Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Атомная энергетика XXI века

6.3. Начальная стадия ядерного топливного цикла

Переработка урановой руды.

Руда, содержащая оксиды урана, после добычи направляется на перерабатывающий завод, где ее измельчают и все металлы, содержащиеся в ней, переводят в водные растворы кислот или в щелочные растворы, из которых затем металлы селективно извлекают различными химическими методами. Конечным продуктом переработки урановой руды является U308 (урановый концентрат).

К чистоте урана, который используется в ядерных реакторах, предъявляются весьма высокие требования. Примеси, особенно обладающие большим сечением захвата тепловых нейтронов (бор, кадмий, редкоземельные элементы), должны быть практически полностью удалены из продуктов переработки урановой руды.

Урановый концентрат U308 перевозят на конверсионный завод, где из него получают газообразный гексафторид урана UF6. Гексафторид урана отправляют на обогатительный завод, где производится обогащение урана по изотопу “35U.

Обогащение урана.

Урановое топливо, используемое в энергетических ядерных реакторах на тепловых нейтронах, должно содер-

235

жать 2—5 % делящегося изотопа U, поэтому природный уран,

235

содержащий всего 0,7 % делящегося изотопа U, необходимо обогатить этим изотопом (на природном уране работают только канадские реакторы CANDU, в которых в качестве замедлителя нейтронов и теплоносителя применяют тяжелую воду D30). Известные методы разделения изотопов урана, используемые для его обогащения (газодиффузионный, центрифужный, электромагнитный, лазерный и др.),

235, т

как правило, основаны на различии массовых чисел изотопов и и

238

U. В последние годы наиболее широко применяется разработанный в СССР центрифужный метод. В полость ротора высокооборот- пой газовой центрифуги подается газообразный гексафторид урана UF6. За счет различия центробежных сил, действующих па молекулы газа с разной массой, более тяжелые молекулы, в состав которых вхо- дит изотоп U, будут в избытке вблизи стенки ротора, а более легкие, содержащие изотоп 235U, окажутся в избытке вблизи оси ротора. Анализ физических процессов, происходящих в газовой центрифуге, показывает, что эффективное разделение компонентов смеси происходит только при наличии осевой циркуляции газа внутри ротора.

Такая циркуляция обеспечивается, например, созданием осевого температурного градиента за счет внешнего источника теплоты. При циркуляции наибольшая разность концентраций легкой и тяжелой фракций устанавливается в торцевых частях центрифуги, нижней и верхней соответственно, откуда они выводятся наружу с помощью газоотборников. Характерные размеры российских газовых центрифуг следующие: длина ротора — около 1 м, диаметр — около 0,5 м. Производительность одной такой центрифуги весьма невелика, поэтому их объединяют в каскады, состоящие из сотен тысяч центрифуг. На выходе каскада образуются два газовых потока. Один из них обогащен до требуемого уровня изотопом “''5U, а в другом потоке (обед-

пенном) содержание “ ' U не превышает 0,2 %, что существенно меньше, чем в природном уране. Ясно, что процесс обогащения является весьма трудоемким и связан с большими затратами электроэнергии, поэтому обогащенный уран стоит в десятки раз больше природного.

Обогащенный гексафторид урана далее на заводе по изготовлению твэлов преобразуется в топливную композицию — диоксид урана UO-, (керамический материал) — и формируется в таблетки цилиндрической формы высотой около 20 мм и диаметром около 15 мм. Эти таблетки помещаются в специальные трубки, изготовленные из сплава па основе циркония; так получают тепловыделяющие элементы. Пучки твэлов собирают в прочные конструкции — тепловыделяющие сборки. Материальный состав и геометрическая форма твэлов и ТВС зависят от типа реактора, а также от многих других факторов, связанных с разными подходами к конструированию подобных систем. Например, в странах Западной Европы ТВС в реакторах типа PWR имеют форму квадрата, а российские ТВС для аналогичных реакторов типа ВВЭР имеют шестигранное сечение.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы