De splijtstofkringloop bestaat uit front-end stappen die uranium voorbereiden voor gebruik in kernreactoren en back-end stappen voor het veilig beheren, voorbereiden en verwijderen van gebruikte of verbruikte, maar nog steeds sterk radioactieve verbruikte splijtstof.
Uranium is de meest gebruikte brandstof voor kernsplijting door kerncentrales. Kerncentrales gebruiken een bepaald type uranium-u-235-als brandstof omdat de atomen ervan gemakkelijk uit elkaar kunnen worden gesplitst., Hoewel uranium ongeveer 100 keer vaker voorkomt dan zilver, is u-235 relatief zeldzaam bij iets meer dan 0,7% van natuurlijk uranium. Uraniumconcentraat wordt gescheiden van uraniumerts in uraniumfabrieken of van een slurry in uitspoelfaciliteiten ter plaatse. Het wordt vervolgens verwerkt in omzettings-en verrijkingsinstallaties, waardoor het niveau van u-235 voor commerciële kernreactoren tot 3% -5% stijgt, en in reactorbrandstofpellets en-staven in reactorbrandstoffabrieken wordt verwerkt.,
kernbrandstof wordt in reactoren geladen en gebruikt totdat de splijtstofpakketten sterk radioactief worden en moet worden verwijderd voor tijdelijke opslag en uiteindelijke berging. Chemische verwerking van verbruikte splijtstof om restproducten terug te winnen die in een nieuwe splijtstofconstructie opnieuw zouden kunnen worden gespleten, is technisch haalbaar, maar is in de Verenigde Staten niet toegestaan.,
bron: Pennsylvania State University Radiation Science and Engineering Center (public domain)
de front-end van de splijtstofcyclus
exploratie
de splijtstofcyclus begint met de exploratie naar uranium en de ontwikkeling van mijnen om uraniumerts te winnen. Een verscheidenheid van technieken worden gebruikt om uranium te lokaliseren, zoals radiometrische onderzoeken in de lucht, chemische bemonstering van grondwater en bodems, en verkennend boren om de onderliggende geologie te begrijpen., Zodra de uraniumertsafzettingen zijn gelokaliseerd, volgt de mijnontwikkelaar gewoonlijk met een grotere afstand in het vullen, of ontwikkeling boringen, om te bepalen hoeveel uranium beschikbaar is en wat het zou kunnen kosten om het te recupereren.
Uranium mijnbouw
Wanneer ertsen economisch haalbaar is om te herstellen, kan de volgende stap in de splijtstofcyclus is voor mij het erts via een van de volgende technieken:
- ondergrondse mijnbouw
- open pit mijnbouw
- in-plaats (in-situ) solution mining
- heap leaching
Voor 1980, de meeste AMERIKAANSE, uranium werd geproduceerd met behulp van open mijnen en ondergrondse mijnbouw technieken. Tegenwoordig wordt het meeste uranium in de V. S. geproduceerd met behulp van een oplossingstechniek die gewoonlijk in-situ-leach (ISL) of in-situ-recovery (ISR) wordt genoemd. Dit proces extraheert uranium dat de zand-en grinddeeltjes van grondwaterreservoirs bedekt. Het zand en grind deeltjes worden blootgesteld aan een oplossing met een pH die licht is verhoogd door het gebruik van zuurstof, kooldioxide, of bijtende soda. Het uranium lost op in het grondwater, dat uit het reservoir wordt gepompt en in een uraniumfabriek wordt verwerkt., Uitloging van de hoop omvat het spuiten van een zure vloeibare oplossing op stapels verpulverd uraniumerts. De oplossing loopt af door het erts en lekt uranium uit het gesteente, dat van onder de stapel wordt teruggewonnen. Heap uitloging wordt niet meer gebruikt in de Verenigde Staten.
bron: United States Nuclear Regulatory Commission (public domain)
wist u
in 2019 werd ongeveer 43 miljoen pond uranium (U3O8-equivalent) geladen in commerciële Amerikaanse kernreactoren.,
Uraanmalen
nadat het uraanerts uit een open Mijn of ondergrondse mijn is gewonnen, wordt het in een uraniumfabriek geraffineerd tot uraanconcentraat. Het erts wordt geplet, verpulverd en vermalen tot een fijn poeder. Aan het fijne poeder worden chemicaliën toegevoegd, die een reactie veroorzaken die het uranium scheidt van de andere mineralen. Het grondwater uit de oplossingsmijnbouw circuleert via een harsbedding om het uranium te extraheren en te concentreren.,
ondanks de naam is het geconcentreerde uraniumproduct typisch een zwarte of bruine stof die yellowcake (U3O8) wordt genoemd. Gewonnen uraniumerts levert meestal een tot vier pond U3O8 per ton erts, of 0,05% tot 0,20% yellowcake. Het vaste afvalmateriaal van mijnbouwactiviteiten en ondergrondse mijnbouw wordt molenstailings genoemd. Het verwerkte water uit de oplossingswinning wordt teruggevoerd naar het grondwaterreservoir waar het mijnproces wordt herhaald.,
Uraniumconversie
de volgende stap in de splijtstofcyclus is het omzetten van yellowcake in uraanhexafluoride (UF6) gas in een omzetterinstallatie. In de natuur komen drie vormen (isotopen) van uranium voor: U-234, u-235 en u-238. De huidige Amerikaanse kernreactorontwerpen vereisen een sterkere concentratie (verrijking) van de U-235 isotoop om efficiënt te kunnen werken. Het in de converterinstallatie geproduceerde uraanhexafluoridegas wordt natuurlijk UF6 genoemd omdat de oorspronkelijke concentraties van uraanisotopen onveranderd zijn.,
Uraanverrijking
na omzetting wordt het UF6-gas naar een verrijkingsinstallatie gestuurd waar de afzonderlijke uraanisotopen worden gescheiden om verrijkt UF6 te produceren, dat een concentratie van 3 tot 5% U-235 heeft.in de Verenigde Staten zijn twee soorten uraniumverrijkingsprocessen gebruikt: gasdiffusie en gascentrifuge. De Verenigde Staten beschikken momenteel over een verrijkingsinstallatie die gebruik maakt van een gascentrifugeproces., Verrijkt UF6 wordt verzegeld in bussen en laat afkoelen en stollen voordat het per trein, vrachtwagen of binnenschip naar een kernreactorbrandstofassemblagefabriek wordt vervoerd.
Atomic damp laser isotope separation (AVLIS) en molecular laser isotope separation (MLIS) zijn nieuwe verrijkingstechnologieën die momenteel in ontwikkeling zijn. Deze op laser gebaseerde verrijkingsprocessen kunnen hogere initiële verrijkingsfactoren (isotopenscheiding) bereiken dan de diffusie-of centrifugeprocessen en kunnen verrijkt uranium sneller produceren dan andere technieken.,
Uraniumconversie en fabricage van splijtstof
zodra het uranium verrijkt is, is het klaar om in splijtstof te worden omgezet. In een fabriek voor de vervaardiging van splijtstof wordt het UF6 in vaste vorm verwarmd tot gasvormige vorm, waarna het UF6-gas chemisch wordt verwerkt tot uraniumdioxide (UO2) – poeder. Het poeder wordt vervolgens samengeperst en gevormd tot kleine keramische brandstofpellets. De pellets worden gestapeld en verzegeld in lange metalen buizen die ongeveer 1 centimeter in diameter om brandstofstaven te vormen. De splijtstofstaven worden vervolgens samen gebundeld om een brandstofassemblage te vormen., Afhankelijk van het reactortype heeft elk splijtstofassemblage ongeveer 179 tot 264 splijtstofstaven. Een typische reactorkern bevat 121 tot 193 splijtstofelementen.
bij de reactor
zodra de splijtstofpakketten zijn vervaardigd, transporteren vrachtwagens ze naar de reactorplaatsen. De brandstofassemblages worden ter plaatse opgeslagen in opslagbakken voor verse brandstof totdat de reactoroperators ze nodig hebben. In dit stadium is het uranium slechts licht radioactief en in wezen is alle straling in de metalen buizen opgenomen., Gewoonlijk wisselen reactorexploitanten ongeveer een derde van de reactorkern (40 tot 90 brandstofassemblages) om de 12 tot 24 maanden.
de reactorkern is een cilindrische opstelling van de brandstofbundels die ongeveer 12 voet in diameter en 14 voet hoog en ingekapseld in een stalen drukvat met wanden van enkele centimeter dik. De reactorkern heeft in wezen geen bewegende delen, Behalve een klein aantal regelstaven die worden ingebracht om de kernsplijtingsreactie te regelen. Door de splijtstofelementen naast elkaar te plaatsen en water toe te voegen, wordt de kernreactie in gang gezet.,
Een nucleaire brandstof montage
Bron: Alternatieve Energie en de Commissie voor atoomenergie, Frankrijk (publiek domein)
De back-end van de splijtstofcyclus
Tussentijdse opslag en de uiteindelijke verwijdering in de Verenigde Staten
Na gebruik in de reactor, splijtstof worden zeer radioactief en moet worden verwijderd en opgeslagen onder water in de reactor site in een brandstof zwembad voor meerdere jaren., Hoewel de splijtingsreactie is gestopt, blijft de verbruikte splijtstof warmte afgeven door het verval van de radioactieve elementen die werden gecreëerd toen de uraniumatomen uit elkaar werden gesplitst. Het water in het zwembad dient om zowel de brandstof te koelen en het vrijkomen van straling te blokkeren. Van 1968 tot en met juni 2013 waren 241.468 brandstofassemblages gelost en opgeslagen in 118 commerciële kernreactoren in de Verenigde Staten.
binnen enkele jaren koelt de verbruikte splijtstof af in het bassin en kan deze worden overgebracht naar een opslagcontainer voor droge vaten op de locatie van de elektriciteitscentrale., Steeds meer reactorexploitanten slaan hun oude verbruikte splijtstof nu op in deze speciale buitencontainers van beton of staal met luchtkoeling. Meer informatie over opslag van verbruikte splijtstof.
de laatste stap in de splijtstofcyclus is het verzamelen van verbruikte splijtstof samenstellen van de tijdelijke opslaglocaties voor definitieve verwijdering in een permanente ondergrondse opslagplaats. De Verenigde Staten hebben momenteel geen permanente ondergrondse opslagplaats voor hoogactief kernafval.
Laatst bijgewerkt: 27 mei 2020
Geef een reactie