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.
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:
-
Прим. doktorkurgan: Коллеги, пардоньте за громоздкое наименование, создатель легко мало возвращается к сюжетным линиям, а я следую за ним. Нет, ничего не…
-
Борис марцинкевич: сага о росатоме, часть 7. топливный цикл.
Предисловие автора: Наименование важное, тема – важная вдвойне, но давайте попытаемся помнить великого Олега Янковского в роли Мюнгхаузена: «Радуйтесь,…
-
Борис марцинкевич: сага о росатоме, часть 6. урановые подземелья.
Вступление doktorkurgan: выкладываем статьи из ядерного цикла Бориса Марцинкевича. Обращение ниже отправится о добыче урановой руды. Я взял на себя…
-
Борис марцинкевич: сага о росатоме-10. подземные ядерные взрывы.
Давали слово поведать – делаем, принося извинения за продолжительную паузу. Продолжительно думали, как поступить верно: сходу перейти к рассказу о…
-
Борис марцинкевич: сага о росатоме, часть 4. воу-ноу или мегатонны в мегаватты.
Из-за чего не обещанное продолжение «Иглы в Америке»? Да уж больно эти темы завязаны друг на друга, и не разглядев, чем обернулось ВОУ-НОУ для США и для…
-
Борис марцинкевич: сага о росатоме, часть 1.
Предисловие doktorkurgan: коллеги, представляю вам превосходный цикл статей, посвященных ядерным разработкам (в частности разработкам обогащения урана),…