Atominė elektrinė (AE) – techninių konstrukcijų kompleksas, skirtas elektros energijai gaminti naudojant valdomos branduolinės reakcijos metu išsiskiriančią energiją.

Uranas naudojamas kaip įprastas kuras atominėse elektrinėse. Skilimo reakcija vykdoma pagrindiniame atominės elektrinės bloke – branduoliniame reaktoriuje.

Reaktorius montuojamas į plieninį korpusą, skirtą aukštam slėgiui – iki 1,6 x 107 Pa, arba 160 atmosferų.
Pagrindinės VVER-1000 dalys yra:

1. Šerdyje, kurioje yra branduolinis kuras, vyksta grandininė branduolio dalijimosi reakcija ir išsiskiria energija.
2. Neutronų reflektorius, supantis šerdį.
3. Aušinimo skystis.
4. Apsaugos valdymo sistema (CPS).
5. Radiacinė apsauga.

Šiluma reaktoriuje išsiskiria dėl grandininės branduolinio kuro dalijimosi reakcijos, veikiant šiluminiams neutronams. Tokiu atveju susidaro branduolio dalijimosi produktai, tarp kurių yra ir kietųjų medžiagų, ir dujų – ksenono, kriptono. Skilimo produktai turi labai didelį radioaktyvumą, todėl kuras (urano dioksido tabletės) dedamas į sandarius cirkonio vamzdelius – TVEL (kuro elementus). Šie vamzdžiai yra sujungti keli vienetai vienas šalia kito į vieną kuro rinkinį. Branduoliniam reaktoriui valdyti ir apsaugoti naudojami valdymo strypai, kuriuos galima perkelti per visą aktyvios zonos aukštį. Strypai pagaminti iš stipriai neutronus sugeriančių medžiagų, tokių kaip boras ar kadmis. Giliai įvedus strypus, grandininė reakcija tampa neįmanoma, nes neutronai stipriai absorbuojami ir pašalinami iš reakcijos zonos. Strypai perkeliami nuotoliniu būdu iš valdymo pulto. Nedidelį strypų judėjimą grandinės procesas arba vystysis, arba nyks. Tokiu būdu reguliuojama reaktoriaus galia.

Stoties schema yra dviejų grandinių. Pirmąją, radioaktyviąją, kontūrą sudaro vienas VVER 1000 reaktorius ir keturios cirkuliacinės aušinimo kilpos. Antroji grandinė, neradioaktyvi, apima garo generatorių ir vandens tiekimo blokus bei vieną 1030 MW galios turbininį bloką. Pirminis aušinimo skystis yra didelio grynumo neverdantis vanduo, kurio slėgis yra 16 MPa, pridėjus boro rūgšties tirpalo, stipraus neutronų absorberio, kuris naudojamas reaktoriaus galiai valdyti.

1. Pagrindiniai cirkuliaciniai siurbliai pumpuoja vandenį per reaktoriaus aktyvią zoną, kur dėl branduolinės reakcijos metu išsiskiriančios šilumos jis įkaista iki 320 laipsnių.
2. Įkaitęs aušinimo skystis atiduoda savo šilumą antrinės grandinės vandeniui (darbiniam skysčiui), išgarindamas jį garų generatoriuje.
3. Atvėsęs aušinimo skystis vėl patenka į reaktorių.
4. Garo generatorius gamina 6,4 MPa slėgio prisotintą garą, kuris tiekiamas į garo turbiną.
5. Turbina varo elektros generatoriaus rotorių.
6. Išmetamieji garai kondensuojami kondensatoriuje ir kondensato siurbliu tiekiami atgal į garų generatorių. Norint palaikyti pastovų slėgį grandinėje, įrengiamas garo tūrio kompensatorius.
7. Garų kondensacijos šilumą iš kondensatoriaus pašalina cirkuliuojantis vanduo, kuris tiekimo siurbliu tiekiamas iš aušinimo tvenkinio.
8. Tiek pirmoji, tiek antroji reaktoriaus grandinės yra sandarios. Tai užtikrina reaktoriaus saugumą personalui ir visuomenei.

Jei neįmanoma panaudoti didelio vandens kiekio garų kondensacijai, vietoj rezervuaro, vanduo gali būti aušinamas specialiuose aušinimo bokštuose (aušinimo bokštuose).

Reaktoriaus veikimo saugą ir ekologiškumą užtikrina griežtas reglamentų (eksploatavimo taisyklių) laikymasis ir daugybė valdymo įrangos. Visa tai skirta apgalvotam ir efektyviam reaktoriaus valdymui.
Branduolinio reaktoriaus avarinė apsauga – prietaisų rinkinys, skirtas greitai sustabdyti branduolinę grandininę reakciją reaktoriaus aktyvioje zonoje.

Aktyvi avarinė apsauga įsijungia automatiškai, kai vienas iš branduolinio reaktoriaus parametrų pasiekia vertę, galinčią sukelti avariją. Tokie parametrai gali būti: temperatūra, slėgis ir aušinimo skysčio srautas, galios padidėjimo lygis ir greitis.

Vykdomieji avarinės apsaugos elementai dažniausiai yra strypai su medžiaga, kuri gerai sugeria neutronus (boru arba kadmiu). Kartais į aušinimo skysčio kilpą įpurškiamas skystis, kad būtų išjungtas reaktorius.

Be aktyvios apsaugos, daugelyje šiuolaikinių dizainų taip pat yra pasyviosios apsaugos elementų. Pavyzdžiui, šiuolaikinėse VVER reaktorių versijose yra „Emergency Core Cooling System“ (ECCS) – virš reaktoriaus esančios specialios talpyklos su boro rūgštimi. Didžiausios projektinės avarijos (reaktoriaus pirminės aušinimo grandinės plyšimo) atveju šių rezervuarų turinys dėl gravitacijos yra reaktoriaus aktyviosios zonos viduje, o branduolinę grandininę reakciją gesina didelis kiekis boro turinčios medžiagos. kuris gerai sugeria neutronus.

Pagal „Atominių elektrinių reaktorių įrenginių branduolinės saugos taisykles“ bent viena iš numatytų reaktorių išjungimo sistemų turi atlikti avarinės apsaugos (EP) funkciją. Avarinė apsauga turi turėti bent dvi nepriklausomas darbo organų grupes. Gavus AZ signalą, AZ darbiniai korpusai turi būti įjungiami iš bet kokių darbinių ar tarpinių padėčių.
AZ įrangą turi sudaryti bent du nepriklausomi komplektai.

Kiekvienas AZ įrangos komplektas turi būti suprojektuotas taip, kad neutronų srauto tankio pokyčių diapazone nuo 7% iki 120% vardinės vertės būtų numatyta apsauga:
1. Pagal neutronų srauto tankį – ne mažiau kaip trys nepriklausomi kanalai;
2. Pagal neutronų srauto tankio didėjimo greitį – ne mažiau kaip trimis nepriklausomais kanalais.

Kiekvienas AZ įrangos komplektas turi būti suprojektuotas taip, kad visame reaktoriaus (RP) projekte nustatytų proceso parametrų pokyčių diapazone avarinė apsauga būtų teikiama mažiausiai trimis nepriklausomais kanalais kiekvienam proceso parametrui, kuriam taikoma apsauga. būtina.

Kiekvieno rinkinio valdymo komandos AZ pavaroms turi būti perduodamos mažiausiai dviem kanalais. Išjungus vieną kanalą viename iš AZ įrangos rinkinių, šio rinkinio neišjungus, šiam kanalui turi būti automatiškai sugeneruotas pavojaus signalas.

Avarinė apsauga turėtų suveikti bent šiais atvejais:
1. Pasiekus AZ kontrolinę vertę pagal neutronų srauto tankį.
2. Pasiekus AZ kontrolinę vertę pagal neutronų srauto tankio didėjimo greitį.
3. Nutrūkus maitinimui bet kuriame AZ įrangos komplekte ir CPS maitinimo magistralėse, kurios nebuvo išjungtos.
4. Jei sugenda bet kurie du iš trijų apsaugos kanalų pagal neutronų srauto tankį arba pagal neutronų srauto didėjimo greitį bet kuriame AZ įrangos rinkinyje, kurio eksploatavimas nebuvo nutrauktas.
5. Kai technologiniai parametrai pasiekia AZ nustatymus, pagal kuriuos būtina atlikti apsaugą.
6. Pradedant AZ veikimą nuo bloko valdymo taško (BCR) arba atsarginio valdymo taško (RCP) rakto.

Medžiagą parengė internetiniai redaktoriai www.rian.ru, remdamiesi informacija iš RIA Novosti ir atvirų šaltinių

Branduolinė energetika yra modernus ir sparčiai besivystantis elektros energijos gamybos būdas. Ar žinote, kaip išdėstytos atominės elektrinės? Koks yra atominės elektrinės veikimo principas? Kokių tipų branduoliniai reaktoriai egzistuoja šiandien? Pabandysime išsamiai apsvarstyti atominės elektrinės veikimo schemą, įsigilinti į branduolinio reaktoriaus sandarą ir išsiaiškinti, kiek saugus yra atominis elektros gamybos būdas.

Bet kuri stotis yra uždara zona, nutolusi nuo gyvenamojo rajono. Jo teritorijoje yra keli pastatai. Svarbiausias pastatas – reaktoriaus korpusas, šalia jo – turbinų salė, iš kurios valdomas reaktorius, ir saugos pastatas.

Schema neįmanoma be branduolinio reaktoriaus. Atominis (branduolinis) reaktorius yra atominės elektrinės įtaisas, skirtas organizuoti grandininę neutronų dalijimosi reakciją su privalomu energijos išleidimu šiame procese. Tačiau koks yra atominės elektrinės veikimo principas?

Visa reaktoriaus jėgainė yra patalpinta reaktoriaus pastate, didelis betoninis bokštas, kuris slepia reaktorių ir, įvykus avarijai, jame bus visi branduolinės reakcijos produktai. Šis didelis bokštas vadinamas izoliacija, hermetišku apvalkalu arba izoliacija.

Naujųjų reaktorių izoliacinė zona turi 2 storas betonines sienas – korpusus.
80 cm storio išorinis apvalkalas apsaugo izoliacinę zoną nuo išorinių poveikių.

Vidinio 1 metro 20 cm storio apvalkalo įrenginyje yra specialūs plieniniai trosai, kurie beveik tris kartus padidina betono stiprumą ir neleis konstrukcijai byrėti. Viduje jis išklotas plonu specialaus plieno lakštu, kuris yra sukurtas kaip papildoma izoliacijos apsauga ir nelaimingo atsitikimo atveju neleidžia reaktoriaus turiniui patekti už izoliacijos zonos ribų.

Toks atominės elektrinės įrenginys gali atlaikyti iki 200 tonų sveriančio orlaivio kritimą, 8 balų žemės drebėjimą, viesulą ir cunamį.

Pirmasis slėginis korpusas buvo pastatytas Amerikos atominėje elektrinėje Connecticut Yankee 1968 m.

Bendras izoliavimo zonos aukštis yra 50-60 metrų.

Iš ko pagamintas branduolinis reaktorius?

Norint suprasti branduolinio reaktoriaus veikimo principą, taigi ir atominės elektrinės veikimo principą, reikia suprasti reaktoriaus komponentus.

• aktyvi zona. Tai yra vieta, kurioje dedamas branduolinis kuras (šilumos atskyriklis) ir moderatorius. Kuro atomai (dažniausiai uranas yra kuras) atlieka dalijimosi grandininę reakciją. Moderatorius skirtas valdyti dalijimosi procesą ir leidžia atlikti reikiamą reakciją greičio ir stiprumo atžvilgiu.
• Neutronų reflektorius. Atšvaitas supa aktyviąją zoną. Ją sudaro ta pati medžiaga kaip ir moderatorius. Tiesą sakant, tai yra dėžutė, kurios pagrindinis tikslas yra neleisti neutronams išeiti iš šerdies ir patekti į aplinką.
• Aušinimo skystis. Aušinimo skystis turi sugerti šilumą, kuri išsiskyrė dalijantis kuro atomams, ir perduoti ją kitoms medžiagoms. Aušinimo skystis daugiausia lemia, kaip suprojektuota atominė elektrinė. Populiariausias aušinimo skystis šiandien yra vanduo.
  Reaktoriaus valdymo sistema. Jutikliai ir mechanizmai, įjungiantys atominės elektrinės reaktorių.

Kuras atominėms elektrinėms

Ką veikia atominė elektrinė? Kuras atominėms elektrinėms yra radioaktyviųjų savybių turintys cheminiai elementai. Visose atominėse elektrinėse uranas yra toks elementas.

Stočių projektavimas reiškia, kad atominės elektrinės naudoja sudėtingą sudėtinį kurą, o ne gryną cheminį elementą. O norint išgauti urano kurą iš natūralaus urano, kuris kraunamas į branduolinį reaktorių, reikia atlikti daug manipuliacijų.

Prisodrintas uranas

Uranas susideda iš dviejų izotopų, tai yra, jame yra skirtingos masės branduoliai. Jie buvo pavadinti pagal protonų ir neutronų skaičių izotopais -235 ir izotopais-238. XX amžiaus tyrinėtojai iš rūdos pradėjo išgauti uraną 235, nes. buvo lengviau suskaidyti ir transformuoti. Paaiškėjo, kad tokio urano gamtoje yra tik 0,7% (likę procentai atiteko 238-ajam izotopui).

Ką tokiu atveju daryti? Jie nusprendė sodrinti uraną. Urano sodrinimas yra procesas, kai jame lieka daug reikalingų 235x izotopų ir mažai nereikalingų 238x izotopų. Urano sodrinimo įrenginių užduotis yra pagaminti beveik 100% urano-235 iš 0,7%.

Uraną galima sodrinti naudojant dvi technologijas – dujų difuziją arba dujų centrifugą. Jų naudojimui iš rūdos išgaunamas uranas paverčiamas dujine būsena. Dujų pavidalu jis yra praturtintas.

urano milteliai

Prisodrintos urano dujos paverčiamos kietu pavidalu – urano dioksidu. Šis grynas kietas uranas 235 atrodo kaip dideli balti kristalai, kurie vėliau susmulkinami į urano miltelius.

Urano tabletės

Urano granulės yra tvirtos metalinės poveržlės, poros centimetrų ilgio. Norint suformuoti tokias tabletes iš urano miltelių, jis sumaišomas su medžiaga – plastifikatoriumi, pagerina tablečių spaudimo kokybę.

Presuotos poveržlės kepamos 1200 laipsnių Celsijaus temperatūroje ilgiau nei parą, kad tabletės būtų ypatingo tvirtumo ir atsparumo aukštai temperatūrai. Atominės elektrinės veikimo būdas tiesiogiai priklauso nuo to, kaip gerai suspaudžiamas ir iškepamas urano kuras.

Tabletės kepamos molibdeno dėžutėse, nes. tik šis metalas sugeba neištirpti „pragariškoje“ temperatūroje virš pusantro tūkstančio laipsnių. Po to urano kuras atominėms elektrinėms laikomas paruoštu.

Kas yra TVEL ir TVS?

Reaktoriaus šerdis atrodo kaip didžiulis diskas ar vamzdis su skylutėmis sienose (priklausomai nuo reaktoriaus tipo), 5 kartus didesnis už žmogaus kūną. Šiose skylėse yra urano kuro, kurio atomai vykdo norimą reakciją.

Neįmanoma tiesiog įmesti kuro į reaktorių, gerai, jei nenorite, kad sprogtų visa stotis ir įvyktų avarija su pasekmėmis kelioms šalia esančioms valstybėms. Todėl urano kuras dedamas į kuro strypus, o po to surenkamas į kuro rinkles. Ką reiškia šie sutrumpinimai?

• TVEL - kuro elementas (nepainioti su tuo pačiu juos gaminančios Rusijos įmonės pavadinimu). Tiesą sakant, tai yra plonas ir ilgas cirkonio vamzdis, pagamintas iš cirkonio lydinių, į kurį dedamos urano granulės. Būtent kuro strypuose urano atomai pradeda sąveikauti tarpusavyje, reakcijos metu išskirdami šilumą.

Cirkonis buvo pasirinktas kaip medžiaga kuro strypų gamybai dėl savo ugniai atsparumo ir antikorozinių savybių.

Kuro elementų tipas priklauso nuo reaktoriaus tipo ir struktūros. Paprastai kuro strypų struktūra ir paskirtis nesikeičia, vamzdžio ilgis ir plotis gali skirtis.

Mašina į vieną cirkonio vamzdį sukrauna daugiau nei 200 urano granulių. Iš viso reaktoriuje vienu metu dirba apie 10 milijonų urano granulių.
FA – kuro rinkinys. AE darbuotojai kuro rinkles vadina ryšuliais.

Tiesą sakant, tai yra keli TVEL, pritvirtinti kartu. Kuro rinkiniai yra paruoštas branduolinis kuras, kuo veikia atominė elektrinė. Tai kuro rinklės, kurios kraunamos į branduolinį reaktorių. Viename reaktoriuje dedama apie 150 - 400 kuro rinklių.
Priklausomai nuo to, kuriame reaktoriuje veiks kuro rinkinys, jie būna įvairių formų. Kartais ryšuliai sulankstyti į kubinį, kartais į cilindrą, kartais į šešiakampį.

Viena kuro rinklė 4 eksploatacijos metams generuoja tiek pat energijos, kiek deginant 670 vagonų anglies, 730 cisternų gamtinėmis dujomis arba 900 cisternų prikrautų naftos.
Šiandien kuro rinklės daugiausia gaminamos Rusijos, Prancūzijos, JAV ir Japonijos gamyklose.

Norint pristatyti kurą atominėms elektrinėms į kitas šalis, kuro rinklės sandariai uždaromos į ilgus ir plačius metalinius vamzdžius, iš vamzdžių išpumpuojamas oras ir specialiomis mašinomis pristatomas į krovininius lėktuvus.

Branduolinis kuras atominėms elektrinėms sveria nepaprastai daug, tk. uranas yra vienas iš sunkiausių metalų planetoje. Jo savitasis svoris yra 2,5 karto didesnis nei plieno.

Atominė elektrinė: veikimo principas

Koks yra atominės elektrinės veikimo principas? Atominių elektrinių veikimo principas pagrįstas grandinine radioaktyviosios medžiagos – urano – atomų dalijimosi reakcija. Ši reakcija vyksta branduolinio reaktoriaus šerdyje.

SVARBU ŽINOTI:

Jei nesigilinate į branduolinės fizikos subtilybes, atominės elektrinės veikimo principas atrodo taip:
Paleidus branduolinį reaktorių, nuo kuro strypų pašalinami sugeriantys strypai, kurie neleidžia uranui reaguoti.

Kai tik strypai pašalinami, urano neutronai pradeda sąveikauti vienas su kitu.

Kai neutronai susiduria, atominiame lygmenyje įvyksta mini sprogimas, išsiskiria energija ir gimsta nauji neutronai, prasideda grandininė reakcija. Šis procesas išskiria šilumą.

Šiluma perduodama aušinimo skysčiui. Priklausomai nuo aušinimo skysčio tipo, jis virsta garais arba dujomis, kurios suka turbiną.

Turbina varo elektros generatorių. Būtent jis iš tikrųjų gamina elektrą.

Jei nesilaikysite proceso, urano neutronai gali susidurti vienas su kitu, kol reaktorius bus susprogdintas ir visa atominė elektrinė bus susprogdinta į šipulius. Procesą kontroliuoja kompiuterio jutikliai. Jie nustato temperatūros padidėjimą arba slėgio pasikeitimą reaktoriuje ir gali automatiškai sustabdyti reakcijas.

Kuo skiriasi atominių elektrinių ir šiluminių elektrinių (šiluminių elektrinių) veikimo principas?

Darbo skirtumai yra tik pirmuosiuose etapuose. Atominėse elektrinėse aušinimo skystis gauna šilumą dalijantis urano kuro atomams, šiluminėse elektrinėse aušinimo skystis gauna šilumą degant organiniam kurui (anglies, dujų ar naftos). Po to, kai urano atomai arba dujos su anglimi išskiria šilumą, atominių elektrinių ir šiluminių elektrinių veikimo schemos yra vienodos.

Branduolinių reaktorių tipai

Kaip veikia atominė elektrinė, priklauso nuo to, kaip veikia jos branduolinis reaktorius. Šiandien yra du pagrindiniai reaktorių tipai, klasifikuojami pagal neuronų spektrą:
Lėtų neutronų reaktorius, dar vadinamas terminiu reaktoriumi.

Jo veikimui naudojamas 235 uranas, kuris pereina sodrinimo, urano tablečių kūrimo etapus ir kt. Šiandien lėtųjų neutroninių reaktorių yra didžioji dauguma.
Greitųjų neutronų reaktorius.

Šie reaktoriai yra ateitis, nes jie dirba su uranu-238, kuris savo prigimtimi yra keliolika centų ir šio elemento sodrinti nebūtina. Tokių reaktorių trūkumas yra tik labai didelės projektavimo, statybos ir paleidimo sąnaudos. Šiandien greitųjų neutronų reaktoriai veikia tik Rusijoje.

Greitųjų neutroninių reaktorių aušinimo skystis yra gyvsidabris, dujos, natris arba švinas.

Lėtųjų neutronų reaktoriai, kuriuos šiandien naudoja visos pasaulio atominės elektrinės, taip pat būna kelių tipų.

TATENA organizacija (Tarptautinė atominės energijos agentūra) sukūrė savo klasifikaciją, kuri dažniausiai naudojama pasaulio branduolinėje pramonėje. Kadangi atominės elektrinės veikimo principas labai priklauso nuo aušinimo skysčio ir moderatoriaus pasirinkimo, TATENA klasifikuodama šiuos skirtumus.

Cheminiu požiūriu deuterio oksidas yra idealus moderatorius ir aušinimo skystis, nes jo atomai efektyviausiai sąveikauja su urano neutronais, palyginti su kitomis medžiagomis. Paprasčiau tariant, sunkusis vanduo atlieka savo užduotį su minimaliais nuostoliais ir maksimaliais rezultatais. Tačiau jo gamyba kainuoja, o naudoti mums įprastą „lengvą“ ir pažįstamą vandenį yra daug lengviau.

Keletas faktų apie branduolinius reaktorius...

Įdomu tai, kad vienas atominės elektrinės reaktorius statomas mažiausiai 3 metus!
Norint pastatyti reaktorių, reikia įrangos, kuri veiktų 210 kilogramų amperų elektros srove, o tai milijoną kartų viršija srovę, galinčią nužudyti žmogų.

Vienas branduolinio reaktoriaus korpusas (struktūrinis elementas) sveria 150 tonų. Viename reaktoriuje yra 6 tokie elementai.

Slėginio vandens reaktorius

Jau išsiaiškinome, kaip apskritai veikia atominė elektrinė, norėdami „sutvarkyti“ pažiūrėkime, kaip veikia populiariausias slėginis branduolinis reaktorius.
Šiandien visame pasaulyje naudojami 3+ kartos suslėgto vandens reaktoriai. Jie laikomi patikimiausiais ir saugiausiais.

Visi pasaulyje esantys suslėgto vandens reaktoriai per visus savo eksploatavimo metus iš viso jau spėjo įgyti daugiau nei 1000 metų be problemų ir niekada nedavė rimtų nukrypimų.

Atominių elektrinių, pagrįstų suslėgto vandens reaktoriais, struktūra reiškia, kad distiliuotas vanduo cirkuliuoja tarp kuro strypų, įkaitintas iki 320 laipsnių. Kad jis nepatektų į garų būseną, jis laikomas 160 atmosferų slėgyje. AE schemoje jis vadinamas pirminiu vandeniu.

Pašildytas vanduo patenka į garo generatorių ir atiduoda savo šilumą antrinės grandinės vandeniui, po to vėl „sugrįžta“ į reaktorių. Iš išorės atrodo, kad pirminio vandens kontūro vamzdžiai liečiasi su kitais vamzdžiais - antrojo kontūro vandeniu, jie perduoda šilumą vienas kitam, tačiau vandenys nesiliečia. Vamzdžiai susisiekia.

Taigi radiacijos galimybė patekti į antrinės grandinės vandenį, kuri toliau dalyvaus elektros gamybos procese, yra atmesta.

Atominės elektrinės sauga

Išmokę atominių elektrinių veikimo principą, turime suprasti, kaip organizuojama sauga. Projektuojant atomines elektrines šiandien reikia didesnio dėmesio saugos taisyklėms.
Atominės elektrinės saugos kaina sudaro apie 40% visos pačios elektrinės kainos.

AE schemoje yra 4 fiziniai barjerai, neleidžiantys išsiskirti radioaktyviosioms medžiagoms. Ką turėtų daryti šios kliūtys? Tinkamu laiku gebėti sustabdyti branduolinę reakciją, užtikrinti nuolatinį šilumos pašalinimą iš aktyviosios zonos ir paties reaktoriaus bei užkirsti kelią radionuklidų išsiskyrimui iš aptvaros (sulaikymo zonos).

• Pirmasis barjeras yra urano granulių stiprumas. Svarbu, kad branduoliniame reaktoriuje jie nesugriūtų veikiant aukštai temperatūrai. Daugeliu atžvilgių atominės elektrinės veikimas priklauso nuo to, kaip urano granulės buvo „kepamos“ pradiniame gamybos etape. Jei urano kuro granulės bus iškeptos neteisingai, urano atomų reakcijos reaktoriuje bus nenuspėjamos.
• Antroji kliūtis – kuro strypų sandarumas. Cirkonio vamzdžiai turi būti sandariai užsandarinti, jei sandarumas sulaužytas, tai geriausiu atveju bus sugadintas reaktorius ir nutrūks darbas, blogiausiu atveju viskas išskris į orą.
• Trečioji kliūtis – tvirtas plieninis reaktoriaus indas a, (tas pats didelis bokštas – izoliavimo zona), kuri savyje „sulaiko“ visus radioaktyvius procesus. Korpusas pažeistas – į atmosferą išsiskirs radiacija.
• Ketvirtasis barjeras – avarinės apsaugos strypai. Virš aktyvios zonos ant magnetų pakabinti strypai su moderatoriais, kurie per 2 sekundes gali sugerti visus neutronus ir sustabdyti grandininę reakciją.

Jei, nepaisant daugelio apsaugos laipsnių atominės elektrinės statybos, nepavyksta laiku atvėsinti reaktoriaus aktyviosios zonos, o kuro temperatūra pakyla iki 2600 laipsnių, tada atsiranda paskutinė saugos sistemos viltis. - vadinamoji lydalo gaudyklė.

Faktas yra tas, kad esant tokiai temperatūrai reaktoriaus indo dugnas išsilydys, o visi branduolinio kuro likučiai ir išlydytos konstrukcijos pateks į specialų „stiklą“, pakabintą virš reaktoriaus šerdies.

Lydymosi gaudyklė yra šaldoma ir atspari ugniai. Jis pripildytas vadinamosios „aukos medžiagos“, kuri palaipsniui sustabdo dalijimosi grandininę reakciją.

Taigi AE schema apima kelis apsaugos laipsnius, kurie beveik visiškai pašalina bet kokią avarijos galimybę.

Dėl to, kad branduolinis kuras yra efektyvesnis už visas kitas šiandien turimas kuro rūšis, pirmenybė teikiama viskam, kas gali veikti naudojant branduolinius įrenginius (atominės elektrinės, povandeniniai laivai, laivai ir kt.). Apie tai, kaip gaminamas branduolinis kuras reaktoriams, kalbėsime vėliau.

Uranas kasamas dviem pagrindiniais būdais:
1) Tiesioginė kasyba karjeruose ar kasyklose, jei leidžia urano atsiradimo gylis. Tikiuosi, kad naudojant šį metodą viskas aišku.
2) Požeminis išplovimas. Tai yra tada, kai urano radimo vietoje išgręžiami gręžiniai, į juos pumpuojamas silpnas sieros rūgšties tirpalas, o tirpalas jau sąveikauja su uranu, susijungdamas su juo. Tada gautas mišinys pumpuojamas į paviršių, o uranas iš jo išgaunamas cheminiais metodais.

Įsivaizduokite, kad mes jau kasykloje iškasėme uraną ir paruošėme jį tolimesnėms transformacijoms. Žemiau esančioje nuotraukoje - vadinamasis "geltonasis pyragas", U3O8. Statinėje tolesniam transportavimui.

Viskas būtų gerai, ir teoriškai šis uranas galėtų būti nedelsiant panaudotas kurui atominėms elektrinėms gaminti, bet deja. Gamta, kaip visada, davė mums darbo. Faktas yra tas, kad natūralus uranas susideda iš trijų izotopų mišinio. Tai U238 (99,2745%), U235 (0,72%) ir U234 (0,0055%). Mus čia domina tik U235 – kadangi jis reaktoriuje puikiai skaidomas šiluminiais neutronais, būtent jis mums leidžia mėgautis visais dalijimosi grandininės reakcijos privalumais. Deja, jo natūralios koncentracijos neužtenka stabiliam ir ilgalaikiam šiuolaikinio atominės elektrinės reaktoriaus darbui. Nors, kiek žinau, RBMK aparatas sukonstruotas taip, kad galėtų startuoti kuru iš natūralaus urano, tačiau stabilumas, ilgaamžiškumas ir eksploatavimo saugumas tokiu kuru visiškai nėra garantuotas.
Turime sodrinti uraną. Tai yra, padidinti U235 koncentraciją nuo natūralios iki naudojamos reaktoriuje.
Pavyzdžiui, RBMK reaktorius veikia 2,8% sodrinimo uranu, VVER-1000 - sodrinimas nuo 1,6 iki 5,0%. Laivų ir laivų atominės elektrinės sunaudoja kurą, prisodrintą iki 20 proc. O kai kurie mokslinių tyrimų reaktoriai naudoja net 90 % prisodrintą kurą (pavyzdys yra IRT-T Tomske).
Rusijoje urano sodrinimas atliekamas dujų centrifugose. Tai yra, geltoni milteliai, kurie buvo nuotraukoje anksčiau, paverčiami dujomis, urano heksafluoridu UF6. Tada šios dujos patenka į visą centrifugų kaskadą. Prie išėjimo iš kiekvienos centrifugos dėl U235 ir U238 branduolių masės skirtumo gauname urano heksafluoridą su šiek tiek padidintu U235 kiekiu. Procesas kartojamas daug kartų ir dėl to gauname mums reikalingo sodrinimo urano heksafluoridą. Žemiau esančioje nuotraukoje tiesiog matosi centrifugų kaskados mastelis – jų daug ir jos nusidriekia toli į tolį.

Tada UF6 dujos vėl paverčiamos UO2 miltelių pavidalu. Chemija juk yra labai naudingas mokslas ir leidžia kurti tokius stebuklus.
Tačiau supilti šiuos miltelius į reaktorių nėra taip paprasta. Tiksliau, galite užmigti, bet nieko gero iš to nebus. Ji (milteliai) turi būti suformuota iki tokios formos, kad galėtume ilgam laikui, metams, nuleisti į reaktorių. Tokiu atveju pats kuras neturėtų liestis su aušinimo skysčiu ir išeiti už šerdies. Be viso to, kuras turi atlaikyti labai labai atšiaurų slėgį ir temperatūrą, kuri jame atsiras dirbant reaktoriaus viduje.
Beje, pamiršau pasakyti, kad pudra taip pat ne šiaip - turi būti tam tikro dydžio, kad spaudžiant ir sukepinant nesusidarytų nereikalingų tuštumų ir įtrūkimų. Pirma, iš miltelių gaminamos tabletės spaudžiant ir ilgai kepant (technologija tikrai sunki, sulaužius kuro tabletės nebus tinkamos). Žemiau esančioje nuotraukoje parodysiu planšetinių kompiuterių variantus.

Skylės ir įdubos tabletėse reikalingos šiluminiam plėtimuisi ir radiacinei deformacijai kompensuoti. Reaktoriuje laikui bėgant tabletės išsipučia, lenkia, keičia dydį, o jei nieko nenumatoma, gali subyrėti, ir tai yra blogai.

Tada paruoštos tabletės supakuojamos į metalinius vamzdelius (pagamintus iš plieno, cirkonio ir jo lydinių bei kitų metalų). Vamzdžiai uždaromi iš abiejų galų ir užsandarinami. Užbaigtas vamzdis su kuru vadinamas kuro elementu – kuro elementu.

Skirtingiems reaktoriams reikia skirtingos konstrukcijos ir sodrinimo kuro strypų. RBMK kuro strypas, pavyzdžiui, 3,5 metro ilgio. Kuro strypai, beje, yra ne tik strypai. kaip nuotraukoje. Jie yra lameliniai, žiediniai, įvairių tipų ir modifikacijų jūra.
Tada kuro strypai sujungiami į kuro rinkles – kuro rinkles. RBMK reaktoriaus kuro rinkinys susideda iš 18 kuro strypų ir atrodo maždaug taip:

VVER reaktoriaus kuro rinkinys atrodo taip:
Kaip matyti, VVER reaktoriaus FA susideda iš daug didesnio kuro strypų skaičiaus nei RBMK.
Tada, laikantis atsargumo priemonių, gatavas specialus produktas (FA) pristatomas į atominę elektrinę. Kodėl reikia imtis atsargumo priemonių? Branduolinis kuras, nors ir dar nėra radioaktyvus, yra labai vertingas, brangus, o su juo elgiamasi labai neatsargiai, gali kilti daug problemų. Tada atliekama galutinė kuro rinklių būklės kontrolė ir - pakrovimas į reaktorių. Tai štai, uranas nuėjo ilgą kelią nuo rūdos po žeme iki aukštųjų technologijų įrenginio branduolinio reaktoriaus viduje. Dabar jo laukia kitoks likimas – kelerius metus stumdytis į reaktorių ir išleisti brangią šilumą, kurią iš jo paims vanduo (ar bet koks kitas aušinimo skystis).

TVS (kuro rinkinys)

Branduolinis kuras- medžiagos, naudojamos branduoliniuose reaktoriuose kontroliuojamai branduolio dalijimosi grandininei reakcijai vykdyti. Branduolinis kuras iš esmės skiriasi nuo kitų žmonijos naudojamų kuro rūšių, yra itin daug energijos suvartojantis, tačiau kartu ir labai pavojingas žmogui, todėl saugumo sumetimais jo naudojimas kelia daug apribojimų. Dėl šios ir daugelio kitų priežasčių branduolinį kurą naudoti daug sunkiau nei bet kokią iškastinio kuro rūšį, o jo naudojimui reikia daug specialių techninių ir organizacinių priemonių bei su juo besiverčiančio aukštos kvalifikacijos personalo.

Bendra informacija

Branduolinė grandininė reakcija – tai branduolio skilimas į dvi dalis, vadinamas dalijimosi fragmentai, tuo pačiu metu išleidžiant kelis (2–3) neutronus, kurie savo ruožtu gali sukelti šių branduolių dalijimąsi. Toks dalijimasis įvyksta neutronui patekus į pradinės medžiagos atomo branduolį. Branduolio dalijimosi metu susidarę dalijimosi fragmentai turi didelę kinetinę energiją. Medžiagos dalijimosi fragmentų lėtėjimą lydi didelis šilumos kiekis. Skilimo fragmentai yra branduoliai, susidarantys tiesiogiai dėl dalijimosi. Skilimo fragmentai ir jų radioaktyvaus skilimo produktai paprastai vadinami skilimo produktai. Branduoliai, kurie dalijasi su bet kokios energijos neutronais, vadinami branduoliniu kuru (paprastai tai medžiagos, kurių atominis skaičius yra nelyginis). Yra branduolių, kurie dalijasi tik neutronais, kurių energija viršija tam tikrą slenkstinę vertę (paprastai tai yra lyginio atominio skaičiaus elementai). Tokie branduoliai vadinami žaliavomis, nes kai neutroną užfiksuoja slenkstinis branduolys, susidaro branduolinio kuro branduoliai. Branduolinio kuro ir žaliavos derinys vadinamas branduoliniu kuru. Žemiau pateikiamas 235 U branduolio dalijimosi energijos pasiskirstymas tarp skirtingų dalijimosi produktų (MeV):

Kadangi neutrino energija nunešama negrįžtamai, galima naudoti tik 188 MeV/atom = 30 pJ/atom = 18 TJ/mol = 76,6 TJ/kg (kitais duomenimis (žr. nuorodą) 205,2 - 8,6 = 196 ,6 MeV). /atomas) .

Gamtinį uraną sudaro trys izotopai: 238U (99,282%), 235U (0,712%) ir 234U (0,006%). Jis ne visada tinkamas kaip branduolinis kuras, ypač jei konstrukcinės medžiagos ir moderatorius daug sugeria neutronus. Šiuo atveju branduolinis kuras gaminamas prisodrinto urano pagrindu. Šiluminiuose reaktoriuose naudojamas uranas, kurio sodrinimas mažesnis nei 6%, o greitųjų ir tarpinių neutronų reaktoriuose urano sodrinimas viršija 20%. Prisodrintas uranas gaunamas specialiose sodrinimo gamyklose.

klasifikacija

Branduolinis kuras skirstomas į du tipus:

• Gamtinis uranas, kuriame yra 235 U skiliųjų branduolių, taip pat 238 U žaliavos, galinčios sudaryti plutonį 239 Pu fiksuojant neutroną;
• Antrinis kuras, kurio nėra gamtoje, įskaitant 239 Pu, gautą iš pirmojo tipo kuro, taip pat 233 U izotopus, susidariusius gaudant neutronus 232 Th torio branduoliais.

Pagal cheminę sudėtį branduolinis kuras gali būti:

• Metalas, įskaitant lydinius;
• Oksidas (pavyzdžiui, UO 2);
• Karbidas (pvz., PuC 1-x)
• Mišrus (PuO 2 + UO 2)

Teoriniai taikymo aspektai

Branduolinis kuras yra naudojamas branduoliniuose reaktoriuose kelių centimetrų dydžio granulių pavidalu, kur jis paprastai yra hermetiškai uždarytuose kuro elementuose (TVEL), kurie savo ruožtu, kad būtų lengviau naudoti, sujungiami į kelis šimtus į kuro rinkles ( FA).

Branduoliniam kurui keliami aukšti cheminio suderinamumo su kuro strypų apvalkalu reikalavimai, jis turi turėti pakankamą lydymosi ir garavimo temperatūrą, gerą šilumos laidumą, šiek tiek padidėjusį tūrį apšvitinant neutronais ir tinkamumą gaminti.

Metalinio urano naudojimas, ypač aukštesnėje nei 500 °C temperatūroje, yra sudėtingas dėl jo brinkimo. Po branduolio dalijimosi susidaro du dalijimosi fragmentai, kurių bendras tūris didesnis už urano (plutonio) atomo tūrį. Dalis atomų – ​​dalijimosi fragmentai yra dujų (kriptono, ksenono ir kt.) atomai. Dujų atomai kaupiasi urano porose ir sukuria vidinį slėgį, kuris didėja didėjant temperatūrai. Pasikeitus atomų tūriui dalijimosi procese ir padidėjus dujų vidiniam slėgiui, uranas ir kitas branduolinis kuras pradeda brinkti. Brinkimas suprantamas kaip santykinis branduolinio kuro tūrio pokytis, susijęs su branduolio dalijimusi.

Patinimas priklauso nuo degimo ir kuro elemento temperatūros. Skilimo fragmentų skaičius didėja degant, o vidinis dujų slėgis didėja degant ir temperatūrai. Branduolinio kuro išsipūtimas gali sukelti kuro elemento apvalkalo sunaikinimą. Branduolinis kuras yra mažiau linkęs brinkti, jei turi aukštas mechanines savybes. Metalinis uranas tokioms medžiagoms tiesiog netaikomas. Todėl metalinio urano kaip branduolinio kuro naudojimas riboja degimo gylį, kuris yra viena iš pagrindinių branduolinio kuro savybių.

Kuro atsparumas radiacijai ir mechaninės savybės pagerėja po urano legiravimo, kurio metu į uraną įdedama nedideli molibdeno, aliuminio ir kitų metalų kiekiai. Dopingo priedai sumažina dalijimosi neutronų skaičių vienam neutronui, gautam branduoliniu kuru. Todėl urano legiravimo priedai dažniausiai pasirenkami iš medžiagų, kurios silpnai sugeria neutronus.

Geras branduolinis kuras apima kai kuriuos ugniai atsparius urano junginius: oksidus, karbidus ir intermetalinius junginius. Plačiausiai naudojama keramika – urano dioksidas UO 2 . Jo lydymosi temperatūra 2800 °C, tankis 10,2 g/cm³. Urano dioksidas neturi fazių virsmų ir yra mažiau linkęs brinkti nei urano lydiniai. Tai leidžia padidinti perdegimą iki kelių procentų. Urano dioksidas aukštoje temperatūroje nesąveikauja su cirkoniu, niobiu, nerūdijančiu plienu ir kitomis medžiagomis. Pagrindinis keramikos trūkumas yra mažas šilumos laidumas – 4,5 kJ/(m·K), kuris riboja specifinę reaktoriaus galią lydymosi temperatūros atžvilgiu. Taigi didžiausias šilumos srauto tankis VVER reaktoriuose urano dioksidui neviršija 1,4⋅10 3 kW/m², o kuro strypuose maksimali temperatūra siekia 2200 °C. Be to, karšta keramika yra labai trapi ir gali įtrūkti.

Praktinis naudojimas

Kvitas

urano kuro

Urano branduolinis kuras gaunamas apdorojant rūdas. Procesas vyksta keliais etapais:

• Dėl prastų indėlių: Šiuolaikinėje pramonėje dėl turtingų urano rūdų trūkumo (išimtys yra Kanados ir Australijos neatitikimo tipo telkiniai, kuriuose urano koncentracija siekia 3%), naudojamas požeminio rūdų išplovimo metodas. Taip pašalinama brangi rūdos kasyba. Preliminarus pasiruošimas vyksta tiesiai po žeme. Per injekcijos šuliniai Sieros rūgštis pumpuojama po žeme virš telkinio, kartais pridedant geležies druskų (kad uranas U (IV) oksiduotųsi į U (VI)), nors rūdose dažnai yra geležies ir piroliusito, kurie palengvina oksidaciją. Per gavybos šuliniaiį paviršių specialiais siurbliais iškyla sieros rūgšties tirpalas su uranu. Tada jis eina tiesiai į sorbciją, hidrometalurginį ekstrahavimą ir tuo pačiu metu atliekamą urano sodrinimą.
• Rūdos telkiniams: naudokite rūdos koncentraciją ir radiometrinę rūdos koncentraciją .
• Hidrometalurginis apdorojimas – urano smulkinimas, išplovimas, sorbcija arba ekstrahavimas, siekiant gauti išgrynintą urano oksidą (U 3 O 8), natrio diuranatą (Na 2 U 2 O 7) arba amonio diuranatą ((NH 4) 2 U 2 O 7) .
• Urano perkėlimas iš oksido į UF 4 tetrafluoridą arba tiesiogiai iš oksidų, norint gauti UF 6 heksafluoridą, kuris naudojamas uranui sodrinti 235 izotopu.
• Sodrinimas dujų terminės difuzijos arba centrifugavimo būdu.
• 235 izotopu prisodrintas UF 6 paverčiamas UO 2 dioksidu, iš kurio gaminamos kuro strypų „pilulės“ arba tam pačiam tikslui gaunami kiti urano junginiai.

Branduolinis kuras

Branduolinis kuras beveik paruoštas naudoti.

Branduolinis kuras- medžiaga, kuri naudojama branduoliniuose reaktoriuose grandininei branduolio dalijimosi reakcijai atlikti. Branduolinis kuras iš esmės skiriasi nuo kitų žmonijos naudojamų kuro rūšių, yra itin didelio efektyvumo, tačiau taip pat labai pavojingas žmogui ir gali sukelti labai rimtų avarijų, dėl kurių saugumo sumetimais jo naudojimas kelia daug apribojimų. Dėl šios ir daugelio kitų priežasčių branduolinį kurą naudoti daug sunkiau nei bet kokią iškastinio kuro rūšį, o jo naudojimui reikia daug specialių techninių ir organizacinių priemonių bei su juo besiverčiančio aukštos kvalifikacijos personalo.

Bendra informacija

Branduolinė grandininė reakcija – tai branduolio skilimas į dvi dalis, vadinamas dalijimosi fragmentai, tuo pačiu metu išleidžiant kelis (2–3) neutronus, kurie savo ruožtu gali sukelti šių branduolių dalijimąsi. Toks dalijimasis įvyksta neutronui patekus į pradinės medžiagos atomo branduolį. Branduolio dalijimosi metu susidarę dalijimosi fragmentai turi didelę kinetinę energiją. Medžiagos dalijimosi fragmentų lėtėjimą lydi didelis šilumos kiekis. Skilimo fragmentai yra branduoliai, susidarantys tiesiogiai dėl dalijimosi. Skilimo fragmentai ir jų radioaktyvaus skilimo produktai paprastai vadinami skilimo produktai. Branduoliai, kurie dalijasi su bet kokios energijos neutronais, vadinami branduoliniu kuru (paprastai tai medžiagos, kurių atominis skaičius yra nelyginis). Yra branduolių, kurie dalijasi tik neutronais, kurių energija viršija tam tikrą slenkstinę vertę (paprastai tai yra lyginio atominio skaičiaus elementai). Tokie branduoliai vadinami žaliavomis, nes kai neutroną užfiksuoja slenkstinis branduolys, susidaro branduolinio kuro branduoliai. Branduolinio kuro ir žaliavos derinys vadinamas branduoliniu kuru. Žemiau pateikiamas 235 U branduolio dalijimosi energijos pasiskirstymas tarp skirtingų dalijimosi produktų (MeV):

Gamtinį uraną sudaro trys izotopai: 238U (99,282%), 235U (0,712%) ir 234U (0,006%). Jis ne visada tinkamas kaip branduolinis kuras, ypač jei konstrukcinės medžiagos ir moderatorius daug sugeria neutronus. Šiuo atveju branduolinis kuras gaminamas prisodrinto urano pagrindu. Šiluminiuose reaktoriuose naudojamas uranas, kurio sodrinimas mažesnis nei 6%, o greitųjų ir tarpinių neutronų reaktoriuose urano sodrinimas viršija 20%. Prisodrintas uranas gaunamas specialiose sodrinimo gamyklose.

klasifikacija

Branduolinis kuras skirstomas į du tipus:

• Gamtinis uranas, kuriame yra 235 U skiliųjų branduolių, taip pat 238 U žaliavos, galinčios sudaryti plutonį 239 Pu fiksuojant neutroną;
• Antrinis kuras, kurio nėra gamtoje, įskaitant 239 Pu, gautą iš pirmojo tipo kuro, taip pat 233 U izotopus, susidariusius gaudant neutronus 232 Th torio branduoliais.

Pagal cheminę sudėtį branduolinis kuras gali būti:

Teoriniai taikymo aspektai

Ant pasirinkto šio modelio kuro rinklių fragmento galima pamatyti kuro granules su iškirptais kuro elementų sektoriais, kad būtų lengviau matyti.

Branduolinis kuras yra naudojamas branduoliniuose reaktoriuose kelių centimetrų dydžio granulių pavidalu, kur jis paprastai yra hermetiškai uždarytuose kuro elementuose (TVEL), kurie savo ruožtu, kad būtų lengviau naudoti, sujungiami į kelis šimtus į kuro rinkles ( FA).

Branduoliniam kurui keliami aukšti cheminio suderinamumo su kuro strypų apvalkalu reikalavimai, jis turi turėti pakankamą lydymosi ir garavimo temperatūrą, gerą šilumos laidumą, šiek tiek padidėjusį tūrį apšvitinant neutronais ir tinkamumą gaminti.

Metalinio urano naudojimas, ypač aukštesnėje nei 500 °C temperatūroje, yra sudėtingas dėl jo brinkimo. Po branduolio dalijimosi susidaro du dalijimosi fragmentai, kurių bendras tūris didesnis už urano (plutonio) atomo tūrį. Dalis atomų – ​​dalijimosi fragmentai yra dujų (kriptono, ksenono ir kt.) atomai. Dujų atomai kaupiasi urano porose ir sukuria vidinį slėgį, kuris didėja didėjant temperatūrai. Pasikeitus atomų tūriui dalijimosi procese ir padidėjus dujų vidiniam slėgiui, uranas ir kitas branduolinis kuras pradeda brinkti. Brinkimas suprantamas kaip santykinis branduolinio kuro tūrio pokytis, susijęs su branduolio dalijimusi.

Patinimas priklauso nuo degimo ir kuro elemento temperatūros. Skilimo fragmentų skaičius didėja degant, o vidinis dujų slėgis didėja degant ir temperatūrai. Branduolinio kuro išsipūtimas gali sukelti kuro elemento apvalkalo sunaikinimą. Branduolinis kuras yra mažiau linkęs brinkti, jei turi aukštas mechanines savybes. Metalinis uranas tokioms medžiagoms tiesiog netaikomas. Todėl metalinio urano kaip branduolinio kuro naudojimas riboja degimo gylį, kuris yra viena iš pagrindinių branduolinio kuro savybių.

Kuro atsparumas radiacijai ir mechaninės savybės pagerėja po urano legiravimo, kurio metu į uraną įdedama nedideli molibdeno, aliuminio ir kitų metalų kiekiai. Dopingo priedai sumažina dalijimosi neutronų skaičių vienam neutronui, gautam branduoliniu kuru. Todėl urano legiravimo priedai dažniausiai pasirenkami iš medžiagų, kurios silpnai sugeria neutronus.

Geras branduolinis kuras apima kai kuriuos ugniai atsparius urano junginius: oksidus, karbidus ir intermetalinius junginius. Plačiausiai naudojama keramika – urano dioksidas UO 2 . Jo lydymosi temperatūra 2800 °C, tankis 10,2 g/cm³. Urano dioksidas neturi fazių virsmų ir yra mažiau linkęs brinkti nei urano lydiniai. Tai leidžia padidinti perdegimą iki kelių procentų. Urano dioksidas aukštoje temperatūroje nesąveikauja su cirkoniu, niobiu, nerūdijančiu plienu ir kitomis medžiagomis. Pagrindinis keramikos trūkumas yra mažas šilumos laidumas – 4,5 kJ/(m·K), kuris riboja specifinę reaktoriaus galią lydymosi temperatūros atžvilgiu. Taigi didžiausias šilumos srauto tankis VVER reaktoriuose, veikiančiuose su urano dioksidu, neviršija 1,4·10 3 kW/m², o kuro strypuose maksimali temperatūra siekia 2200 °C. Be to, karšta keramika yra labai trapi ir gali įtrūkti.

Praktinis naudojimas

Kvitas

urano kuro

Regeneracija

Branduolinio reaktoriaus veikimo metu kuras nevisiškai perdega, vyksta atskirų izotopų (Pu) dauginimosi procesas. Šiuo atžvilgiu panaudoto kuro strypai siunčiami perdirbti kuro regeneravimui ir pakartotiniam panaudojimui.

Šiuo metu šiems tikslams plačiausiai naudojamas pyurex procesas, kurio esmė tokia: kuro elementai supjaustomi į gabalus ir ištirpinami azoto rūgštyje, tada tirpalas išvalomas iš dalijimosi produktų ir apvalkalo elementų bei grynas U ir Išskiriami pu junginiai. Tada gautas plutonio dioksidas PuO 2 siunčiamas naujų šerdžių gamybai, o uranas naudojamas šerdims gaminti arba sodrinti 235 U.

Labai radioaktyvių medžiagų apdorojimas ir regeneravimas yra sudėtingas ir brangus procesas. Išėmus iš reaktorių kuro strypai keletą metų (dažniausiai 3-6 metus) laikomi specialiose saugyklose. Sunkumų kyla ir dėl netinkamų regeneruoti atliekų apdorojimo ir šalinimo. Visų šių priemonių kaina turi didelę įtaką atominių elektrinių ekonominiam efektyvumui.

Pastabos

Literatūra

• Petuninas V.P. Branduolinių įrenginių šiluminė energetika Maskva: Atomizdat, 1960 m.
• Levinas V.E. Branduolinė fizika ir branduoliniai reaktoriai 4-asis leidimas - M.: Atomizdat, 1979 m.

Energija struktūra pagal produktus ir pramonės šakas
Energetikos pramonė: elektros	Tradicinis Šiluminis elektrinės Kondensacinė elektrinė (CPP) Kombinuota šilumos ir elektros jėgainė (CHP) hidroenergetika Hidroelektrinė (HE) Siurblinė elektrinė (HAE) Atominis Atominė elektrinė (AE) Plaukiojanti atominė elektrinė (AE) Alternatyva Geoterminis Geoterminės elektrinės (GeoTPP) hidroenergetika Mažos hidroelektrinės (SHPP) Potvynių ir atoslūgių jėgainės (TPP) Bangų jėgainės Osmosinės elektrinės Vėjo energija Vėjo jėgainės (WPP) Saulėta Saulės elektrinės (SPP) Vandenilis Vandenilio elektrinės Kuro elementų gamyklos Bioenergija Bioelektrinės (BioTES) Malaja Dyzelinės elektrinės Dujomis varomos elektrinės Mažos dujų turbininės elektrinės Benzininės elektrinės Elektros tinklas Elektros pastotės Elektros perdavimo linijos (TL) Elektros perdavimo bokštai
Šilumos tiekimas: šilumos energija
decentralizuotas