US Energy Information Administration – EIA – oberoende statistik och analys (Svenska)

kärnbränslecykeln består av front-end steg som förbereder uran för användning i kärnreaktorer och back-end steg för att säkert hantera, förbereda och avyttra använt—eller använt—men fortfarande mycket radioaktivt använt kärnbränsle.

uran är det mest använda bränslet av kärnkraftverk för kärnklyvning. Kärnkraftverk använder en viss typ av uran-U-235-som bränsle eftersom dess atomer lätt delas upp., Även uran är ca 100 gånger vanligare än silver, U-235 är relativt sällsynt på drygt 0,7% av naturligt uran. Urankoncentrat separeras från uranmalm vid uranfabriker eller från en uppslamning vid utlakningsanläggningar på plats. Den bearbetas sedan i anläggningar för omvandling och anrikning, vilket ökar nivån på U-235 till mellan 3% -5% för kommersiella kärnreaktorer, och görs till reaktorbränslepellets och bränslestavar i reaktorbränslefabriker.,

kärnbränsle laddas i reaktorer och används tills bränsleenheterna blir mycket radioaktiva och måste avlägsnas för tillfällig lagring och eventuellt bortskaffande. Kemisk bearbetning av använt kärnbränslematerial för att återvinna kvarvarande produkter som skulle kunna genomgå fission igen i en ny bränsleaggregat är tekniskt genomförbart, men det är inte tillåtet i USA.,

den främre änden av kärnbränslecykeln

utforskning

kärnbränslecykeln börjar med utforskning av uran och utveckling av gruvor för att extrahera uranmalm. En mängd olika tekniker används för att lokalisera uran, såsom luftburna radiometriska undersökningar, kemisk provtagning av grundvatten och jordar, och undersökande borrning för att förstå den underliggande Geologi., När uranmalm insättningar är belägna, gruvan utvecklare brukar följa upp med närmare åtskilda i fyllning, eller utveckling borrning, för att avgöra hur mycket uran är tillgänglig och vad det kan kosta att återställa det.

uranbrytning

När malmfyndigheter som är ekonomiskt genomförbara att återhämta sig Ligger, är nästa steg i bränslecykeln att gruva malmen med hjälp av en av följande tekniker:

• underjordisk gruvdrift
• open pit mining
• in-place (in-situ) solution mining
• heap-utlakning

före 1980, de flesta US, uran producerades med hjälp av öppen grop och underjordisk gruvteknik. Idag produceras de flesta amerikanska uran med hjälp av en lösning gruvteknik som vanligtvis kallas in-situ-leach (ISL) eller in-situ-recovery (ISR). Denna process extraherar uran som täcker sand-och gruspartiklarna i grundvattenreservoarer. Sand – och gruspartiklarna utsätts för en lösning med ett pH som har höjts något genom att använda syre, koldioxid eller kaustiksoda. Uranet löses upp i grundvattnet, som pumpas ut ur behållaren och bearbetas vid en urankvarn., Heap-utlakning innebär att man sprutar en sur flytande lösning på högar av krossad uranmalm. Lösningen dränerar ner genom krossad malm och läcker uran ur berget, som återvinns från under högen. Heap-utlakning används inte längre i USA.

uranmalning

efter uranmalmen extraheras från en öppen grop eller underjordisk gruva, raffineras den till urankoncentrat vid en uranfabrik. Malmen krossas, pulveriseras och males till ett fint pulver. Kemikalier tillsätts till det fina pulvret, vilket orsakar en reaktion som skiljer uran från de andra mineralerna. Grundvatten från lösningsutvinning cirkuleras genom en hartsbädd för att extrahera och koncentrera uranet.,

trots namnet är den koncentrerade uranprodukten vanligtvis en svart eller brun substans som kallas yellowcake (U3O8). Mineralull ger normalt en till fyra pounds av U3O8 per ton malm, eller 0.05% till 0.20% yellowcake. Det fasta avfallsmaterialet från grop-och underjordisk gruvdrift kallas kvarntak. Det bearbetade vattnet från lösningsutvinning återförs till grundvattenbehållaren där gruvprocessen upprepas.,

uranomvandling

nästa steg i kärnbränslecykeln är att omvandla gulkaka till uranhexafluorid (UF6) gas vid en omvandlingsanläggning. Tre former (isotoper) av uran förekommer i naturen: U-234, U-235 och U-238. Nuvarande amerikanska kärnreaktorkonstruktioner kräver en starkare koncentration (anrikning) av U-235-isotopen för att fungera effektivt. Den uranhexafluoridgas som produceras i omvandlingsanläggningen kallas naturlig UF6 eftersom de ursprungliga koncentrationerna av uranisotoper är oförändrade.,

urananrikning

efter omvandling skickas UF6-gasen till en anrikningsanläggning där de enskilda uranisotoperna separeras för att producera anrikad UF6, som har en koncentration på 3-5% av U-235.

två typer av urananrikningsprocesser har använts i USA: gasdiffusion och gascentrifug. USA har för närvarande en operativ anrikningsanläggning, som använder en gascentrifug process., Anrikad UF6 är förseglad i behållare och får svalna och stelna innan den transporteras till en kärnreaktorbränslemonteringsanläggning med tåg, lastbil eller pråm.

Atomic vapor laser isotopseparation (Avlis) och molekylär laser isotopseparation (MLIS) är ny anrikningsteknik som för närvarande är under utveckling. Dessa laserbaserade anrikningsprocesser kan uppnå högre initiala anrikningsfaktorer (isotopseparation) än diffusions-eller centrifugprocesserna och kan producera anrikat uran snabbare än andra tekniker.,

uranåterställning och kärnbränsletillverkning

När uranet är anrikat är det klart att omvandlas till kärnbränsle. Vid en kärnbränslefabrikationsanläggning upphettas UF6 i fast form till gasform, och sedan bearbetas UF6-gasen kemiskt för att bilda urandioxid (UO2) – pulver. Pulvret komprimeras sedan och formas till små keramiska bränslepellets. Pellets staplas och förseglas i långa metallrör som är ca 1 centimeter i diameter för att bilda bränslestavar. Bränslestavarna buntas sedan ihop för att bilda en bränsleaggregat., Beroende på reaktortypen har varje bränslemontering cirka 179 till 264 bränslestavar. En typisk reaktorkärna rymmer 121-139 bränsleenheter.

vid reaktorn

När bränsleaggregaten är tillverkade, transporterar lastbilar dem till reaktorplatserna. Bränsleaggregaten lagras på plats i lagerutrymmen för färskt bränsle tills reaktorns operatörer behöver dem. I detta skede är uranet bara mildt radioaktivt, och i huvudsak finns all strålning inom metallrören., Vanligtvis byter reaktoperatörer ut ungefär en tredjedel av reaktorhärden (40 till 90 bränsleenheter) var 12 till 24 månader.

reaktorhärden är ett cylindriskt arrangemang av bränslebuntarna som är ca 12 fot i diameter och 14 fot lång och innesluten i ett ståltryckskärl med väggar som är flera tum tjocka. Reaktorhärden har i huvudsak inga rörliga delar förutom ett litet antal styrstavar som sätts in för att reglera kärnklyvningsreaktionen. Att placera bränsleaggregaten bredvid varandra och tillsätta vatten initierar kärnreaktionen.,

den bakre änden av kärnbränslecykeln

mellanlagring och slutförvaring i USA

Efter användning i reaktorn, bränsleaggregat blir mycket radioaktiva och måste avlägsnas och lagras under vatten vid reaktorplatsen i en förbrukad bränslepool i flera år., Även om fissionsreaktionen har slutat, fortsätter det använda bränslet att avge värme från sönderfallet av de radioaktiva elementen som skapades när uranatomerna delades isär. Vattnet i poolen tjänar till att både kyla bränslet och blockera utsläpp av strålning. Från 1968 till juni 2013 hade 241,468 bränsleaggregat tömts och lagrats vid 118 kommersiella kärnreaktorer i USA.

inom några år kyls det utbrända bränslet i poolen och kan flyttas till en torr behållare för lagring av fat på kraftverksplatsen., Ett ökande antal reaktoperatörer lagrar nu sitt äldre använt bränsle i dessa speciella utomhusbetong-eller stålbehållare med luftkylning. Läs mer om lagring av använt kärnbränsle.

det sista steget i kärnbränslecykeln är insamling av förbrukade bränsleaggregat från de mellanliggande lagringsplatserna för slutlig disposition i ett permanent underjordiskt förråd. Förenta staterna har för närvarande inget permanent underjordiskt förråd för kärnavfall på hög nivå.

Senast uppdaterad: 27 maj 2020