РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Как производят ядерное топливо и насколько опасно это для тех, кто работает на предприятии

Атомная энергетика для большинства из нас нечто таинственное и чертовски опасное. Все знают, что последствия аварии на атомной электростанции весьма плачевны как минимум из-за распространения радиации. Но откуда вообще берется топливо для ядерных реакторов, и почему на его производстве никто не получает смертельные дозы радиации?
Как производят ядерное топливо и насколько опасно это для тех, кто работает на предприятии

Существует три вида ядерного топлива — плутониевое, ториевое и урановое. Но в силу сложности производства и переработки первых двух и больших запасов последнего, в качестве топлива для АЭС используют именно уран — самый тяжелый металл на нашей планете.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

В 1938 году ученые выяснили, что этот элемент можно расщеплять с помощью управляемой цепной ядерной реакции — деления ядра на две части, называемые осколками деления, с одновременным выделением двух-трех нейтронов, которые, в свою очередь, могут вызвать деление следующих ядер. В осколках деления сконцентрировано большое количество кинетической энергией, а их торможение в веществе сопровождается выделением огромного количества тепла. В свою очередь, это тепло нагревает воду, превращая ее в пар, а тот в свою очередь крутит уже турбины электростанции.

Свой путь к ректору АЭС ядерное топливо начинает с залежей руды. Ее добывают либо в шахтах месторождения, либо открытым способом, когда бульдозерами снимается верхняя часть грунта и происходит выемка породы. В руде уран и продукты его распада находятся в радиоактивном равновесии. Но при добыче есть риск получить внутреннее облучение радиоактивным газом радоном, продуктами его распада, а также внешним гамма- и бета-излучениями.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Для минимизации воздействия радиации на персонал используют эффективное вентилирование шахт и ограничение времени работы непосредственно в шахте. В Канаде на одном из крупнейших в мире месторождений урановой руды в Саскачеване вовсю используют труд роботов и технику с дистанционным управлением, дабы максимально обезопасить рабочих от радиации. На открытых разработках, разумеется, дозовые нагрузки существенно меньше, но и вред для окружающей среды такой метод приносит куда более существенный.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Кстати, в 1972 году в урановом месторождении Окло, что в Габоне (Центральная Африка) был обнаружен природный ядерный реактор, в котором проходила самопроизвольная цепная ядерная реакция. Правда, этот реактор трудился около 1,8 миллиардов лет назад, а в наши дни запасы топлива нужной концентрации в этом месторождении уже истощились.

Оптимальным способом добычи урана сегодня считается выщелачивающий метод. В горной породе бурят скважины, через которые в недра закачивается выщелачивающий реагент на основе серной кислоты, обладающий особым химическим составом. Он растворяется в недрах рудных залежей и насыщается соединениями урана, который потом выкачивается и отправляется на обогащение.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Из очищенного с помощью химических реакций урана в виде порошка получают урановый ангидрид или диоксид урана, который как раз-таки является ядерным топливом. Сам по себе металлический уран редко используют в качестве топлива. У него низкая максимальная температура фазового перехода, вдобавок, процесс цепной реакции сопровождается увеличением объема металла. Толи дело диоксид урана: у него нет фазовых переходов, он менее подвержен распуханию.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Но прежде чем отправиться в реактор, диоксид урана ждет еще несколько метаморфоз. Для начала с помощью пресса из него формируют небольшие круглые таблетки и запекают в печи при температуре в 1000 градусов Цельсия. Затем таблетки диаметром в пару сантиметров упаковывают в циркониевые трубки — по 30 штук в каждую — и запаивают концы. На этом этапе, до начала использования в реакторе, ядерные топливные элементы обладают низким радиационным фоном.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

На электростанции в активной зоне реактора находятся сотни топливных элементов, которые выделяют огромное количество энергии, но их ресурсы не бесконечны. Периодически персонал АЭС перезагружает ядерное топливо. Процесс выгорания элементов происходит неравномерно, иногда топливные элементы меняют местами, так как в центре активной зоны реакция проходит интенсивнее.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Отработанные элементы отправляют в специальный бассейн для выдержки, который обычно располагается в непосредственной близости от реактора. В отработавших топливных элементах содержится большое количество осколков деления урана, сразу после извлечения из реактора элемент очень сильно фонит. Поэтому его хранят три-четыре года в бассейнах с определенным температурным режимом под слоем воды, защищающим персонал от радиационного излучения продуктов распада урана. После этого отработавшие элементы со слабым излучением либо отправляют на утилизацию, либо перерабатывают, так как уран никогда не выгорает полностью и можно выделить его остатки, вдобавок из отходов можно получить плутоний (до 1% от всей массы отработанного ядерного топлива). Но это очень дорого, опасно и трудоемко, так что большинство стран-поставщиков обогащенного урана пока пока не отправляют ядерные отходы на переработку.

Иван null
Иван null 27 Января, 10:01
В статье большое количество ошибок, неточностей, как с точки зрения физики, так и с точки зрения русского языка. Научный и литературный редакторы, ауу, вы где?! Научпоп - это хорошо и замечательно, но нужно же уровень хоть какой-то держать. С одной стороны в статье наблюдаются очень серьёзные упрощения (вплоть до ошибочности) и при этом используется термин "распухание". Откуда рядовому читателю знать, что такое "распухание"?! По поводу ошибок. Как уже отмечалось в комментариях, уран даже близко не самый тяжёлый металл на планете, даже вольфрам и золото обладают большей плотностью, я уж не говорю про осмий, плотность которого больше плотности урана на 10%! Насчёт больших запасов урана - это не совсем так. Запасов тория в четыре раза больше! А плутоний вообще в природе не существует и может только нарабатываться в реакторах, и это следует отметить, если уж три этих вещества ставятся в один ряд в качестве вариантов топлива. Насчёт природного реактора в Габоне - у читателей может создаться впечатление (в контексте обычного, бытового использования термина "истощились"), что запасы урана на этом месторождения истощились по причине действия людей, а иначе этот реактор мог бы и дальше работать. Причина невозможности существования природных реакторов на Земле на каких бы то ни было месторождениях урана состоит в том, что концентрация урана-235 (который и является топливом для реакторов) уменьшается постоянно с момента образования планеты Земля (за счёт радиоактивного распада), и 2 млрд лет назад концентрация изотопа уран - 235 была ещё достаточна, а теперь уже нет. Так что термин "истощились" некорректен. Насчёт размера топливных таблеток - размер и количество таблеток в твэле зависит от модели реактора (и даже на одной модели могут использоваться разные по параметрам тепловые элементы), так что говорить про пару десятков миллиметров неправильно. Диаметр таблеток может быть равен и 6 миллиметрам, к примеру. Также и по количеству тепловых элементов - оно вариабельно и зависит от модели реактора. Но их никак не несколько сотен, скорее десятки тысяч. Ну или автор путает тепловой элемент и тепловыделяющую сборку. Отработанные сборки хранят под слоем воды не только и не столько для защиты персонала от радиации, а больше для снятия остаточного тепловыделения, чтобы сборки не поплавились, не разгерметизировались и всё такое прочее. И что за термин "фонит" в научно-популярной статье? Из подворотни взят? В общем, чем таким образом просвещать, лучше уж никак не просвещать. Очень низкий уровень статьи, увы.
mishagam
mishagam 31 Января, 22:30
И про обогащение урана вообще замяли. И соответственно про преобразование в UF6 и обратно. ((((
Владимир Сидоренко
Владимир Сидоренко 01 Октября 2021, 08:55
Уран не самый тяжелый металл на планете !
Константин Ставрунов
Константин Ставрунов 20 Декабря 2020, 22:07
Интересно, а где хранят всё отработанное топливо с 50-х годов?
SergA
SergA 09 Декабря 2020, 21:29
«большое количество кинетической энергией» Этот бред будет жить вечно.
SergA
SergA 09 Декабря 2020, 21:27
«большое количество кинетической энергией» Наполним новый сайт старым бредом!
SergA
SergA 24 Апреля 2020, 21:30
Тема обогащения урана не раскрыта. :(
SergA
SergA 24 Апреля 2020, 21:25
«Толи дело диоксид урана« А Толя тут причем? :)
Ivan Ivanov
Ivan Ivanov 01 Мая 2020, 16:39
Ну в общем то написано почти правильно.Только надо добавить,что сперва бурится ряд скважин с отбором грунта (керна) из них-так определяют глубину залегания пласта урановой породу и обьем этой породы,потом в определенные скважины закачивается серная кислота,а из других скважин эта кислота,прошедшая через ураносодержащую породу (пласт) после этого эта кислота перерабатывается и из нее добывается уран.В Узбекистане в пустыне Кызыл-Кум добывали уран таким способом.Возможно там до сих пор стоят большие (200-250 куб.метров. емкости из нержавейки и валяются насосы для перекачки (титановые) местные знают,что это все радиоактивное и не трогают.А вот сколько пустыни "засрали" таким способом никто не знает.
SergA
SergA 24 Апреля 2020, 21:24
«недра закачивается выщелачивающий реагент на основе серной кислоты, обладающий особым химическим составом. Он растворяется в недрах рудных залежей и насыщается соединениями урана, который потом выкачивается и отправляется на обогащение» Ничего не перепутали?
SergA
SergA 24 Апреля 2020, 21:20
«уран — самый тяжелый металл на нашей планете» На нашей планете нет иридия и осьмия?
Eugeny Avlassovisch
Eugeny Avlassovisch 10 Декабря 2020, 20:22
Самое смешное, что плотность урана всего 19,05, а это даже меньше, чем у вольфрама или золота, не говоря уже от тех же иридии и осмии... Напомнило: "А сейчас, товарищи бойцы, мы идём на станцию грузить люментий - самый лёгкий из желез - Товарищ прапорщик, а можно вопрос? - Ну давай, боец Рабинович - Товарищ прапорщик, во-первых, не люментий, а алюминий, а во-вторых, алюминий - не железо! - Так-так, ты кем на гражданке был, боец Рабинович? - Студентом-химиком в МХТИ! - А здесь ты - говно! Поэтому все пойдут грузить люментий - самый лёгкий из желез, а ты, боец Рабинович, будешь грузить чугуний! (Как вариант - пойдёшь драить очко...)
Анатолий Калаганов
Анатолий Калаганов 24 Апреля 2020, 15:52
Очень хорошая статья! Хотя бы потому, что в основном люди действительно не знают ничего об атомной энергетике кроме того, что взорвался Чернобыль и рванула Фукусима. А на самом деле это огромный и очень интересный мир, и что самое главное - мирный атом безопасен и экологичен, как ни странно. И правильно, что у нас в России делают ставку на развитие атомной энергетики.
Загрузка статьи...