Борис марцинкевич: сага о росатоме-9. топливный цикл: о современном нам уране.

      Комментарии к записи Борис марцинкевич: сага о росатоме-9. топливный цикл: о современном нам уране. отключены

Перечитывая то, что я с изрядной долей наглости назвал «Ядерный топливный цикл», почувствовал, что очевидно чего-то не достаточно. Мне думается, что нужна вот маленькая заметка, дабы сделать обзор-справку о том, как выглядит «трудовой путь» урана на сутки сегодняшний, в то время, когда о полном покорении закрытого ядерного топливного цикла имеется четко прорисованные замыслы, а практика еще на 90% остается таковой, какой она стала где-то в 70-80 годы века прошлого. Вот и попытаюсь сделать такую статью – комфортно будет возвращаться, в случае если внезапно что-то подзабылось.

Борис марцинкевич: сага о росатоме-9. топливный цикл: о современном нам уране.

Все АЭС, как мы знаем, трудятся на уране. Пускай он и самый тяжелый из «нерукотворных», но уран – все равно химический элемент и, как химическому элементу надеется, содержится он в земной коре в составе самых различных руд. Входит он в состав этих руд в виде самых солей и разных оксидов, вмещающие породы – также различные: карбонаты, силикаты, сульфиды.

Выглядит это иногда красиво а также эффектно.

Урановая руда. Фото: staticflickr.com

Вот так уран светится в ультрафиолете:

Уран в ультрафиолете. Фото: сезоны-года.рф

А это вот, к примеру, уранинит с вкраплениями самородного золота:

Уранинит с вкраплениями самородного золота. Фото: dakotamatrix.com

Минералов с содержанием урана известно свыше сотни, но практический интерес воображают лишь 12 из них. Руды подразделяются по категориям: от бедных (с содержанием урана менее 0,1%) до богатых (с содержанием урана более 1%). В Канаде имеется руды с содержанием урана 14-18% – кроме того не знаю, как это именуется. Сверхсупербогатые?

А руды Бельгийского Конго, обеспечившие реализацию Манхэттенского проекта с их 60% – «рокфеллеровские», то ли?..

На заре ядерного проекта были урановые руды поверхностного залегания – 150-300 метров, но на данный момент фактически все такие карьеры выработаны, и за рудой приходится уходить на глубины в километр, в противном случае и больше. Вот и первые задачи: добыть с таковой глубины и очистить от безлюдных пород.

В случае если имеем дело с крепкими горными породами, в которых прекрасно заметны рудные жилы – будем строить шахты, рубить руду особыми автомобилями (радиация, понимаете ли, эра ручной работы миновала) и извлекать ее наверх. В Российской Федерации это – Приаргунское месторождение Читинской области. Более недорогой, более «продвинутый» способ, экологически менее вредный – это так называемая «разработка ПСВ» (подземное скважинное выщелачивание).

Грубо: по центру сверлим дыру на нужную глубину, по бокам – еще пара. В центральную скважину закачиваем серную кислоту, она выщелачивает уран из породы, а полученный раствор выкачивается на поверхность через боковые скважины (прим. doktorkurgan — не обращая внимания на то, что употребляется р-р кислоты, способ, как ни необычно, все равно именуется выщелачиванием; но, употребляются различные способы с различными реактивами). Вот, например, как выглядят урановые рудники на месторождениях Хиагда (Бурятия) и Далур (Курганская область):

Месторождение Хиагда

Месторождение Далур

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

Но, способ ПСВ так занимателен, что стоит к беседе о нем возвратиться с громадным числом подробностей.

Разглядываем случай добычи урановой руды из шахт. Большие куски породы: 1) сортируют по степени радиоактивности; 2) дробят до небольшого состояния; 3) помещают в автоклавы, где при громадных температуре и давлении выщелачивают уран растворами серной либо азотной кислоты либо карбонатом натрия. Уран наряду с этим переходит в эти превосходные растворы, а безлюдная порода в буквальном смысле этого слова выпадает в осадок.

Потом направляться этап № 4: уран из растворов осаждают порциями новых химических реагентов, приобретая в следствии фактически чистые соединения этих реагентов и урана. Но что реагентам делать в реакторе, спрашивается? Нечего.

Следовательно, они также лишние на этом празднике Менделеева, потому нужен этап № 5: аффинаж с применением бикарбоната аммония. Зубодробительное наименование, а кто-то так как как раз этим и занимается!.. И сейчас остается этап № 6 – полученные по окончании аффинажа сухие чистые осадки урановых солей прокаливают при температурах от 240 до 850 градусов, чтобы получить широко известный в узких кругах желтый кек (он же – закись-окись урана, он же U3O8). Вот он, родимый:

Желтый кек. Фото: fresher.ru

Не смотря на то, что цвет, само собой разумеется, не всегда таковой весёлый, бывает и куда более скромный:

Желтый кек. Фото: http://umma.ua/

Обращу ваше внимание, что все обрисованные шесть этапов производятся конкретно около шахт. Любой урановый рудник – место, где концентрируются химические производства.

Желтый кек эргономичен тем, что он очень стабилен, у него низкая радиоактивность – следовательно, он пригоден к транспортировке. И везут его поближе к центрифугам, дабы произвести последнюю химическую процедуру – из оксида урана перевести во фторид урана. Данный процесс атомщики именуют конверсией урана, и без него – легко никак.

Фторид урана эргономичен тем, что при нагреве до 53 градусов он не плавится, а сходу преобразовывается в газ, что и поступает на обогащение при помощи центрифуг. Обогащение – это повышение концентрации урана-235 с природного значения 0,7% до нужных 4% (в среднем, в действительности – от 2,6% до 4,8% для различных типов ядерных реакторов). В случае если кто-то успел соскучиться по внешнему виду отечественных обогатительных комплексов (а они у нас аж в четырех местах: УЭХК – Уральский электрохимический комбинат в Новоуральске Свердловской области; СХК – Сибирский комбинат в Северске Томской области; АЭХК – Ангарский электрохимический комбинат; ЭХЗ – Электрохимический завод в Зеленогорске Красноярского края), то вот, пожалуйста:

Обогатительный комплекс. Фото: http://atomicexpert.com/

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

Порошок диоксида урана способом порошковой металлургии превращают в топливные пилюли диаметром порядка 1 см и толщиной от 1 до 1,5 см. Пилюли бережно размещают в тонкостенные трубки из ниобия и сплава 1% циркония длиной в 3,5 метра для современных ВВЭР. Эта трубка, набитая 1,5 кг урановых пилюль, и имеется тот самый ТВЭЛ: тепловыделяющий элемент. Вот они, прекрасные:

Твэлы. Фото: http://infovek.ru/

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

ТВС – тепловыделяющие сборки. Фото: atomic-energy.ru

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

ТВС-«квадрат». Фото: http://nuclear.ru/

У меня часть детства на пасеке деда прошла, так что я очень пристрастен – отечественные «соты» мне больше нравятся.

Вот сейчас уран в виде пилюль, каковые размещены в ТВЭЛ, каковые объединены в ТВС, возможно поместить в «печку» – в активную территорию реактора АЭС. В течение следующих 18 месяцев, каковые принято именовать «топливной кампанией», уран «горит», неспешно преобразовываясь в ОЯТ. Вот картина того, как выглядит реактор перед началом топливной кампании:

Реактор. Фото: http://publicatom.ru/

Мне думается, что такая вот история урана с картинами нужна была сначала рассказа о ядерном топливном цикле. Прошу очень сильно меня не ругать, за то, что я не сделал ее изначально – блогер я ветхий лишь по возрасту, а по юности неточности – простое дело. Предлагаю эту заметку вычислять «№ 0» в цикле рассказов о ядерном горючем!

Источник: http://geoenergetics.ru/2016/08/28/yadernyj-toplivnyj-cikl-o-sovremennom-nam-urane/

Горизонты Атома (03.05.14): Замкнутый ядерный топливный цикл

Увлекательные записи:

Похожие статьи, которые вам, наверника будут интересны: