U.S. Energy Information Administration, EIA – Uafhængig Statistik og Analyse

Det nukleare brændselskredsløb består af front-end-skridt, at forberede uran til brug i nukleare reaktorer og back-end-trin til sikkert at styre, forberede, og bortskaf brugte, eller brugte—men stadig meget radioaktivt nukleart brændsel.uran er det mest anvendte brændstof fra atomkraftværker til nuklear fission. Atomkraftværker bruger en bestemt type uran-U-235 – som brændstof, fordi dets atomer let opdeles fra hinanden., Selvom uran er omkring 100 gange mere almindeligt end sølv, er U-235 relativt sjældent ved lidt over 0,7% af naturligt uran. Urankoncentrat adskilles fra uranmalm ved uranmøller eller fra en opslæmning ved in situ-udvaskningsanlæg. Det behandles derefter i konverterings-og berigelsesfaciliteter, hvilket øger niveauet af U-235 til mellem 3% -5% for kommercielle atomreaktorer og gøres til reaktorbrændstofpiller og brændselsstænger i reaktorbrændstoffabrikker.,

nukleart brændsel indlæses i reaktorer og anvendes, indtil brændselsenhederne bliver meget radioaktive og skal fjernes med henblik på midlertidig opbevaring og eventuel bortskaffelse. Kemisk behandling af brugt brændsel materiale til at genvinde eventuelle resterende produkt, der kunne undergå fission igen i en ny brændstof samling er teknisk muligt, men det er ikke tilladt i USA.,

Den forreste ende af det nukleare brændselskredsløb

Udforskning

Det nukleare brændselskredsløb starter med udvinding af uran og udvikling af miner for at udvinde uran malm. En række teknikker bruges til at lokalisere uran, såsom luftbårne radiometriske undersøgelser, kemisk prøveudtagning af grundvand og jord, og sonderende boring for at forstå den underliggende geologi., Når uranmalmaflejringer er placeret, mineudvikleren følger normalt op med tættere Afstand i fyld, eller udviklingsboring, at bestemme, hvor meget uran der er tilgængeligt, og hvad det kan koste at inddrive det.

Uran minedrift

Når malmforekomster, der er økonomisk muligt at gendanne er placeret, er det næste skridt i brændselskredsløbet er at mine malmen ved hjælp af en af følgende teknikker:

• underjordisk minedrift
• open pit minedrift
• i stedet (in-situ) løsning minedrift
• bunke udvaskning

Før 1980, har de fleste AMERIKANSKE, uran blev produceret ved hjælp af åbne pit og underjordiske minedrift teknikker. I dag produceres det meste amerikanske uran ved hjælp af en opløsningsteknik, der ofte kaldes in situ-leach (ISL) eller in situ-recovery (ISR). Denne proces ekstraherer uran, der dækker sand og gruspartikler i grundvandsreservoirer. Sand – og gruspartiklerne udsættes for en opløsning med en pH-værdi, der er forhøjet lidt ved anvendelse af ilt, kuldio .id eller kaustisk soda. Uran opløses i grundvandet, som pumpes ud af reservoiret og forarbejdes ved en uranmølle., Heapudvaskning indebærer sprøjtning af en sur væskeopløsning på bunker af knust uranmalm. Opløsningen dræner ned gennem den knuste malm og udvasker uran ud af klippen, som udvindes fra undersiden af bunken. Heapudvaskning bruges ikke længere i USA.

Uranfræsning

efter at uranmalmen er ekstraheret fra en åben grube eller underjordisk mine, raffineres den til urankoncentrat ved en uranmølle. Malmen knuses, pulveriseres og formales til et fint pulver. Kemikalier tilsættes til det fine pulver, hvilket forårsager en reaktion, der adskiller uran fra de andre mineraler. Grundvand fra opløsning minedrift cirkuleres gennem en harpiks seng at udvinde og koncentrere uran.,

på Trods af navnet, koncentreret uran produkt er typisk en sort eller brun stof kaldet yellowcake (U3O8). Udvundet uranmalm typisk giver en til fire pounds af U3O8 per ton malm, eller 0,05% til 0,20% Yello .cake. Det faste affaldsmateriale fra pit og underjordiske minedrift kaldes Mølle tailings. Det forarbejdede vand fra solution mining returneres til grundvandsreservoiret, hvor mineprocessen gentages.,

Uran konvertering

næste trin i det nukleare brændselskredsløb, er at konvertere yellowcake til uranhexafluorid (UF6) gas på en converter facilitet. Tre former (isotoper) af uran forekommer i naturen: U-234, U-235 og U-238. Nuværende amerikanske atomreaktordesign kræver en stærkere koncentration (berigelse) af U-235-isotopen for at fungere effektivt. Uranhe .afluoridgas produceret i konverteranlægget kaldes naturlig UF6, fordi de oprindelige koncentrationer af uranisotoper er uændrede.,

uranberigelse

efter omdannelse sendes UF6-gassen til et berigelsesanlæg, hvor de enkelte uranisotoper separeres for at producere beriget UF6, som har en koncentration på 3% til 5% U-235.

to typer uranberigelsesprocesser er blevet anvendt i USA: gasdiffusion og gascentrifuge. USA har i øjeblikket et driftsberigningsanlæg, der bruger en gascentrifugeproces., Beriget UF6 er forseglet i dunke og lov til at køle og størkne, før det transporteres til en atomreaktor brændstof samlingsanlæg med tog, lastbil eller pram.

Atomic vapor laser isotope separation (AVLIS) og molecular laser isotope separation (MLIS) er nye berigelsesteknologier, der i øjeblikket er under udvikling. Disse laserbaserede berigelsesprocesser kan opnå højere indledende berigelsesfaktorer (isotopseparation) end diffusions-eller centrifugeprocesserne og kan producere beriget uran hurtigere end andre teknikker.,

uranombygning og fremstilling af nukleart brændsel

Når uranet er beriget, er det klar til at blive omdannet til nukleart brændsel. Ved et anlæg til fremstilling af nukleart brændsel opvarmes UF6 i fast form til gasform, og derefter forarbejdes UF6-gassen kemisk til dannelse af urandio .id (UO2) pulver. Pulveret komprimeres derefter og formes til små keramiske brændstofpiller. Pillerne stables og forsegles i lange metalrør, der er omkring 1 centimeter i diameter for at danne brændstofstænger. Brændstofstængerne bundtes derefter sammen for at udgøre en brændstofenhed., Afhængigt af reaktortypen har hver brændstofenhed omkring 179 til 264 brændstofstænger. En typisk reaktorkerne rummer 121 til 193 brændselsenheder.

ved reaktoren

når brændstofenhederne er fremstillet, transporterer lastbiler dem til reaktorstederne. Brændstofaggregaterne opbevares på stedet i friske brændstofopbevaringsbeholdere, indtil reaktoroperatørerne har brug for dem. På dette stadium er uran kun mildt radioaktivt, og i det væsentlige er al stråling indeholdt i metalrørene., Typisk skifter reaktoroperatører omkring en tredjedel af reaktorkernen (40 til 90 brændstofenheder) hver 12.til 24. måned. reaktorkernen er et cylindrisk arrangement af brændstofbundterne, der handler om 12 fod i diameter og 14 fod høj og indkapslet i en ståltryksbeholder med vægge, der er flere tommer tykke. Reaktorkernen har i det væsentlige ingen bevægelige dele bortset fra et lille antal kontrolstænger, der er indsat for at regulere den nukleare fissionsreaktion. Placering af brændstofenheder ved siden af hinanden og tilsætning af vand initierer den nukleare reaktion.,

Den bagerste ende af det nukleare brændselskredsløb

Midlertidig oplagring og endelig bortskaffelse i Usa

Efter brug i reaktoren, brændselselementer blevet stærkt radioaktive, og skal fjernes og opbevares under vand i reaktoren site i en brugt brændsel swimmingpool i flere år., Selvom fissionsreaktionen er stoppet, det brugte brændstof fortsætter med at afgive varme fra forfaldet af de radioaktive elementer, der blev skabt, da uranatomerne blev delt fra hinanden. Vandet i poolen tjener til både at afkøle brændstoffet og blokere frigivelsen af stråling. Fra 1968 til juni 2013 var 241.468 brændstofsamlinger blevet udledt og opbevaret ved 118 kommercielle atomreaktorer i USA.

i løbet af få år afkøles det brugte brændsel i poolen og kan flyttes til en tør tønde opbevaringsbeholder på kraftværksstedet., Et stigende antal reaktoroperatører opbevarer nu deres ældre brugte brændstof i disse specielle udendørs beton-eller stålbeholdere med luftkøling. Læs mere om opbevaring af brugt brændstof.

det sidste trin i den nukleare brændselscyklus er indsamling af brugte brændselsenheder fra midlertidige oplagringssteder til endelig bortskaffelse i et permanent underjordisk lager. USA har i øjeblikket ingen permanent underjordisk opbevaringssted for nukleart affald på højt niveau.

sidst opdateret: 27. maj 2020