Как производят ядерное топливо / ядерное топливо :: Реактор познавательный :: производство :: топливо :: энергетика :: уран

уран энергетика топливо производство ядерное топливо песочница Реактор познавательный 

Как производят ядерное топливо

В силу того, что ядерное топливо эффективнее всех остальных видов топлива, которым мы располагаем сегодня, огромное предпочтение отдается всему тому, что способно работать с помощью атомных установок (АЭС, подводные лодки, корабли и прочее). О том, как производят ядерное топливо для реакторов, мы поговорим далее. 

уран,энергетика,топливо,производство,ядерное топливо,песочница,Реактор познавательный

Добывают уран двумя основными способами:
1) Прямая добыча в карьерах или шахтах, если позволяет глубина залегания урана. С этим методом, надеюсь, всё понятно.
2) Подземное выщелачивание. Это когда на том месте, где найден уран, бурятся скважины, в них закачивается слабый раствор серной кислоты, а уже раствор взаимодействует с ураном, соединяясь с ним. Затем получившаяся смесь откачивается наверх, на поверхность, и из неё химическими методами выделяется уран. 

уран,энергетика,топливо,производство,ядерное топливо,песочница,Реактор познавательный

Представим, будто мы уже добыли на руднике уран и подготовили его для дальнейших преобразований. На фото ниже - так называемый "желтый кек", U3O8. В бочке для дальнейшей перевозки.

уран,энергетика,топливо,производство,ядерное топливо,песочница,Реактор познавательный

Всё бы хорошо, и этот уран в теории можно было бы сразу использовать для производства топлива для АЭС, но увы. Природа, как всегда, подкинула нам работы. 

Дело в том что природный уран состоит из смеси трех изотопов. Это U238 (99.2745%), U235 (0.72%) и U234(0.0055%). Нас интересует здесь лишь U235 - так как он отлично делится тепловыми нейтронами в реакторе, именно он позволяет нам пользоваться всеми благами цепной реакции деления. К сожалению, его природной концентрации не хватит для стабильной и долгой работы современного реактора АЭС. Хотя, насколько я знаю, аппарат РБМК спроектирован так, что запуститься на топливе из природного урана сможет, но вот стабильность, долговременность и безопасность работы на таком топливе совершенно не гарантируется.
Уран нам надо обогатить. То есть повысить концентрацию U235 от природной до той, которая используется в реакторе.
Для примера, реактор РБМК работает на уране обогащения 2.8%, ВВЭР-1000 - обогащение от 1.6 до 5.0%. Судовые и корабельные ядерные энергетические установки кушают топливо с обогащением до 20%. А некоторые исследовательские реакторы работают на топливе аж с 90% обогащением (пример - ИРТ-Т в Томске).
В России обогащение урана проводится на газовых центрифугах. Т. е. тот желтый порошок, что был на фото ранее, превращают в газ, гексафторид урана UF6. Затем этот газ поступает на целый каскад центрифуг. На выходе из каждой центрифуги, из-за разности веса ядер U235 и U238, мы получаем гексафторид урана с чуть повышенным содержанием U235. Процесс повторяется многократно и в итоге мы получаем гексафторид урана с нужным нам обогащением. На фото ниже как раз можно увидеть масштаб каскада центрифуг - их очень много и простираются они в далекие дали. 

уран,энергетика,топливо,производство,ядерное топливо,песочница,Реактор познавательный

Затем газ UF6 превращают обратно в UO2, в виде порошка. Химия, всё-таки, очень полезная наука и позволяет нам творить такие чудеса.
Однако этот порошок в реактор так просто не засыпать. Вернее, засыпать-то можно, но ничего хорошего из этого не выйдет. Его (порошок) надо привести к такому виду, чтобы мы могли надолго, на годы, опустить его в реактор. При этом само горючее не должно контактировать с теплоносителем и выходить за пределы активной зоны. И еще ко всему этому топливо должно выдерживать очень и очень суровые давления и температуры, которые возникнут в нём при работе внутри реактора.
Забыл, кстати, сказать что порошок тоже не абы какой - он должен быть определенных размеров, чтобы при спрессовывании и спекании не образовывалось ненужных пустот и трещин. Сначала из порошка делают таблетки, путем спрессовывания и долгого выпекания (технология действительно непростая, если её нарушить - топливные таблетки не будут годны к использованию). Вариации таблеток покажу на фото ниже. 

уран,энергетика,топливо,производство,ядерное топливо,песочница,Реактор познавательный

Отверстия и выемки на таблетках нужны для компенсации теплового расширения и радиационных формоизменений. В реакторе со временем таблетки пухнут, выгибаются, изменяют размеры, и если ничего не предусмотреть - могут разрушиться, а это плохо. 

уран,энергетика,топливо,производство,ядерное топливо,песочница,Реактор познавательный

Готовые таблетки затем упаковывают в металлические трубки (из стали, циркония и его сплавов и других металлов). Трубки закрывают с обоих концов и герметизируют. Готовая трубка с топливом называется твэл - тепловыделяющий элемент. 

уран,энергетика,топливо,производство,ядерное топливо,песочница,Реактор познавательный

Для разных реакторов требуются твэлы разной конструкции и обогащения. Твэл РБМК, например, длиной 3.5 метра. Твэлы, кстати, бывают не только стержневые. как на фото. Они бывают пластинчатые, кольцевые, море различных видов и модификаций.
Твэлы затем объединяют в тепловыделяющие сборки - ТВС. ТВС реактора РБМК состоит из 18 твэлов и выглядит примерно вот так: 

уран,энергетика,топливо,производство,ядерное топливо,песочница,Реактор познавательный

ТВС реактора ВВЭР выглядит вот так:
Как видно, ТВС реактора ВВЭР состоит из гораздо большего количества твэлов, чем у РБМК.
Готовое специзделие (ТВС) затем с соблюдением мер предосторожности доставляется на АЭС. Зачем предосторожности? Ядерное горючее, хоть пока и нерадиоактивно, очень ценное, дорогое, и при очень неаккуратном обращении способно вызвать много проблем. Затем проводится финальный контроль состояния ТВС и - загрузка в реактор. Всё, уран прошел долгий путь от руды под землей к высокотехнологичному устройству внутри ядерного реактора. Теперь у него другая судьба - несколько лет тужиться внутри реактора и выделять драгоценное тепло, которое у него будет забирать вода (или любой другой теплоноситель).

уран,энергетика,топливо,производство,ядерное топливо,песочница,Реактор познавательный






Подробнее









уран,энергетика,топливо,производство,ядерное топливо,песочница,Реактор познавательный
Еще на тему
Развернуть
Вот меня очень удивляет, что они работают с радиоактивными элементами в простых перчатках. Или им уже плевать на облучение?
Denvad Denvad 16.01.201619:17 ответить ссылка -5.4
Пока в реакторе не инициирована цепня реакция - топливные таблетки слабо радиоактивны, ниже допустимых норм излучение.
А в перчатках их держат, потому что метал токсичный, и если вы просто разочек его подержите голыми руками - то нифига не будет вам, а если вы целыми днями перебираете таблетки то небольшой процент метала за счёт трения - будет оставаться у вас на коже и попоаать в организм где будет накапливаться и повышать риск возникновения онкологии.
1. При первом пуске мб.
2. про желтый старый фарфор слышали?
Ishto Ishto 16.01.201623:51 ответить ссылка 0.7
Уран светит альфой, вот перчатки от неё как раз и защищают
kosoi kosoi 17.01.201608:24 ответить ссылка 0.3
Описано подробно и складывается впечатление что на производство U235 было потрачено больше нефти чем отобьётся в реакторе. +0.1
Ты, похоже, не понимаешь, сколько энергии выделяет каждая таблеточка.
Джабба Хатт в роли каменного угля.
Осталось только прикрутить сюда количество энергии, необходимое для получения 1кг урана/60т нефти/100т угля. Ну и до кучи - количество энергии которое еще надо потратить на захоронение отработанного ядерного топлива.
Добыча руда зависит от глубины её залегания, + экономических составляющий определённой географической локации. Транспортировка же урана в разы дешевле исходя из объёма. Топливо ядерное захоранивают в Америке, а в РФ, Франции, Японии - оно лежит в спец хранилищах (сухие+ мокрые) пока сбрасывает наведённую высокую радиоактивность (3-5 лет) а потом идёт снова в реакторы на переобогащение. Фактически РФ+ Французы создали замкнутые ядерные циклы (Японцам французы комплекс строят, так что их не считаем за умы).
Задача в данной области - добыть уран, загрузить его в реакторы - получить мегаватты - переместить в хранилище, после "отдыха" = загрузить в в реактор по обогащению, получить на выходе снова нужный уран и снова отправить его в реакторы для получения мегаватт.
Процедура сложная, но дивиденды которые она принесёт - несоизмеримы. Потому что, все мы понимаем что ископаемые носители - конечны, альтернативная энергетика - не даст нужных мощностей и кпд маленький, а вот ядерная промышленность, фактически единственный путь который сможет обеспечить потребности человечества в энергии на много лет вперёд.
Ну и как не крути, даже по экологии атомная промышленность нанесла природе гораздо меньше вреда, нежели чем сжигание нефти, газа и угля.
Имхо в теги стоит добавить Реактор образовательный и/или Реактор познавательный
reiter reiter 16.01.201619:47 ответить ссылка 4.0
Реактор ядерный
Ядрёный!
На жёлтом кеке у меня случился рофл.
Romosol Romosol 16.01.201620:25 ответить ссылка -6.4
Помажь его йодом, на всякий случай.
В идеале сделать сеточку и заесть активированным углем.
Nilson Nilson 16.01.201621:04 ответить ссылка 1.9
А каким обзором инициируют цепную ядерную реакцию? Протонами? У них есть штука, которая излучает протоны?
dzo83089 dzo83089 16.01.201621:04 ответить ссылка -1.0
нейтронами
Makky Makky 16.01.201621:48 ответить ссылка 0.7
как они получают нейтроны?
dzo83089 dzo83089 16.01.201622:22 ответить ссылка -1.1
Может быть собирают все необходимые документы, одеваются во все чистое и идут в кабинет выдачи нейтронов?
Если я правильно помню, нейтроны спонтанно вылетают всю дорогу, но пока критическая масса не набрана и нет замедлителя - реакция быстро затухает.
Есть специальный источник. Как там с ним крутят я толком не знаю. Дето слышал что его ставят в канал напротив зоны и так создают поток нейтронов. Толком угадывание ибо наверняка я не знаю.
Ishto Ishto 16.01.201623:53 ответить ссылка 0.1
Бор, Бериллий и тайное знание - ядерная геометрия. Иногда с добавлением источников быстрых и тепловых нейтронов. Везде - по - разному.
Это не новость. Она не требует свежести.
Да, я неправильно выразился, хоть бы автора указали и источник, человек старался...
Это интернет, нет никаких гарантий, что автор не лошадь.
Nilson Nilson 16.01.201623:17 ответить ссылка 0.7
"Любой другой теплоноситель" - для конкретного топлива - конкретный теплоноситель, для ТВС которые используются в ВВЭР - только вода, иначе нейтроны замедляться не будут и цепная реакция накроется медным жбаном.
tosspro tosspro 16.01.201622:44 ответить ссылка 0.7
"Всё бы хорошо, и этот уран в теории можно было бы сразу использовать для производства топлива для АЭС, но увы. Природа, как всегда, подкинула нам работы.
Дело в том что природный уран состоит из смеси трех изотопов. Это U238 (99.2745%), U235 (0.72%) и U234(0.0055%). Нас интересует здесь лишь U235 - так как он отлично делится тепловыми нейтронами в реакторе, именно он позволяет нам пользоваться всеми благами цепной реакции деления. К сожалению, его природной концентрации не хватит для стабильной и долгой работы современного реактора АЭС. Хотя, насколько я знаю, аппарат РБМК спроектирован так, что запуститься на топливе из природного урана сможет, но вот стабильность, долговременность и безопасность работы на таком топливе совершенно не гарантируется."

Такое ощущение что текст переписан из книг годов 60ых и о Candu тогда в союзе не знали.
Ishto Ishto 16.01.201623:59 ответить ссылка -0.7
Лучше бы сказали почему на таблетках буквы написаны и почему они разные?
Ishto Ishto 17.01.201600:00 ответить ссылка 0.2
эт защитные руны
villy villy 17.01.201612:55 ответить ссылка 1.3
2 часа ночи, сижу читаю как работает ядерный реактор, збс
а у меня прям ностальгия прошибла по моему первому универу
Мы сделали работу за дьявола.(с) Роберт Оппенгеймер.
Отличный пост. В общих чертах описано довольно точно, но так было 20 лет назад. Теперь делают нитридное и МОКС-топливо, но мало.
У меня за окнами есть заводик, где из порошка штампуют таблетки для тепловыделяющих сборок. Больше ничего не скажу (Большой Брат следит за нами, все дела...)
это так сексуально
Mаtilda Mаtilda 17.01.201615:31 ответить ссылка -0.1
"высокотехнологичное" паровой двигатель, только тепло даёт уран, а не уголь, "высокотехнологичное"
не люблю когда простую водогрейку хоть и атомную называют последними технологиями
кстати да какой то навороченный паровоз,я так полагаю и КПД у этих "высокотехнологических" соответствующий
Для Китая такой реактор повыгоднее будет!)))
xaoss xaoss 24.01.201607:58 ответить ссылка 0.0
Только зарегистрированные и активированные пользователи могут добавлять комментарии.
Похожие темы

Похожие посты
1. Грузовики McDonald’s ездят на отработанном фритюрном масле из ресторанов сети
С 2007 года МсОопа1с1’5 производит биотопливо из отработанного растительного масла со своих кухонь. После того как масло собирают из ресторанов, его очищают и передают на заводы по переработке, В дальнейшем топливо ис
подробнее»

интересные факты будущее рядом познавательное экология реактор образовательный экономия топлива

1. Грузовики McDonald’s ездят на отработанном фритюрном масле из ресторанов сети С 2007 года МсОопа1с1’5 производит биотопливо из отработанного растительного масла со своих кухонь. После того как масло собирают из ресторанов, его очищают и передают на заводы по переработке, В дальнейшем топливо ис
Котельные Зауралья перешли на солому. «Отличный вид топлива»
Роман Ванюков сообщил, что использование соломы не приведет к экологической катастрофе
Фото: Екатерина Сычкова © URA.RU
Котельные в некоторых районах Курганской области в качестве топлива стали использовать солому. «Это отличный вид то
подробнее»

топливо политота,Приколы про политику и политиков экономия топлива

Котельные Зауралья перешли на солому. «Отличный вид топлива» Роман Ванюков сообщил, что использование соломы не приведет к экологической катастрофе Фото: Екатерина Сычкова © URA.RU Котельные в некоторых районах Курганской области в качестве топлива стали использовать солому. «Это отличный вид то
Стало известно, зачем Россия ввозит атомные отходы. Физика обогащения,Nonprofits & Activism,Россия,победа,успех,достижение,позитив,новости,промышленность,производство,наука,обзор,аналитика,Евгений Супер,добро,Время-вперёд!,Генеральный партнёр проекта доменная зона .рус
Переходи на .рус!
Сайт регист
подробнее»

политота,Приколы про политику и политиков песочница политоты Россия страны Германия ядерное топливо Я Ватник,# я ватник, фэндомы разная политота

Стало известно, зачем Россия ввозит атомные отходы. Физика обогащения,Nonprofits & Activism,Россия,победа,успех,достижение,позитив,новости,промышленность,производство,наука,обзор,аналитика,Евгений Супер,добро,Время-вперёд!,Генеральный партнёр проекта доменная зона .рус Переходи на .рус! Сайт регист