidagi afzalliklarga ega:

Neytron oqimining pasayishi, reaktsiyani "neytronsiz" deb hisoblash mumkin,

Kamroq radiatsiya himoyasi,

Reaktorning magnit lentalarining kamroq massasi.

Neytronlar ko'rinishidagi D-3 He reaktsiyasida kuchning atigi 5% (D-T reaktsiyasi uchun 80% ga nisbatan) ajralib chiqadi, 20% ga yaqini rentgen nurlari shaklida chiqadi. Boshqa barcha energiya to'g'ridan-to'g'ri reaktiv kuchni yaratish uchun ishlatilishi mumkin. Shunday qilib, D-3He reaktsiyasi TNRP reaktorida foydalanish uchun ancha istiqbollidir.

Boshqa turdagi reaktsiyalar

Deuterium yadrolari (D-D, monofil) D + D -\u003e 3 He + n o'rtasidagi reaksiya 3,3 MeV energiya hosil bo'lishida va

4 MeV energiya chiqarishda D + D -\u003e T + p +. Ushbu reaktsiyadagi neytron rentabelligi juda muhimdir.

Boshqa ba'zi turdagi reaktsiyalar ham 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 reaktsiyalarda neytron rentabelligi yo'q.

Yoqilg'i tanlash ko'plab omillarga bog'liq - uning mavjudligi va arzonligi, energiya samaradorligi, termoyadroviy termoyadroviy reaktsiyasi uchun zarur bo'lgan sharoitlarga erishish (birinchi navbatda, harorat), reaktorning talab qilinadigan konstruktiv xususiyatlari va boshqalar. TNREni amalga oshirish uchun eng istiqbolli deb atalmish. "Neytronsiz" reaktsiyalar, chunki termoyadroviy termoyadroviy natijasida hosil bo'lgan neytron oqimi (masalan, deyteriy-tritiy reaktsiyasida) quvvatning muhim qismini olib yuradi va uni tortish kuchi yaratish uchun ishlatib bo'lmaydi. Bundan tashqari, neytron nurlanishi reaktor va kema tarkibida radioaktivlikni keltirib chiqaradi va ekipaj uchun xavf tug'diradi. Deuterium-geliy-3 reaktsiyasi, shuningdek, neytron rentabelligi yo'qligi sababli umid baxsh etadi. Hozirgi vaqtda TNRE ning yana bir kontseptsiyasi taklif qilingan - oz miqdordagi antimateriyani termoyadro reaktsiyasi uchun katalizator sifatida ishlatish.

TNRE tarixi, hozirgi holati va rivojlanish istiqbollari

TNRD yaratish g'oyasi deyarli birinchi termoyadroviy reaktsiyalar (termoyadro zaryadlarini sinovlari) amalga oshirilgandan so'ng paydo bo'ldi. 1958 yilda nashr etilgan J. Rossning maqolasi turbinali dvigatelni yaratish bo'yicha birinchi nashrlardan biri edi. Hozirgi vaqtda bunday turdagi dvigatellarni nazariy jihatdan rivojlantirish ishlari olib borilmoqda (xususan, lazerli termoyadro sintezi asosida) va umuman, boshqariladigan termoyadroviy sintez sohasida keng amaliy tadqiqotlar olib borilmoqda. Yaqin kelajakda ushbu turdagi dvigatelni amalga oshirish uchun qat'iy nazariy va muhandislik shartlari mavjud. TNRP dizayn xususiyatlaridan kelib chiqib, bunday dvigatellar Quyosh tizimini rivojlantirish uchun yuqori tezlikda va samarali sayyoralararo transportni yaratishni ta'minlay oladilar. Biroq, TNRE ning haqiqiy namunalari hali yaratilmagan (2012).

Shuningdek qarang

Havolalar

• XXI asr kosmonavtika: termoyadro dvigatellari // "Ilm uchun" gazetasi, 2003 y
• New Scientist Space (23.01.2003): Yadro sintezi NASA kosmik kemasini quvvatlantirishi mumkin (ing.)
• Fizik ensiklopediya, v.4, maqola "termoyadro reaktsiyalari", 102-bet, Moskva, "Buyuk rus ensiklopediyasi", 1994, 704 p.