რისთვის გამოიყენება ბირთვული საწვავი? როგორ იწარმოება ბირთვული საწვავი (9 ფოტო). საწვავის ღეროდან საწვავის შეკრებამდე

ბირთვული ენერგია შედგება სხვადასხვა დანიშნულების საწარმოების დიდი რაოდენობით. ამ ინდუსტრიის ნედლეულის მოპოვება ხდება ურანის მაღაროებიდან. შემდეგ იგი მიეწოდება საწვავის წარმოების ქარხნებს.

შემდეგ საწვავი გადაიგზავნება ატომურ ელექტროსადგურებში, სადაც ის შედის რეაქტორის ბირთვში. როდესაც ბირთვული საწვავი მიაღწევს მისი გამოყენების ვადის ბოლოს, ის ექვემდებარება განადგურებას. აღსანიშნავია, რომ სახიფათო ნარჩენები ჩნდება არა მხოლოდ საწვავის გადამუშავების შემდეგ, არამედ ნებისმიერ ეტაპზე - ურანის მოპოვებიდან რეაქტორში მუშაობამდე.

ბირთვული საწვავი

არსებობს ორი სახის საწვავი. პირველი არის მაღაროებში მოპოვებული ურანი, რომელიც ბუნებრივი წარმოშობისაა. ის შეიცავს ნედლეულს, რომელსაც შეუძლია პლუტონიუმის წარმოქმნა. მეორე არის საწვავი, რომელიც იქმნება ხელოვნურად (მეორადი).

ბირთვული საწვავი ასევე იყოფა ქიმიური შემადგენლობის მიხედვით: მეტალიკი, ოქსიდი, კარბიდი, ნიტრიდი და შერეული.

ურანის მოპოვება და საწვავის წარმოება

ურანის წარმოების დიდი წილი მხოლოდ რამდენიმე ქვეყნიდან მოდის: რუსეთი, საფრანგეთი, ავსტრალია, აშშ, კანადა და სამხრეთ აფრიკა.

ურანი არის ატომური ელექტროსადგურების საწვავის მთავარი ელემენტი. რეაქტორში მოსახვედრად ის დამუშავების რამდენიმე ეტაპს გადის. ყველაზე ხშირად ურანის საბადოები ოქროსა და სპილენძის გვერდით მდებარეობს, ამიტომ მისი მოპოვება ძვირფასი ლითონების მოპოვებით ხდება.

სამთო მოპოვების დროს ადამიანის ჯანმრთელობას დიდი საფრთხე ემუქრება, რადგან ურანი ტოქსიკური მასალაა და მისი მოპოვების დროს წარმოქმნილი აირები იწვევს კიბოს სხვადასხვა ფორმებს. მიუხედავად იმისა, რომ მადანი თავისთავად შეიცავს ურანს ძალიან მცირე რაოდენობით - 0,1-დან 1 პროცენტამდე. დიდი რისკის ქვეშ იმყოფება ურანის მაღაროებთან მცხოვრები მოსახლეობაც.

გამდიდრებული ურანი არის ატომური ელექტროსადგურების მთავარი საწვავი, მაგრამ მისი გამოყენების შემდეგ რადიოაქტიური ნარჩენების უზარმაზარი რაოდენობა რჩება. მიუხედავად ყველა საშიშროებისა, ურანის გამდიდრება ბირთვული საწვავის შექმნის განუყოფელი პროცესია.

ბუნებრივი სახით, ურანი პრაქტიკულად არსად გამოდგება. გამოსაყენებლად ის უნდა გამდიდრდეს. გასამდიდრებლად გამოიყენება გაზის ცენტრიფუგები.

გამდიდრებული ურანი გამოიყენება არა მხოლოდ ბირთვულ ენერგიაში, არამედ იარაღის წარმოებაშიც.

ტრანსპორტირება

საწვავის ციკლის ნებისმიერ ეტაპზე არის ტრანსპორტი. იგი ხორციელდება ყველა არსებული საშუალებით: ხმელეთით, ზღვით, ჰაერით. ეს არის დიდი რისკი და დიდი საფრთხე არა მხოლოდ გარემოსთვის, არამედ ადამიანებისთვისაც.

ბირთვული საწვავის ან მისი ელემენტების ტრანსპორტირებისას ხდება მრავალი უბედური შემთხვევა, რაც იწვევს რადიოაქტიური ელემენტების გამოყოფას. ეს არის ერთ-ერთი იმ მრავალი მიზეზიდან, რის გამოც იგი სახიფათოა.

რეაქტორების გაუქმება

არცერთი რეაქტორი არ არის დემონტაჟი. თუნდაც სამარცხვინო ჩერნობილიც კი არის ის, რომ, ექსპერტების აზრით, დემონტაჟის ღირებულება ტოლია, ან თუნდაც აღემატება ახალი რეაქტორების მშენებლობის ღირებულებას. მაგრამ ვერავინ იტყვის ზუსტად რა თანხა დაგჭირდებათ: ღირებულება გამოითვალა კვლევისთვის მცირე სადგურების დემონტაჟის გამოცდილების საფუძველზე. ექსპერტები გვთავაზობენ ორ ვარიანტს:

1. მოათავსეთ რეაქტორები და დახარჯული ბირთვული საწვავი საცავებში.
2. გაუქმებულ რეაქტორებზე სარკოფაგების აშენება.

მომდევნო ათი წლის განმავლობაში, დაახლოებით 350 რეაქტორი მთელს მსოფლიოში მიაღწევს სიცოცხლის ბოლომდე და უნდა ამოღებულ იქნეს სამუშაოდან. მაგრამ რადგან უსაფრთხოებისა და ფასის თვალსაზრისით ყველაზე შესაფერისი მეთოდი არ არის გამოგონილი, ეს საკითხი ჯერ კიდევ მოგვარებულია.

ამჟამად მსოფლიოში 436 რეაქტორი მუშაობს. რა თქმა უნდა, ეს არის დიდი წვლილი ენერგოსისტემაში, მაგრამ ძალიან სახიფათოა. კვლევებმა აჩვენა, რომ 15-20 წელიწადში ატომური ელექტროსადგურები შეიცვლება ქარის ენერგიაზე და მზის პანელებზე მომუშავე სადგურებით.

Რადიოაქტიური ნარჩენები

ბირთვული ნარჩენების უზარმაზარი რაოდენობა წარმოიქმნება ატომური ელექტროსადგურების საქმიანობის შედეგად. ბირთვული საწვავის ხელახალი გადამუშავება ასევე ტოვებს სახიფათო ნარჩენებს. თუმცა, არცერთმა ქვეყანამ ვერ იპოვა პრობლემის გადაწყვეტა.

დღეს ბირთვული ნარჩენები ინახება დროებით საწყობებში, წყლის აუზებში ან დამარხული ზედაპირულად მიწისქვეშეთში.

ყველაზე უსაფრთხო მეთოდია შენახვა სპეციალურ საწყობებში, მაგრამ აქაც შესაძლებელია რადიაციის გაჟონვა, როგორც სხვა მეთოდებში.

სინამდვილეში, ბირთვულ ნარჩენებს აქვს გარკვეული ღირებულება, მაგრამ მოითხოვს მისი შენახვის წესების მკაცრ დაცვას. და ეს არის ყველაზე აქტუალური პრობლემა.

მნიშვნელოვანი ფაქტორია დრო, რომლის დროსაც ნარჩენები სახიფათოა. თითოეულს აქვს თავისი დაშლის პერიოდი, რომლის დროსაც ის ტოქსიკურია.

ბირთვული ნარჩენების სახეები

ნებისმიერი ატომური ელექტროსადგურის ექსპლუატაციის დროს მისი ნარჩენები გარემოში ხვდება. ეს არის წყალი ტურბინებისა და აირისებრი ნარჩენების გასაციებლად.

ბირთვული ნარჩენები იყოფა სამ კატეგორიად:

1. დაბალი დონე - ატომური ელექტროსადგურის თანამშრომლების ტანსაცმელი, ლაბორატორიული აღჭურვილობა. ასეთი ნარჩენები ასევე შეიძლება მოვიდეს სამედიცინო დაწესებულებებიდან და სამეცნიერო ლაბორატორიებიდან. ისინი არ წარმოადგენენ დიდ საფრთხეს, მაგრამ მოითხოვს უსაფრთხოების ზომების დაცვას.
2. შუალედური დონე - ლითონის კონტეინერები, რომლებშიც ხდება საწვავის ტრანსპორტირება. მათი რადიაციის დონე საკმაოდ მაღალია და მათთან ახლოს მყოფი უნდა იყოს დაცული.
3. მაღალ დონეზე იხარჯება ბირთვული საწვავი და მისი გადამუშავების პროდუქტები. რადიოაქტიურობის დონე სწრაფად იკლებს. მაღალი დონის ნარჩენები ძალიან მცირეა, დაახლოებით 3 პროცენტი, მაგრამ შეიცავს მთელი რადიოაქტიურობის 95 პროცენტს.

გამომდინარე იქიდან, რომ ბირთვული საწვავი უფრო ეფექტურია, ვიდრე ყველა სხვა ტიპის საწვავი, რომელიც დღეს გვაქვს, დიდი უპირატესობა ენიჭება ყველაფერს, რასაც შეუძლია ატომური სადგურების დახმარებით მუშაობა (ატომური ელექტროსადგურები, წყალქვეშა ნავები, გემები და ა.შ.). ჩვენ ვისაუბრებთ იმაზე, თუ როგორ იწარმოება ბირთვული საწვავი რეაქტორებისთვის.

ურანი მოიპოვება ორი ძირითადი გზით:
1) პირდაპირი მოპოვება კარიერებში ან მაღაროებში, თუ ამის საშუალებას იძლევა ურანის სიღრმე. ამ მეთოდით, იმედი მაქვს, ყველაფერი ნათელია.
2) მიწისქვეშა გაჟონვა. ეს ხდება მაშინ, როდესაც ჭაბურღილები იჭრება იმ ადგილას, სადაც ურანი აღმოჩნდება, მათში გოგირდმჟავას სუსტი ხსნარი ჩაედინება და ხსნარი ურთიერთქმედებს ურანთან, ერწყმის მას. შემდეგ მიღებულ ნარევს ზედაპირზე ამოტუმბავს და მისგან ქიმიური მეთოდებით გამოიყოფა ურანი.

წარმოვიდგინოთ, რომ მაღაროში უკვე გამოვყავით ურანი და მოვამზადეთ შემდგომი გარდაქმნებისთვის. ქვემოთ მოცემულ ფოტოზე ნაჩვენებია ეგრეთ წოდებული "ყვითელი ტორტი", U3O8. კასრში შემდგომი ტრანსპორტირებისთვის.

ყველაფერი კარგად იქნებოდა და თეორიულად ეს ურანი შეიძლება მაშინვე გამოიყენებოდეს ატომური ელექტროსადგურებისთვის საწვავის წარმოებისთვის, მაგრამ სამწუხაროდ. ბუნებამ, როგორც ყოველთვის, საქმე მოგვცა. ფაქტია, რომ ბუნებრივი ურანი შედგება სამი იზოტოპის ნარევისგან. ეს არის U238 (99.2745%), U235 (0.72%) და U234 (0.0055%). ჩვენ აქ მხოლოდ U235 გვაინტერესებს - ვინაიდან ის შესანიშნავად იზიარებს თერმულ ნეიტრონებს რეაქტორში, სწორედ ის გვაძლევს საშუალებას ვისარგებლოთ დაშლის ჯაჭვური რეაქციის ყველა უპირატესობით. სამწუხაროდ, მისი ბუნებრივი კონცენტრაცია არ არის საკმარისი თანამედროვე ატომური ელექტროსადგურის რეაქტორის სტაბილური და გრძელვადიანი მუშაობისთვის. მართალია, რამდენადაც მე ვიცი, RBMK აპარატი შექმნილია ისე, რომ მას შეუძლია გაშვება ბუნებრივი ურანისაგან დამზადებულ საწვავზე, მაგრამ ასეთ საწვავზე მუშაობის სტაბილურობა, ხანგრძლივობა და უსაფრთხოება საერთოდ არ არის გარანტირებული.
ჩვენ გვჭირდება ურანის გამდიდრება. ანუ გავზარდოთ U235-ის კონცენტრაცია ბუნებრივიდან რეაქტორში გამოყენებულზე.
მაგალითად, RBMK რეაქტორი მუშაობს 2.8%-ით გამდიდრებულ ურანზე, ხოლო VVER-1000 რეაქტორი მუშაობს 1.6-დან 5.0%-მდე გამდიდრებულ ურანზე. საზღვაო და საზღვაო ატომური ელექტროსადგურები მოიხმარენ 20%-მდე გამდიდრებულ საწვავს. და ზოგიერთი კვლევითი რეაქტორი მუშაობს საწვავზე 90% გამდიდრებით (მაგალითად, IRT-T ტომსკში).
რუსეთში ურანის გამდიდრება ხდება გაზის ცენტრიფუგების გამოყენებით. ანუ ის ყვითელი ფხვნილი, რომელიც ადრე იყო ფოტოზე, გარდაიქმნება გაზად, ურანის ჰექსაფტორიდ UF6. ეს გაზი შემდეგ მიეწოდება ცენტრიფუგების კასკადს. თითოეული ცენტრიფუგადან გასასვლელში, U235 და U238 ბირთვების წონის სხვაობის გამო, ვიღებთ ურანის ჰექსაფტორიდს U235-ის ოდნავ გაზრდილი შემცველობით. პროცესი ბევრჯერ მეორდება და ბოლოს ჩვენთვის საჭირო გამდიდრებით ვიღებთ ურანის ჰექსაფტორიდს. ქვემოთ მოცემულ ფოტოში თქვენ შეგიძლიათ ნახოთ ცენტრიფუგების კასკადის მასშტაბი - ბევრი მათგანია და ისინი ვრცელდება შორეულ დისტანციებზე.

UF6 გაზი შემდეგ გარდაიქმნება UO2-ად, ფხვნილის სახით. ქიმია, ბოლოს და ბოლოს, ძალიან სასარგებლო მეცნიერებაა და ასეთი სასწაულების შექმნის საშუალებას გვაძლევს.
თუმცა ამ ფხვნილის რეაქტორში ადვილად ჩასხმა შეუძლებელია. უფრო სწორად, შეგიძლია დაიძინო, მაგრამ კარგი არაფერი გამოვა. ის (ფხვნილი) უნდა მივიყვანოთ ისეთ ფორმამდე, რომ რეაქტორში ჩავასხათ დიდი ხნით, წლების განმავლობაში. ამ შემთხვევაში, თავად საწვავი არ უნდა შედიოდეს კონტაქტში გამაგრილებლთან და არ უნდა გასცდეს ბირთვს. და ამ ყველაფრის გარდა, საწვავმა უნდა გაუძლოს ძალიან, ძალიან მძიმე წნევას და ტემპერატურას, რომელიც წარმოიქმნება მასში რეაქტორის შიგნით მუშაობისას.
სხვათა შორის, დამავიწყდა მეთქვა, რომ ფხვნილი ასევე არ არის რაიმე სახის - ის უნდა იყოს გარკვეული ზომის, რათა დაჭერისა და აგლომერაციის დროს ზედმეტი სიცარიელე და ბზარები არ წარმოიქმნას. ჯერ ფხვნილისგან ამზადებენ ტაბლეტებს დიდი ხნით დაჭერით და ცხობით (ტექნოლოგია ადვილი ნამდვილად არ არის, მისი დარღვევის შემთხვევაში საწვავის ტაბლეტები არ გამოდგება). მე გაჩვენებთ ტაბლეტების ვარიაციებს ქვემოთ მოცემულ ფოტოში.

ტაბლეტებზე ხვრელები და ჭრილები საჭიროა თერმული გაფართოებისა და რადიაციის ცვლილებების კომპენსაციისთვის. რეაქტორში, დროთა განმავლობაში, ტაბლეტები შეშუპებულია, იღუნება, იცვლის ზომას და თუ არაფერია გათვალისწინებული, ისინი შეიძლება დაიშალოს და ეს ცუდია.

მზა ტაბლეტები შემდეგ იფუთება ლითონის მილებში (დამზადებულია ფოლადისგან, ცირკონიუმისგან და მისი შენადნობებისგან და სხვა ლითონებისგან). მილები დახურულია ორივე ბოლოდან და დალუქულია. საწვავთან დასრულებულ მილს ეწოდება საწვავის ელემენტი - საწვავის ელემენტი.

სხვადასხვა რეაქტორს სჭირდება სხვადასხვა დიზაინისა და გამდიდრების საწვავის ელემენტები. მაგალითად, RBMK საწვავის წნელები 3,5 მეტრია. საწვავის ელემენტები, სხვათა შორის, არ არის მხოლოდ წნელები. როგორც ფოტოზე. ისინი გამოდიან ფირფიტის ტიპის, რგოლის ტიპის და სხვადასხვა ტიპისა და მოდიფიკაციების სახით.
შემდეგ საწვავის ელემენტები გაერთიანებულია საწვავის კრებულებში - FA-ებში. RBMK რეაქტორის საწვავის შეკრება შედგება 18 საწვავის წნელისგან და ასე გამოიყურება:

VVER რეაქტორის საწვავის შეკრება ასე გამოიყურება:
როგორც ხედავთ, VVER რეაქტორის საწვავის შეკრება შედგება ბევრად უფრო დიდი რაოდენობის საწვავის ღეროებისგან, ვიდრე RBMK.
მზა სპეციალური პროდუქტი (FA) შემდეგ მიეწოდება ატომურ ელექტროსადგურს უსაფრთხოების ზომების დაცვით. რატომ სიფრთხილის ზომები? ბირთვული საწვავი, თუმცა ჯერ კიდევ არ არის რადიოაქტიური, არის ძალიან ღირებული, ძვირი და ძალიან უყურადღებოდ მოპყრობის შემთხვევაში შეიძლება მრავალი პრობლემა გამოიწვიოს. შემდეგ ხორციელდება საწვავის შეკრების მდგომარეობის საბოლოო კონტროლი და ჩატვირთვა რეაქტორში. ესე იგი, ურანიმ დიდი გზა გაიარა მიწისქვეშა მადნიდან მაღალტექნოლოგიურ მოწყობილობამდე ბირთვული რეაქტორის შიგნით. ახლა მას სხვა ბედი აქვს - რამდენიმე წელი დაიძაბოს რეაქტორის შიგნით და გამოუშვას ძვირფასი სითბო, რომელსაც წყალი (ან სხვა გამაგრილებელი) მიიღებს მისგან.

თანამედროვე მანქანას შეუძლია იმუშაოს ბენზინზე, რომლის ოქტანური მაჩვენებელია 72 - მაგრამ ეს იქნება სევდიანი და ნელი მგზავრობა. ატომურ ელექტროსადგურს შეუძლია იმუშაოს 50 წლის წინ შემუშავებულ საწვავზე - მაგრამ ის იმუშავებს წამგებიანი რეჟიმით; რეაქტორი ვერ შეძლებს გააცნობიეროს მისი დიზაინერების მიერ მასში ჩართული ახალი შესაძლებლობები. პირველი ატომური ელექტროსადგურის შექმნის დღიდან ბირთვული მეცნიერები მუდმივად მუშაობდნენ ბირთვული საწვავის ხარისხის გასაუმჯობესებლად, ბირთვული ენერგიის უპირატესობების გაზრდის მიზნით.

ჩვენ ყველამ ვნახეთ და უკვე მიჩვეულები ვართ, როგორ გამოიყურება ატომური ელექტროსადგურები - გიგანტური სტრუქტურები, რომლებიც შეიძლება და უნდა ჩაითვალოს ადამიანური ცივილიზაციის განვითარების თანამედროვე ეტაპის ერთ-ერთ სიმბოლოდ. უზარმაზარი ტურბინები, რომელთა მბრუნავი როტორი ქმნის უზარმაზარ ელექტრულ დენს, მძლავრ ტუმბოებს, რომლებიც ატარებენ წყალს რეაქტორის ბირთვში მაღალი წნევის ქვეშ, გამძლე რეაქტორის ჭურჭელი, დამატებითი დალუქული ჭურვები, რომლებიც უძლებენ მიწისძვრებს და მათზე დაცემის თვითმფრინავებს. პირველადი და მეორადი სქემების მილსადენები, გიგანტური გამაგრილებელი კოშკები, რომლებშიც მეორადი წრის წყალი კლებულობს - აქ ყველაფერი დიდია, ზოგჯერ კოლოსალური. მაგრამ ნებისმიერი ბირთვული რეაქტორის გული ძალიან პატარაა, რადგან კონტროლირებადი ბირთვული დაშლის რეაქცია ხდება ძალიან პატარა საწვავის მარცვლებში, რომლებიც შეიცავს იზოტოპ-235-ში გამდიდრებულ ურანს. სწორედ აქ, პატარა ტაბლეტებში ხდება ყველაზე მნიშვნელოვანი - დიდი რაოდენობით სითბოს გამოყოფა, რომლის სასარგებლო გამოყენებისთვის იქმნება ყველაფერი, რასაც ატომურ ელექტროსადგურებში ვხედავთ. ეს არის ყველაფერი, დიდი და ლამაზი, რთული მოწყობილობა, რომელიც მოითხოვს უზარმაზარ ძალისხმევას წარმოებასა და ექსპლუატაციაში - მხოლოდ საწვავის მარცვლების "მომსახურება".

ბირთვული ენერგია ფორმულების გარეშე

საკმაოდ რთულია საუბარი იმაზე, თუ რა არის ბირთვული საწვავი ატომური ელექტროსადგურიდან - ჩვეულებრივ შემთხვევებში, აღწერილობა მოითხოვს მრავალ დონის მათემატიკურ ფორმულებს, ატომურ ფიზიკას და სხვა კვანტურ მექანიკას. შევეცადოთ გავაკეთოთ ამ ყველაფრის გარეშე, რათა გავიგოთ, როგორ მოათვინიერეს ურანი ჩვენი ბირთვული მეცნიერები, რაც მას ელექტროენერგიის საიმედო წყაროდ აქცევს, რომელიც ჩვენ ძალიან გვჭირდება. გვეჩვენება, რომ ლოგიკა და მარტივი ყოველდღიური საღი აზრი ამისთვის სრულიად საკმარისი იქნება და ამოსავალი წერტილი იქნება დაშლის ჯაჭვური რეაქციის სკოლის აღწერა. გახსოვს?

„ნეიტრონი ურანის ბირთვს ურტყამს, მისგან ერთდროულად ორ ნეიტრონს ურტყამს, რომელიც ახლა ურტყამს რამდენიმე ბირთვს, ატყდება ერთდროულად ოთხს...“

ბირთვული ჯაჭვური რეაქცია

მათემატიკური თვალსაზრისით, ნეიტრონის გამრავლების კოეფიციენტით ორი, კონტროლირებადი ჯაჭვური რეაქცია შეუძლებელია. თავისუფალი ნეიტრონების რაოდენობა და ურანის ბირთვების დაშლის მოვლენები ისე იზრდება ზვავის მსგავსი, რომ შეიძლება იყოს მხოლოდ ერთი შედეგი - ატომური აფეთქება. იმისთვის, რომ რეაქცია შეუფერხებლად წარიმართოს, რათა შესაძლებელი იყოს მისი კონტროლი და რეგულირება, აუცილებელია გამრავლების კოეფიციენტის მიღწევა 1.02 - ასმა თავისუფალმა „საწყისმა“ ნეიტრონმა უნდა გამოიწვიოს „მეორე“ 102 თავისუფალი ნეიტრონის გამოჩენა. თაობა“, ყველა დანარჩენი უნდა აღმოიფხვრას, შეიწოვოს, განეიტრალდეს - ამ პროცესს რაც გინდათ უწოდეთ, მაგრამ ეს უნდა მოხდეს. ეს ზღვრული მნიშვნელობა თეორიულად გამოითვალა, რისთვისაც განსაკუთრებული „მადლობა“ ჩვენს მეცნიერებს. მათ დაადგინეს, რომ იზოტოპ-235-ის ბუნებრივი შემცველობა არ არის საკმარისი იმისათვის, რომ გამრავლების ფაქტორი ერთს გადააჭარბოს. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, თუ გვსურს გაყოფის რეაქცია გაგრძელდეს, უნდა ვისწავლოთ როგორ გავზარდოთ ამ იზოტოპის შემცველობა 3-4%-მდე, ანუ 5-6-ჯერ მეტი, ვიდრე დედა ბუნება გვაძლევს. თეორეტიკოსებმა გააკეთეს გამოთვლები, მაგრამ პრაქტიკულმა ინჟინრებმა შეასრულეს დანარჩენი სამუშაოები, გამოიყენეს მასალები, რომლებიც შთანთქავს ზედმეტ ნეიტრონებს რეაქტორის ბირთვში და გამოიგონეს "ნეიტრონების ნეიტრალიზატორები".

ქიმია არის სიცოცხლე

როგორ ხდება ურანის გამდიდრება იზოტოპ-235-ის შემცველობის საფუძველზე, ანალიტიკური ონლაინ ჟურნალი Geoenergetics.ruმე უკვე გითხარით, რომ ჯერ ურანი უნდა გადაიქცეს გაზად, ურანის ფტორადად, შემდეგ გაზის ცენტრიფუგების გამოყენებით მძიმე ატომების „დასარევად“, რის გამოც გაიზრდება მსუბუქი ატომების რაოდენობა (ურანის მთავარი იზოტოპის ბირთვი. შეიცავს 238 პროტონს და ნეიტრონს, ასეთი ატომი იწონის სამ ატომურ ერთეულს, ვიდრე ურანი-235 ატომს). მშვენიერია - ფტორი გამდიდრდა ურანი-235-ით, ყველაფერი კარგადაა. და მერე - რა და როგორ? ბირთვული საწვავის გზა ატომური ელექტროსადგურების რეაქტორებში იწყება ქიმიკოსების მზრუნველი ხელებით, რომლებიც ასრულებენ უაღრესად მნიშვნელოვან სამუშაოს - ისინი აქცევენ გაზს მყარ ნივთიერებად და ისეთად, როგორიც მათ ბირთვულმა მეცნიერებმა "უბრძანეს". რაც ბირთვულ ენერგიას ასე გასაკვირს ხდის არის ის, რომ ის არ შემოიფარგლება მხოლოდ ატომური ფიზიკით; იგი იყენებს ათობით სამეცნიერო დისციპლინას ერთდროულად, მათ შორის როსტომიყოველთვის არის ადგილი ქიმიკოსებისთვის, მასალათმცოდნეებისთვის, მეტალურგებისთვის და მრავალი სხვა სპეციალისტისთვის.

ფიზიკოსები კი ქიმიკოსებს უბრძანებენ ურანის დიოქსიდს - მოლეკულების ფხვნილს, რომელიც შეიცავს ურანის ერთ ატომს და ჟანგბადის ორ ატომს. რატომ მას? დიახ, ამ მოლეკულების ბევრი თვისება მტკივნეულად კარგია. ურანის დიოქსიდის დნობის წერტილი 2840 გრადუსია; მისი დნობა ძალიან რთულია; ბირთვული ენერგიის ისტორიაში მხოლოდ სამი უბედური შემთხვევა მოხდა ბირთვული საწვავის დნობით. ურანის დიოქსიდი ნაკლებად მგრძნობიარეა ეგრეთ წოდებული გაზის შეშუპების მიმართ - საინტერესო ფენომენი, მაგრამ საზიანოა ბირთვული ენერგიისთვის. ის, რაც ხდება რეაქტორის ბირთვში, შუა საუკუნეების ალქიმიკოსების ოცნების განსახიერებაა; იქ ხდება ზოგიერთი ქიმიური ელემენტის გარდაქმნა სხვებად, მათგან სრულიად განსხვავებულად. თავისუფალი ნეიტრონი, რომელიც ეჯახება ურანი-235-ის ბირთვს, არა მხოლოდ არღვევს მისგან დამატებით თავისუფალ ნეიტრონებს - ის იწვევს თავად ბირთვის დაყოფას სხვადასხვა ნაწილებად. ზუსტად როგორ ხდება დაშლა და რა ახალი ბირთვები წარმოიქმნება, შემთხვევითობაა, მაგრამ სტატისტიკა აჩვენებს, რომ სხვა დაშლის ფრაგმენტებს შორის არის აირებიც. ისინი გროვდებიან საწვავის გრანულების შიგნით და იქცევიან ისე, როგორც აირები უნდა - ისინი ცდილობენ დაიკავონ რაც შეიძლება მეტი მოცულობა, ისინი ცდილობენ სიტყვასიტყვით გაანადგურონ საწვავის მარცვლები. დამეთანხმებით, ამაში არაფერია გამოსადეგი - ჩვენ გვჭირდება საწვავის მარცვლები ხელუხლებელი და ჯანსაღი, რათა ის დარჩეს ბირთვში რაც შეიძლება დიდხანს, რათა გადმოგვცეს მთელი ენერგია, რომელიც შეიცავს ურანის ატომების ბირთვებს. ასე რომ, მხოლოდ ჰარდკორი, მხოლოდ ურანის დიოქსიდი - ის საშუალებას გაძლევთ გამოიყენოთ უფრო მაღალი ტემპერატურა, რაც ზრდის ატომური ელექტროსადგურის ეფექტურობას, ეს საშუალებას გაძლევთ გაზარდოთ საწვავის წვა.

"ბირთვული საწვავის დაწვა" არის სრულიად სამეცნიერო და ტექნიკური ტერმინი, მაგრამ უმაღლესი ფიზიკის განათლება არ არის საჭირო იმის გასაგებად, თუ რა არის ეს. საწვავის წვა არის ურანის ბირთვების ის ნაწილი, რომელმაც განიცადა ბირთვული ტრანსფორმაცია ნეიტრონების ზემოქმედებისას. პროცენტულად გამოხატული, რაც უფრო მაღალია პროცენტი, მით მეტია ურანის ბირთვების რაოდენობა, რომელთა გამოყენებაც ჩვენ გვჭირდებოდა, მათგან სითბოს მიღებას, რომელიც გამოიყენებოდა ელექტროენერგიის გამომუშავებისთვის. ამრიგად, საწვავის დაწვა ატომური ელექტროსადგურის ერთ-ერთი მთავარი ეკონომიკური პარამეტრია. თუ ბირთვში 100 კილოგრამი ურანი-235 მოვათავსეთ და საწვავის კამპანიის ბოლოს 99 კგ ამოვიღეთ - ბირთვის, რეაქტორისა და ატომური ელექტროსადგურის ასეთი დიზაინი უსარგებლოა. მაგრამ თუ აღმოჩნდება, რომ ბირთვიდან ამოღებულ საწვავის მარცვლებში ურანი-235 არ დარჩა, მაშინ დიზაინერებმა კარგად გააკეთეს და დადგა დრო, სასწრაფოდ მიენიჭონ თითოეულ მათგანს ნობელის პრემია, ან კიდევ უკეთესი, ორი.

ფაქტობრივად, 100%-იანი დამწვრობის მაჩვენებელი პრინციპში მიუწვდომელია, მაგრამ ეს არ ნიშნავს იმას, რომ ამისთვის არ იბრძვიან - ყოველ პროცენტზე სერიოზული ბრძოლებია. რაც უფრო დიდია წვის სიღრმე, მით უფრო დაბალია მიღებული ელექტროენერგიის ღირებულება და ნახშირწყალბადების წვაზე დაფუძნებულ ენერგიასთან კონკურენცია არ გაუქმებულა. უფრო მეტიც, რაც უფრო დიდხანს "იწვის" ტაბლეტი, მით უფრო იშვიათად სჭირდება რეაქტორს საწვავის დატენვა. VVER-ის (წყლით გაგრილებული წყლის გაგრილებული დენის რეაქტორის) დიზაინი ისეთია, რომ საწვავი იცვლება, როდესაც რეაქტორი მთლიანად გაჩერებულია და გაცივდება - ეს უფრო უსაფრთხოა. რაც უფრო ნაკლებია ასეთი გამორთვა, მით უფრო მაღალია დაყენებული სიმძლავრის გამოყენების ფაქტორი; შესაძლებლობების ფაქტორი ბირთვული ელექტროსადგურის მეორე ყველაზე მნიშვნელოვანი ეკონომიკური მაჩვენებელია. თქვენი მტვერსასრუტის ტექნიკური მონაცემების ფურცელზე მითითებულია მისი სიმძლავრე - ვთქვათ, 1200 Wh. თქვენ მიიღებთ 1,200 ვატს, თუ მტვერსასრუტი მუშაობს ზუსტად ერთი საათის განმავლობაში, ნახევარ საათში ოპერაციის რეჟიმში - ნახევარი საათის განმავლობაში "რაღაც აიღო ქვედა უკან", თქვენ მიიღებთ მხოლოდ 600 ვატს, ან, სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, სიმძლავრე მტვერსასრუტი მხოლოდ 50%იქნება. როგორც საწვავის დამწვრობის შემთხვევაში, სანუკვარი მიზანი 100%-ს შეადგენს, და ისევ ყოველ პროცენტს ითვლის, რადგან ბირთვული რეაქტორების ეკონომიკა უფრო მომგებიანი უნდა იყოს, ვიდრე თერმული ელექტროსადგურის ეკონომიკა და ჰიდროელექტროსადგურის ეკონომიკაც კი .

როგორც ჩანს - როგორ შეგიძლიათ აჩვენოთ უფრო მომგებიანი ეკონომიკური შედეგები, ვიდრე ჰიდროელექტროსადგური, რომელიც საერთოდ არ საჭიროებს საწვავს, სადაც მხოლოდ ჩამოვარდნილი წყლის ენერგია გამოიყენება? დიახ, ეს ძალიან მარტივია - წყალი არ ეცემა ჰიდრავლიკურ ბლოკებზე 24 საათის განმავლობაში, წელიწადში 365 დღე; ეს მოითხოვს წყლის ძალიან სპეციფიკურ მოცულობას წყალსაცავში. სანამ ამ მოცულობას არ მიაღწევს, ჰიდროელექტროსადგური "ისვენებს", ხოლო ატომურ ელექტროსადგურს, რომელმაც არაფერი იცის ასეთი პაუზების შესახებ, ექნება დრო, რომ დაეწიოს და გაუსწროს კონკურენტს. აქ არის მოკლე შინაარსი - ნებისმიერი ატომური ელექტროსადგურის ეფექტურობა, დამწვრობა და სიმძლავრის ფაქტორი კრიტიკულად არის დამოკიდებული საწვავის მარცვლებზე და მის მასალაზე. ქიმიკოსი, რომელიც ურანის ფტორიდის გაზს ურანის დიოქსიდის ფხვნილად აქცევს, გახსოვდეთ - ბირთვული ენერგიის მომავალი თქვენს უნარზეა დამოკიდებული!

საწვავის ტაბლეტები - ეტაპობრივად

ბევრი რამის ახსნა შეიძლება მარტივი სიტყვებით, მაგრამ ასეთი სავარჯიშოს გაკეთება ქიმიკოსების მუშაობის აღწერისთვის შეუძლებელია სიტყვიდან "ზოგადად", ასე რომ მოემზადეთ. ურანის ფტორიდის გაზი ჯერ გადის წყალხსნარში ურანილის ფტორიდის მისაღებად, რომელიც შერეულია ამიაკით და ნახშირმჟავას მჟავა ნარჩენებთან. შედეგი არის ამონიუმის ურანილის კარბონატი, რომელიც გროვდება - ჩათვალეთ, რომ ნახევარი ბრძოლა უკვე დასრულებულია, რაღაც მყარი მაინც გვაქვს და არა აირისებრი. სუსპენზია გადის ფილტრში, ირეცხება და იგზავნება თხევადი საწოლის ღუმელში, სადაც მაღალი ტემპერატურის გამო, ყველა არასაჭირო მინარევები იშლება და ტოვებს ურანის ტრიოქსიდის ფხვნილის მშრალ ნარჩენს (ამ მოლეკულაში ურანის ყოველ 1 ატომზე არის სამი ჟანგბადის ატომები). ესე იგი, ახლა ის თითქმის ჩვენია!

ურანის დიოქსიდის ფხვნილის წარმოების ტერიტორია მაღალი ტემპერატურის პიროჰიდროლიზის გამოყენებით

ტემპერატურა ისევ მაღალია - 500 გრადუსი, ოღონდ ამჯერად წყალბადის გავლისას, რომელიც ზედმეტ ჟანგბადის ატომს იღებს და ქიმიკოსები მშვიდად მიდიან ლანჩზე, რაც ფიზიკოსებს საშუალებას აძლევს მიიღონ მათთვის სასურველი ურანის დიოქსიდი. თუმცა, ადრე უხარიათ - მათ მაშინვე ურტყამს გაშლილ ხელებს... მეტალურგები, რადგან საწვავის ტაბლეტები ფხვნილის მეტალურგიით იწარმოება. ქიმიკოსების მუშაობის შედეგად მიღებულ ფხვნილს აწურებენ, ასხამენ და იღებენ წვრილ ფხვნილს - აწურებენ თითქმის მტვერამდე. შემკვრელებისა და საპოხი მასალების დამატების შემდეგ ტაბლეტები დაწნეხება და ხელახლა დუღდება ზედმეტი მინარევების მოსაშორებლად. ამის შემდეგ ტემპერატურა მატულობს 1750 გრადუსამდე, ტაბლეტები უფრო მკვრივი, მძიმე ხდება - ახლა მათი დამუშავება შესაძლებელია მექანიკური მეთოდებით. ცილინდრული საფქვავი მოქმედებს საჭირო ზომების მისაღებად - სულ ესაა.

ურანის მარცვლების წარმოების ტერიტორია

არა, კარგად, არც ისე "ყველა", რადგან ამის შემდეგ დაუყოვნებლივ ინსპექტორები მოდიან სახელოსნოში, რათა შეამოწმონ გეომეტრიული ზომები, ზედაპირის ხარისხი, ტენიანობის შემცველობა და ჟანგბადისა და ურანის ატომების თანაფარდობა. გთხოვთ გაითვალისწინოთ, რომ არ არის აუცილებელი შეამოწმოთ ურანი-235 და ურანი-238 ატომების თანაფარდობა - რაც არ უნდა მანიპულაციები შეასრულონ ქიმიკოსებმა, მათი ქმედებები გავლენას არ ახდენს ატომის ბირთვების შემადგენლობაზე. მთელი ამ სამუშაოს შედეგია საწვავის ტაბლეტები, რომლებიც იწონის მხოლოდ 4,5 გრამს, მაგრამ ეს პაწაწინა მარცვლები შეიცავს იმავე რაოდენობის ენერგიას, როგორც 400 კგ ქვანახშირი, 360 კუბური მეტრი ბუნებრივი აირი ან 350 კგ ზეთი.

ბირთვული კერამიკული საწვავის მარცვლების წარმოება და ტექნიკური კონტროლი

რუსულ ბირთვულ საწარმოებში წარმოებული ტაბლეტების ასორტიმენტი, რომლებიც შედიან TVEL საწვავის კომპანია– 40-ზე მეტი ჯიში, სხვადასხვა ზომის, ურანი-235-ის გამდიდრების სხვადასხვა ხარისხი. მაგრამ ერთი რამ უცვლელი რჩება - ბირთვული ენერგია აგრძელებს ურანის დიოქსიდის საწვავად გამოყენებას, რაც თავისთავად წარმოადგენს რადიოაქტიურობის გავრცელების ერთ-ერთ ბარიერს. სამუშაო ტემპერატურაზე ეს მასალა ინარჩუნებს დაშლის პროდუქტების 98%-ს თავის შიგნით, რაც ამცირებს დალუქვის დატვირთვას მინიმუმამდე. იმისათვის, რომ საწვავმა შეასრულოს თავისი "ბარიერი" ფუნქციები, მნიშვნელოვანია, რომ საწვავის ურთიერთქმედება გამაგრილებლთან იყოს მინიმალური - წინააღმდეგ შემთხვევაში, რადიოაქტიური დაშლის პროდუქტებს აქვთ შესაძლებლობა გაექცნენ გარე გარემოში ყველა შემდგომი უსიამოვნო შედეგით.

საწვავის ღერო არ არის მხოლოდ "გრძელი მილი"

კარგი, ტაბლეტები გაკეთდა, შემდეგ რა? ბირთვული რეაქტორის იდეა მარტივია - გამაგრილებელმა უნდა "ამოიღოს" ბირთვული რეაქციების შედეგად გამოთავისუფლებული მთელი სითბო. ეს არ არის ერთჯერადი მოცილება; ეს ამოღება უნდა მოხდეს საწვავის მთელი სესიის განმავლობაში - იმ დროს, როდესაც საწვავი იმყოფება რეაქტორის ბირთვში. VVER რეაქტორებში ეს სამუშაო შესრულებულია წყლის გავლის გზით ბირთვში მაღალი წნევის ქვეშ. ჩააგდეთ საწვავის ტაბლეტები ბირთვში, როგორც დვრილები მდუღარე წყალში? ეს არ არის ვარიანტი; ბევრად უფრო გონივრული იქნება იმის უზრუნველყოფა, რომ საწვავის მარცვლები სტაციონარული იყოს, რომლის გასწვრივ წყლის ნაკადი გადის წნევის ქვეშ და ართმევს ბირთვული რეაქციების დროს წარმოქმნილ თერმულ ენერგიას. შესაბამისად, საჭიროა რაიმე სახის „დამჭერი“, რომელიც შექმნილია საწვავის სტაციონარული ადგილმდებარეობის უზრუნველსაყოფად - ეს არის ღრუ თხელკედლიანი მილი, რომლის შიგნით არის საწვავის მარცვლები - საწვავის ღერო, საწვავის ელემენტი.

საწვავის ელემენტები (საწვავის ელემენტები), ფოტო: wikimedia.org

რატომ თხელკედლიანი? ისე, რომ საწვავის მარცვლებში წარმოქმნილი სითბო შეიძლება თითქმის შეუფერხებლად "ამოიღოს" წყლით, ანუ საწვავის ღეროების კედლების მასალის პირველი მოთხოვნა არის მაქსიმალური თბოგამტარობა. აიღო - მისცა, აიღო - მისცა. მეორე მოთხოვნაც საკმაოდ აშკარაა - საწვავის ელემენტის კედლების გარე მხარე მუდმივად წყალშია, ამიტომ მის მასალას არ უნდა ეშინოდეს კოროზიის. მესამე პირობაც აშკარაა - მასალამ უნდა გაუძლოს მუდმივ მაღალ რადიოაქტიურობას, ძირითადი ბირთვული პროცესებისთვის ზიანის მიყენების გარეშე. მან უნდა შეიწოვოს რაც შეიძლება ნაკლები ნეიტრონი, რათა არ შეწყდეს ბირთვული რეაქცია, რათა არ აიძულოს ურანის წარმოება იზოტოპ-235-ში გამდიდრების უფრო მაღალი ხარისხით. მილის დიამეტრი, ისევე როგორც საწვავის მარცვლების დიამეტრი, უნდა იყოს რაც შეიძლება მცირე - წინააღმდეგ შემთხვევაში, სითბო, რომელიც წარმოიქმნება ცენტრალურ სეგმენტებში, არ მიაღწევს გამაგრილებელს. ეს არის მოთხოვნების ნაკრები, რომელსაც უნდა აკმაყოფილებდეს ისეთი „მარტივი“ ნივთი, როგორიცაა საწვავის ღეროს თხელი კედელი.

ბირთვული ენერგიის განვითარების ეტაპზე უჟანგავი ფოლადი იქცა ასეთ მასალად, მაგრამ ეს დიდხანს არ გაგრძელებულა - აღმოჩნდა, რომ ფოლადი ძალიან ბევრ თავისუფალ ნეიტრონს იკავებს, საჭიროა რაღაც ნაკლებად მომაბეზრებელი. ამ დროისთვის ბირთვულმა მეცნიერებმა საფუძვლიანად იმუშავეს და იპოვეს ლითონი მინიმალური ნეიტრონის დაჭერის ჯვრის მონაკვეთით - ცირკონიუმი. ამ შემთხვევაში სიტყვა „სექცია“ ცვლის სიტყვას „ალბათობა“. ალბათობა იმისა, რომ ცირკონიუმის ატომის ბირთვით გამავალი ნეიტრონი დაიპყროს მის ქსელში, მინიმალურია, ხოლო ცირკონიუმს აქვს სითბოს გადაცემის შესანიშნავი კოეფიციენტი, ის არ ურთიერთქმედებს წყალთან, ის დნება მხოლოდ 1855 გრადუსზე მაღალ ტემპერატურაზე. აქვს თერმული გაფართოების ძალიან დაბალი კოეფიციენტი - სამაგიეროდ, იმისათვის, რომ გაცხელდეს, ის უბრალოდ სითბოს „გამოყოფს“ გარე გარემოში. დამეთანხმებით - ეს უბრალოდ იდეალური მასალაა ბირთვული ენერგიისთვის, თუ თქვენ შეგიძლიათ მიაღწიოთ მას იდეალურ ქიმიურ სისუფთავეში, რადგან ნებისმიერი მინარევები მიდრეკილია აქტიურად "ჭამს" თავისუფალ ნეიტრონებს.

საწვავის ღეროსა და საწვავის აწყობის წარმოების სახელოსნო

როგორც კი მეტალურგებმა განაცხადეს, რომ ისწავლეს ამ ამოცანის გამკლავება, ბირთვული ენერგია ცირკონიუმზე გადავიდა. ერთადერთი საწარმო რუსეთში და მსოფლიოში სამიდან ერთ-ერთი, რომელსაც აქვს ცირკონიუმის და მისი შენადნობების წარმოების სრული ციკლი, არის ჩეპეცკის მექანიკური ქარხანა (გლაზოვი, უდმურტია), რომელიც TVEL-ის საწვავის კომპანიის ნაწილია. 1986 წლიდან ChMP გადავიდა საწვავის ელემენტების გარსაცმების წარმოებაზე E-110 შენადნობიდან - ნიობიუმის ერთი პროცენტი ემატება ცირკონიუმს და ეს მცირე ზრდა მნიშვნელოვნად ზრდის მასალის კოროზიის წინააღმდეგობას. ამჟამად გამოყენებული შენადნობის E-365-ის მექანიკური თვისებები, რომელიც ცირკონიუმის და ნიობიუმის გარდა შეიცავს რკინას და კალას, კიდევ უკეთესი მექანიკური თვისებები აქვს. საწვავის ღეროების წარმოების თითოეული ეტაპი ძალზე მნიშვნელოვანია; ამ ელემენტების არსებობა შესაძლებელს ხდის უკეთესად გაუმკლავდეს შედუღებას და სხვადასხვა მასალების შეერთების სხვა მეთოდებს. რუსეთში წარმოებული საწვავის ელემენტები აკმაყოფილებს IAEA-ს ყველა მოთხოვნას, აჩვენებს შესანიშნავი შესრულების თვისებებს და შესაძლებელს ხდის ბირთვული ენერგიის ეკონომიკური მაჩვენებლების გაუმჯობესებას.

რაც შეიძლება ჩანდეს როგორც "მარტივი მექანიკური ნაწილი", რა თქმა უნდა, არ არის.

საწვავის ღერო მონაკვეთში, ნახ.: ევრისტიკული.სუ

აქ მოცემულია საწვავის ღეროს მოკლე აღწერა შიგნით შიგთავსით. სიგრძე – 3,8 მეტრი, გარე დიამეტრი – 9,1 მმ. შიგნით არის ურანის დიოქსიდის ტაბლეტები გარე დიამეტრით 7,57 მმ და სიმაღლე 20 მმ; თითოეული ტაბლეტის ცენტრში არის ხვრელი 1,2 მმ დიამეტრით. გრანულები არ ეხება საწვავის ღეროს კედლებს; მარცვლების შიგნით არსებული უფსკრული და ხვრელი ისეა შექმნილი, რომ საწვავის ღეროს შეეძლოს ბირთვული დაშლის დროს წარმოქმნილი რადიოაქტიური აირები შეინარჩუნოს. მარცვლები ფიქსირდება საწვავის ელემენტის შიგნით ბუჩქებით, მარცვლების სვეტის მთლიანი სიგრძეა 3,53 მეტრი, საწვავის სესიის დროს სიგრძე იზრდება 30 მმ-ით. დიახ, ყველაფერი იზომება მილიმეტრებში და მათ წილადებშიც კი - ბირთვული ენერგია ხომ საქმე აქვს მატერიის უმცირეს ნაწილაკებს.

აქ არის ტაბლეტი, რომლის დიამეტრი 8 მმ-ზე ნაკლებია - როგორც ჩანს, მასში შეიძლება იყოს რაიმე საინტერესო? მაგრამ ბირთვული რეაქციების დროს ტაბლეტის ცენტრალურ ნაწილში ტემპერატურა აღწევს 1'500-1'600 გრადუსს, ხოლო გარე ზედაპირზე - მხოლოდ 470. ათასი გრადუსი განსხვავება 3-4 მილიმეტრამდე, მეტალი ხდება. გაზი - ასეთია სასწაულები პაწაწინა აბების შიგნით.

საწვავის ღეროდან საწვავის შეკრებამდე

მათ გააკეთეს ტაბლეტები, მოათავსეს ისინი საწვავის ღეროში - ეს არის ეს? რა თქმა უნდა არა - მილი საწვავთან ერთად მხოლოდ 2,1 კგ-ს იწონის, ურანის ასეთი მასა არ არის საკმარისი ხანგრძლივი მუშაობისთვის. ბირთვული საწვავის ფორმირების შემდეგი ეტაპი არის საწვავის შეკრებებისა და საწვავის შეკრებების ფორმირება. რუსეთში ყველაზე გავრცელებული რეაქტორისთვის, VVER-1000, 312 საწვავის წნელები იკრიბება ერთ საწვავის კრებულში და მათ შორის რჩება ხარვეზები კონტროლისა და დაცვის სისტემის ღეროების შესვლისთვის, რომლებიც სავსეა ისეთი ეფექტური ნეიტრონის შთამნთქმელით, როგორიცაა ბორი. საწვავის შეკრების ბოლოში არის ე.წ.

ჩარჩოს წარმოება - არხების და სპაზერის ბადეების შედუღება

ზედა ნაწილში საწვავის ღეროები ზამბარის ბლოკის მეშვეობით მიმაგრებულია თავზე - ის იცავს საწვავის ღეროებს რეაქტორის მუშაობისას ცურვისგან. დიახ, ურანი მძიმე ელემენტია, ცირკონიუმსაც არ შეიძლება ეწოდოს მსუბუქი, მაგრამ უნდა გვახსოვდეს, რომ წყლის ნომინალური ნაკადის სიჩქარე საწვავის შეკრებებში არის 500 კუბური მეტრი საათში, წყალი მოძრაობს საწვავის ღეროების გასწვრივ 200 კმ/სიჩქარით. h მიმართულებით ქვემოდან ზემოდან - ასეთი ნაკადი აიძულებს რაიმეს ამოღებას. საწვავის ღეროები ერთმანეთისგან გამოყოფილია სპაზერის ბადეების გამოყენებით, რომლებიც ატარებენ ამ მილებს თავის რეგულარულ ადგილებში, რაც უზრუნველყოფს სითბოს ყველაზე ეფექტურ მოცილებას. სხვადასხვა დიზაინის საწვავის შეკრებებზე არის 12-დან 15-მდე დისპერსიის ბადე, მხოლოდ ეს რიცხვი აძლევს წყალს საშუალებას შეასრულოს სასარგებლო სითბოს ამოღება.

არხები და სპაზერის ბადეები, ხარისხის კონტროლი

და, მიუხედავად ამისა, ამანაც კი ვერ გვიხსნა საწვავის ღეროების და საწვავის შეკრებების დახრის პრობლემისგან. ჩვენმა შეკრებებმა ვერ გაუძლო მექანიკურ ღერძულ დატვირთვას - თითქმის ოთხი მეტრი სიგრძით გარსის სისქით 0,65 მმ, წყლის მძლავრი დინება და მაღალი ტემპერატურა თავის საქმეს აკეთებდა. 1993 წელს საბოლოოდ გაირკვა, რომ რაღაც უნდა გაეკეთებინათ ამ პრობლემის მოსაგვარებლად, მოძებნოთ გზები მისგან თავის დასაღწევად. მინატომმა შესაბამისი თხოვნა მიმართა IAEA-ს - როგორ დგას ეს პრობლემა დასავლეთის ქვეყნებში. IAGTE-მ ჩაატარა შესაბამისი გამოკითხვა მოქმედ ორგანიზაციებთან და ვერ იპოვა რაიმე სენსაცია - დასავლელ ბირთვულ მეცნიერებსაც აქვთ ეს პრობლემა, ისინიც ეძებენ გზებს, რომ გაუმკლავდნენ მას.

ახლა, მაპატიეთ, მაგრამ კიდევ ერთხელ მოგვიწევს შევეხოთ ლიბერალური ეკონომიკის მთავარ მითს - კერძო მესაკუთრის ეფექტურობას ეკონომიკის მოუხერხებელ, ინერციულ სახელმწიფო სექტორთან შედარებით. დასავლეთში და განსაკუთრებით აშშ-ში ატომური ელექტროსადგურების კერძო მესაკუთრეების საკმაოდ დიდი რაოდენობაა, მაგრამ მათ პრობლემა ვერ გადაჭრეს. მინატომი მოქმედებდა საშუალო მანქანათმშენებლობის სამინისტროს ტრადიციების შესაბამისად - პრობლემის გადაჭრა ერთდროულად ორ საპროექტო ბიუროს მიანდო, რათა ორ კარგ პროექტს შორის ბრძოლის შედეგად გამარჯვება საუკეთესოს წასულიყო. კაპიტალისტური კონკურსის მონაწილეები იყვნენ პოდოლსკის OKB (ექსპერიმენტული დიზაინის ბიურო) "Gidropress" და ნიჟნი ნოვგოროდის OKBM (OKB Mashinostroeniya) სახელობის. აფრიკანტოვა. ორივე საპროექტო ბიურო ამჟამად არის Atomenergomash მანქანათმშენებლობის ჰოლდინგის ნაწილი, მაგრამ ეს არ ამცირებს კონკურენციის ინტენსივობას.

კონკურენცია არის პროგრესის ძრავა

ნიჟნი ნოვგოროდის მაცხოვრებლებმა შეიმუშავეს TVS დიზაინი, რომელმაც მიიღო აბრევიატურა TVSA; განვითარებასთან ერთად, TVSA-12, TVSA-PLUS, TVSA-T მოდიფიკაციები გამოჩნდა ერთმანეთის მიყოლებით. მისი მთავარი დამახასიათებელი მახასიათებელია ის, რომ სტრუქტურის სიმკვეთრის გაზრდის მიზნით კუთხეების შედუღება დაიწყეს დისტანციურ ბადეებზე, მაგრამ Gidropress-მა არ მიიღო ეს კონცეფცია - ცირკონიუმის ჭარბი რაოდენობა, საიდანაც მზადდება კუთხეები, ბირთვში, შესაბამისად. ექსპერტებმა შეიძლება უარყოფითად იმოქმედოს ბირთვული რეაქტორის ზონების ნეიტრონების მახასიათებლებზე. Gidropress-ში შექმნილი მოდიფიკაცია აბრევიატურით UTVS (Advanced TVS) არ იყენებს დისპერსიის ბადეების და სახელმძღვანელო არხების ხისტ შედუღებას. UTVS-ის გამოყენება დაიწყო ატომურ ელექტროსადგურებში სეისმური წინააღმდეგობის გაზრდილი მოთხოვნებით - ჩინურ ტიანვანში, ირანულ ბუშერში. , ინდურ კუდანკულამში." თუმცა, იმის თქმა, რომ ეს განვითარება მხოლოდ გიდროპრესის დიზაინის ბიუროს თანამშრომლებმა გააკეთეს, არასწორია; კურჩატოვის ინსტიტუტი, ობნინსკის ფიზიკისა და ენერგიის ინსტიტუტი, ნოვოსიბირსკის ქიმიური კონცენტრატების ქარხანა, კვლევითი ინსტიტუტი. ბოჭვარა. მაგრამ შედეგი მნიშვნელოვანია - როსტოვის ატომურ ელექტროსადგურზე საპილოტე ტესტმა აჩვენა შესანიშნავი შედეგები, უცხოელი მომხმარებლები ძალიან კმაყოფილი იყვნენ UTVS-ის გაზრდილი საიმედოობით.

სხივის შეკრება

ორ დიზაინერულ ბიუროს შორის ბრძოლის დეტალების ყურება მომხიბლავი სპექტაკლია, მაგრამ იმდენი ტექნიკური დეტალია, რომ პროფესიონალი მთარგმნელების ძალისხმევა დასჭირდება. ფართო და ვიწრო ბადეები, იშვიათი ბადეები, ტურბულატორები და დეფლექტორები, ბადეები ირიბი არხებით, სითბოს გადაცემის გამაძლიერებლები, კასეტების ჩატვირთვის სიჩქარე ბირთვში, კომბინაცია გადატვირთვის მანქანების მუშაობასთან, ტერმინოლოგია ჰიდროდინამიკისა და თერმომექანიკისგან - ეს ნამდვილად არის სრულიად ცალკე. ენა... ბირთვული ენერგიისთვის მნიშვნელოვანია ორივე საპროექტო ბიუროს მიერ მიღწეული შედეგი, რომელთა სამეცნიერო და შემოქმედებითი დავა დღემდე გრძელდება. გაუმჯობესებები და მოდიფიკაციები იძლევა საწვავის გამოყენების საშუალებას ურანი-235-ის შემცველობით უფრო მაღალი გამდიდრებით - VVER-1000-ის ეს მაჩვენებელი გაიზარდა 3,77%-დან 4,95%-მდე. როგორც ჩანს, განსხვავება სრულიად უმნიშვნელოა, მაგრამ შედეგად, საწვავის წვა გაიზარდა 40 მგვტ-დან დღეში თითო კილოგრამ ურანზე 58 მგვტ-მდე კილოგრამზე, თითქმის 50%. მაგრამ ეს შედეგი უკვე ძალიან მნიშვნელოვანია, ის საშუალებას გვაძლევს თანაბარი კონკურენცია გავუწიოთ ნახშირწყალბადების ენერგიას წარმოებული ელექტროენერგიის ღირებულების თვალსაზრისით და ბირთვული ენერგიის განვითარების პერსპექტივებს უფრო და უფრო წამახალისებელს ხდის. ერთ-ერთი მიღწევა - არსებული VVER რეაქტორების სიმძლავრის 4-7%-ით გაზრდა მათი დიზაინის შეცვლის გარეშე, ეფუძნება ზუსტად ბირთვული საწვავის და საწვავის შეკრებების ოპტიმიზაციას, გახდა კიდევ ერთი კონკურენტული უპირატესობა საერთაშორისო ბაზარზე.

დასრულებული საწვავის შეკრება

რა თქმა უნდა, UTVS არ გახდა ერთგვარი „ფინალი“ საწვავის შეკრებების გაუმჯობესებისთვის. UTVS-ის მთავარი უპირატესობა წინა თაობის საწვავთან შედარებით უჟანგავი ფოლადიდან ცირკონიუმზე, E-110 შენადნობზე გადასვლამ უზრუნველყო. დეველოპერებმა შეძლეს სტრუქტურის სიმკვეთრის გაზრდა კუთხეების გამოყენების გარეშე - მათ გააძლიერეს სპაზერის ბადეები და დაიწყეს ლაქების შედუღების გამოყენება ექსპლუატაციის დროს დეფორმაციისადმი წინააღმდეგობის გასაზრდელად. მათ მოახერხეს საწვავის სვეტის სიგრძის გაზრდა - ახლა უფრო მეტი ურანი მოთავსებულია რეაქტორის ბირთვში, საწვავის სესიები გახანგრძლივდა, საწვავის შევსება შეიძლება განხორციელდეს ნაკლებად ხშირად, რაც ნიშნავს სიმძლავრის ზრდას.

ახალი საწვავი ირანისთვის

2014 წლის დასაწყისიდან დაიწყო მოლაპარაკებების პროცესი TVELდა ირანელი მომხმარებელი წარმოდგენილი ირანის ატომური ენერგიის ორგანიზაცია (AEOI)და ირანის ბირთვული ენერგიის წარმოებისა და განვითარების კომპანია (NPPD)ბუშეჰრის ატომური ელექტროსადგურის ახალ საწვავის კასეტებზე გადასვლის შესახებ - TVS-2M. მოლაპარაკების პროცესის უზრუნველსაყოფად TVELშეიმუშავა „ბუშჰერის ატომურ ელექტროსადგურზე TVS-2M-ის განხორციელების ტექნიკურ-ეკონომიკური შესწავლა“, რომელშიც მომხმარებელს მიეწოდა სრული ინფორმაცია ანალიზისა და გადაწყვეტილების მისაღებად ასეთ გადასვლაზე. პოტენციური მომხმარებლის დარწმუნების საუკეთესო გზა არ არის ინტრუზიული მარკეტინგი; ბირთვულ ენერგიაში ამ მიდგომას თითქმის არასოდეს მოაქვს შედეგი. რუსულმა საწვავის კომპანიამ უბრალოდ გააერთიანა TVS-2M-ის განხორციელების შედეგების ანალიზი რუსულ VVER-1000-ზე და ჩინეთში ტიანვან ატომურ ელექტროსადგურზე - იგივე ტიპის რეაქტორები, რომლებიც მუშაობენ ბუშეჰრის ელექტროსადგურის შემადგენლობაში. NPP. ჩინეთში, Tianwan NPP-ის პირველი ორი ერთეული მუშაობს TVS-2M-ზე 18-თვიანი საწვავის ციკლით. ირანელმა ბირთვულმა მეცნიერებმა შეძლეს დაადასტურონ, რომ გაიზარდა საწვავის წვა, გაიზარდა საწვავის კამპანიების ხანგრძლივობა და გაიზარდა სიმძლავრის ფაქტორი.

მიღებული შედეგების გაანალიზებისა და ადგილზე შემოწმების შემდეგ, ირანელმა მომხმარებლებმა უპასუხეს - მათ შეიმუშავეს რუსული საწარმოების სამუშაოების სია, რაც აუცილებელია ბირთვული მარეგულირებელი ორგანოების მიერ ახალი საწვავის ლიცენზირების უზრუნველსაყოფად. შემდგომი მუშაობა უკვე ერთობლივი იყო - ჩვენმა და ირანელმა სპეციალისტებმა ერთად შეადგინეს ბუშეჰრის ატომური ელექტროსადგურის ელექტროსადგურის აღჭურვილობის საჭირო განახლების სია, რაც უნდა განხორციელებულიყო ისე, რომ რეაქტორს შეეძლო მიეღო TVS-2M ბირთვში. სინამდვილეში, ჩვენი VVER-1000-ის მუშაობამ ახალ საწვავზე ისეთი შედეგები აჩვენა, რომ სრული გადასვლა TVS-2M-ზე უბრალოდ გარდაუვალი გახდა - საწვავის წვა გაიზარდა 20%-ით და შემცირდა ელექტროენერგიის წარმოების ღირებულების საწვავის კომპონენტი. თითქმის 9%-ით.

ირანელ მომხმარებელთან მოლაპარაკების შედეგი სრულიად ბუნებრივია. მიმდინარე წლის აპრილში TVELხელმოწერილი ეოიდა NPPDდამატებითი შეთანხმება ბუშეჰრის ატომური ელექტროსადგურისთვის საწვავის მიწოდების მოქმედ კონტრაქტზე - 2020 წლიდან TVELდაიწყებს TVS-2M-ის მიწოდებას ირანისთვის. არ არის აურზაური, აურზაური - უბრალოდ, ჩვენი და ირანის ბირთვული პროექტები, რომლებსაც ჩვენ მხარს ვუჭერთ, განაგრძობენ თანმიმდევრულ განვითარებას და მომხმარებლებს ელექტროენერგიით უზრუნველყოფენ მათთვის საჭირო მოცულობით. რას ფიქრობენ ამის შესახებ მომხმარებლები ინდოეთსა და ჩინეთში, ალბათ უახლოეს მომავალში გავიგებთ. ელექტროსადგურების ეკონომიკური ინდიკატორების ზრდა ახალი საწვავის გამოყენების გამო აღჭურვილობის კომპლექტში მნიშვნელოვანი ცვლილებების გარეშე იმდენად მნიშვნელოვანია, რომ არსებობს რწმენა, რომ ასახვა დიდხანს არ მიიღებს. ჩვენ შეგვიძლია მხოლოდ მივყვეთ მოვლენების შემდგომ განვითარებას და კიდევ ერთხელ მივულოცოთ TVEL, OKB Gidropress და მთელი დეველოპერული გუნდი იმით, რომ მათმა ახალმა საწვავმა უკვე მიიღო საერთაშორისო აღიარება.

რა თქმა უნდა, დღევანდელი ამბავი ბირთვული საწვავის განვითარების შესახებ შორს არის დასრულებული - ამ ნაწილში ცვლილებები მუდმივად ხდება. შემუშავებულია საწვავი VVER-1200-ისთვის, მიმდინარეობს საწვავის განვითარება სხვა ტიპის რეაქტორებისთვის. TVELფრანგ პარტნიორებთან ერთად აგრძელებს საწვავის წარმოებას დასავლური დიზაინის რეაქტორებისთვის, TVELდამოუკიდებლად შეიმუშავა TVS-Kvadrat საწვავი, რომელიც ტესტირებას განიცდის შვედეთის რინგჰალსის ატომურ ელექტროსადგურზე და ლიცენზირებულია ამერიკის ბაზარზე. საწარმოები TVELაწარმოებენ საწვავს BN-800-ისთვის, წარმოებულია REMIX საწვავის საპილოტე პარტია, ხოლო ნიტრიდის საწვავის განვითარება დასასრულს უახლოვდება პერსპექტიული ტყვიით გაგრილებული რეაქტორისთვის - როსტომიდა არ ფიქრობს, რომ მას შეუძლია დაისვენოს.

ბირთვული საწვავი არის ბირთვული ენერგიის „გული“; მონიტორინგი, თუ როგორ იქმნება მისი ახალი ტიპები და რა შედეგებს იძლევა მათი გამოყენებისას, სასარგებლოა იმით, რომ საშუალებას გაძლევთ შეადაროთ ელექტროენერგიის გამომუშავების ღირებულება ატომურ ელექტროსადგურებსა და თბოელექტროსადგურებში. . გარდა ამისა, ამჯერად არ შევეხებით იმას, თუ რა შედეგებს ასრულებენ ახალი ტიპის საწვავის შემქმნელები OKBM im-ში. აფრიკანტოვა - და მათი იდეებიც ძალიან აქტიურად გამოიყენება როსტომი. ერთი სიტყვით, დღევანდელი ამბავი ატომურ საწვავზე ნაკლებად სავარაუდოა, რომ ერთადერთი დარჩეს.

ფოტო: zaochnik.ru, kak-eto-sdelano.livejournal.com

კონტაქტში

ურანი არის ბირთვული ენერგიის მთავარი ელემენტი, რომელიც გამოიყენება როგორც ბირთვული საწვავი, ნედლეული პლუტონიუმის წარმოებისთვის და ბირთვულ იარაღში. დედამიწის ქერქში ურანის შემცველობა 2,5-10 -4%-ია, ხოლო ლითოსფეროს 20 კმ სისქის ფენაში საერთო რაოდენობა 1,3-10 14 ტონას აღწევს.ურანის მინერალები თითქმის ყველგან გვხვდება. თუმცა, ურანი კვალი ელემენტია. ეს ნიშნავს, რომ მისი კონცენტრაცია ქანებში ხშირად არასაკმარისია კომერციულად სიცოცხლისუნარიანი წარმოებისთვის. ურანის შემცველობა საბადოში არის ერთ-ერთი ძირითადი პარამეტრი, რომელიც განსაზღვრავს წარმოების ღირებულებას. 0,03-0,10% ურანის შემცველი ურანის მადნები ითვლება ღარიბი, ჩვეულებრივი - 0,10-0,25%, საშუალო - 0,25-0,5%, მდიდარი - 0,50% -ზე მეტი 1.

ურანს აქვს 14 იზოტოპი, მაგრამ მათგან მხოლოდ სამი გვხვდება ბუნებაში (ცხრილი 1.6).

ცხრილი 1.6

უახლესი მონაცემებით, ურანის მარაგების გამოკვლეული მოცულობა, რომლის წარმოების ღირებულება არ აღემატება 130$/კგ U, შეადგენს 5,327,200 ტონას. ამასთანავე, ურანის რაოდენობა ე.წ. პროგნოზირებულ და სავარაუდო მარაგებში 10,429,100 ტონას აღწევს.

ცხრილი 1.7

ურანის ყველაზე დიდი დადასტურებული მარაგის მქონე ქვეყნები, რომლის ღირებულება არ აღემატება $130/კგ U.

ბოლო წლების განმავლობაში, ურანის საბადოების განაწილება ქვეყნების მიხედვით გარკვეულწილად შეიცვალა იმის გამო, რომ ურანის მთელი რიგი საბადოების შესწავლისას, დამატებითი რესურსები აღმოაჩინეს აფრიკის ქვეყნებში (ბოტსვანა, ზამბია, მავრიტანიის ისლამური რესპუბლიკა, მალავი, მალი. , ნამიბია, ტანზანიის გაერთიანებული რესპუბლიკა). ასევე, ახალი რეზერვები აღმოაჩინეს გაიანაში, კოლუმბიაში, პარაგვაიში, პერუში და შვედეთში.

ურანის შემცველი ძირითადი მინერალებია ურანიტი (ურანისა და თორიუმის ოქსიდების ნაზავი ზოგადი ფორმულით (U, Th)0 2x), პიჩბლენდი (ურანის ოქსიდები: U0 2, U0 3, ასევე ცნობილი როგორც ურანის მოედანი), კარნოტიტი - K, (U0 2)2 (V0 4) 2 -3H 2 0, ურანოფანი - Ca (U0 2)Si0 3 (0H) 2 -5H 2 0 და სხვები 110].

ურანის მოპოვება ქანებიდან ხდება შემდეგი გზებით:

• კარიერის მოპოვება(ღია მეთოდი) გამოიყენება მადნის მოსაპოვებლად, რომელიც მდებარეობს დედამიწის ქერქის ზედაპირზე ან ზედაპირულად მდებარეობს. მეთოდი მოიცავს ორმოების შექმნას, სახელწოდებით კარიერები ან ჭრილობები. დღეისათვის პრაქტიკულად ამოწურულია საბადოები, რომელთა მოპოვება შესაძლებელია ღია კარის მოპოვებით. წარმოება 23%;
• მაღაროების მოპოვება(დახურული მეთოდი) გამოიყენება მნიშვნელოვან სიღრმეზე მდებარე მინერალების მოპოვებისთვის და გულისხმობს მიწისქვეშა მაღაროს სამუშაოების კომპლექსის მშენებლობას. წარმოება - 32%;
• ადგილზე გამორეცხვაგულისხმობს ქიმიური რეაგენტის წყალხსნარის წნევის ქვეშ ფორმირებაში გადატუმბვას, რომელიც მადნის გავლით შერჩევით ხსნის ბუნებრივ ურანის ნაერთებს. სარეცხი ხსნარი, რომელიც შეიცავს ურანს და მათთან დაკავშირებულ ლითონებს, შემდეგ ამოიყვანება დედამიწის ზედაპირზე მოპოვების ჭაბურღილების მეშვეობით. წარმოება - 39%.
• ერთობლივი მოპოვება სხვა ლითონების საბადოებთან(ურანი ამ შემთხვევაში ქვეპროდუქტია) - არის 6%.

ურანის მადნიდან დიოქსიდის საწვავის წარმოება რთული და ძვირადღირებული პროცესია, მათ შორის ურანის მოპოვება მადნიდან, მისი კონცენტრაცია, გაწმენდა (გადამუშავება), გარდაქმნა (ურანის ჰექსაფტორიდის წარმოება, გამდიდრება, დეკონვერსია (UF თარგმანი) 6 ბ U0 2), საწვავის ელემენტების წარმოება (საწვავის წნელები).

კარიერისა და მაღაროს მეთოდით მოპოვებული ურანის მადნის დამუშავების პირველ ეტაპზე ხდება მისი დამსხვრევა და დახარისხება რადიოაქტიურობით. დახარისხების შემდეგ, მადნის ნაჭრები შემდგომში მსხვრევა და იგზავნება გამორეცხვისთვის, რათა ურანი გადაიზარდოს ხსნად ფორმაში. მადნის გასახსნელად ქიმიური ხსნარის არჩევანი დამოკიდებულია მინერალის ტიპზე, რომელიც შეიცავს ურანს. ზოგიერთ შემთხვევაში მადნის გასახსნელად გამოიყენება მიკრობიოლოგიური მეთოდები.

გაჟონვის შედეგად წარმოიქმნება ურანის შემცველი პროდუქტიული ხსნარი. პროდუქტიული ხსნარის შემდგომი დამუშავებისას იონური გაცვლის, მოპოვების ან დალექვის მეთოდებით ხდება ურანის კონცენტრირება და არასასურველი მინარევების (Na, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Ni და სხვ.) გამოყოფა. მიღებულ პროდუქტს ფილტრავენ, აშრობენ და აცხელებენ მაღალ ტემპერატურაზე, რაზეც წარმოიქმნება ურანის ოქსიდი - ყვითელი ნამცხვარი (U 3 0 8). ურანის მინარევებისაგან ღრმად გასაწმენდად, ტარდება გადამუშავება, რომლის ტრადიციული სქემაა U 3 0 8 აზოტმჟავაში გახსნა და მისი გაწმენდა ექსტრაქციის გზით (ნაკლებად ხშირად, ნალექით). ამ შემთხვევაში, გადამუშავების ტექნოლოგიის საბოლოო პროდუქტია U 3 0 8 ან ურანის ტრიოქსიდი U0 3. მიღებული ოქსიდის პროდუქტი გარდაიქმნება აირისებრ მდგომარეობაში - UF 6, რაც ყველაზე მოსახერხებელია გასამდიდრებლად. ამ პროცესს კონვერტაცია ეწოდება.

დაქუცმაცებული ურანის მადანი (იხ. სურ. 1.10) მიეწოდება გადამამუშავებელ ქარხანას. მადნის კონცენტრატი (ბუნებრივი ურანი) იგზავნება ქარხანაში ურანის ჰექსაფტორიდის (UF 6) წარმოებისთვის.

ბრინჯი. 1.10.

ციკლს ემატება ურანი რადიოქიმიური საწვავის რეგენერაციის ქარხნიდან. ურანის ჰექსაფლუორიდი იგზავნება ქარხანაში ბუნებრივი და რეგენერირებული ურანის გამდიდრებისთვის, 235 U იზოტოპის შემცველობის გასაზრდელად. ურანის იზოტოპების განცალკევებისთვის საჭიროა სპეციალური მეთოდები (გაზის დიფუზია და გაზის ცენტრიფუგა), რადგან გამოყოფილი იზოტოპები 23:> და და და 238 წარმოადგენს ერთ ქიმიურ ელემენტს (ე.ი. ქიმიური მეთოდებით არ შეიძლება განცალკევდეს) და განსხვავდება მხოლოდ მასის რიცხვით (235 და 238 ამუ). ეს მეთოდები უკიდურესად რთულია და მოითხოვს მნიშვნელოვან ენერგიას, დროსა და სპეციალურ აღჭურვილობას. გაზის დიფუზიის მეთოდი ემყარება ურანის -238 და ურანის -235 ჰექსაფლუორიდების შეღწევადობის განაკვეთების განსხვავებას ფოროვანი დანაყოფების მეშვეობით (მემბრანები). როდესაც აირისებრი ურანი გადის ერთ მემბრანაში, კონცენტრაციები იცვლება მხოლოდ 0,43%-ით, ანუ საწყისი კონცენტრაციაა 2b და იზრდება 0,710-დან 0,712%-მდე. ნარევი 235 U-ით საგრძნობლად გასამდიდრებლად, გამოყოფის პროცესი მრავალჯერ უნდა განმეორდეს. ამგვარად, ნარევის მისაღებად ბუნებრივი ურანისაგან გამდიდრებული 2,4% არა 235 U-მდე და 235 U კონცენტრაცია გაფუჭებულ ურანში (ნარჩენებში) 0,3%, დაახლოებით 840 ნაბიჯია საჭირო. უაღრესად გამდიდრებული ურანის (90% და მეტი) წარმოების კასკადი უნდა ჰქონდეს 3000 საფეხური.

უფრო ეფექტურია გაზის ცენტრიფუგის მეთოდი, რომლის დროსაც ურანის-235 და 238 იზოტოპების ჰექსაფტორიდები შეჰყავთ გაზის ცენტრიფუგაში, რომელიც ბრუნავს წამში 1500 ბრუნის სიჩქარით. ამ შემთხვევაში წარმოიქმნება მნიშვნელოვანი ცენტრიდანული ძალა, რომელიც უბიძგებს ურანს-238-ს კედლისკენ, ხოლო ურანი-235 კონცენტრირებულია ბრუნვის ღერძის მიდამოში. გამდიდრების საჭირო ხარისხის მისაღწევად, გაზის ცენტრიფუგები გაერთიანებულია კასკადებში, რომლებიც შედგება ათიათასობით მოწყობილობისგან.

UF 6 გამდიდრების შემდეგ ურანის დიოქსიდში U O-ში გადასაყვანად გამოიყენება "სველი" (წყალში დაშლა, ნალექი და კალცინაცია) და "მშრალი" (UF 6-ის წვა წყალბადის ცეცხლში) მეთოდები. მიღებული U0 2 ფხვნილი დაჭერით ტაბლეტებში და ადუღდება დაახლოებით 1750°C ტემპერატურაზე.

გამდიდრების შემდეგ, ორი ნაკადი - გამდიდრებული ურანი და გაფუჭებული ურანი - სხვადასხვა გზას მიჰყვება. გაფუჭებული ურანი ინახება დიფუზიის ქარხანაში, ხოლო გამდიდრებული ურანი გარდაიქმნება ურანის დიოქსიდში (U0 2) და იგზავნება ქარხანაში საწვავის ღეროების წარმოებისთვის.

ამ ქარხნებში რეაქტორებისთვის განკუთვნილი U0 2 გარდაიქმნება საწვავის მარცვლებად. ტაბლეტები თბება და ადუღდება მყარი, მკვრივი კონსისტენციის მისაღებად (ნახ. 1.11). დამუშავების შემდეგ ათავსებენ ცირკონიუმისგან დამზადებულ მილებში (ჭურვებს), ბოლოებში ადუღებენ საცობებს და შედეგი არის. საწვავის ელემენტი.საწვავის ღეროების გარკვეული რაოდენობა იკრიბება ერთად ერთ სტრუქტურაში - საწვავის შეკრება(TVS).

ბრინჯი. 1.11. საწვავის მარცვლები U0 2-დან

მზა საწვავის შეკრებები ატომურ ელექტროსადგურებს მიეწოდება სპეციალურ კონტეინერებში სარკინიგზო, საავტომობილო ან საზღვაო ტრანსპორტით. ზოგიერთ შემთხვევაში გამოიყენება საჰაერო ტრანსპორტი.

მთელ მსოფლიოში მიმდინარეობს მუშაობა ბირთვული საწვავის ტექნიკური და ეკონომიკური მახასიათებლების გასაუმჯობესებლად. ბირთვული საწვავის ეკონომიკური ეფექტურობის თვალსაზრისით ყველაზე მნიშვნელოვანი მოთხოვნაა დამწვრობის გაზრდა. ურანის უფრო სრულყოფილი გამოყენებისთვის საწვავი რეაქტორის ბირთვში უფრო დიდხანს უნდა დარჩეს (იხ. ცხრილი 1.8). საწვავის სიცოცხლის გაზრდის მიზნით, იხვეწება სტრუქტურული მასალები, რომლებიც უნდა მუშაობდნენ უფრო ხანგრძლივ და მძიმე სამუშაო პირობებში; საწვავის კომპოზიციები (დაშლის პროდუქტების მოსავლიანობის შესამცირებლად); იზრდება საწვავის შეკრების ჩარჩოების სიმტკიცე.

ცხრილი 1.8

თანამედროვე და პერსპექტიული VVER საწვავის ციკლები გამდიდრებული ბუნებრივი ურანის გამოყენებით

1.4. Yader ახალი საწვავი

VVER-1000 ტიპის რეაქტორებისთვის არსებობს საწვავის შეკრების ორი ძირითადი გაუმჯობესებული ტიპი (ნახ. 1.12): TVSA (შემუშავებული OKBM-ის მიერ I. I. Afrikantov-ის სახელით) და TVS-2 M (შემუშავებული OKB Gidropress-ის მიერ).

ბრინჯი. 1.12. საწვავის შეკრებები VVER რეაქტორისთვის: ა- TVSA-PLUS, ბ- TVS-2 M

საწვავის შეკრებები TVSA-PLUS და TVS-2 M აქვთ იდენტური ტექნიკური და ეკონომიკური მახასიათებლები, რაც უზრუნველყოფს რეაქტორის სიმძლავრის გაზრდის შესაძლებლობას ნომინალური, 18-თვიანი საწვავის ციკლის 104%-მდე (მაკიაჟი 66 ცალი), საწვავი. დამწვრობა - 72 მეგავატი დღე/კგ U, მანევრირებად რეჟიმში მუშაობის შესაძლებლობა, დაცვა უცხო საგნებისგან.

ატომურ ელექტროსადგურებში ელექტროენერგიის გამომუშავების მზარდი წილი ენერგეტიკულ ბალანსში და ელექტროენერგიის ლიბერალურ ბაზარზე გადასვლა საჭიროებს უახლოეს წლებში ზოგიერთი ატომური ელექტროსადგურის მოქნილ რეჟიმში მუშაობას. ეს ოპერაციული რეჟიმი, რომელიც ადრე არ იყო გამოყენებული ატომურ ელექტროსადგურებში, ასევე აწესებს დამატებით მოთხოვნებს საწვავის და საწვავის ციკლებზე. უნდა შეიქმნას საწვავი, რომელიც ინარჩუნებს მაღალი შესრულების მახასიათებლებს ცვლადი დატვირთვის პირობებში.

• IAEA-სა და OECD-ის ერთობლივი ანგარიშის მიხედვით „ურანი 2011: რეზერვები, წარმოება და მოთხოვნა“.

მასაჩუსეტსის ტექნოლოგიური ინსტიტუტის (MIT) მკვლევარებმა აშშ-დან და ბრიუსელელ კოლეგებთან ერთად შეიმუშავეს ახალი ტიპის თერმობირთვული საწვავი. მისი დახმარებით თქვენ შეგიძლიათ მიიღოთ ათჯერ მეტი ენერგია, ვიდრე ყველა არსებული ნიმუშიდან. ახალი საწვავი შეიცავს სამი ტიპის იონებს - ნაწილაკებს, რომელთა მუხტი იცვლება ელექტრონის დანაკარგის ან მომატების მიხედვით. საწვავის შესასწავლად გამოიყენება ტოკამაკი - ტოროიდული კამერა პლაზმის მაგნიტური შეზღუდვისთვის, რაც ქმნის პირობებს. კონტროლირებადი თერმუკლეარული შერწყმა. ექსპერიმენტები ახალ პროდუქტზე ტოკამაკის ბაზაზე ტარდება Alcator C-Mod, MIT-ის საკუთრებაშია, რომელიც ტესტირების დროს უზრუნველყოფს მაგნიტური ველის უმაღლეს ძაბვას და პლაზმურ წნევას.

ახალი საწვავის საიდუმლო

Alcator C-Mod ბოლოს 2016 წლის სექტემბერში ამოქმედდა, მაგრამ ექსპერიმენტების შედეგად მიღებული მონაცემები მხოლოდ ახლახან იქნა გაშიფრული. სწორედ მათი წყალობით შეძლეს მეცნიერებმა შექმნეს ახალი, უნიკალური ტიპის თერმობირთვული საწვავი, რომელიც მნიშვნელოვნად ზრდის იონების ენერგიას პლაზმაში. შედეგები იმდენად დამაიმედებელი იყო, რომ მკვლევარები მუშაობდნენ ერთიანი ევროპული თორა (JET, კიდევ ერთი თანამედროვე ტოკამაკი) ოქსფორდშირში, აშშ, ჩაატარეს საკუთარი ექსპერიმენტი და მიაღწიეს ენერგიის წარმოების იგივე ზრდას. კვლევა, რომელიც დეტალურად აღწერს შედეგებს, ცოტა ხნის წინ გამოქვეყნდა ბუნების ფიზიკა .

ბირთვული საწვავის ეფექტურობის გაზრდის გასაღები იყო ჰელიუმ-3-ის მცირე რაოდენობით დამატება, ჰელიუმის სტაბილური იზოტოპი, რომელსაც ორი ნეიტრონის ნაცვლად მხოლოდ ერთი აქვს. Alcator C-Mod-ში გამოყენებული ბირთვული საწვავი ადრე შეიცავდა მხოლოდ ორ ტიპის იონს, დეიტერიუმს და წყალბადის იონებს. დეიტერიუმი, წყალბადის სტაბილური იზოტოპი, რომელსაც აქვს ერთი ნეიტრონი მის ბირთვში (ჩვეულებრივ წყალბადს საერთოდ არ აქვს ნეიტრონები), იკავებს საწვავის მთლიანი შემადგენლობის დაახლოებით 95%-ს.

MIT პლაზმისა და შერწყმის ცენტრის (PSFC) მკვლევარებმა გამოიყენეს რადიოსიხშირული გათბობა საწვავის გასანთებლად, რომელიც შეჩერებულია სამრეწველო მაგნიტებით. ეს მეთოდი ეფუძნება ტოკამაკის გარეთ ანტენების გამოყენებას, რომლებიც გავლენას ახდენენ საწვავზე გარკვეული სიხშირის რადიოტალღების გამოყენებით. ისინი დაკალიბრებულია იმისთვის, რომ მოხვდეს მხოლოდ იმ მასალაზე, რომლის ოდენობა სუსპენზიაში ყველაზე ნაკლებია ყველა დანარჩენზე (ამ შემთხვევაში წყალბადი). წყალბადს აქვს საწვავის მთლიანი სიმკვრივის მხოლოდ მცირე ნაწილი, ამიტომ რადიოსიხშირული გათბობის ფოკუსირება მის იონებზე იძლევა უკიდურესად მაღალი ტემპერატურის მიღწევის საშუალებას. შემდეგ აღგზნებული წყალბადის იონები ურთიერთქმედებენ დეიტერიუმის იონებთან და შედეგად მიღებული ნაწილაკები ბომბავს რეაქტორის გარე გარსს, ათავისუფლებს უზარმაზარ რაოდენობას სითბოს და ელექტროენერგიას.

Მერე რა? ჰელიუმი-3? ახალი საწვავი შეიცავს 1%-ზე ნაკლებს, მაგრამ სწორედ მისი იონები თამაშობენ გადამწყვეტ როლს. რადიოსიხშირული გათბობით მატერიის ასეთ უმცირეს რაოდენობაზე ფოკუსირებით, მკვლევარებმა ასწიეს ეონების ენერგია მეგაელექტრონვოლტამდე (MeV). ელექტრონვოლტი არის ენერგიის რაოდენობა მიღებული/დაკარგული ელექტრონის ელექტრული პოტენციალის ერთი წერტილიდან 1 ვოლტზე მაღალ დონეზე გადაადგილების შედეგად. აქამდე მეგაელექტრონვოლტები თერმობირთვულ საწვავზე ექსპერიმენტებში მხოლოდ მეცნიერთა საბოლოო ოცნება იყო - ეს არის მასშტაბების რიგი, ვიდრე აქამდე მიღებული ყველა ნიმუშის ენერგია.

ტოკამაკი: თერმულარული რეაქციების კვლევა

Alcatre C-Mod და JET არის ექსპერიმენტული შერწყმის კამერები, რომლებსაც აქვთ იგივე პლაზმური წნევის და ტემპერატურის მიღწევის უნარი, რაც საჭირო იქნება სრულმასშტაბიანი შერწყმის რეაქტორში. თუმცა, აღსანიშნავია, რომ ისინი უფრო მცირეა და არ წარმოქმნიან იმას, რასაც მკვლევარები უწოდებენ "გააქტიურებულ შერწყმას" - შერწყმას, რომლის ენერგია პირდაპირ გარდაიქმნება ენერგიად, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვა მიზნებისთვის. საწვავის შემადგენლობის, რადიოსიხშირის, მაგნიტური ველის და სხვა ცვლადების დაზუსტება ამ ექსპერიმენტებში მკვლევარებს საშუალებას აძლევს გულდასმით შეარჩიონ შერწყმის ყველაზე ეფექტური პროცესი, რომელიც შემდგომ შეიძლება განმეორდეს სამრეწველო მასშტაბით.

როგორც უკვე აღვნიშნეთ, JET-ში მომუშავე ამერიკელმა მეცნიერებმა მოახერხეს არა მხოლოდ იგივე შედეგების მიღწევა, არამედ მათი დასავლელი კოლეგების მუშაობასთან შედარებაც, რის შედეგადაც სამეცნიერო საზოგადოებამ მიიღო წარმოუდგენლად რთული რეაქციების სხვადასხვა თვისებების უნიკალური საზომი მონაცემები. ხდება ზედმეტად გახურებულ პლაზმაში. MIT-ში მკვლევარებმა გამოიყენეს რეაქციის გამოსახულების ტექნიკა ფაზის კონტრასტული მიკროსკოპის გამოყენებით, რომელიც გარდაქმნის ელექტრომაგნიტური ტალღების ფაზებს ინტენსივობის კონტრასტში. თავის მხრივ, JET-ის მეცნიერებმა შეძლეს წარმოქმნილი ნაწილაკების ენერგიის უფრო ზუსტად გაზომვა, რის შედეგადაც უფრო სრულყოფილი სურათი მიიღეს იმის შესახებ, თუ რა ხდება შერწყმის რეაქციების დროს.

ბირთვული შერწყმა: რევოლუცია ენერგიაში

რას ნიშნავს ეს ჩემთვის და შენთვის? სულ მცირე, მნიშვნელოვანი გარღვევა ტექნოლოგიურ სფეროში. ბირთვული შერწყმა, რომელიც გამოყენებულია სამრეწველო მიზნებისთვის, შეიძლება მოახდინოს რევოლუცია ენერგიის წარმოებაში. მისი ენერგეტიკული პოტენციალი წარმოუდგენლად მაღალია და საწვავი შედგება მზის სისტემის ყველაზე უხვი ელემენტებისაგან - წყალბადისა და ჰელიუმისგან. გარდა ამისა, თერმობირთვული საწვავის წვის შემდეგ არ წარმოიქმნება გარემოსთვის და ადამიანებისთვის საშიში ნარჩენები.

როგორც აღინიშნა Ბუნება, ამ ექსპერიმენტების შედეგები ასევე დაეხმარება ასტრონომებს უკეთ გააცნობიერონ ჰელიუმ-3-ის როლი მზის აქტივობაში - ბოლოს და ბოლოს, მზის აფეთქებები, რომლებიც საფრთხეს უქმნის დედამიწის ენერგიას და დედამიწის მახლობლად მდებარე თანამგზავრებს, სხვა არაფერია, თუ არა თერმობირთვული რეაქციის შედეგი. კოლოსალური თერმული და ელექტრომაგნიტური გამოსხივება.