Этапы ядерного топливного цикла

Содержание:

Введение
1.Добыча урана
2.Подготовка и обогащение
3. Производство энергии на АЭС
4. Переработка отработанного ядерного топлива
5. Хранение радиоактивных отходов
5.1 Размещение и хранение отработанного топлива
5.2 Размещение и хранение остеклованных отходов
Заключение

Приложения

2. Подготовка и обогащение
В отличие от угля, урановую руду нельзя подавать непосредственно на электростанцию. Прежде она должна быть очищена, сконцентрирована и помещена в специальные топливные стержни. Рисунок (См Приложение1) показывает так называемый "открытый топливный цикл" в ядерной энергетике, который используется сегодня в большинстве стран, на наиболее общих видах реакторов.
На урановых рудниках (таких как, например, Олимпик Дам или Рэнджер в Австралии, или Саскатчеван в Канаде) ядерное топливо добывается в виде концентрата окиси урана U3O8. Этот материал, порошок зеленого цвета, отправляется на дальнейшую переработку. Он имеет тот же самый изотопный состав, как и руда, в которой содержание U-235 не превышает 0.7 процентов. Остальная часть - это более тяжелый изотоп урана - U-238 (с небольшим содержанием U-234). Большинство реакторов, включая легко-водные реакторы (LWR), не могут работать на таком топливе (использовать необогащенный уран могут Канадские реакторы типа CANDU).
...

3. Производство энергии на АЭС
Один из типов атомов урана, так называемый "изотоп", имеет в ядре 143 нейтрона. Этот изотоп уран-235 (U-235), который знаменит тем, что при столкновении его ядра с медленным нейтроном (иногда говорят с "тепловым" нейтроном), атом может разделиться на два других и выделить много тепловой энергии (в виде кинетической энергии осколков деления). Этот процесс называют ядерным "расщеплением", и U-235 является "расщепляющимся" изотопом. По теории Эйнштейна при этом теряется некоторое количество массы, которая и преобразовывается в энергию.
Расщепление ядер сопровождается также испусканием нескольких быстрых нейтронов. Если их замедлить специальным поглотителем (например, графитом или водой) они могут заставить расщепиться другие атомы U-235, и, таким образом, породят цепную реакцию ядерного деления.
...

4. Переработка отработанного ядерного топлива
После удаления из реактора, отработанное ядерное топливо (ОЯТ) сохраняет радиоактивность и выделяет тепло. Поэтому в течение некоторого времени такое топливо выдерживают в бассейнах под водой для отвода теплоты и защиты от ионизирующего излучения. Следующим шагом может быть переработка отработанного ядерного топлива для закрытия топливного цикла (такие страны как Великобритания, Франция и Япония выбрали такой путь "закрытого топливного цикла" ), или окончательное захоронение, как это делается в США, Канаде и Швеции, которые выбрали " открытый топливный цикл ". Хранение отработанного ядерного топлива первоначально осуществляется непосредственно в реакторном отделении. Затем оно может быть перемещено в другое место, например, на специальные склады "сухого хранения".
Более ранние поколения реакторов, например, все еще действующие в Великобритании, используют в качестве топлива металлический уран (а не его окись) и газовое охлаждение.
...

5. Хранение радиоактивных отходов
Один из наиболее острых и волнующих сегодня общественность аспектов ядерного топливного цикла - это вопросы размещения и хранения радиоактивных отходов. Наиболее трудный из них - это вопрос о высокоуровневых отходах, в работе с которыми имеются два различных стратегических подхода: первый заключается в переработке исчерпанного топлива с целью отделения высокоуровневых отходов с их последующим остекловыванием (или битумированием) и захоронением, а второй заключается в прямом захоронении исчерпанных тепловыделяющих элементов вместе с содержащимися в них высокоуровневыми отходами.
Хотя предприятия ядерного топливного цикла и производят различные отходы, они тем не менее не являются промышленными "выбросами" в традиционном понимании этого слова. Их надежное хранение и размещение обеспечивает безопасность.
...

5.1 Размещение и хранение отработанного топлива
Принцип прямого захоронения отработанного ядерного топлива принят в США и Швеции, хотя в последнем случае предполагается его регенерация в будущем. С 1988 года Швеция имеет действующее централизованное хранилище для отработанного ядерного топлива (CLAB) емкостью 5000 тонн. Отработанное топливо отправляется на это хранилище после, примерно, их годичного хранения в реакторах в бассейнах выдержки.
В CLAB для охлаждения и защиты от ионизирующих излучений отработанное топливо будет храниться под водой в течение, примерно, сорока лет. К 2020 году это хранилище будет полностью заполнено, и к этому времени должно быть готово новое хранилище для окончательного захоронения, хотя уже сегодня строятся и несколько больше емкости.

Рисунок 1.
...

5.2 Размещение и хранение остеклованных отходов
Независимо от того остеклованы ли высокоактивные отходы после переработки или они находятся в отработанных топливных сборках, с ними, в конечном счете, необходимо распорядиться самым безопасным образом. В дополнение к концепциям безопасности, применяемым к ядерному топливному циклу, это означает, что после захоронения отходы не должны подвергаться каким-либо дополнительным процедурам. Хотя конечное размещение высокоактивных отходов не будет производится еще в течение нескольких ближайших лет, но все приготовления уже сделаны с учетом природных условий хранения и количества таких отходов.
Конечное размещение высокоактивных отходов должно осуществляться с очень высокими гарантиями безопасности.
...

Заключение
АЭС – только небольшая часть сложного многостадийного и чрезвычайно разветвленного топливо – энергетического комплекса самых разнообразных производств. На АЭС топливо поступает уже в виде конструкционных узлов – ТВС, готовых к монтажу в активной зоне реактора. Однако прежде чем добываемый из руд уран попадает в реактор, он должен последовательно пройти целый ряд технологических процессов на предприятиях, входящих в состав топливно-энергетического комплекса. К ним относятся, например, предприятия осуществляющие добычу топлива, его переработку, транспортировку и т.д.
...