ciclul combustibilului nuclear constă în pași front-end care pregătesc uraniul pentru utilizarea în reactoarele nucleare și pași back-end pentru a gestiona, pregăti și elimina în siguranță combustibilul nuclear uzat sau uzat, dar încă foarte radioactiv.uraniul este cel mai utilizat combustibil de către centralele nucleare pentru fisiunea nucleară. Centralele nucleare folosesc un anumit tip de uraniu-U-235-drept combustibil, deoarece atomii săi sunt ușor împărțiți., Deși uraniul este de aproximativ 100 de ori mai frecvent decât argintul, U-235 este relativ rar la puțin peste 0,7% din uraniul natural. Concentratul de uraniu este separat de minereul de uraniu la fabricile de uraniu sau dintr-o suspensie la instalațiile de leșiere in situ. Acesta este apoi prelucrat în instalații de conversie și Îmbogățire, ceea ce crește nivelul de U-235 La între 3% -5% pentru reactoarele nucleare comerciale și transformat în pelete de combustibil pentru reactoare și tije de combustibil în instalațiile de fabricare a combustibilului pentru reactoare.,combustibilul Nuclear este încărcat în reactoare și utilizat până când ansamblurile de combustibil devin foarte radioactive și trebuie îndepărtate pentru depozitarea temporară și eventuala eliminare. Prelucrarea chimică a materialului combustibil uzat pentru recuperarea oricărui produs rămas care ar putea fi supus din nou fisiunii într-un nou ansamblu de combustibil este fezabilă din punct de vedere tehnic, dar nu este permisă în Statele Unite.,
Sursa: Universitatea de Stat din Pennsylvania Radiații Science and Engineering Center (domeniu public)
front-end de ciclul combustibilului nuclear
Explorare
ciclul combustibilului nuclear începe cu explorarea uraniului și dezvoltarea de mine pentru a extrage minereu de uraniu. O varietate de tehnici sunt folosite pentru a localiza uraniu, cum ar fi studii radiometrice în aer, prelevarea de probe chimice a apelor subterane și a solurilor, și foraj de explorare pentru a înțelege geologia care stau la baza., Odată ce depozitele de minereu de uraniu sunt localizate, dezvoltatorul Minei urmărește, de obicei, cu o distanță mai mare în umplere sau foraj de dezvoltare, pentru a determina cât de mult uraniu este disponibil și ce ar putea costa recuperarea acestuia.când sunt localizate depozite de minereu care sunt fezabile din punct de vedere economic pentru a recupera, următorul pas în ciclul de combustibil este de a mina minereul folosind una dintre următoarele tehnici:
- minerit subteran
- minerit în carieră deschisă
- in-place (in-situ) soluție minerit
- heap leșiere
înainte de 1980, cele mai multe, uraniul a fost produs folosind tehnici miniere deschise și subterane. Astăzi, majoritatea uraniului american este produs folosind o tehnică de extracție a soluției numită în mod obișnuit In-situ-leach (ISL) sau in-situ-recuperare (ISR). Acest proces extrage uraniul care acoperă particulele de nisip și pietriș ale rezervoarelor de apă subterană. Particulele de nisip și pietriș sunt expuse la o soluție cu un pH care a fost crescut ușor prin utilizarea de oxigen, dioxid de carbon sau sodă caustică. Uraniul se dizolvă în apele subterane, care este pompat din rezervor și prelucrat la o moară de uraniu., Leșierea Heap implică pulverizarea unei soluții lichide acide pe grămezi de minereu de uraniu zdrobit. Soluția se scurge prin minereul zdrobit și scurge uraniul din rocă, care este recuperat de sub grămadă. Leșiere Heap nu mai este utilizat în Statele Unite.
Sursa: Statele Unite ale americii Comisia de Reglementare Nucleară (domeniu public)
v-știi
în 2019, aproximativ 43 de milioane de lire sterline de uraniu (echivalent U3O8) au fost încărcate în reactoare comerciale americane de energie nucleară.,
măcinarea uraniului
după ce minereul de uraniu este extras dintr-o groapă deschisă sau mină subterană, acesta este rafinat în concentrat de uraniu la o moară de uraniu. Minereul este zdrobit, pulverizat și măcinat într-o pulbere fină. Chimicalele sunt adăugate la pulberea fină, ceea ce provoacă o reacție care separă uraniul de celelalte minerale. Apele subterane din operațiunile miniere de soluție sunt circulate printr-un pat de rășină pentru a extrage și concentra uraniul.,
în Ciuda numelui, concentrat de uraniu produs este de obicei negru sau maro substanță numită uraniu (U3O8). Minereul de uraniu minat produce de obicei unul până la patru kilograme de U3O8 pe tonă de minereu sau 0.05% până la 0.20% yellowcake. Materialul rezidual solid din exploatările miniere subterane și subterane se numește steril de Moară. Apa procesată din mineritul soluției este returnată în rezervorul de apă subterană unde se repetă procesul minier.,
conversia uraniului
următorul pas în ciclul combustibilului nuclear este de a converti yellowcake în hexafluorură de uraniu (UF6) gaz la o instalație de conversie. Trei forme (izotopi) de uraniu apar în natură: U-234, U-235 și U-238. Proiectele actuale ale reactoarelor nucleare din SUA necesită o concentrație mai puternică (îmbogățire) a izotopului U-235 pentru a funcționa eficient. Gazul hexafluorură de uraniu produs în instalația de conversie se numește UF6 natural, deoarece concentrațiile inițiale ale izotopilor de uraniu sunt neschimbate.,
îmbogățirea uraniului
după conversie, gazul UF6 este trimis la o instalație de îmbogățire unde izotopii individuali de uraniu sunt separați pentru a produce UF6 îmbogățit, care are o concentrație de 3% până la 5% de U-235.în Statele Unite au fost utilizate două tipuri de procese de îmbogățire a uraniului: difuzie gazoasă și centrifugă de gaz. Statele Unite au în prezent o instalație de îmbogățire operațională, care utilizează un proces de centrifugare a gazului., UF6 îmbogățit este sigilat în canistre și lăsat să se răcească și să se solidifice înainte de a fi transportat la o instalație de asamblare a combustibilului reactorului nuclear cu trenul, camionul sau barja.separarea izotopilor laser cu vapori atomici (AVLIS) și separarea izotopilor moleculari cu laser (MLIS) sunt noi tehnologii de îmbogățire în curs de dezvoltare. Aceste procese de îmbogățire pe bază de laser pot obține factori de îmbogățire inițială mai mari (separarea izotopilor) decât procesele de difuzie sau centrifugă și pot produce uraniu îmbogățit mai rapid decât alte tehnici.,
reconversia uraniului și fabricarea combustibilului nuclear
odată ce uraniul este îmbogățit, acesta este gata să fie transformat în combustibil nuclear. La o instalație de fabricare a combustibilului nuclear, UF6, în formă solidă, este încălzit în formă gazoasă, iar apoi gazul UF6 este prelucrat chimic pentru a forma dioxid de uraniu (UO2) pulbere. Pulberea este apoi comprimată și formată în pelete mici de combustibil ceramic. Peletele sunt stivuite și sigilate în tuburi metalice lungi, care sunt aproximativ 1 centimetru în diametru pentru a forma tije de combustibil. Tijele de combustibil sunt apoi grupate împreună pentru a alcătui un ansamblu de combustibil., În funcție de tipul reactorului, fiecare ansamblu de combustibil are aproximativ 179 până la 264 de tije de combustibil. Un nucleu tipic al reactorului deține 121 până la 193 ansambluri de combustibil.
la reactor
odată ce ansamblurile de combustibil sunt fabricate, camioanele le transportă la locurile reactorului. Ansamblurile de combustibil sunt depozitate la fața locului în coșurile de depozitare a combustibilului proaspăt până când operatorii reactorului au nevoie de ele. În acest stadiu, uraniul este doar ușor radioactiv și, în esență, toată radiația este conținută în tuburile metalice., De obicei, operatorii reactoarelor schimbă aproximativ o treime din miezul reactorului (40 până la 90 de ansambluri de combustibil) la fiecare 12 până la 24 de luni. miezul reactorului este un aranjament cilindric al fasciculelor de combustibil care are aproximativ 12 picioare în diametru și 14 picioare înălțime și este învelit într-un vas sub presiune din oțel cu pereți care au o grosime de câțiva centimetri. Miezul reactorului nu are în esență părți în mișcare, cu excepția unui număr mic de tije de control care sunt introduse pentru a regla reacția de fisiune nucleară. Plasarea ansamblurilor de combustibil unul lângă celălalt și adăugarea apei inițiază reacția nucleară.,
Un combustibil nuclear de asamblare
Sursa: Energii Alternative și Comisia pentru Energie Atomică, Franța (domeniu public)
Partea din spate a ciclului combustibilului nuclear
depozitarea Intermediară și depozitarea definitivă în Statele Unite ale americii
După utilizare în reactor, ansamblurilor de combustibil devenit extrem de radioactive și trebuie să fie eliminate și depozitate sub apă la reactor într-un combustibil uzat piscină pentru mai mulți ani., Chiar dacă reacția de fisiune s-a oprit, combustibilul uzat continuă să emane căldură din dezintegrarea elementelor radioactive care au fost create atunci când atomii de uraniu au fost împărțiți. Apa din piscină servește atât la răcirea combustibilului, cât și la blocarea eliberării radiațiilor. Din 1968 până în iunie 2013, 241,468 ansambluri de combustibil au fost evacuate și depozitate la 118 reactoare nucleare comerciale din Statele Unite.în câțiva ani, combustibilul uzat se răcește în bazin și poate fi mutat într-un recipient uscat de depozitare a butoaielor la locul centralei electrice., Un număr din ce în ce mai mare de operatori de reactoare își depozitează acum combustibilul uzat mai vechi în aceste containere speciale din beton sau oțel exterior cu răcire cu aer. Aflați mai multe despre stocarea combustibilului uzat.etapa finală a ciclului combustibilului nuclear este colectarea ansamblurilor de combustibil uzat din locurile de depozitare intermediare pentru dispunerea finală într-un depozit subteran permanent. În prezent, Statele Unite nu au un depozit subteran permanent pentru deșeuri nucleare la nivel înalt.
Ultima actualizare: 27 mai 2020
Lasă un răspuns