Bahan bakar nuklir untuk pembangkit listrik tenaga nuklir. Bagaimana bahan bakar nuklir diproduksi untuk pembangkit listrik tenaga nuklir

Bahan bakar nuklir

Bahan bakar nuklir hampir siap digunakan.

Bahan bakar nuklir- zat yang digunakan dalam reaktor nuklir untuk melakukan reaksi berantai fisi nuklir. Bahan bakar nuklir pada dasarnya berbeda dari jenis bahan bakar lain yang digunakan umat manusia, sangat efisien, tetapi juga sangat berbahaya bagi manusia dan dapat menyebabkan kecelakaan yang sangat serius, yang memberlakukan banyak pembatasan penggunaannya untuk alasan keamanan. Karena alasan ini dan banyak alasan lainnya, bahan bakar nuklir jauh lebih sulit digunakan daripada jenis bahan bakar fosil apa pun, dan memerlukan banyak tindakan teknis dan organisasi khusus untuk penggunaannya, serta personel berkualifikasi tinggi yang menanganinya.

informasi Umum

Reaksi berantai nuklir adalah pembelahan inti menjadi dua bagian, disebut fragmen fisi, dengan pelepasan beberapa (2-3) neutron secara bersamaan, yang pada gilirannya dapat menyebabkan fisi pada inti berikut. Fisi semacam itu terjadi ketika sebuah neutron memasuki inti atom dari zat aslinya. Fragmen fisi yang terbentuk selama fisi nuklir memiliki energi kinetik yang besar. Perlambatan fragmen fisi dalam materi disertai dengan pelepasan panas dalam jumlah besar. Fragmen fisi adalah inti yang terbentuk langsung sebagai hasil fisi. Fragmen fisi dan produk peluruhan radioaktifnya biasanya disebut sebagai produk fisi. Inti yang membelah dengan neutron dari energi apa pun disebut bahan bakar nuklir (biasanya, ini adalah zat dengan nomor atom ganjil). Ada inti yang hanya membelah oleh neutron dengan energi di atas nilai ambang tertentu (sebagai aturan, ini adalah elemen dengan nomor atom genap). Inti semacam itu disebut bahan mentah, karena ketika neutron ditangkap oleh inti ambang, inti bahan bakar nuklir terbentuk. Kombinasi bahan bakar nuklir dan bahan mentah disebut bahan bakar nuklir. Di bawah ini adalah distribusi energi fisi inti 235 U antara produk fisi yang berbeda (dalam MeV):

Uranium alami terdiri dari tiga isotop: 238U (99,282%), 235U (0,712%) dan 234U (0,006%). Itu tidak selalu cocok sebagai bahan bakar nuklir, terutama jika bahan struktur dan moderatornya menyerap neutron secara ekstensif. Dalam hal ini, bahan bakar nuklir dibuat berdasarkan uranium yang diperkaya. Dalam reaktor termal, uranium dengan pengayaan kurang dari 6% digunakan, dan dalam reaktor neutron cepat dan menengah, pengayaan uranium melebihi 20%. Uranium yang diperkaya diperoleh di pabrik pengayaan khusus.

Klasifikasi

Bahan bakar nuklir dibagi menjadi dua jenis:

  • Uranium alami, mengandung inti fisil 235 U, serta bahan baku 238 U, mampu membentuk plutonium 239 Pu saat menangkap sebuah neutron;
  • Bahan bakar sekunder yang tidak terdapat di alam, termasuk 239 Pu diperoleh dari bahan bakar jenis pertama, serta 233 isotop U yang terbentuk selama penangkapan neutron oleh inti thorium 232 Th.

Oleh komposisi kimia, bahan bakar nuklir dapat berupa:

Aspek teoritis aplikasi

Pelet bahan bakar dapat dilihat pada fragmen yang dipilih dari model rakitan bahan bakar ini dengan sektor elemen bahan bakar yang dipotong agar mudah dilihat.

Bahan bakar nuklir digunakan dalam reaktor nuklir dalam bentuk pelet berukuran beberapa sentimeter, di mana biasanya terletak di elemen bahan bakar tertutup rapat (TVEL), yang pada gilirannya, untuk kemudahan penggunaan, digabungkan menjadi beberapa ratus rakitan bahan bakar ( FA).

berlaku untuk bahan bakar nuklir persyaratan tinggi dalam hal kompatibilitas kimia dengan kelongsong batang bahan bakar, ia harus memiliki suhu leleh dan penguapan yang cukup, konduktivitas termal yang baik, sedikit peningkatan volume selama iradiasi neutron, dan kemampuan manufaktur.

Penggunaan logam uranium, terutama pada suhu di atas 500 °C, sulit dilakukan karena sifatnya yang membengkak. Setelah fisi nuklir, dua fragmen fisi terbentuk, yang volume totalnya lebih besar dari volume atom uranium (plutonium). Bagian dari atom - fragmen fisi adalah atom gas (krypton, xenon, dll.). Atom gas menumpuk di pori-pori uranium dan menciptakan tekanan internal yang meningkat dengan meningkatnya suhu. Karena perubahan volume atom dalam proses fisi dan peningkatan tekanan internal gas, uranium dan bahan bakar nuklir lainnya mulai membengkak. Pembengkakan dipahami perubahan relatif volume bahan bakar nuklir yang terkait dengan fisi nuklir.

Pembengkakan tergantung pada pembakaran dan suhu elemen bahan bakar. Jumlah fragmen fisi meningkat dengan pembakaran, dan tekanan internal gas meningkat dengan pembakaran dan suhu. Pembengkakan bahan bakar nuklir dapat menyebabkan kerusakan kelongsong elemen bahan bakar. Bahan bakar nuklir tidak mudah membengkak jika memiliki sifat mekanik yang tinggi. Uranium logam tidak berlaku untuk bahan semacam itu. Oleh karena itu, penggunaan logam uranium sebagai bahan bakar nuklir membatasi kedalaman pembakaran yang merupakan salah satu karakteristik utama bahan bakar nuklir.

Resistensi radiasi dan sifat mekanik bahan bakar ditingkatkan setelah paduan uranium, di mana sejumlah kecil molibdenum, aluminium, dan logam lainnya ditambahkan ke uranium. Aditif doping mengurangi jumlah neutron fisi per tangkapan neutron oleh bahan bakar nuklir. Oleh karena itu, penambahan paduan pada uranium cenderung dipilih dari bahan yang menyerap neutron dengan lemah.

Bahan bakar nuklir yang baik mencakup beberapa senyawa refraktori uranium: oksida, karbida, dan senyawa intermetalik. Keramik yang paling banyak digunakan adalah uranium dioksida UO 2 . Titik leburnya adalah 2800 °C, densitasnya 10,2 g/cm³. Uranium dioksida tidak memiliki transisi fase dan kurang rentan terhadap pembengkakan dibandingkan paduan uranium. Ini memungkinkan Anda meningkatkan kelelahan hingga beberapa persen. Uranium dioksida tidak berinteraksi dengan zirkonium, niobium, baja tahan karat, dan bahan lain pada suhu tinggi. Kerugian utama keramik adalah konduktivitas termal yang rendah - 4,5 kJ/(m·K), yang membatasi daya spesifik reaktor dalam hal suhu leleh. Dengan demikian, kerapatan fluks panas maksimum dalam reaktor VVER yang menggunakan uranium dioksida tidak melebihi 1,4·10 3 kW/m², sedangkan suhu maksimum dalam batang bahan bakar mencapai 2200 °C. Selain itu, keramik panas sangat rapuh dan dapat retak.

Penggunaan praktis

Kuitansi

bahan bakar uranium

Regenerasi

Selama pengoperasian reaktor nuklir, bahan bakar tidak sepenuhnya terbakar, proses reproduksi isotop individu (Pu) terjadi. Dalam hal ini, batang bahan bakar bekas dikirim untuk diproses untuk regenerasi dan penggunaan kembali bahan bakar.

Saat ini, yang paling banyak digunakan untuk keperluan ini adalah proses pyrurex, yang intinya adalah sebagai berikut: elemen bahan bakar dipotong-potong dan dilarutkan dalam asam nitrat, kemudian larutan dimurnikan dari produk fisi dan elemen cangkang, dan U murni dan Senyawa pu diisolasi. Kemudian, plutonium dioksida PuO 2 yang dihasilkan dikirim ke pembuatan inti baru, dan uranium digunakan untuk pembuatan inti atau untuk pengayaan dengan 235 U.

Pemrosesan dan regenerasi zat yang sangat radioaktif adalah proses yang rumit dan mahal. Setelah dikeluarkan dari reaktor, batang bahan bakar disimpan selama beberapa tahun (biasanya 3-6 tahun) di fasilitas penyimpanan khusus. Kesulitan juga disebabkan oleh pengolahan dan pembuangan limbah yang tidak sesuai untuk regenerasi. Biaya semua tindakan ini berdampak signifikan pada efisiensi ekonomi pembangkit listrik tenaga nuklir.

Catatan

literatur

  • Petunin V.P. Rekayasa tenaga panas dari instalasi nuklir Moskow: Atomizdat, 1960.
  • Levin V.E. Fisika nuklir dan reaktor nuklir edisi ke-4 - M.: Atomizdat, 1979.

Pabrik Konsentrat Kimia Novosibirsk adalah salah satu produsen bahan bakar nuklir terkemuka dunia untuk pembangkit listrik tenaga nuklir dan reaktor penelitian di Rusia dan luar negeri. Satu-satunya produsen litium metalik Rusia dan garamnya. Itu adalah bagian dari Perusahaan Bahan Bakar "TVEL" dari Perusahaan Negara "Rosatom".

Perhatian, komentar di bawah foto!

Terlepas dari kenyataan bahwa pada tahun 2011 NCCP memproduksi dan menjual 70% dari konsumsi dunia isotop lithium-7, aktivitas utama pabrik ini adalah produksi bahan bakar nuklir untuk tenaga dan reaktor penelitian.
Pandangan ini didedikasikan untuk esai foto saat ini.

Atap bangunan kompleks produksi utama

Lokakarya produksi batang bahan bakar dan rakitan bahan bakar untuk reaktor riset

Situs untuk pembuatan bubuk uranium dioksida dengan pirohidrolisis suhu tinggi

Memuat wadah dengan uranium hexafluoride

Ruang operator
Dari sinilah kontrol proses produksi bubuk uranium dioksida, dari mana pelet bahan bakar kemudian dibuat.

Tempat pembuatan pelet uranium
Di latar depan adalah bicon tempat bubuk uranium dioksida disimpan.
Mereka mencampur bubuk dan plasticizer, yang memungkinkan tablet dikompresi dengan lebih baik.

Pelet bahan bakar keramik nuklir
Kemudian mereka dikirim ke tungku untuk anil.

Obor (afterburning hydrogen) pada tanur sintering tablet
Tablet dianil dalam tungku pada suhu setidaknya 1750 derajat di lingkungan pereduksi hidrogen selama lebih dari 20 jam.

Produksi dan kontrol teknis pelet bahan bakar keramik nuklir
Satu tablet seberat 4,5 g setara dengan pelepasan energi untuk 400 kg batu bara, 360 meter kubik. m gas atau 350 kg minyak.

Semua pekerjaan dilakukan dalam kotak melalui sarung tangan khusus.

Bongkar wadah dengan tablet

Bengkel produksi batang bahan bakar dan rakitan bahan bakar untuk pembangkit listrik tenaga nuklir

Lini produksi batang bahan bakar otomatis

Di sini tabung zirkonium diisi dengan pelet uranium dioksida.
Hasilnya adalah elemen bahan bakar jadi dengan panjang sekitar 4 m - elemen bahan bakar.
Rakitan bahan bakar sudah dirakit dari batang bahan bakar, dengan kata lain bahan bakar nuklir.

Pemindahan batang bahan bakar jadi dalam wadah pengangkut
Penutup sepatu bahkan di atas roda.

area perakitan FA
Peralatan untuk mengaplikasikan lapisan pernis pada batang bahan bakar

Pengikatan batang bahan bakar dalam mekanisme pemuatan

Pembuatan bingkai - pengelasan saluran dan kisi pengatur jarak
312 batang bahan bakar kemudian akan dipasang di rangka ini.

Kontrol teknis bingkai

Saluran dan spacer

Singkatan otomatis untuk peralatan bundel bahan bakar

Majelis Balok

kontrol teknis TVS

Batang bahan bakar dengan tanda kode batang, yang secara harfiah dapat melacak seluruh jalur produksi produk.

Singkatan dari kontrol dan pengemasan rakitan bahan bakar jadi

Kontrol rakitan bahan bakar jadi
Pastikan jarak antara batang bahan bakar sama.

Selesai TVS

Kontainer tabung ganda untuk mengangkut rakitan bahan bakar
Bahan bakar untuk pembangkit listrik tenaga nuklir yang diproduksi di NCCP digunakan di PLTN Rusia, dan juga dipasok ke Ukraina, Bulgaria, Cina, India, dan Iran.

Diambil dari gelio di NCCP. Produksi bahan bakar nuklir untuk pembangkit listrik tenaga nuklir (2012)

Jika Anda memiliki produksi atau layanan yang ingin Anda ceritakan kepada pembaca kami, kirimkan surat kepada saya - Aslan ( [email dilindungi] ) Lera Volkova ( [email dilindungi] ) dan Sasha Kuksa ( [email dilindungi] ) dan kami akan membuat laporan terbaik, yang tidak hanya akan dilihat oleh pembaca komunitas, tetapi juga oleh situs http://bigpicture.ru/ dan http://ikaketosdelano.ru

Berlangganan juga ke grup kami di facebook, vkontakte,teman sekelas dan masuk google+plus, di mana hal-hal paling menarik dari komunitas akan diposting, ditambah materi yang tidak ada di sini dan video tentang cara kerja berbagai hal di dunia kita.

Klik pada ikon dan berlangganan!

Lingkaran kehidupan bahan bakar nuklir berbasis uranium atau plutonium dimulai di perusahaan pertambangan, pabrik kimia, di sentrifugal gas, dan tidak berakhir pada saat unit bahan bakar diturunkan dari reaktor, karena setiap unit bahan bakar memiliki jalan panjang untuk dibuang dan kemudian diproses ulang .

Ekstraksi bahan baku untuk bahan bakar nuklir

Uranus adalah yang paling banyak logam berat di tanah. Sekitar 99,4% dari uranium bumi adalah uranium-238, dan hanya 0,6% adalah uranium-235. Sebuah laporan oleh Badan Energi Atom Internasional yang disebut "Buku Merah" berisi data tentang pertumbuhan produksi dan permintaan uranium, meskipun terjadi kecelakaan di pembangkit listrik tenaga nuklir Fukushima-1, yang membuat banyak orang berpikir tentang prospek energi nuklir. Dalam beberapa tahun terakhir saja, cadangan uranium yang dieksplorasi telah meningkat sebesar 7%, yang terkait dengan penemuan deposit baru. Kazakhstan, Kanada, dan Australia tetap menjadi produsen terbesar, memproduksi hingga 63% uranium dunia. Selain itu, terdapat cadangan logam di Australia, Brasil, China, Malawi, Rusia, Niger, AS, Ukraina, China, dan negara lainnya. Sebelumnya, Pronedra menulis bahwa pada 2016, 7,9 ribu ton uranium ditambang di Federasi Rusia.

Saat ini, uranium ditambang dengan tiga cara berbeda. Metode terbuka tidak kehilangan relevansinya. Ini digunakan dalam kasus di mana endapan dekat dengan permukaan bumi. Pada metode terbuka buldoser membuat tambang, kemudian bijih dengan kotoran dimuat ke dalam truk pembuangan untuk diangkut ke kompleks pemrosesan.

Seringkali badan bijih terletak pada kedalaman yang sangat dalam, dalam hal ini metode penambangan bawah tanah digunakan. Sebuah tambang pecah hingga kedalaman dua kilometer, batu tersebut, dengan mengebor, ditambang dalam aliran horizontal, diangkut ke atas dengan lift barang.

Campuran, yang dibawa ke atas, memiliki banyak komponen. Batuan itu harus dihancurkan, diencerkan dengan air dan dibuang kelebihannya. Selanjutnya, tambahkan ke dalam campuran asam sulfat untuk proses leaching. Selama reaksi ini, ahli kimia mendapatkan endapan kuning dari garam uranium. Akhirnya, uranium dengan pengotor disuling di kilang. Baru setelah itu diperoleh uranium oksida, yang diperdagangkan di bursa saham.

Ada cara yang jauh lebih aman, ramah lingkungan dan hemat biaya, yang disebut borehole in-situ leaching (SIL).

Dengan metode pengembangan lapangan ini, wilayah tersebut tetap aman bagi personel, dan latar belakang radiasi sesuai dengan latar belakang di kota-kota besar. Untuk menambang uranium dengan pencucian, Anda perlu mengebor 6 lubang di sudut segi enam. Asam sulfat dipompa ke deposit uranium melalui sumur ini, bercampur dengan garamnya. Solusi ini diekstraksi, yaitu dipompa keluar melalui sumur di tengah segi enam. Untuk mencapai konsentrasi garam uranium yang diinginkan, campuran dilewatkan beberapa kali melalui kolom sorpsi.

Produksi bahan bakar nuklir

Produksi bahan bakar nuklir tidak terbayangkan tanpa sentrifugal gas, yang digunakan untuk memproduksi uranium yang diperkaya. Setelah mencapai konsentrasi yang dibutuhkan, yang disebut tablet ditekan dari uranium dioksida. Mereka diciptakan menggunakan pelumas, yang dihilangkan selama pembakaran di kiln. Suhu pembakaran mencapai 1000 derajat. Setelah itu, tablet diperiksa kesesuaiannya dengan persyaratan yang disebutkan. Kualitas permukaan, kadar air, rasio oksigen dan materi uranium.

Pada saat yang sama, cangkang tubular untuk elemen bahan bakar sedang disiapkan di bengkel lain. Proses di atas, termasuk pemberian dosis dan pengemasan tablet berikutnya dalam tabung cangkang, penyegelan, dekontaminasi, disebut fabrikasi bahan bakar. Di Rusia, pembuatan rakitan bahan bakar (FA) dilakukan oleh perusahaan "Pabrik Pembuatan Mesin" di Wilayah Moskow, "Pabrik Konsentrat Kimia Novosibirsk" di Novosibirsk, "Pabrik Polimetal Moskow" dan lain-lain.

Setiap batch rakitan bahan bakar dibuat untuk jenis reaktor tertentu. Rakitan bahan bakar Eropa dibuat dalam bentuk persegi, dan Rusia - dengan bagian heksagonal. Di Federasi Rusia, reaktor jenis VVER-440 dan VVER-1000 banyak digunakan. Elemen bahan bakar pertama untuk VVER-440 mulai dikembangkan pada tahun 1963, dan untuk VVER-1000 - pada tahun 1978. Terlepas dari kenyataan bahwa reaktor baru dengan teknologi keselamatan pasca-Fukushima diperkenalkan secara aktif di Rusia, ada banyak fasilitas nuklir gaya lama yang beroperasi di seluruh negeri dan luar negeri, jadi rakitan bahan bakar untuk jenis yang berbeda reaktor.

Misalnya, untuk menyediakan rakitan bahan bakar untuk satu zona aktif reaktor RBMK-1000, diperlukan lebih dari 200 ribu komponen yang terbuat dari paduan zirkonium, serta 14 juta pelet uranium dioksida yang disinter. Kadang-kadang biaya pembuatan rakitan bahan bakar dapat melebihi biaya bahan bakar yang terkandung dalam sel, oleh karena itu sangat penting untuk memastikan pengembalian energi yang tinggi dari setiap kilogram uranium.

Biaya proses produksi dalam %

Secara terpisah, harus dikatakan tentang rakitan bahan bakar untuk reaktor riset. Mereka dirancang sedemikian rupa untuk membuat pengamatan dan studi proses pembangkitan neutron senyaman mungkin. Batang bahan bakar seperti itu untuk percobaan di bidang fisika nuklir, perkembangan isotop, pengobatan radiasi di Rusia diproduksi oleh Pabrik Konsentrat Kimia Novosibirsk. TVS dibuat berdasarkan elemen mulus dengan uranium dan aluminium.

Produksi bahan bakar nuklir di Federasi Rusia dilakukan oleh perusahaan bahan bakar TVEL (sebuah divisi dari Rosatom). Perusahaan sedang mengerjakan pengayaan bahan baku, perakitan elemen bahan bakar, dan juga menyediakan layanan perizinan bahan bakar. Pabrik Mekanik Kovrov di Wilayah Vladimir dan Pabrik Centrifuge Gas Ural di Wilayah Sverdlovsk membuat peralatan untuk rakitan bahan bakar Rusia.

Fitur transportasi batang bahan bakar

Uranium alami dicirikan oleh tingkat radioaktivitas yang rendah, namun, sebelum produksi rakitan bahan bakar, logam tersebut menjalani prosedur pengayaan. Kandungan uranium-235 dalam bijih alami tidak melebihi 0,7%, dan radioaktivitasnya 25 becquerels per 1 miligram uranium.

Pelet uranium yang ditempatkan di rakitan bahan bakar mengandung uranium dengan konsentrasi uranium-235 sebesar 5%. Rakitan bahan bakar jadi dengan bahan bakar nuklir diangkut dalam wadah logam berkekuatan tinggi khusus. Untuk transportasi, kereta api, jalan, laut dan bahkan transportasi udara digunakan. Setiap wadah berisi dua rakitan. Transportasi bahan bakar non-iradiasi (segar) tidak menimbulkan bahaya radiasi, karena radiasi tidak melampaui tabung zirkonium tempat pelet uranium yang ditekan ditempatkan.

Rute khusus dikembangkan untuk satu batch bahan bakar, kargo diangkut didampingi oleh petugas keamanan pabrikan atau pelanggan (lebih sering), yang terutama disebabkan oleh tingginya biaya peralatan. Sepanjang sejarah produksi bahan bakar nuklir, tidak ada satu pun kecelakaan transportasi yang melibatkan rakitan bahan bakar yang tercatat, yang akan memengaruhi latar belakang radiasi. lingkungan atau menyebabkan korban.

Bahan bakar di teras reaktor

Satu unit bahan bakar nuklir - TVEL - mampu melepaskan energi dalam jumlah besar untuk waktu yang lama. Baik batu bara maupun gas tidak dapat dibandingkan dengan volume tersebut. Siklus hidup bahan bakar di setiap pembangkit listrik tenaga nuklir dimulai dengan pembongkaran, pemindahan, dan penyimpanan bahan bakar baru di gudang perakitan bahan bakar. Ketika bahan bakar batch sebelumnya di dalam reaktor habis terbakar, personel melengkapi rakitan bahan bakar untuk dimuat ke teras (zona kerja reaktor, tempat berlangsungnya reaksi peluruhan). Biasanya, bahan bakar diisi ulang sebagian.

Bahan bakar dimuat penuh ke teras hanya pada saat awal pertama reaktor. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa elemen bahan bakar dalam reaktor terbakar secara tidak merata, karena fluks neutron bervariasi dalam intensitas di berbagai zona reaktor. Berkat perangkat akuntansi, staf stasiun memiliki kemampuan untuk memantau tingkat pembakaran setiap unit bahan bakar secara real time dan menggantinya. Terkadang, alih-alih memuat rakitan bahan bakar baru, rakitan dipindahkan di antara mereka sendiri. Di tengah zona aktif, kelelahan terjadi paling intensif.

TVS setelah pembangkit listrik tenaga nuklir

Uranium yang telah bekerja dalam reaktor nuklir disebut iradiasi atau terbakar habis. Dan rakitan bahan bakar semacam itu - bahan bakar nuklir bekas. SNF diposisikan terpisah dari limbah radioaktif, karena memiliki setidaknya 2 komponen yang berguna - uranium yang tidak terbakar (kebakaran logam tidak pernah mencapai 100%) dan radionuklida transuranium.

DI DALAM Akhir-akhir ini Fisikawan mulai menggunakan isotop radioaktif yang terakumulasi dalam SNF dalam industri dan kedokteran. Setelah bahan bakar menyelesaikan kampanyenya (waktu yang dihabiskan oleh perakitan di teras reaktor dalam kondisi operasi pada daya pengenal), bahan bakar dikirim ke kolam bahan bakar bekas, kemudian disimpan langsung di kompartemen reaktor, dan setelah itu - untuk diproses atau dibuang. Kolam pendingin dirancang untuk menghilangkan panas dan melindungi dari radiasi pengion, karena rakitan bahan bakar tetap berbahaya setelah dikeluarkan dari reaktor.

Di AS, Kanada, atau Swedia, SNF tidak dikirim untuk diproses ulang. Negara lain, termasuk Rusia, sedang mengerjakan siklus bahan bakar tertutup. Hal ini memungkinkan untuk secara signifikan mengurangi biaya produksi bahan bakar nuklir, karena bagian dari SNF digunakan kembali.

Batang bahan bakar dilarutkan dalam asam, setelah itu para peneliti memisahkan plutonium dan uranium yang tidak terpakai dari limbah. Sekitar 3% bahan baku tidak dapat digunakan kembali, ini adalah limbah tingkat tinggi yang menjalani prosedur bituminisasi atau vitrifikasi.

Dari bahan bakar nuklir bekas, 1% plutonium dapat diperoleh. Logam ini tidak perlu diperkaya, Rusia menggunakannya dalam proses produksi bahan bakar MOX yang inovatif. Siklus bahan bakar tertutup memungkinkan untuk membuat satu unit bahan bakar lebih murah sekitar 3%, tetapi teknologi ini membutuhkan investasi besar dalam pembangunan unit industri, sehingga belum tersebar luas di dunia. Meski demikian, perusahaan bahan bakar Rosatom tidak menghentikan penelitian ke arah ini. Pronedra baru-baru ini menulis itu di Federasi Rusia sedang mengerjakan bahan bakar yang mampu memanfaatkan isotop amerisium, curium, dan neptunium di teras reaktor, yang termasuk dalam 3% limbah radioaktif tinggi.

Produsen bahan bakar nuklir: rating

  1. Sampai saat ini, perusahaan Prancis Areva menyediakan 31% pasar dunia untuk bahan bakar rakitan. Perusahaan bergerak di bidang produksi bahan bakar nuklir dan perakitan komponen untuk pembangkit listrik tenaga nuklir. Pada 2017, Areva mengalami peningkatan kualitatif, investor baru datang ke perusahaan, dan kerugian kolosal tahun 2015 berkurang 3 kali lipat.
  2. Westinghouse adalah divisi Amerika dari perusahaan Jepang Toshiba. Ini secara aktif mengembangkan pasar di Eropa Timur, memasok rakitan bahan bakar ke PLTN Ukraina. Bersama dengan Toshiba, ia menyediakan 26% pasar dunia untuk produksi bahan bakar nuklir.
  3. Perusahaan bahan bakar TVEL dari perusahaan negara Rosatom (Rusia) berada di posisi ketiga. TVEL menyediakan 17% dari pasar dunia, memiliki portofolio kontrak sepuluh tahun senilai $30 miliar dan memasok bahan bakar ke lebih dari 70 reaktor. TVEL mengembangkan rakitan bahan bakar untuk reaktor VVER, dan juga memasuki pasar untuk instalasi nuklir desain Barat.
  4. Japan Nuclear Fuel Limited, menurut data terbaru, menyediakan 16% pasar dunia, memasok rakitan bahan bakar ke sebagian besar reaktor nuklir di Jepang sendiri.
  5. Mitsubishi Heavy Industries adalah raksasa Jepang yang memproduksi turbin, kapal tanker, AC, dan baru-baru ini, bahan bakar nuklir untuk reaktor gaya Barat. Mitsubishi Heavy Industries (sebuah divisi dari perusahaan induk) bergerak di bidang pembangunan reaktor nuklir APWR, kegiatan penelitian bersama Areva. Perusahaan inilah yang dipilih pemerintah Jepang untuk mengembangkan reaktor baru.

Karena bahan bakar nuklir lebih efisien daripada semua jenis bahan bakar lain yang kita miliki saat ini, preferensi besar diberikan kepada segala sesuatu yang dapat bekerja dengan bantuan pembangkit nuklir (pembangkit listrik tenaga nuklir, kapal selam, kapal, dll). Kami akan berbicara tentang bagaimana bahan bakar nuklir untuk reaktor diproduksi nanti.

Uranium ditambang dengan dua cara utama:
1) Penambangan langsung di tambang atau tambang, jika kedalaman terjadinya uranium memungkinkan. Dengan metode ini, saya harap semuanya jelas.
2) Pencucian bawah tanah. Ini adalah saat sumur dibor di tempat uranium ditemukan, larutan asam sulfat yang lemah dipompa ke dalamnya, dan larutan tersebut sudah berinteraksi dengan uranium, bergabung dengannya. Kemudian campuran yang dihasilkan dipompa ke permukaan, dan dari situ metode kimia uranium dilepaskan.

Bayangkan kita telah menambang uranium di tambang dan menyiapkannya untuk transformasi lebih lanjut. Pada foto di bawah - yang disebut "kue kuning", U3O8. Dalam tong untuk transportasi lebih lanjut.

Semuanya akan baik-baik saja, dan secara teori uranium ini dapat segera digunakan untuk menghasilkan bahan bakar pembangkit listrik tenaga nuklir, tetapi sayangnya. Alam, seperti biasa, memberi kami pekerjaan. Faktanya adalah uranium alami terdiri dari campuran tiga isotop. Ini adalah U238 (99,2745%), U235 (0,72%) dan U234 (0,0055%). Kami hanya tertarik pada U235 di sini - karena dibagi sempurna oleh neutron termal dalam reaktor, dialah yang memungkinkan kami menikmati semua manfaat dari reaksi berantai fisi. Sayangnya, konsentrasi alaminya tidak cukup untuk operasi reaktor pembangkit listrik tenaga nuklir modern yang stabil dan jangka panjang. Meskipun setahu saya alat RBMK didesain sedemikian rupa sehingga dapat dimulai dengan bahan bakar dari uranium alam, namun stabilitas, jangka panjang dan keamanan pengoperasian bahan bakar tersebut sama sekali tidak terjamin.
Kita perlu memperkaya uranium. Artinya, untuk meningkatkan konsentrasi U235 dari alam ke yang digunakan dalam reaktor.
Misalnya, reaktor RBMK beroperasi pada uranium pengayaan 2,8%, VVER-1000 - pengayaan dari 1,6 hingga 5,0%. Pembangkit listrik tenaga nuklir kapal dan kapal mengonsumsi bahan bakar yang diperkaya hingga 20%. Dan beberapa reaktor riset beroperasi dengan bahan bakar dengan pengayaan sebanyak 90% (contohnya adalah IRT-T di Tomsk).
Di Rusia, pengayaan uranium dilakukan di sentrifugal gas. Artinya, bubuk kuning yang ada di foto tadi diubah menjadi gas uranium hexafluoride UF6. Kemudian gas ini mengalir ke seluruh kaskade sentrifugal. Di pintu keluar dari setiap centrifuge, karena perbedaan berat inti U235 dan U238, kami mendapatkan uranium heksafluorida dengan kandungan U235 yang sedikit meningkat. Proses ini diulangi berkali-kali dan sebagai hasilnya kami mendapatkan uranium hexafluoride dengan pengayaan yang kami butuhkan. Pada foto di bawah, Anda bisa melihat skala kaskade sentrifugal - jumlahnya banyak dan terbentang jauh ke kejauhan.



Gas UF6 kemudian diubah kembali menjadi UO2, dalam bentuk bubuk. Kimia, bagaimanapun, adalah ilmu yang sangat berguna dan memungkinkan kita menciptakan keajaiban seperti itu.
Namun, tidak mudah menuangkan bubuk ini ke dalam reaktor. Atau lebih tepatnya, Anda bisa tertidur, tetapi tidak ada hal baik yang akan terjadi. Itu (bubuk) harus dibawa ke bentuk sedemikian rupa sehingga kita bisa menurunkannya ke dalam reaktor untuk waktu yang lama, bertahun-tahun. Dalam hal ini, bahan bakar itu sendiri tidak boleh bersentuhan dengan pendingin dan melampaui inti. Dan di atas semua ini, bahan bakar harus tahan terhadap tekanan dan suhu yang sangat, sangat keras yang akan timbul di dalamnya saat bekerja di dalam reaktor.
Ngomong-ngomong, saya lupa mengatakan bahwa bubuknya juga tidak - itu harus berukuran tertentu sehingga rongga dan retakan yang tidak perlu tidak terbentuk selama pengepresan dan sintering. Pertama, tablet dibuat dari bubuk dengan cara ditekan dan dipanggang dalam waktu yang lama (teknologinya sangat sulit, jika rusak, tablet bahan bakar tidak akan dapat digunakan). Saya akan menunjukkan variasi tablet pada foto di bawah ini.

Lubang dan ceruk pada tablet diperlukan untuk mengkompensasi ekspansi termal dan deformasi radiasi. Di dalam reaktor, seiring waktu, tablet membengkak, bengkok, berubah ukuran, dan jika tidak ada yang diperkirakan, tablet dapat runtuh, dan ini buruk.

Tablet jadi kemudian dikemas dalam tabung logam (terbuat dari baja, zirkonium dan paduannya serta logam lainnya). Tabung ditutup di kedua ujungnya dan disegel. Tabung jadi dengan bahan bakar disebut elemen bahan bakar - elemen bahan bakar.

Reaktor yang berbeda membutuhkan batang bahan bakar dengan desain dan pengayaan yang berbeda. Batang bahan bakar RBMK, misalnya, panjangnya 3,5 meter. Batang bahan bakar, ngomong-ngomong, bukan hanya batang. seperti di foto. Mereka pipih, cincin, laut berbagai macam dan modifikasi.
Batang bahan bakar kemudian digabungkan menjadi rakitan bahan bakar - rakitan bahan bakar. Rakitan bahan bakar reaktor RBMK terdiri dari 18 batang bahan bakar dan terlihat seperti ini:

Rakitan bahan bakar reaktor VVER terlihat seperti ini:
Seperti dapat dilihat, FA reaktor VVER terdiri dari jumlah batang bahan bakar yang jauh lebih besar daripada RBMK.
Produk akhir khusus (FA) kemudian dikirim ke pembangkit listrik tenaga nuklir sesuai dengan tindakan pencegahan. Mengapa mengambil tindakan pencegahan? Bahan bakar nuklir, meskipun belum bersifat radioaktif, sangat berharga, mahal, dan jika ditangani secara sembarangan dapat menimbulkan banyak masalah. Kemudian kontrol terakhir dari kondisi rakitan bahan bakar dilakukan dan - memuat ke dalam reaktor. Itu saja, uranium telah berkembang jauh dari bijih di bawah tanah menjadi perangkat berteknologi tinggi di dalam reaktor nuklir. Sekarang dia memiliki nasib yang berbeda - untuk mendorong selama beberapa tahun di dalam reaktor dan melepaskan panas yang berharga, yang akan diambil air (atau pendingin lainnya) darinya.

(TEKNOLOGI NUKLIR)
  • bahan bakar nuklir primer
    (TEKNOLOGI NUKLIR)
  • (TEKNOLOGI NUKLIR)
  • bahan bakar nuklir keramik.
    Saat ini, sebagian besar reaktor daya menggunakan bahan bakar keramik berbasis uranium dioksida U02, yang pertama kali diperoleh pada tahun 1950. Zat ini memiliki ketahanan panas yang tinggi, yang memungkinkan untuk beroperasi pada suhu tinggi bahan bakar nuklir (/G1L = 28500 C), secara kimiawi. stabil ...
    (TEKNOLOGI NUKLIR)
  • bahan bakar nuklir primer
    Uranus - elemen utama energi nuklir, digunakan sebagai bahan bakar nuklir, bahan mentah untuk produksi plutonium dan senjata nuklir. Kandungan uranium di kerak bumi adalah 2,5-10-4%, dan jumlah total di lapisan litosfer setebal 20 km mencapai 1,3-1014 ton Mineral uranium ditemukan hampir di semua tempat. Namun...
    (TEKNOLOGI NUKLIR)
  • H. Sumber daya sekunder. Menghabiskan bahan bakar nuklir
    Sebagai hasil dari pekerjaan energi nuklir, seperti dalam kegiatan industri lainnya, produk yang bukan tujuan produksi ini terbentuk (produksi listrik dari bahan bakar nuklir yang digunakan dalam reaktor nuklir). Namun, bahan bakar nuklir bekas yang dicoba oleh para pencinta lingkungan...
    (TEKNOLOGI NUKLIR)
    • 2023 sun-breeze.ru
    Ide bisnis baru - Hewan dan tumbuhan. Penghasilan di Internet. bisnis otomotif