От урановой руды к ядерному топливу

От урановой руды к ядерному топливу

Продолжаем рассказывать про уран, его добычу, переработку и применение.

Стадии превращения

Первая стадия переработки урановой руды — концентрирование. После дробления перемолотую руду растворяют в химическом растворе, затем осажденную концентрированную соль урана высушивают до получения сухого уранового концентрата. Следующий стадией технологической цепочки является аффинаж (тонкая химическая очистка от примесей). Её продукт — чистые оксиды урана, которые направляются на конверсию (фторирование). Полученный газ — гексафторид урана (UF6), — транспортируется в специальных контейнерах на обогатительный комбинат для изотопного обогащения по урану-235 (от природного 0,71% до требуемого для каждого конкретного вида топлива). На финальном этапе обогащенный уран переводится в форму чистого диоксида, а затем с использованием методов порошковой металлургии из него получают топливные таблетки. Последней стадией производства топлива является упаковка топливных таблеток в твэлы (тепловыделяющие элементы) и изготовление из них тепловыделяющих сборок (ТВС). Все технологические операции на каждой стадии производства топлива сопровождаются соблюдением требований безопасности и тщательным контролем качества.

 

Обогащение урана

Производство ядерного топлива для большинства АЭС в мире невозможно без обогащения урана. Российские энергетические реакторы используют ядерное топливо с обогащением по урану-235: ВВЭР — 1,6–5%; РБМК-1000 — около 3%; БН-600 и БН-800 — до 27%.

Физическая сущность процесса обогащения не зависит от используемого метода и заключается в изъятии из естественной смеси изотопов урана (где урана-235 — 0,71%, урана-238 — 99,29%) некоторого количества урана-238, после чего относительное содержание урана-235 в оставшейся смеси возрастает. Так как химические свойства изотопов урана одинаковы, в основе методов обогащения лежат физические процессы, в ходе которых атомы или молекулы различных масс ведут себя по-разному.

Наиболее прогрессивным методом обогащения является газовая разделительная центрифуга. Её основа - очень быстро вращающийся полый рабочий цилиндр (ротор) — линейная скорость точки на его образующей достигает 600 м/с и более. При этом достигается очень высокий перепад давления заполняющего центрифугу газа вдоль радиуса ротора, и у его оси образуется зона разрежения с увеличенной относительной концентрацией более лёгкой фракции. Кроме этого, внутри ротора внешним источником тепла создаётся перепад температуры вдоль его оси, чем достигается противоточная вертикальная циркуляция рабочего (питательного) газа. При таких условиях максимальное различие в концентрации лёгкой и тяжёлой фракций устанавливается у торцов ротора. Газ подаётся в центральную часть центрифуги через питающий трубопровод, расположенный по оси ротора. В его качестве при обогащении урана используется гексафторид урана (UF6) — единственное соединение урана, существующее в газообразном состоянии и получаемое в ходе химико-технологического процесса переработки уранового концентрата — конверсии урана. Отбор продукта (газовой фракции, обогащённой по урану-235) и отвала (обеднённой фракции) осуществляется через специальные патрубки.

На каждом из современных промышленных обогатительных комбинатов одновременно работают десятки и сотни тысяч центрифуг. Их объединяют в ступени (параллельно, для увеличения производительности) и каскады (последовательно, для увеличения степени обогащения).

В России на сегодняшний день действуют четыре обогатительных комбината: Уральский электрохимический комбинат в г. Новоуральске, Сибирский химический комбинат в Северске, Ангарский электролизно-химический комбинат и Электрохимический завод в г. Зеленогорске. Все они находятся под управлением Топливной компании «ТВЭЛ» Госкорпорации «Росатом», используют отечественное оборудование и объединяют около 36% мировых обогатительных мощностей. Срок непрерывной работы отечественной центрифуги Топливной компании «ТВЭЛ» достигает 30 лет при вероятности отказа не выше 0,1% в год.

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить