چه سوختی در نیروگاه های هسته ای استفاده می شود. نیروگاه هسته ای: چگونه کار می کند؟ سوخت در هسته راکتور

03.09.2023

موتور

با توجه به اینکه سوخت هسته ای از همه انواع سوختی که امروزه داریم کارآمدتر است، اولویت زیادی به هر چیزی که می تواند با کمک نیروگاه های هسته ای کار کند (نیروگاه های هسته ای، زیردریایی ها، کشتی ها و غیره) داده می شود. ما بیشتر در مورد چگونگی تولید سوخت هسته ای برای راکتورها صحبت خواهیم کرد.

اورانیوم به دو روش اصلی استخراج می شود:
1) استخراج مستقیم در معادن یا معادن در صورتی که عمق اورانیوم اجازه دهد. با این روش امیدوارم همه چیز روشن باشد.
2) شستشوی زیرزمینی. این زمانی است که چاه هایی در محلی که اورانیوم یافت می شود حفر می شود، محلول ضعیفی از اسید سولفوریک به داخل آنها پمپ می شود و محلول با اورانیوم تعامل می کند و با آن ترکیب می شود. سپس مخلوط حاصل به سطح پمپ می شود و اورانیوم با روش های شیمیایی از آن جدا می شود.

بیایید تصور کنیم که ما قبلاً اورانیوم را در معدن استخراج کرده ایم و آن را برای دگرگونی های بعدی آماده کرده ایم. عکس زیر به اصطلاح "کیک زرد"، U3O8 را نشان می دهد. در بشکه برای حمل و نقل بیشتر.

همه چیز خوب خواهد بود و از نظر تئوری می توان از این اورانیوم بلافاصله برای تولید سوخت نیروگاه های هسته ای استفاده کرد، اما افسوس. طبیعت مثل همیشه به ما کاری داد تا انجام دهیم. واقعیت این است که اورانیوم طبیعی از مخلوطی از سه ایزوتوپ تشکیل شده است. اینها U238 (99.2745٪)، U235 (0.72٪) و U234 (0.0055٪) هستند. ما در اینجا فقط به U235 علاقه مند هستیم - از آنجایی که کاملاً نوترون های حرارتی را در راکتور به اشتراک می گذارد، این است که به ما امکان می دهد از تمام مزایای واکنش زنجیره ای شکافت بهره مند شویم. متأسفانه غلظت طبیعی آن برای عملکرد پایدار و طولانی مدت یک راکتور مدرن نیروگاه هسته ای کافی نیست. اگرچه تا آنجایی که من می دانم، دستگاه RBMK به گونه ای طراحی شده است که می تواند با سوخت ساخته شده از اورانیوم طبیعی پرتاب شود، اما پایداری، طول عمر و ایمنی کار بر روی چنین سوختی به هیچ وجه تضمین نمی شود.
ما نیاز به غنی سازی اورانیوم داریم. یعنی غلظت U235 را از طبیعی به غلظت مورد استفاده در راکتور افزایش دهید.
به عنوان مثال، راکتور RBMK با اورانیوم غنی شده 2.8 درصد کار می کند، در حالی که راکتور VVER-1000 با اورانیوم 1.6 تا 5.0 درصد کار می کند. نیروگاه های هسته ای دریایی و دریایی سوخت غنی شده تا 20 درصد مصرف می کنند. و برخی از راکتورهای تحقیقاتی بر روی سوخت با غنی‌سازی 90 درصد کار می‌کنند (به عنوان مثال، IRT-T در تومسک).
در روسیه غنی سازی اورانیوم با استفاده از سانتریفیوژهای گازی انجام می شود. یعنی آن پودر زرد رنگی که قبلا در عکس بود به گاز هگزافلوراید اورانیوم UF6 تبدیل می شود. سپس این گاز به آبشاری از سانتریفیوژها وارد می شود. در خروجی از هر سانتریفیوژ، به دلیل تفاوت وزن هسته‌های U235 و U238، هگزا فلوراید اورانیوم را با مقدار کمی افزایش یافته از U235 به دست می‌آوریم. این فرآیند بارها تکرار می شود و در نهایت با غنی سازی مورد نیاز اورانیوم هگزا فلوراید به دست می آوریم. در عکس زیر فقط می توانید مقیاس آبشار سانتریفیوژها را ببینید - تعداد زیادی از آنها وجود دارد و تا فواصل دور گسترش می یابند.

سپس گاز UF6 به شکل پودر به UO2 تبدیل می شود. به هر حال، شیمی یک علم بسیار مفید است و به ما امکان می دهد چنین معجزاتی را ایجاد کنیم.
با این حال، این پودر را نمی توان به راحتی در راکتور ریخت. یا بهتر است بگوییم، می توانید بخوابید، اما هیچ چیز خوبی از آن حاصل نمی شود. آن (پودر) را باید به شکلی برسانیم که بتوانیم آن را برای مدت طولانی، سال‌ها در راکتور فرو ببریم. در این حالت خود سوخت نباید با مایع خنک کننده تماس پیدا کند و از هسته خارج شود. و علاوه بر همه اینها، سوخت باید فشارها و دماهای بسیار بسیار شدیدی را که در هنگام کار در داخل راکتور در آن ایجاد می شود، تحمل کند.
به هر حال، فراموش کردم بگویم که پودر نیز هر نوع نیست - باید اندازه خاصی داشته باشد تا در حین فشار دادن و پخت، حفره ها و ترک های غیر ضروری ایجاد نشود. ابتدا، قرص ها از پودر با فشار دادن و پخت طولانی مدت ساخته می شوند (تکنولوژی واقعاً آسان نیست، اگر نقض شود، قرص های سوخت قابل استفاده نخواهند بود). من تنوع تبلت ها را در عکس زیر نشان خواهم داد.

سوراخ ها و بریدگی هایی روی قرص ها برای جبران انبساط حرارتی و تغییرات تشعشع مورد نیاز است. در راکتور، با گذشت زمان، قرص ها متورم می شوند، خم می شوند، اندازه تغییر می کنند و اگر چیزی فراهم نشود، می توانند فرو بریزند و این بد است.

سپس قرص های تمام شده در لوله های فلزی (ساخته شده از فولاد، زیرکونیوم و آلیاژهای آن و سایر فلزات) بسته بندی می شوند. لوله ها در دو انتها بسته و مهر و موم شده اند. لوله تمام شده با سوخت عنصر سوخت نامیده می شود - عنصر سوخت.

راکتورهای مختلف به عناصر سوختی با طرح‌ها و غنی‌سازی‌های متفاوت نیاز دارند. برای مثال میله های سوخت RBMK 3.5 متر طول دارند. به هر حال، عناصر سوخت فقط میله نیستند. همانطور که در عکس آنها در نوع بشقاب، حلقه ای، و انواع مختلف و تغییرات مختلف هستند.
سپس عناصر سوخت در مجموعه های سوخت - FA ها ترکیب می شوند. مجموعه سوخت راکتور RBMK از 18 میله سوخت تشکیل شده است و چیزی شبیه به این است:

مجموعه سوخت یک راکتور VVER به شکل زیر است:
همانطور که می بینید، مجموعه سوخت راکتور VVER از تعداد بسیار بیشتری میله های سوخت نسبت به RBMK تشکیل شده است.
سپس محصول ویژه نهایی (FA) با رعایت نکات ایمنی به نیروگاه هسته ای تحویل داده می شود. چرا اقدامات احتیاطی؟ سوخت هسته ای اگرچه هنوز رادیواکتیو نیست، اما بسیار با ارزش، گران است و در صورت استفاده بسیار بی دقت می تواند مشکلات زیادی را ایجاد کند. سپس کنترل نهایی وضعیت مجموعه سوخت و بارگیری در راکتور انجام می شود. تمام است، اورانیوم از سنگ معدن زیرزمینی تا یک دستگاه با تکنولوژی بالا در داخل یک راکتور هسته ای راه طولانی را طی کرده است. اکنون او سرنوشت دیگری دارد - برای چندین سال در داخل راکتور فشار وارد کند و گرمای گرانبهایی را آزاد کند که آب (یا هر خنک کننده دیگر) از او می گیرد.

نیروگاه هسته ای (NPP) مجموعه ای از ساختارهای فنی است که برای تولید انرژی الکتریکی با استفاده از انرژی آزاد شده در طی یک واکنش هسته ای کنترل شده طراحی شده است.

اورانیوم به عنوان سوخت رایج برای نیروگاه های هسته ای استفاده می شود. واکنش شکافت در واحد اصلی یک نیروگاه هسته ای - یک راکتور هسته ای انجام می شود.

راکتور در یک محفظه فولادی که برای فشار بالا طراحی شده است - تا 1.6 x 107 Pa یا 160 اتمسفر نصب شده است.
قسمت های اصلی VVER-1000 عبارتند از:

1. منطقه فعال، جایی که سوخت هسته ای در آن قرار دارد، یک واکنش زنجیره ای از شکافت هسته ای رخ می دهد و انرژی آزاد می شود.
2. بازتابنده نوترون اطراف هسته.
3. خنک کننده.
4. سیستم کنترل حفاظت (CPS).
5. حفاظت در برابر تشعشع.

گرما در راکتور به دلیل واکنش زنجیره ای شکافت سوخت هسته ای تحت تأثیر نوترون های حرارتی آزاد می شود. در این مورد، محصولات شکافت هسته ای تشکیل می شود که در میان آنها هم جامدات و هم گازها وجود دارد - زنون، کریپتون. محصولات شکافت دارای رادیواکتیویته بسیار بالایی هستند، بنابراین سوخت (گلوله های دی اکسید اورانیوم) در لوله های زیرکونیوم مهر و موم شده - میله های سوخت (عناصر سوخت) قرار می گیرد. این لوله ها در چندین قطعه در کنار هم در یک مجموعه سوخت واحد ترکیب می شوند. برای کنترل و محافظت از یک راکتور هسته ای، از میله های کنترلی استفاده می شود که می توانند در طول تمام ارتفاع هسته حرکت کنند. میله ها از موادی ساخته شده اند که نوترون ها را به شدت جذب می کنند - به عنوان مثال، بور یا کادمیوم. هنگامی که میله ها عمیقا وارد می شوند، یک واکنش زنجیره ای غیرممکن می شود، زیرا نوترون ها به شدت جذب شده و از منطقه واکنش حذف می شوند. میله ها از راه دور از کنترل پنل جابجا می شوند. با حرکت جزئی میله ها، فرآیند زنجیره یا توسعه می یابد یا محو می شود. به این ترتیب قدرت راکتور تنظیم می شود.

طرح ایستگاه دو مداره است. مدار اول رادیواکتیو شامل یک راکتور VVER 1000 و چهار حلقه خنک کننده گردشی است. مدار دوم غیر رادیواکتیو شامل یک دستگاه مولد بخار و واحد تامین آب و یک واحد توربین با ظرفیت 1030 مگاوات می باشد. خنک کننده اولیه آب غیرجوش با خلوص بالا تحت فشار 16 مگاپاسکال با افزودن محلول اسید بوریک، یک جاذب قوی نوترون است که برای تنظیم قدرت راکتور استفاده می شود.

1. پمپ های گردشی اصلی آب را از طریق هسته راکتور پمپ می کنند، جایی که به دلیل گرمای تولید شده در طی واکنش هسته ای تا دمای 320 درجه گرم می شود.
2. خنک کننده گرم شده گرمای خود را به آب مدار ثانویه (سیال کار) منتقل می کند و آن را در مولد بخار تبخیر می کند.
3. خنک کننده خنک شده دوباره وارد راکتور می شود.
4. مولد بخار بخار اشباع را با فشار 6.4 مگاپاسکال تولید می کند که به توربین بخار عرضه می شود.
5. توربین روتور ژنراتور الکتریکی را به حرکت در می آورد.
6. بخار خروجی در کندانسور متراکم شده و مجدداً توسط پمپ میعانات به مولد بخار عرضه می شود. برای حفظ فشار ثابت در مدار، یک جبران کننده حجم بخار تعبیه شده است.
7. گرمای چگالش بخار توسط آب در گردش از کندانسور خارج می شود که توسط پمپ تغذیه از حوضچه کولر تامین می شود.
8. هر دو مدار اول و دوم راکتور آب بندی می شوند. این امر ایمنی راکتور را برای پرسنل و مردم تضمین می کند.

در صورت عدم امکان استفاده از مقدار زیادی آب برای تراکم بخار، به جای استفاده از مخزن، می توان آب را در برج های خنک کننده مخصوص (برج های خنک کننده) خنک کرد.

ایمنی و سازگاری با محیط زیست عملکرد راکتور با رعایت دقیق مقررات (قوانین عملیاتی) و مقدار زیادی تجهیزات کنترلی تضمین می شود. همه آن برای کنترل دقیق و کارآمد راکتور طراحی شده است.
حفاظت اضطراری یک راکتور هسته ای مجموعه ای از وسایل طراحی شده برای توقف سریع واکنش زنجیره ای هسته ای در هسته راکتور است.

هنگامی که یکی از پارامترهای یک راکتور هسته ای به مقداری برسد که می تواند منجر به حادثه شود، حفاظت اضطراری فعال به طور خودکار فعال می شود. چنین پارامترهایی ممکن است عبارتند از: دما، فشار و جریان مایع خنک کننده، سطح و سرعت افزایش توان.

عناصر اجرایی حفاظت اضطراری در بیشتر موارد میله هایی با ماده ای هستند که نوترون ها را به خوبی جذب می کند (بور یا کادمیوم). گاهی اوقات، برای خاموش کردن راکتور، یک جاذب مایع به حلقه خنک کننده تزریق می شود.

علاوه بر حفاظت فعال، بسیاری از طرح های مدرن شامل عناصر حفاظت غیرفعال نیز می شوند. به عنوان مثال، نسخه های مدرن راکتورهای VVER شامل "سیستم خنک کننده هسته اضطراری" (ECCS) است - مخازن ویژه با اسید بوریک که در بالای راکتور قرار دارد. در صورت بروز بیشینه تصادف مبتنی بر طراحی (پارگی اولین مدار خنک کننده راکتور)، محتویات این مخازن در اثر گرانش به داخل هسته راکتور ختم می شود و واکنش زنجیره ای هسته ای توسط مقدار زیادی ماده حاوی بور خاموش می شود. که نوترون ها را به خوبی جذب می کند.

طبق «قوانین ایمنی هسته‌ای برای تأسیسات راکتور نیروگاه‌های هسته‌ای»، حداقل یکی از سیستم‌های خاموش کردن راکتور ارائه شده باید عملکرد حفاظت اضطراری (EP) را انجام دهد. حفاظت اضطراری باید حداقل دو گروه مستقل از عناصر کاری داشته باشد. در سیگنال AZ، قطعات کار AZ باید از هر موقعیت کاری یا میانی فعال شوند.
تجهیزات AZ باید حداقل از دو مجموعه مستقل تشکیل شده باشد.

هر مجموعه از تجهیزات AZ باید به گونه ای طراحی شود که حفاظت در محدوده تغییرات چگالی شار نوترون از 7٪ تا 120٪ از اسمی ارائه شود:
1. با چگالی شار نوترون - حداقل سه کانال مستقل.
2. با توجه به نرخ افزایش چگالی شار نوترون - کمتر از سه کانال مستقل.

هر مجموعه از تجهیزات حفاظت اضطراری باید به گونه ای طراحی شود که در کل محدوده تغییرات در پارامترهای تکنولوژیکی ایجاد شده در طراحی نیروگاه راکتور (RP)، حفاظت اضطراری حداقل توسط سه کانال مستقل برای هر پارامتر تکنولوژیکی ارائه شود. که حفاظت برای آن ضروری است.

دستورات کنترل هر مجموعه برای محرک های AZ باید حداقل از طریق دو کانال منتقل شود. هنگامی که یک کانال در یکی از مجموعه های تجهیزات AZ بدون از کار انداختن این مجموعه از کار خارج می شود، باید به طور خودکار سیگنال هشدار برای این کانال تولید شود.

حفاظت اضطراری باید حداقل در موارد زیر فعال شود:
1. پس از رسیدن به تنظیم AZ برای چگالی شار نوترون.
2. پس از رسیدن به تنظیم AZ برای نرخ افزایش در چگالی شار نوترون.
3. اگر ولتاژ در هر مجموعه از تجهیزات حفاظت اضطراری و اتوبوس های منبع تغذیه CPS که از کار خارج نشده اند ناپدید شود.
4. در صورت خرابی هر دو از سه کانال حفاظتی برای چگالی شار نوترون یا برای نرخ افزایش شار نوترون در هر مجموعه ای از تجهیزات AZ که از کار خارج نشده اند.
5. هنگامی که تنظیمات AZ توسط پارامترهای تکنولوژیکی که حفاظت باید برای آنها انجام شود به دست می آید.
6. هنگام راه اندازی AZ از یک کلید از یک نقطه کنترل بلوک (BCP) یا یک نقطه کنترل ذخیره (RCP).

این مطالب توسط ویراستاران آنلاین www.rian.ru بر اساس اطلاعات RIA Novosti و منابع باز تهیه شده است.

سوخت هسته ای معمولاً به این معنی است مجموع تمام هسته های شکافت پذیر در هسته.اکثر ENR های حرارتی مورد استفاده در واحدهای نیروگاه NPP در مرحله اولیه بهره برداری کار می کنند اورانیوم خالصسوخت، اما در طول مبارزات انتخاباتی مقدار قابل توجهی تولید می کنند سوخت هسته ای ثانویه- پلوتونیوم-239 که بلافاصله پس از تشکیل آن در فرآیند ضرب نوترون در راکتور قرار می گیرد. بنابراین، سوخت در چنین راکتورهای هسته ای در هرحداقل باید لحظه کمپین در نظر گرفته شود ترکیبی از سه جزء شکافت پذیر: 235 U، 238 U و 239 Pu. اورانیوم-235 و پلوتونیوم-239 توسط نوترون های هر انرژی در طیف راکتور شکافت پذیر هستند و 238 U، همانطور که قبلا ذکر شد، فقط فوق آستانه سریع(با E > 1.1 MeV)نوترون ها

مشخصه اصلی سوخت هسته ای اورانیوم آن است غنی سازی اولیه (ایکس)، که منظور ماست سهم (یا درصد) هسته های اورانیوم 235 در بین تمام هسته های اورانیوم. و از آنجایی که بیش از 99.99 درصد اورانیوم از دو ایزوتوپ - 235 U و 238 U تشکیل شده است، ارزش غنی سازی عبارت است از:

فلز اورانیوم طبیعی حاوی تقریباً 0.714٪ هسته 235 U است و بیش از 99.286٪ 238 U است (سایر ایزوتوپ های اورانیوم: 233 U، 234 U، 236 U و 237 U در مقادیر کمی در اورانیوم طبیعی وجود دارند که ممکن است پذیرفته نشوند. در توجه).

اگر سوخت تازه نباشد (تابش شده - SNF)، با یک پارامتر دیگر مشخص می شود - عمق سوختن.

سوخت هسته ای یک چیز گران است. استخراج سنگ معدن اورانیوم، به دست آوردن اورانیوم طبیعی فلزی، غنی سازی آن با ایزوتوپ 235 U، ساخت ترکیب سوخت، تف جوشی آن به قرص ها و تکمیل آنها، ساخت میله های سوخت و مجموعه های سوخت - همه اینها فرآیندهای فناوری بسیار پیچیده ای هستند که به مواد و انرژی زیادی نیاز دارند. هزینه ها واضح است که پرتاب مقدار نسبتاً زیادی سوخت هسته ای نسوخته به گورستان زباله های رادیواکتیو بسیار غیرعاقلانه خواهد بود.

سوخت مصرف شده (تابش شده) ارسال می شود بازسازی، که در آن اجزای سوخت از طریق زنجیره ای از عملیات فن آوری پیچیده از محصولات شکافت انباشته شده در طول عملیات جدا می شوند، دوباره با ایزوتوپ 235 U غنی شده و دوباره در چرخه سوخت گنجانده می شوند. توجه داشته باشید که بازسازی سوخت هسته ای کمتر از تولید سوخت "تازه" پیچیده و پرهزینه نیست.

به همین دلیل بسیار مهم است که در طول کمپین، تا حد امکان سوخت بارگیری شده سوزانده شود و تا حد امکان کمتر از آن برای بازسازی باقی بماند. اندازه گیری برای ارزیابی کارایی مصرف سوخت در راکتورهای قدرت دو ویژگی اصلی است.

آ) فرسودگی سوخت - این سهم (یا درصد) سوخت اصلی سوخته (235 U) از مقدار اولیه آن است.

درجه فرسودگی شغلی با حرف نشان داده می شود zو مطابق با تعریف برابر است با:

با استفاده از جایگزین‌های اساسی، نشان دادن میزان فرسودگی شغلی در هر نقطه از کمپین آسان است تی- مقداری که مستقیماً با مقدار تولید انرژی متناسب است W(t)، اگر بخشی از انرژی تولید شده را که در نتیجه شکافت هسته های پلوتونیوم به دست می آید در نظر نگیریم.

از (15.3.1) چنین است که

کارایی استفاده از سوخت اصلی در راکتور در طول یک کمپین هسته ای را می توان با ارقام مربوط به حداکثر درجه سوختن (یعنی درجه سوختن در پایان کارزار) قضاوت کرد.

برای راکتورهای نوع RBMK-1000 z max = 0.35 ¸ 0.37و برای راکتورهای آب تحت فشار (VVER-440، VVER-1000) z max = 0.30 ¸ 0.33.

در عمل، میزان فرسودگی شغلی را می توان بر حسب درصد نیز اندازه گیری کرد.

ب) عمق فرسودگی شغلیتولید انرژی در لحظه کارزار در واحد جرم اورانیوم اولیه بارگیری شده است.

اینجا داریم صحبت می کنیم در مورد همه چیز اورانیوم(235 U + 238 U)، قبل از شروع کمپین در منطقه فعال بارگذاری شده است. اگر عمق فرسودگی شغلی را به عنوان تعیین کنیم ب، سپس مطابق با تعریف

عمق فرسودگی شغلی معمولاً در اندازه گیری می شود مگاوات روز/t، مگاوات روز/کیلوگرم

یا GW روز / تن.

شکل های زیر ایده ای از عمق سوختن سوخت را نشان می دهد:

* برای راکتورهای نوع RBMK-1000 b max => 20 مگاوات. روز / کیلوگرم;

* برای راکتورهای نوع VVER 1000 b max => 40 ¸ 50 MW. روز / کیلوگرم.

در راکتورهای نیروگاه هسته ای، اورانیوم با غنای پایین (غنی شده به 1.8 ¸ 5.2٪)، در راکتورهای نیروگاه های هسته ای حمل و نقل دریایی، غنی سازی اولیه سوخت هسته ای 21 ¸ 45٪ و در تاسیسات با راکتورهای فلزی مایع، استفاده می شود. سوخت هسته ای غنی شده تا 90 درصد استفاده می شود. استفاده از سوخت با غنای پایین در نیروگاه های هسته ای با ملاحظات اقتصادی توضیح داده می شود: فناوری تولید سوخت غنی شده این پیچیده، انرژی بر است، به تجهیزات پیچیده و حجیم نیاز دارد و بنابراین یک فناوری گران قیمت است.

فلز اورانیوم از نظر حرارتی ناپایدار است، در معرض تبدیل فاز در دماهای نسبتاً پایین و از نظر شیمیایی ناپایدار است، بنابراین غیر قابل قبولبه عنوان سوخت راکتورهای قدرت بنابراین از اورانیوم در راکتورها به صورت فلزی خالص استفاده نمی شود، بلکه به صورت ترکیبات شیمیایی (یا متالورژیکی) با عناصر شیمیایی دیگر استفاده می شود که به این ترکیبات گفته می شود. سوخت ترکیبات

رایج ترین ترکیبات سوخت در فناوری راکتور عبارتند از:

UO 2، U 3 O 8، UC، UC 2، UN، U 3 Si، (UAl 3) Si، UBe 13. (Cu-UO 2)

عنصر(های) شیمیایی دیگر ترکیب سوخت نامیده می شود رقیق کننده سوخت در دو ترکیب اول از ترکیبات سوخت ذکر شده، رقیق کننده اکسیژن است، در دو مورد دوم کربن، در ترکیبات بعدی به ترتیب نیتروژن، سیلیکون، آلومینیوم با سیلیکون و بریلیم است.

الزامات اساسی برای یک رقیق کننده مانند یک تعدیل کننده در یک راکتور است: باید ریزمقطع بالا برای پراکندگی الاستیک و ریزمقطع احتمالاً پایین تر برای جذب نوترون های حرارتی و رزونانسی داشته باشد.

رایج ترین ترکیب سوخت در راکتورهای انرژی هسته ای است دی اکسید اورانیوم(UO 2)، و رقیق کننده آن - اکسیژن - تمام نیازهای ذکر شده را به طور کامل برآورده می کند .

نقطه ذوب دی اکسید (2800 oج) و پایداری حرارتی بالای آن به شما این امکان را می دهد که داشته باشید درجه حرارت بالاسوخت با دمای کارکرد مجاز تا 2200 درجه سانتیگراد.

(تکنولوژی هسته ای)

سوخت هسته ای اولیه

(تکنولوژی هسته ای)

سوخت هسته ای سرامیکی

در حال حاضر، اکثر راکتورهای قدرت از سوخت سرامیکی مبتنی بر دی اکسید اورانیوم U02 استفاده می کنند که برای اولین بار در سال 1950 تولید شد. این ماده دارای مقاومت حرارتی بالایی است که به آن اجازه می دهد در دمای بالای سوخت هسته ای (/G1L = 28500 C) کار کند، از نظر شیمیایی پایدار است. ..
(تکنولوژی هسته ای)

سوخت هسته ای اولیه

اورانیوم عنصر اصلی انرژی هسته ای است که به عنوان سوخت هسته ای، ماده خام برای تولید پلوتونیوم و در سلاح های هسته ای استفاده می شود. محتوای اورانیوم در پوسته زمین 2.5-10-4٪ است و مقدار کل در یک لایه ضخیم 20 کیلومتری از لیتوسفر به 1.3-1014 تن می رسد.مواد معدنی اورانیوم تقریباً در همه جا یافت می شود. با این حال...
(تکنولوژی هسته ای)

ح. منابع ثانویه. سوخت هسته ای مصرف شده

در نتیجه کار انرژی هسته ای، مانند هر فعالیت صنعتی دیگری، محصولاتی شکل می گیرد که هدف این تولید نیست (تولید برق از سوخت هسته ای مورد استفاده در راکتورهای هسته ای). با این حال، سوخت هسته ای مصرف شده، که دوستداران محیط زیست در تلاش برای...
(تکنولوژی هسته ای)

هسته یک راکتور انرژی هسته ای (A.Z.ENR)- این بخشی از حجم آن است که در آن شرایط از نظر ساختاری برای اجرای یک واکنش زنجیره ای خودپایدار پیوسته شکافت سوخت هسته ای و حذف متعادل گرمای تولید شده در آن به منظور استفاده بعدی سازماندهی شده است.

با اندیشیدن به معنای این تعریف در رابطه با هسته یک راکتور هسته ای حرارتی، می توان فهمید که اجزای اساسی چنین هسته ای سوخت هسته ای، تعدیل کننده، خنک کننده و سایر مواد ساختاری است که این موارد از نظر عینی ضروری هستند، زیرا هسته ای هستند. سوخت و تعدیل کننده در هسته و منطقه خود هسته باید به طور ثابت در راکتور ثابت شوند و در صورت امکان نشان دهنده یک واحد فناوری قابل جدا شدن باشد.

سوخت هسته ای معمولاً به عنوان مجموع تمام هسته های شکافت پذیر در هسته درک می شود. اکثر رآکتورهای هسته ای حرارتی مورد استفاده در نیروگاه های هسته ای در مرحله اولیه بهره برداری با سوخت اورانیوم خالص کار می کنند، اما در طول عملیات آنها مقدار قابل توجهی از سوخت هسته ای ثانویه - پلوتونیوم-239 را تولید می کنند که بلافاصله پس از تشکیل آن در فهرست گنجانده می شود. فرآیند ضرب نوترون در راکتور . بنابراین، سوخت در چنین رآکتورهای هسته ای در هر لحظه دلخواه در کارزار باید ترکیبی از سه جزء شکافت پذیر در نظر گرفته شود: 235 U، 238 U و 239 Pu. اورانیوم-235 و پلوتونیوم-239 توسط نوترون هایی با هر انرژی در طیف راکتور شکافته می شوند، و 238 U، همانطور که قبلا ذکر شد، فقط توسط نوترون های سریع بالای آستانه (با E > 1.1 MeV) شکافت می شود.

مشخصه اصلی سوخت هسته‌ای اورانیوم غنی‌سازی اولیه آن (x) است که به معنای سهم (یا درصد) هسته‌های اورانیوم 235 در بین تمام هسته‌های اورانیوم است. و از آنجایی که بیش از 99.99 درصد اورانیوم از دو ایزوتوپ - 235 U و 238 U تشکیل شده است، ارزش غنی سازی عبارت است از:
x = N 5 /N U = N 5 /(N 5 +N 8) (4.1.1)
فلز اورانیوم طبیعی حاوی تقریباً 0.71٪ هسته 235 U است و بیش از 99.28٪ 238 U است. سایر ایزوتوپ های اورانیوم (233 U، 234 U، 236 U و 237 U) در مقادیر کمی در اورانیوم طبیعی وجود دارند که ممکن است وجود نداشته باشند. به حساب آورده شود.

در راکتورهای نیروگاه هسته ای، اورانیوم غنی شده تا 1.8 ÷ 5.2٪ استفاده می شود؛ در راکتورهای نیروگاه های هسته ای حمل و نقل دریایی، غنی سازی اولیه سوخت هسته ای 20 ÷ 45٪ است. استفاده از سوخت با غنای پایین در نیروگاه های هسته ای با ملاحظات اقتصادی توضیح داده می شود: فناوری تولید سوخت غنی شده پیچیده، انرژی بر است، به تجهیزات پیچیده و حجیم نیاز دارد و بنابراین یک فناوری گران قیمت است.

فلز اورانیوم از نظر حرارتی ناپایدار است، در معرض تغییرات آلوتروپیک در دماهای نسبتا پایین و از نظر شیمیایی ناپایدار است، و بنابراین به عنوان سوخت برای راکتورهای قدرت قابل قبول نیست. بنابراین، اورانیوم در راکتورها به صورت فلزی خالص استفاده نمی شود، بلکه به صورت ترکیبات شیمیایی (یا متالورژیکی) با عناصر شیمیایی دیگر استفاده می شود. این اتصالات نامیده می شوند سوخت ترکیبات

رایج ترین ترکیبات سوخت در فناوری راکتور عبارتند از:
UO 2، U 3 O 8، UC، UC 2، UN، U 3 Si، (UAl 3) Si، UBe 13.

عنصر(های) شیمیایی دیگر ترکیب سوخت نامیده می شود رقیق کننده سوخت در دو مورد اول از ترکیبات سوخت ذکر شده، رقیق کننده اکسیژن است، در دو مورد دوم - کربن، در موارد بعدی به ترتیب، نیتروژن، سیلیکون، آلومینیوم با سیلیکون و بریلیم است.
الزامات اساسی برای یک رقیق کننده مانند یک تعدیل کننده در یک راکتور است: باید ریزمقطع بالا برای پراکندگی الاستیک و ریزمقطع احتمالاً پایین تر برای جذب نوترون های حرارتی و رزونانسی داشته باشد.