YHDYSVALTAIN Energy Information Administration – YVA – Riippumaton Tilastot ja Analyysi (Suomi)

ydinpolttoaineen sykli koostuu front-end-vaihetta, joka valmistaa uraanin käytettäväksi ydinreaktorit ja back-end-vaihetta turvallisesti hallita, valmistaa, ja hävitä käytetyt tai käytetty—mutta silti erittäin radioaktiivista käytettyä ydinpolttoainetta.

Uraani on yleisimmin käytetty polttoaineen ydinvoimaloiden ydinenergia-fissio. Ydinvoimalat käyttävät polttoaineena tietyntyyppistä uraania-U-235 – koska sen atomit hajoavat helposti toisistaan., Vaikka uraani on noin 100 kertaa yleisempää kuin hopea, U-235 on suhteellisen harvinainen hieman yli 0,7% luonnonuraanista. Uraanikonsentraatti erotetaan uraanimalmista uraanitehtailla tai lietelannasta in situ-huuhtoutumislaitoksissa. Se on sitten käsitellä muuntaminen ja rikastuslaitokset, mikä lisää tason U-235 3% -5% kaupallista ydinreaktoria, ja siitä tehtiin reaktorin polttoainetablettien ja polttoainesauvojen reaktorin polttoaineen valmistuslaitoksissa.,

ydinpolttoaine on ladattu reaktoreihin ja käyttää, kunnes polttoainenippujen tullut erittäin radioaktiivista ja on poistettava väliaikaiseen varastointiin ja mahdolliseen hävittämiseen. Kemialliseen käsittelyyn käytetyn ydinpolttoaineen materiaali palauttaa jäljellä oleva tuote, joka voisi suorittaa fissio jälleen uuden polttoaineen kokoonpano on teknisesti toteutettavissa, mutta se on kielletty yhdysvalloissa.,

etupää ydinpolttoainekiertoon

Exploration

ydinpolttoaineen sykli alkaa uraanin etsintä ja kehittäminen kaivosten poimia uraanin malmin. Erilaisia tekniikoita käytetään paikantaa uraania, kuten ilmassa radiometrinen tutkimuksia, kemialliset näytteenotto pohjaveden ja maaperän, ja luotaus ymmärtää taustalla geologia., Kun uraanin malmin talletukset sijaitsevat, minun kehittäjä yleensä seuraa enemmän lähekkäin täytä, tai kehitys poraus, määrittää, kuinka paljon uraania on saatavilla ja mitä se voisi maksaa takaisin.

Uraanin louhinta

Kun malmiesiintymiä, jotka ovat taloudellisesti mahdollista palauttaa sijaitsevat, seuraava askel polttoaineen sykli on louhia malmia käyttäen yhtä seuraavista tekniikoista:

• maanalaiseen kaivostoimintaan
• avoin pit kaivos
• paikallaan (in situ) ratkaisu kaivos
• kasaliuotukseen

Ennen vuotta 1980, useimmat US -., uraania valmistettiin avolouhoksella ja maanalaisilla kaivostekniikoilla. Tänään, useimmat U. uraania on valmistettu käyttäen ratkaisu kaivos-tekniikka yleisesti kutsutaan in-situ-leach (ISL) tai in-situ-recovery (ISR). Tämä prosessi poimii uraania, joka peittää pohjavesialtaiden hiekka-ja sorahiukkaset. Hiekka-ja sorahiukkaset altistuvat liuokselle, jonka pH on hieman noussut hapen, hiilidioksidin tai kaustisen soodan avulla. Uraani liukenee pohjaveteen, joka pumpataan pois säiliöstä ja käsitelty uraanin mill., Kasaan huuhtoutumiseen liittyy happaman nestemäisen liuoksen ruiskuttaminen kasoihin murskattua uraanimalmia. Liuos valuu murskatun Malmin läpi ja huuhtoo kivestä uraania, joka otetaan talteen kasan alta. Kasaliuotukseen ei enää käytetä yhdysvalloissa.

Uraanin jyrsintä

Jälkeen uraanimalmi on uutettu avolouhos tai maanalainen kaivos, on jalostaa uraania keskittyä uraanin mill. Malmi murskataan, jauhetaan ja jauhetaan hienoksi jauheeksi. Hienojauheeseen lisätään kemikaaleja, jotka aiheuttavat reaktion, joka erottaa uraanin muista mineraaleista. Pohjaveden ratkaisu kaivostoiminnan kierrätetään läpi hartsi bed purkaa ja keskittyä uraani.,

Huolimatta nimi, keskittynyt uraani tuote on yleensä musta tai ruskea aine nimeltä uraanirikaste (U3O8). Louhittu uraanimalmi tuotot tyypillisesti yhdestä neljään kiloa U3O8 per tonni malmia, tai 0,05% 0,20% uraanirikaste. Kuopan ja maanalaisen kaivostoiminnan kiinteää jätemateriaalia kutsutaan myllyn rikastusjätteeksi. Ratkaisulouhinnan jalostettu vesi palautetaan pohjavesialtaaseen, jossa kaivosprosessi toistuu.,

Uraanin konversio

seuraava askel ydinpolttoaineen sykli on muuntaa uraanirikaste osaksi uraaniheksafluoridin (UF6) kaasun converter laitos. Uraanin kolme muotoa (isotoopit) esiintyy luonnossa: U-234, U-235 ja U-238. Yhdysvaltain nykyiset ydinreaktorimallit edellyttävät, että U-235-isotoopin konsentraatio (rikastus) on voimakkaampi, jotta se toimisi tehokkaasti. Uraanin rikkiheksafluoridien kaasun tuotettu converter laitos on nimeltään luonnollinen UF6 koska alkuperäinen pitoisuudet uraanin isotoopit ovat ennallaan.,

Uraanin rikastamiseen

sen Jälkeen, kun muuntaminen, UF6-kaasun lähetetään rikastuslaitoksia, jossa yksilön uraanin isotoopit erotetaan tuottamaan rikastettua UF6, joka on 3% 5% U-235-pitoisuus.

kahdenlaisia uraanin rikastus prosessit on käytetty yhdysvalloissa: kaasumaisten diffuusio ja kaasun sentrifugoidaan. Yhdysvalloissa on tällä hetkellä yksi toimiva rikastamo, joka käyttää kaasusentrifugiprosessia., Rikastettu UF6 on suljettu kanisterit ja annetaan jäähtyä ja jähmettyä ennen kuin se kuljetetaan ydinreaktorin polttoaineen kokoonpanotehdas junalla, kuorma-auto, proomu.

Atomic vapor laser isotope separation (AVLIS) ja molekyylien laser isotope separation (MLIS) ovat uusia rikastamiseen teknologioiden parhaillaan kehitteillä. Nämä laser-pohjainen rikastus prosessit voivat saavuttaa korkeampi alkuperäisen rikastamiseen (isotope separation) tekijät kuin diffuusio tai sentrifugoidaan prosessit ja pystyy tuottamaan rikastettua uraania nopeammin kuin muut tekniikat.,

Uraanin muutoksille ja ydinpolttoaineen valmistus

Kun uraani on rikastettu, se on valmis muuntaa ydinpolttoainetta. Ydinpolttoaineen valmistuslaitoksessa UF6 kuumennetaan kiinteässä muodossa kaasumaiseksi, minkä jälkeen UF6-kaasu käsitellään kemiallisesti uraanidioksidin (UO2) jauheeksi. Jauhe pakataan ja muodostetaan pieniksi keraamisiksi polttoainepelleteiksi. Pelletit pinotaan ja sinetöidään pitkiksi metalliputkiksi, joiden halkaisija on noin 1 senttimetriä polttoainesauvojen muodostamiseksi. Tämän jälkeen polttoainesauvat niputetaan yhteen polttoainekokonaisuuden muodostamiseksi., Reaktorityypistä riippuen jokaisessa polttoainekokonaisuudessa on noin 179-264 polttoainesauvaa. Tyypilliseen reaktoriytimeen mahtuu 121-193 polttoaineasennelmaa.

reaktorilla

Kun polttoaineniput valmistettu, kuorma kuljettaa niitä reaktorin sivustoja. Polttoainekokonaisuudet säilytetään paikan päällä tuoreissa polttoainevarastoissa, kunnes reaktorin käyttäjät tarvitsevat niitä. Tässä vaiheessa uraani on vain lievästi radioaktiivista, ja pääosin kaikki säteily on sisällä metalli putket., Tyypillisesti reaktorioperaattorit vaihtavat noin kolmanneksen reaktorisydämestä (40-90 polttoainekokonaisuutta) 12-24 kuukauden välein.

reaktorin ydin on lieriömäinen järjestely polttoaineen niput, joka on noin 12 metriä halkaisijaltaan ja 14 metriä pitkä ja koteloitu teräs paine aluksen seinät, jotka ovat useita tuumaa paksu. Reaktorin ydin on pohjimmiltaan ole liikkuvia osia, lukuun ottamatta pieni määrä säätösauvat, jotka on asetettu säädellä ydinfission reaktion. Polttoainekokonaisuuksien sijoittaminen vierekkäin ja veden lisääminen käynnistää ydinreaktion.,

takaisin lopussa ydinpolttoainekiertoon

välivarastointi ja loppusijoitus yhdysvalloissa

käytön Jälkeen reaktorissa, polttoainenippujen tullut erittäin radioaktiivista ja on poistettava ja varastoidaan veden alla reaktorin sivuston käytetyn polttoaineen allas useita vuosia., Vaikka fissio on lakannut, käytetty polttoaine on edelleen antaa pois lämpöä rappeutuminen radioaktiivisia alkuaineita, jotka on luotu, kun uraaniatomit halkesi. Altaan vesi sekä jäähdyttää polttoainetta että estää säteilyn vapautumisen. Vuodesta 1968 kautta. kesäkuuta 2013, 241,468 polttoainenippujen oli purettu ja varastoitu 118 kaupalliset ydinreaktorit yhdysvalloissa.

parissa vuodessa käytetty polttoaine jäähtyy altaassa ja se voidaan siirtää voimalaitospaikan kuivaan tynnyrivarastoon., Yhä useammat reaktorin operaattorit voivat nyt tallentaa niiden vanhemmat käytetyn polttoaineen näitä erityisiä ulkouima-betoni-tai teräs-säiliöissä ilman jäähdytystä. Lue lisää käytetyn polttoaineen varastoinnista.

viimeinen vaihe ydinpolttoaineen sykli on kokoelma käytetyn polttoaineen kokoonpanoja, alkaen väliaikainen varastointi sivustoja loppusijoittamisesta pysyvä maanalaiseen arkistoon. Yhdysvalloilla ei ole tällä hetkellä pysyvää maanalaista ydinjätehuoltopaikkaa.

päivitetty viimeksi: 27. toukokuuta 2020