Nüvə reaktorları üçün metal yanacaq. Nüvə yanacağı: növləri və emalı

Uran və ya plutonium əsasında nüvə yanacağının həyat dövrü dağ-mədən müəssisələrində, kimya zavodlarında, qaz sentrifuqalarında başlayır və yanacaq qurğusunun reaktordan boşaldılması ilə bitmir, çünki hər bir yanacaq qurğusunun keçməsi üçün uzun bir yol var. utilizasiya və sonra təkrar emal.

Nüvə yanacağı üçün xammalın çıxarılması

Uran yer üzündəki ən ağır metaldır. Yerdəki uranın təxminən 99,4%-i uran-238, yalnız 0,6%-i uran-235-dir. Beynəlxalq Atom Enerjisi Agentliyinin “Qırmızı Kitab” adlı hesabatında “Fukusima-1” AES-də baş vermiş qəzaya baxmayaraq, çoxlarını nüvə enerjisinin perspektivləri barədə düşündürən istehsalın və urana tələbatın artması ilə bağlı məlumatlar yer alıb. Təkcə son bir neçə ildə kəşf edilmiş uran ehtiyatları 7% artmışdır ki, bu da yeni yataqların aşkarlanması ilə bağlıdır. Qazaxıstan, Kanada və Avstraliya dünyanın uranın 63%-ə qədərini istehsal edərək ən böyük istehsalçılar olaraq qalırlar. Bundan əlavə, Avstraliya, Braziliya, Çin, Malavi, Rusiya, Niger, ABŞ, Ukrayna, Çin və digər ölkələrdə metal ehtiyatları var. Bundan əvvəl Pronedra 2016-cı ildə Rusiya Federasiyasında 7,9 min ton uran hasil edildiyini yazmışdı.

Bu gün uran üç fərqli yolla hasil edilir. Açıq üsul öz aktuallığını itirmir. Yataqların yer səthinə yaxın olduğu hallarda istifadə olunur. Açıq qazma üsulunda buldozerlər karxana yaradır, sonra çirkləri olan filiz emal komplekslərinə daşınmaq üçün özüboşaldan maşınlara yüklənir.

Çox vaxt filiz gövdəsi böyük dərinliklərdə yerləşir və bu halda yeraltı mədən üsulundan istifadə olunur. İki kilometr dərinliyə qədər bir mina çıxır, qaya qazma yolu ilə üfüqi sürüşmələrdə minalanır, yük liftlərində yuxarıya daşınır.

Beləliklə, yuxarıya çıxarılan qarışıq bir çox komponentə malikdir. Daş əzilməli, su ilə seyreltilməlidir və artıqlığı çıxarılmalıdır. Sonra, yuyulma prosesini həyata keçirmək üçün qarışığa sulfat turşusu əlavə olunur. Bu reaksiya zamanı kimyaçılar uran duzlarının sarı çöküntüsünü alırlar. Nəhayət, emal zavodunda çirkləri olan uran təmizlənir. Yalnız bundan sonra birjada satılan uran oksidi alınır.

Daha təhlükəsiz, ekoloji cəhətdən təmiz və sərfəli üsul var ki, bu da quyuda in-situ yuyulma (SIL) adlanır.

Sahənin işlənməsinin bu üsulu ilə ərazi personal üçün təhlükəsiz olaraq qalır və radiasiya fonu böyük şəhərlərdəki fona uyğun gəlir. Uranı yuyulma yolu ilə çıxarmaq üçün altıbucaqlının künclərində 6 deşik qazmaq lazımdır. Bu quyular vasitəsilə uran yataqlarına sulfat turşusu vurulur, onun duzları ilə qarışır. Bu məhlul çıxarılır, yəni altıbucaqlının mərkəzindəki quyudan pompalanır. Uran duzlarının istənilən konsentrasiyasına nail olmaq üçün qarışıq sorbsiya sütunlarından bir neçə dəfə keçirilir.

Nüvə yanacağı istehsalı

Zənginləşdirilmiş uranın istehsalında istifadə olunan qaz sentrifuqaları olmadan nüvə yanacağının istehsalını təsəvvür etmək mümkün deyil. Lazımi konsentrasiyaya çatdıqdan sonra uran dioksiddən sözdə tabletlər sıxılır. Onlar sobalarda atəş zamanı çıxarılan sürtkü yağlarından istifadə edərək yaradılır. Yanma temperaturu 1000 dərəcəyə çatır. Bundan sonra tabletlərin göstərilən tələblərə uyğunluğu yoxlanılır. Səthin keyfiyyəti, rütubət, oksigen və uran maddəsinin nisbəti.

Eyni zamanda, digər sexdə yanacaq elementləri üçün boruşəkilli qabıqlar hazırlanır. Yuxarıdakı proseslər, o cümlədən tabletlərin sonrakı dozajı və qabıq borularında qablaşdırılması, möhürlənməsi, zərərsizləşdirilməsi yanacaq istehsalı adlanır. Rusiyada yanacaq birləşmələrinin (FA) yaradılması Moskva vilayətindəki "Maşınqayırma Zavodu", Novosibirskdəki "Novosibirsk Kimya Konsentratları Zavodu", "Moskva Polimetal Zavodu" və s. müəssisələri tərəfindən həyata keçirilir.

Yanacaq qurğularının hər bir partiyası müəyyən bir reaktor növü üçün yaradılmışdır. Avropa yanacaq birləşmələri kvadrat şəklində, rus dilində isə altıbucaqlı bölmə ilə hazırlanır. Rusiya Federasiyasında VVER-440 və VVER-1000 tipli reaktorlardan geniş istifadə olunur. VVER-440 üçün ilk yanacaq elementləri 1963-cü ildə, VVER-1000 üçün isə 1978-ci ildə hazırlanmağa başladı. Rusiyada Fukusima-dan sonrakı təhlükəsizlik texnologiyalarına malik yeni reaktorların fəal şəkildə tətbiq edilməsinə baxmayaraq, ölkə daxilində və xaricdə çoxlu köhnə tipli nüvə obyektləri fəaliyyət göstərir, buna görə də müxtəlif növ reaktorlar üçün yanacaq birləşmələri eyni dərəcədə aktual olaraq qalır.

Məsələn, RBMK-1000 reaktorunun bir aktiv zonası üçün yanacaq birləşmələrini təmin etmək üçün sirkonium ərintilərindən hazırlanmış 200 mindən çox komponent, həmçinin 14 milyon sinterlənmiş uran dioksid qranulları lazımdır. Bəzən yanacaq qurğusunun istehsalının dəyəri hüceyrələrdə olan yanacağın dəyərini üstələyə bilər, buna görə də hər kiloqram urandan yüksək enerji qaytarılmasını təmin etmək çox vacibdir.

İstehsal prosesi xərcləri %

Tədqiqat reaktorları üçün yanacaq birləşmələri haqqında ayrıca danışmaq lazımdır. Onlar neytronların əmələ gəlməsi prosesinin müşahidəsini və öyrənilməsini mümkün qədər rahat edəcək şəkildə hazırlanmışdır. Rusiyada nüvə fizikası, izotopların istehsalı, radiasiya təbabəti sahələrində təcrübələr üçün belə yanacaq çubuqları Novosibirsk Kimya Konsentratları Zavodu tərəfindən istehsal olunur. TVS uran və alüminium ilə kəsişməyən elementlər əsasında yaradılmışdır.

Rusiya Federasiyasında nüvə yanacağının istehsalı TVEL yanacaq şirkəti (Rosatomun bölməsi) tərəfindən həyata keçirilir. Müəssisə xammalın zənginləşdirilməsi, yanacaq elementlərinin yığılması üzərində işləyir, həmçinin yanacağın lisenziyalaşdırılması xidmətləri göstərir. Vladimir vilayətindəki Kovrov Mexaniki Zavodu və Sverdlovsk vilayətindəki Ural Qaz Sentrifuqa Zavodu Rusiya yanacaq yığmaları üçün avadanlıq yaradır.

Yanacaq çubuqlarının daşınmasının xüsusiyyətləri

Təbii uran aşağı səviyyədə radioaktivlik ilə xarakterizə olunur, lakin yanacaq birləşmələrinin istehsalından əvvəl metal zənginləşdirmə prosedurundan keçir. Təbii filizdə uran-235-in miqdarı 0,7%-dən çox deyil, radioaktivlik isə 1 milliqram uranda 25 bekkerel təşkil edir.

Yanacaq qurğularına yerləşdirilən uran qranullarının tərkibində uran-235 konsentrasiyası 5% olan uran var. Nüvə yanacağı ilə bitmiş yanacaq birləşmələri xüsusi yüksək möhkəmlikli metal qablarda daşınır. Nəqliyyat üçün dəmir yolu, avtomobil, dəniz və hətta hava nəqliyyatından istifadə olunur. Hər konteynerdə iki məclis var. Şüalanmamış (təzə) yanacağın daşınması radiasiya təhlükəsi yaratmır, çünki radiasiya preslənmiş uran qranullarının yerləşdirildiyi sirkonium borularından kənara çıxmır.

Yanacağın bir partiyası üçün xüsusi marşrut hazırlanır, yük istehsalçının və ya müştərinin (daha tez-tez) təhlükəsizlik personalının müşayiəti ilə daşınır, bu, ilk növbədə avadanlıqların yüksək qiyməti ilə bağlıdır. Nüvə yanacağının istehsalının bütün tarixində ətraf mühitin radiasiya fonuna təsir edən və ya insan tələfatına səbəb olan yanacaq qurğuları ilə bağlı bir dənə də olsun nəqliyyat qəzası qeydə alınmamışdır.

Reaktorun nüvəsində yanacaq

Nüvə yanacağının vahidi - TVEL - uzun müddət böyük miqdarda enerji buraxmağa qadirdir. Nə kömür, nə də qaz belə həcmlərlə müqayisə oluna bilməz. Hər hansı bir atom elektrik stansiyasında yanacağın həyat dövrü yanacaq yığma anbarında təzə yanacağın boşaldılması, çıxarılması və saxlanması ilə başlayır. Reaktorda yanacağın əvvəlki partiyası yandıqda, personal nüvəyə (çürümə reaksiyasının baş verdiyi reaktorun iş zonasına) yüklənməsi üçün yanacaq birləşmələrini tamamlayır. Bir qayda olaraq, yanacaq qismən doldurulur.

Yanacaq nüvəyə yalnız reaktorun ilk işə düşməsi zamanı tam yüklənir. Bu, reaktordakı yanacaq elementlərinin qeyri-bərabər yanması ilə əlaqədardır, çünki neytron axını reaktorun müxtəlif zonalarında intensivliyə görə dəyişir. Mühasibat aparatları sayəsində stansiya işçiləri hər bir yanacağın yanma dərəcəsini real vaxt rejimində izləmək və onu dəyişdirmək imkanına malikdir. Bəzən yeni yanacaq birləşmələri yükləmək əvəzinə, birləşmələr öz aralarında köçürülür. Aktiv zonanın mərkəzində tükənmə ən intensiv şəkildə baş verir.

Atom elektrik stansiyasından sonra TVS

Nüvə reaktorunda işlənmiş uran şüalanmış və ya yanmış adlanır. Və belə yanacaq birləşmələri - sərf edilmiş nüvə yanacağı. SNF radioaktiv tullantılardan ayrı yerləşdirilir, çünki onun tərkibində ən azı 2 faydalı komponent var - yanmamış uran (metalın yanması heç vaxt 100%-ə çatmır) və transuran radionuklidləri.

Son zamanlar fiziklər SNF-də toplanmış radioaktiv izotoplardan sənaye və tibbdə istifadə etməyə başlayıblar. Yanacaq öz kampaniyasını işlədikdən sonra (nominal gücdə işləmə şəraitində reaktorun nüvəsində montajın sərf etdiyi vaxt) işlənmiş yanacaq hovuzuna, sonra birbaşa reaktor bölməsində saxlanmağa göndərilir və bundan sonra - emal və ya utilizasiya üçün. Soyutma hovuzu istiliyi aradan qaldırmaq və ionlaşdırıcı şüalanmadan qorumaq üçün nəzərdə tutulmuşdur, çünki yanacaq qurğuları reaktordan çıxarıldıqdan sonra təhlükəli olaraq qalır.

ABŞ, Kanada və ya İsveçdə SNF təkrar emal üçün göndərilmir. Digər ölkələr, o cümlədən Rusiya qapalı yanacaq dövrü üzərində işləyir. Bu, nüvə yanacağının istehsalının maya dəyərini əhəmiyyətli dərəcədə azaltmağa imkan verir, çünki SNF-nin bir hissəsi təkrar istifadə olunur.

Yanacaq çubuqları turşuda həll edilir, bundan sonra tədqiqatçılar plutonium və istifadə olunmamış uranı tullantılardan ayırırlar. Xammalın təxminən 3%-i təkrar istifadə edilə bilməz; bunlar bitumlaşdırma və ya vitrifikasiya prosedurlarından keçən yüksək səviyyəli tullantılardır.

İşlənmiş nüvə yanacağından 1% plutonium əldə etmək olar. Bu metalın zənginləşdirilməsinə ehtiyac yoxdur, Rusiya ondan innovativ MOX yanacağının istehsalı prosesində istifadə edir. Qapalı yanacaq dövrü bir yanacaq yığımını təxminən 3% ucuzlaşdırmağa imkan verir, lakin bu texnologiya sənaye bölmələrinin tikintisinə böyük sərmayələr tələb edir, buna görə də dünyada hələ də geniş yayılmayıb. Buna baxmayaraq, Rosatom yanacaq şirkəti bu istiqamətdə araşdırmaları dayandırmır. Bu yaxınlarda Pronedra yazıb ki, Rusiya Federasiyası reaktorun nüvəsində yüksək radioaktiv tullantıların çox 3%-nə daxil olan amerisium, kurium və neptunium izotoplarından istifadə edə bilən yanacaq üzərində işləyir.

Nüvə yanacağı istehsalçıları: reytinq

1. Son vaxtlara qədər Fransanın Areva şirkəti yanacaq yığımları üçün dünya bazarının 31%-ni təmin edirdi. Şirkət nüvə yanacağının istehsalı və atom elektrik stansiyaları üçün komponentlərin yığılması ilə məşğuldur. 2017-ci ildə Areva keyfiyyətcə yüksəliş yaşadı, şirkətə yeni investorlar gəldi və 2015-ci ilin böyük itkisi 3 dəfə azaldı.
2. Westinghouse Yaponiyanın Toshiba şirkətinin Amerika bölməsidir. O, Şərqi Avropada bazarı fəal şəkildə inkişaf etdirir, Ukrayna AES-lərinə yanacaq yığımları verir. Toshiba ilə birlikdə nüvə yanacağı istehsalı üçün dünya bazarının 26%-ni təmin edir.
3. Üçüncü yerdə “Rosatom” (Rusiya) dövlət korporasiyasının TVEL yanacaq şirkətidir. TVEL dünya bazarının 17%-ni təmin edir, 30 milyard dollar dəyərində on illik müqavilə portfelinə malikdir və 70-dən çox reaktoru yanacaqla təmin edir. TVEL VVER reaktorları üçün yanacaq birləşmələri hazırlayır, həmçinin Qərb dizaynlı nüvə qurğuları bazarına daxil olur.
4. Japan Nuclear Fuel Limited, son məlumatlara görə, dünya bazarının 16%-ni təmin edir, Yaponiyanın özündəki nüvə reaktorlarının əksəriyyətini yanacaq birləşmələri ilə təmin edir.
5. Mitsubishi Heavy Industries turbinlər, tankerlər, kondisionerlər və daha yaxınlarda Qərb tipli reaktorlar üçün nüvə yanacağı istehsal edən Yaponiya nəhəngidir. Mitsubishi Heavy Industries (ana şirkətin bölməsi) Areva ilə birlikdə APWR nüvə reaktorlarının tikintisi, tədqiqat fəaliyyəti ilə məşğul olur. Məhz bu şirkət Yaponiya hökuməti tərəfindən yeni reaktorların hazırlanması üçün seçilib.

NFC-nin mərkəzi mərhələsi istilik enerjisi istehsalı üçün atom elektrik stansiyasının reaktorunda nüvə yanacağının istifadəsidir. Enerji aparatı kimi nüvə reaktoru uran nüvələrinin və reaktorda əmələ gələn ikinci dərəcəli yanacaq elementi olan plutoniumun parçalanması nəticəsində əldə edilən müəyyən parametrlərin istilik enerjisinin generatorudur (şək. 6.22). İstilik enerjisinin elektrik enerjisinə çevrilməsinin səmərəliliyi atom elektrik stansiyalarının istilik-hidravlik və elektrik sxemlərinin mükəmməlliyi ilə müəyyən edilir.

Yanacaq elementləri ilə müxtəlif nüvə reaksiyalarının baş verməsi ilə bağlı olan reaktorun nüvəsində nüvə yanacağının yanmasının xüsusiyyətləri nüvə enerjisinin xüsusiyyətlərini, AES-in iş şəraitini, iqtisadi göstəricilərini, ətraf mühitə təsirini, sosial və iqtisadi nəticələrini müəyyən edir.

Termal neytron reaktorları olan AES-lərdə nüvə yanacağından istifadənin səmərəliliyi reaktorda yüklənmiş və sərf olunan yanacağın 1 ton (və ya 1 kq) üçün orta illik enerji hasilatı ilə xarakterizə olunur - onun yanmasının orta dərinliyi (ölçüsü MVt gün / ton). Nüvə reaksiyaları nəticəsində uran yanacağının yanması prosesində onun nuklid tərkibində əhəmiyyətli dəyişiklik baş verir.Şəkil 6.23-də ilkin zənginləşdirmə ilə VVER-1000 reaktor nüvəsinin konstruksiya şərtlərinə münasibətdə bu prosesin tipik qrafiki göstərilir x = 4,4% (44 kq/t) və yanacağın yanmasının orta hesablama dərinliyi В=40 10 3 MVt sutka/t (və ya α =42 kq/t), Şəkil 6.24-də isə nuklid tərkibinin dəyişməsinin hesablanmış qrafiki. yanacağın x = 2% və В=20 10 3 MW gün/t RBMK-1000 reaktorunun nüvəsində. Görünür ki, 235 U yandıqca neytronların 238 U nüvələr tərəfindən radiasiya ilə tutulması nəticəsində plutoniumun parçalanan izotopları 239 Pu, 241 Pu və parçalanmayan 240 Pu, 242 Pu, 236 U izotopları yaranır və toplanır. .və sayı nisbətən az olan və iqtisadi hesablamalarda nəzərə alınmayan digər transuran və transplutonium elementlərinin (Şəkil 6.25) çürüməsi.

Şəkil 6.26-da ilkin zənginləşdirilməsi 3,44% olan PWR reaktorunun uran yanacağında nuklid tərkibinin dəyişməsinin neytron axınından asılılığı göstərilir. Plutoniumun parçalanan izotoplarının (239 Pu və 241 Pu) VVER-1000 nüvə reaktorunun ümumi gücünə hesablanmış töhfəsi 33% -dən çoxdur. Bu proses digər termal neytron reaktorlarında da baş verir. Plutoniumun parçalanma və enerji istehsalına töhfəsi nə qədər böyükdürsə, plutoniumun yetişmə nisbəti (BR) bir o qədər yüksəkdir və yanacağın orta yanması da bir o qədər yüksəkdir.

İşlənmiş yanacaqda plutonium izotoplarının toplanmasının miqdarı nüvə enerjisi sənayesində texniki-iqtisadi hesablamalar və qiymətləndirmələr üçün vacibdir. Kimyəvi emal zamanı işlənmiş yanacaqdan çıxarıldıqdan sonra onlar həm də atom elektrik stansiyalarının kommersiya məhsullarıdır.

İşlənmiş yanacaqda toplanmış plutoniumun bütün və ya yalnız parçalanan istilik neytronlarının z izotoplarının z* kütləsinin 1 ton işlənmiş yanacağın tərkibində olan parçalanan nüvələrin α kütləsinə nisbəti adətən plutonium yığılma əmsalı (KN) adlanır:

КН=z/ α ; KH*=z*/α ,

burada z* işlənmiş yanacağa yığılmış bütün plutonium izotoplarının kütləsidir (parçalanmadan 236U-a çevrilmə nəticəsində 235U itkisi də daxil olmaqla). CV-nin təxmini hesablanması üçün nüvə-fiziki hesablamalar əsasında qurulmuş yanacağın nuklid tərkibindəki dəyişikliklərin qrafiklərindən istifadə etmək olar (bax. Şəkil 6.23 və 6.24). B-nin orta yanma dərinliyinin artması (Cədvəl 6.13) işlənmiş yanacağın tərkibindəki plutoniumun miqdarının azalması ilə, lakin reaktorun ümumi gücündə onun payının artması ilə müşayiət olunur. Bu nisbət nə qədər yüksəkdirsə, inteqral CV-nin dəyəri də bir o qədər böyükdür (formalaşan parçalanan nuklidlərin sayının ayrılanların sayına nisbəti).

Cədvəl 6.13 Termik reaktorlarda yanacağın yanması və plutoniumun yığılması

Nüvə yanacağında 235 U-un maddi balansını təhlil edərkən onun reaktorun nüvəsində 235 U+n → 236 U + γ parçalanmadan 235 U izotopunun neytronları tutması nəticəsində yaranan geri dönməz itkiləri nəzərə almaq lazımdır.

235 U-nun əhəmiyyətli hissəsi bölünmür, lakin süni parçalanmayan radioaktiv izotop 236 U-ya çevrilir. 235 U-dan 236 U-nun əmələ gəlmə ehtimalı bir neytronun radiasiya ilə tutulması üçün kəsitin nisbətinə bərabərdir. 235 U izotopu (σ n γ \u003d 98.36 E n \u003d 0.0253 eV üçün) radiasiya tutma və parçalanma üçün kəsişmələrin cəminə (σ ~ 580 anbar). Beləliklə, reaktorun nüvəsinə yüklənmiş 235 U balansında onun parçalanması zamanı təkcə 235 U nüvələrin istehlakını deyil, həm də geri dönməz şəkildə itirilən 235 U nüvələrin azalmasını (~ 15%) nəzərə almaq lazımdır. 236 U-nun yaranmasına qədər.

Şəkil 6.27 yanma dərinliyindən asılı olaraq müxtəlif ilkin yanacaq zənginləşdirilməsi ilə müasir atom elektrik stansiyasının təzyiqli su reaktorunda 236 U toplanma səviyyəsini göstərir.

Öz növbəsində, 236 U formalaşması yeni elementlərin 237 Np və 238 Pu formalaşması prosesində onun istehlakına gətirib çıxarır (bax. Şəkil 6.22). Şəkil 6.27-dəki asılılıqlar bu prosesi nəzərə alır. 30 10 3 MVt gün/t yanma dərinliyində 0,35-0,40% 236 U ~ 3,4% 235 U yanacaq zənginləşdirilməsi ilə termal neytron reaktorlarında əmələ gəlir.

VVR nüvəsində 0,12% 236 U məzmunu ilə əldə edilə bilən yanma dərinliyinin itkisi 10 3 MVt gün/t, 0,4% 236 U - 2,5 10 3 MVt gün/t, 1% 236 U – 5 olacaq. 10 3 MW gün/t. Mövcud yüngül su reaktorlarında 236 U-nun mənfi təsirini kompensasiya etmək və arzu olunan enerji xüsusiyyətlərini əldə etmək üçün nüvə yanacaq dövriyyəsinin maya dəyərini artıran 235 U yanacağın ilkin zənginləşdirilməsini artırmaq lazımdır.

Atom elektrik stansiyasının reaktorlarında nüvə yanacağının istifadəsi aşağıdakı əsas əməliyyatları əhatə edir:

• təchizatçı zavoddan qəbul edilmiş təzə yanacağın boşaldılması, qəbulu və FA anbarında saxlanması;
• idarəetmə çubuqları ilə birlikdə reaktora yükləmək üçün yanacaq birləşmələrinin yığılması;
• yanacaq birləşmələrinin reaktorun nüvəsinə yüklənməsi (ilkin və ya dövri və qismən yanacaq doldurma qaydasında); reaktorun nüvəsində yanacağın səmərəli istifadəsi (reaktorda verilən istilik enerjisinin əldə edilməsi).

Reaktorda sərf olunan nüvə yanacağı reaktor zalında yerləşən işlənmiş yanacaq hovuzuna yenidən yüklənir və bir neçə il orada qalır. Belə uzun müddətə məruz qalma yanacaq birləşmələrinin ilkin radioaktivliyini və çürümə istiliyini əhəmiyyətli dərəcədə azaltmağa, istifadə edilmiş yanacağın AES ərazisindən daşınması işini asanlaşdırmaq üçün sızan birləşmələrdən və yanacaq çubuqlarından imtina etməyə imkan verir (Cədvəl 6.14).

İşlənmiş yanacaq hovuzlarından işlənmiş yanacaq yenidən xüsusi dəmir yolu platformalarında və ya digər avtomobillərdə quraşdırılmış nəqliyyat qablarına yüklənir. Bu əməliyyat AES-də nüvə yanacaq dövrünün ən uzun - mərkəzi mərhələsi ilə başa çatır. Bəzi AES-lərdə işlənmiş yanacaq üçün uzunmüddətli bufer anbarı var və ya işlənmiş yanacaq birləşmələrini uzunmüddətli quru saxlama üçün uyğunlaşdırılmış xüsusi çəlləklərdə saxlaya bilər.

Yanacaq dövrünün növləri. Yüklənən reaktorun növündən və reaktordan çıxarılan işlənmiş yanacağa nə baş verdiyindən asılı olaraq bir sıra yanacaq dövrləri var. Şəkil 6.28 açıq (açıq) yanacaq dövrünün diaqramını göstərir.

İstifadə olunmuş yanacaq AES-də işlənmiş yanacaq hovuzunda qeyri-müəyyən müddətə saxlanılır. Bununla əlaqədar olaraq, ictimai anbarlardan istifadə etməklə işlənmiş yanacağın daşınması, qablaşdırılması və daimi saxlama yerinə köçürülməsinin təhlükəsizliyini təmin etmək lazımdır. Bu dövrədə yanmış yanacaqda parçalanan materialların bərpası və ya zənginləşdirilməsi prosesi aparılmır. Şəkil 6.29 işlənmiş yanacağın yalnız uranı bərpa edəcək şəkildə emal edildiyi dövrəni göstərir. Plutonium və transuran elementləri bu dövrədə yüksək səviyyəli tullantı (HLW) kimi qəbul edilir.

Uran zənginləşdirmə faizini 0,8-dən 3%-ə qədər artırmaq üçün yenidən zənginləşdirmə zavoduna gətirilir ki, bu da onu VVR üçün yanacaq kimi təkrar istifadə etmək üçün kifayətdir. "Tullantılar" düzgün rəftar, qablaşdırma və daimi saxlama yerinə daşınmasını tələb edir. Daha tam yanacaq dövrü Şəkil 6.30-da göstərilmişdir. Burada uranla yanaşı, plutonium da çıxarılır. Plutonium parçalanan material olduğundan yanacaq kimi istifadə edilə bilər. Uran oksidi ilə qarışdırılmış plutonium oksidi WWR dövründə təkrar istifadə edilə bilər. Bir sıra kommersiya reaktorlarında pilot birləşmələrdə istifadə edilən bu yanacaq qarışığı WWR üçün yanacaq kimi uğurlu istifadəsini nümayiş etdirdi.

Cədvəl 6.14 Orta yanma zamanı 33 10 3 MVt/t VVER-dən boşaldılmış işlənmiş yanacağın 1 tonunda xüsusi aktivliyin və istilik buraxılmasının dəyişməsi

Bununla belə, plutoniumun təkrar emalı bir sıra maneələr və məhdudiyyətlər səbəbindən kommersiya baxımından qəbul edilməmişdir. Yaponiya və Almaniyada plutoniumun təkrar emalına böyük maraq göstərilib. Yaponiyada əsas motiv atom elektrik stansiyaları üçün yanacağın alınmasının müstəqilliyini təmin etmək idi. Almaniyada yüksək səviyyəli tullantıların utilizasiyasını xeyli asanlaşdırmaq üçün bundan istifadə etmək istəyirdilər.

Yanacaq dövriyyəsinin üçüncü versiyası əsasında VVR və sürətli reaktorları birləşdirmək də mümkündür. İstifadə olunmuş yanacaqdan əldə edilən plutonium sürətli reaktorun ilk yanacaq yükü kimi istifadə edilə bilər.

Bu, plutoniumun ən səmərəli istifadəsidir, çünki onun ən yaxşı keyfiyyətləri neytron spektrinin sürətli hissəsində tapılır. Bu istiqamət Fransada istifadə olunur.

Fransız neftayırma zavodlarında istehsal olunan plutonium sonradan reaktorların sürətli inkişafı proqramında istifadə edilmək üçün yığılır. Sürətli neytron reaktoru öz xüsusiyyətləri və xüsusiyyətləri olan öz yanacaq dövrü tələb edir. Bu spesifiklik seleksiyaçıda yanacağın dərin yanması ilə bağlıdır (VVR ilə müqayisədə 3 dəfə və ya daha çox). Başqa bir dövr, parçalanan material olmasa da, reaktorda 23 U-ya çevrilən toriumun istifadəsinə əsaslanır.sənaye inkişafı. Torium dövrü yüksək temperaturlu qaz reaktorlarında istifadə olunur (burada yanacaq qrafit matrisi ilə örtülmüşdür).

Hazırda reaktorların və bütövlükdə atom elektrik stansiyalarının təkmilləşdirilməsi üzrə işlərin intensivləşdirilməsi ilə əlaqədar olaraq bir çox ölkələrin nüvə yanacaq dövriyyəsinin növünün seçilməsi ilə bağlı mövqeləri dəyişir. Getdikcə daha çox tərtibatçı qapalı (qapalı) yanacaq dövrü seçməyə meyllidir. Digər tərəfdən, MAQATE-nin 2004-cü ilin sentyabrında keçirilən konfransında artan enerji tələbatını nəzərə alaraq NFC növünün seçilməsi ilə bağlı vəziyyəti təhlil edən məruzələrdən birində açıq və ya tək yanacaq dövrünün mövcud olduğu bildirilir. qapalı dövrə ilə müqayisədə istehsal xərcləri, yayılmama məsələləri və yanacaq dövriyyəsi əməliyyatının təhlükəsizliyi baxımından əhəmiyyətli üstünlüklər. Hesabata görə, yaxın əlli il ərzində 1000 yeni reaktorun işə salınmasını təmin etmək üçün dünyada kifayət qədər təbii uran filizi var. Nüvə yanacağının istifadəsinin “birdəfəlik” üsulu uran filizi yataqları tükənənə və nüvə gücləri yığılmış nüvə yanacağını emal edərək qeyri-təbii, süni əlavə məhsul olan plutonium istehsal etməyə başlayana qədər nisbətən ucuz və təhlükəsiz qalacaq. uran yandırır. Eyni zamanda, SNF və RW-nin utilizasiyası əməliyyatlarının dəyəri ilə bağlı vəziyyət təhlil edilmir. Bununla belə, uran filizi ehtiyatları tükəndikcə, qapalı dövrün əksi olan açıq yanacaq dövriyyəsinin istismarı xərcləri arta bilər. Buna baxmayaraq, qapalı sikldən istifadə ilə bağlı hesablanmayan risklərdən qaçmaq üçün ekspertlər nüvə dövlətlərinin hökumətlərinə və nüvə sənayesinin liderlərinə nüvə enerjisinin yüksək qiyməti səbəbindən qapalı dövrəyə üstünlük verərək, açıq tsikli davam etdirməyi tövsiyə edirlər. SNF-nin təkrar emal prosesi və yeni termonüvə və ya sürətli neytron reaktorları sahəsində inkişaflar. Hesabatın müəllifləri yanacaq dövrü tədqiqatlarını və inkişafını normal əməliyyatda, yəni nüvə enerjisi əməliyyatından dinc məqsədlərlə istifadə etməklə silahda istifadə oluna bilən materialların, o cümlədən uran, parçalanan materialların istehsalına gətirib çıxarmayacaq texnologiyaların inkişafına yönəldilməsini qətiyyətlə tövsiyə edirlər. materiallar (məsələn, plutonium) və kiçik aktinidlər. Hesabatda deyilir ki, hazırda Qərbi Avropa və Yaponiyada tətbiq olunan qapalı yanacaq dövrü təcrübələri bu meyara cavab vermir. Buna görə də onun müəllifləri deyirlər ki, yanacaq dövriyyəsinin təhlili, tədqiqat, təkmilləşdirmə və sınaqlar nüvə silahının yayılmasının mümkün riskinin dəqiq qiymətləndirilməsini və bu riski minimuma endirmək üçün zəruri tədbirləri əhatə etməlidir. Bununla belə, nüvə enerjisinin gələcəyi ilə bağlı ən çox ehtimal olunan proqnoz açıq yanacaq dövrünə əsaslanan nüvə sənayesinin qlobal artımıdırsa, o zaman, hesabat müəlliflərinin fikrincə, işlənmiş yanacağın saxlanmasına dair beynəlxalq müqavilələr imzalanmalıdır. növbəti on il ərzində təsir göstərəcək ki, bu da nüvə silahının yayılmasının potensial riskini əhəmiyyətli dərəcədə azaltmalıdır.

Gələcəkdə nüvə reaksiyaları zonasında sürətli neytronlarda irimiqyaslı nüvə enerjisi sənayesində təkcə aktinidlərin parçalanması deyil, həm də xam nüvə yanacağı olan urandan əla nüvə yanacağı olan plutonium izotoplarının istehsalı həyata keçirilməlidir. 238. 1-dən yuxarı çoxalma nisbəti ilə, boşaldılan nüvə yanacağında yandırılandan daha çox plutonium əldə edilə bilər. Sürətli nüvə reaktorlarından boşaldılan nüvə yanacağı radiokimyəvi zavoda getməlidir, orada neytronları udan parçalanma məhsullarından çıxarılacaq. Sonra uran238 və aktinidlərdən (Pu, Np, Cm, Am) ibarət olan yanacaq, zəncirvari nüvə reaksiyasını həyata keçirmək üçün kifayətdir, tükənmiş uranın əlavəsi ilə birlikdə yenidən nüvə stansiyasının nüvəsinə yüklənir. Sürətli neytron nüvə reaktorunda radiokimyəvi emal demək olar ki, bütün uran-238-i yandıra bilər.

Hesabat müəlliflərinin fikrincə, irimiqyaslı nüvə energetikasında sürətli neytron nüvə reaktorları üstünlük təşkil edəcək. Bu reaktorlardan boşaldılan yanacaqda çoxlu miqdarda aktinid izotopları (Pu, Np, Cm, Am) var, o, böyük yanma dərinliyi ilə xarakterizə olunur, yəni nüvə yanacağının vahid kütləsi üçün daha çox parçalanma məhsulu olacaq.

Aşağıdakıları təmin edən radiokimyəvi texnologiyaların yaradılmasına hələ də ehtiyac var:

• öz kritik kütlələri olan daha çox sayda kiçik aktinidləri nəzərə alaraq nüvə təhlükəsizliyi;
• parçalanma məhsullarının aktinidlərdən dərindən təmizlənməsi, onların saxlanmasında, basdırılmasında və çevrilməsində çətinlik yaratmamaq;
• texnoloji tullantıların kütləsinin maksimum azaldılması;
• yod, tritium, kripton, radioaktiv aerozollardan radiokimyəvi emal nəticəsində yaranan qazların daha yaxşı təmizlənməsi;
• əməliyyat işçilərinin radiasiya təhlükəsizliyi;
• xalq təsərrüfatına lazım olan kimyəvi elementlərin, məsələn, təmiz α-mənbəsinin alınması;
• nüvə reaksiyaları zonasında yerləşən və induksiyalı aktivliyə malik qiymətli metallardan (Ni, Cr, Nb, Mo. Ti, W, V) ibarət materialların çoxsaylı istifadəsinin mümkünlüyü;
• gələcək enerji üçün təbii uranın hasilatı ilə müqayisədə rəqabət qabiliyyətli, iqtisadi cəhətdən səmərəli radiokimyəvi emal.

Hazırda Rusiyanın dörd Atom Elektrik Stansiyasından (Novo-Voronej, Balakovo, Kalinin, Rostov), ​​üç Ukrayna (Cənubi Ukrayna, Xmelnitski, Rovno) və Kozloduy AES-dən (Bolqarıstan) istifadə edilmiş nüvə yanacağı zavodun “nəm” anbarında saxlanılır. " GCC Federal Dövlət Unitar Müəssisəsi, Jeleznoqorsk (Rusiya) ərazisində işlənmiş yanacağın bərpası üçün RT-2 anbarı. Layihəyə əsasən, anbar 6000 ton üçün nəzərdə tutulub, 8600 ton SNF yerləşdirmək imkanı ilə sıxlaşdırılmalıdır. Şüalanmış yanacaq birləşmələri (SFA) montajdan ən azı 2,5 metr hündürlükdə olan su qatının altında saxlanılır ki, bu da heyətin bütün növ radioaktiv təsirlərdən etibarlı mühafizəsini təmin edir. İstifadə olunmuş nüvə yanacağı yaş anbarda saxlandıqdan sonra ümumi tutumu 38 000 ton olan quru SNF anbarına (XOT-2) yerləşdiriləcək (bunun 27 000 tonu RBMK-1000 reaktorlarından SFA-ların saxlanması üçündür. , 11 000 ton VVER-1000 reaktorlarından SFA-lar üçündür), hazırda zavodda tikinti sürətlə davam edir və birinci mərhələ 2009-cu ilin dekabrında istifadəyə veriləcək. XOT-2 anbar kompleksi RBMK-1000 və VVER-1000 reaktorlarından işlənmiş nüvə yanacağının təhlükəsiz uzunmüddətli saxlanmasını və onun sonrakı radiokimyəvi emal və ya yeraltı izolyasiya üçün ötürülməsini təmin edəcək. XOT-2 müasir radiasiya və nüvə təhlükəsizliyinə nəzarət sistemləri ilə təchiz ediləcək.

Niyə uran?

Bəşəriyyət əl-ayağını elektrik naqilləri ilə bağlayıb. Məişət texnikası, sənaye avadanlıqları, küçə işıqlandırması, trolleybuslar, metrolar, elektrik qatarları - sivilizasiyanın bütün bu üstünlükləri elektrik şəbəkəsindən enerji alır; cərəyan nədənsə sıradan çıxsa, mənasız “dəmir parçalarına” çevrilirlər. Bununla belə, insanlar artıq enerji təchizatının sabitliyinə o qədər öyrəşiblər ki, istənilən bağlanma narazılıq və hətta narahatlığa səbəb olur. Və həqiqətən, bütün məişət texnikası, o cümlədən ən sevimliləri - televizor, kompüter və soyuducu bir anda sönsə, insan nə etməlidir? İşdən və ya dərsdən sonra, necə deyərlər, gündüz saatlarını uzatmaq istəyəndə axşam saatlarında “ayrılığa” dözmək çətindir. Planşet və ya telefon saxlayacaq, amma nəhayət, onlar da əbədi olmayan bir yükə sahibdirlər. Sonunu “həbsxana kamerasına” düşmək daha da pisdir ki, işıq sönəndə lift kabinəsi və ya metro vaqonu girə bilər.

Niyə bütün bu söhbətlər? Və "elektrikləşdirilmiş" bəşəriyyətin sabit və güclü enerji mənbələrinə - ilk növbədə elektrikə ehtiyacı olduğuna. Onun çatışmazlığı ilə işıqların kəsilməsi əsəbiləşəcək və həyat səviyyəsi aşağı düşəcək. Xoşagəlməz ssenarinin reallığa çevrilməsinin qarşısını almaq üçün getdikcə daha çox elektrik stansiyası tikmək lazımdır: qlobal enerji istehlakı artır, mövcud enerji blokları isə tədricən köhnəlir.

Bəs əsasən kömür və qaz yandıran müasir enerji problemi həll etmək üçün nə təklif edə bilər? Təbii ki, qiymətli kimyəvi xammalı məhv edən yeni qaz qurğuları və ya səmanı tüstüləyən kömür blokları. Yeri gəlmişkən, istilik elektrik stansiyalarının emissiyaları məlum ekoloji problemdir, lakin qalıq yanacaq hasilatı müəssisələri də ətraf mühitə zərər verir. Lakin onun istehlakı böyükdür. Məsələn, adi soyuducunun il ərzində işləməsini təmin etmək üçün təxminən yüz kiloqram kömür və ya yüzlərlə kubmetr təbii qaz yandırmaq lazım gələcək. Və bu bir çox məişət texnikasıdır.

Yeri gəlmişkən, sözügedən soyuducunun bir il işləməsi üçün nə qədər nüvə yanacağına ehtiyac olacaq? İnanmaq çətindir, amma ... cəmi bir qram!

Zənginləşdirilmiş urandan hazırlanan nüvə yanacağının nəhəng enerji intensivliyi onu kömür və qaza layiqli rəqib edir. Əslində atom elektrik stansiyası istilik elektrik stansiyasından yüz min dəfə az yanacaq sərf edir. Bu o deməkdir ki, uran hasilatı üçün mədənçilik daha kiçik miqyasdadır və bu, ətraf mühit üçün vacibdir. Üstəlik, istixana və zəhərli qaz emissiyaları yoxdur.

Min meqavat gücündə olan atom elektrik stansiyasının enerji bloku ildə cəmi üç onlarla ton nüvə yanacağı sərf edəcək, eyni gücə malik istilik stansiyası isə təxminən üç milyon ton kömür və ya üç milyard kubmetr qaza ehtiyac duyacaq. qaz. Başqa sözlə, eyni miqdarda elektrik enerjisi əldə etmək üçün ildə ya nüvə yanacağı olan bir neçə vaqon, ya da gündə bir neçə kömür...

Bərpa olunan enerji mənbələri haqqında nə demək olar? Onlar, əlbəttə, yaxşıdır, lakin hələ də təkmilləşdirilməlidir. Məsələn, stansiyanın işğal etdiyi ərazini götürək. Külək turbinləri və günəş panelləri vəziyyətində, adi elektrik stansiyalarından iki dəfə yüksəkdir. Məsələn, bir atom elektrik stansiyası (AES) bir neçə kvadrat kilometr əraziyə sığarsa, külək parkı və ya eyni tutumlu günəş sahəsi bir neçə yüz kvadrat kilometr ərazini tutacaqdır. Sadə dillə desək, ərazi nisbəti kiçik bir kənd və çox böyük bir şəhərin nisbətinə bənzəyir. Səhrada bu göstərici vacib olmaya bilər, amma kənd təsərrüfatı və ya meşə təsərrüfatı zonasında - hətta necə.

Qeyd etmək lazımdır ki, nüvə yanacağı fəsildən, gündüzdən və ya hava şıltaqlığından asılı olmayaraq hər zaman işə hazırdır, gecələr günəş parlamaz, külək isə istədiyi vaxt əsər. Üstəlik, bəzi ərazilərdə günəş enerjisi axınının az olması və ya küləyin orta sürətinin aşağı olması səbəbindən bərpa olunan enerji heç də sərfəli olmayacaq. Atom elektrik stansiyaları üçün belə problemlər sadəcə olaraq mövcud deyil.

Nüvə enerjisinin bu üstünlükləri uranın müasir sivilizasiya üçün nüvə yanacağı kimi müstəsna rolunu müəyyənləşdirdi.

Kim nə qədər aldı?

Bir köhnə sovet cizgi filmində heyvanlar vacib bir vəzifəni həll etdilər - portağal paylaşdılar. Nəticədə, canavar istisna olmaqla, hər kəsə dadlı şirəli bir dilim verildi; boz qabıqla kifayətlənməli idi. Yəni dəyərli resurs əldə etməyib. Bu baxımdan maraqlıdır ki, uranla bağlı vəziyyət necədir: dünyanın bütün ölkələrinin öz ehtiyatları var, yoxsa məhrumdurlar?

Əslində Yer kürəsində çoxlu uran var və bu metala demək olar ki, hər yerdə rast gəlmək olar: planetimizin qabığında, okeanlarda, hətta insan orqanizmində belə. Problem onun “dispersiyasında”, yerin süxurları üzərində “yaxılmasında”dır ki, bu da uranın aşağı konsentrasiyası ilə nəticələnir, əksər hallarda iqtisadi cəhətdən sərfəli sənaye istehsalının təşkili üçün kifayət etmir. Bununla belə, bəzi yerlərdə yüksək miqdarda uran olan yığılmalar - yataqlar var. Onlar müvafiq olaraq qeyri-bərabər paylanır və uran ehtiyatları ölkəyə görə dəyişir. Bu elementin yataqlarının əksəriyyəti Avstraliya ilə birlikdə "üzən"; Bundan başqa Qazaxıstan, Rusiya, Kanada və Cənubi Afrika ölkələrinin bəxti gətirib. Lakin bu mənzərə donmuş deyil, yeni yataqların kəşfiyyatı və köhnələrinin tükənməsi səbəbindən işlərin vəziyyəti daim dəyişir.

Tədqiq edilmiş uran ehtiyatlarının ölkələr üzrə bölgüsü (istehsal xərcləri ilə ehtiyatlar üçün< $130/кг)

Dünya Okeanının sularında böyük miqdarda uran həll olunur: dörd milyard tondan çox. Belə görünür ki, ideal "depozit" - mən mina etmək istəmirəm. Alimlər hələ 1980-ci illərdə dəniz suyundan uranı çıxarmaq üçün xüsusi sorbentlər hazırlayıblar. Niyə bu əla üsul universal tətbiq edilmir? Problem ondadır ki, metal konsentrasiyası çox aşağıdır: bir ton sudan yalnız təxminən üç milliqram çıxarmaq olar! Belə uranın çox baha olacağı aydındır. Hesablamalara görə, bir kiloqram bir neçə min dollara başa gələcək, bu "torpaq" həmkarından xeyli bahadır. Ancaq alimlər üzülmürlər və getdikcə daha təsirli sorbentlər icad edirlər. Beləliklə, bəlkə də yaxın gələcəkdə bu hasilat üsulu rəqabətədavamlı olacaq.

Hazırda bir kiloqramı üçün hasilat dəyəri 130 dollardan az olan kəşf edilmiş uran ehtiyatlarının ümumi sayı 5,9 milyon tonu ötür. Çoxdur? Kifayət qədər kifayətdir: əgər atom elektrik stansiyalarının ümumi gücü indiki səviyyədə qalsa, o zaman uran yüz il davam edəcək. Müqayisə üçün qeyd edək ki, neft və qazın sübut edilmiş ehtiyatları cəmi otuz-altmış il ərzində tükənə bilər.

Ərazilərindəki uran ehtiyatlarına görə ilk on ölkə (çıxarılma dəyəri olan ehtiyatlara görə).< $130/кг)

Bununla belə, unutmaq olmaz ki, proqnozlara görə, nüvə enerjisi sənayesi inkişaf edəcək, ona görə də indi onun resurs bazasını necə genişləndirmək barədə düşünməyə dəyər.

Problemin həlli yollarından biri də yeni yataqların vaxtında tapılıb mənimsənilməsidir. Mövcud məlumatlara görə, bu, problem yaratmamalıdır: yalnız son bir neçə ildə Afrikanın bəzi ölkələrində, Cənubi Amerikada, həmçinin İsveçdə yeni yataqlar aşkar edilmişdir. Düzdür, aşkar edilmiş ehtiyatların çıxarılmasının nə dərəcədə sərfəli olacağını dəqiq söyləmək mümkün deyil. Ola bilər ki, filizdə uranın az olması və yataqların işlənməsinin çətinliyi səbəbindən onların bəzilərini “sonraya” buraxmaq lazım gələcək. Fakt budur ki, bu metalın qiymətləri indi kifayət qədər aşağıdır. İqtisadi baxımdan təəccüblü heç nə yoxdur. Birincisi, hələ də hasilatı nisbətən asan olan yataqlar var və buna görə də dünyada ucuz uran var - o, bazara daxil olur və qiyməti “yıxır”. İkincisi, Fukusima qəzasından sonra bəzi ölkələr yeni atom elektrik aqreqatlarının tikintisi ilə bağlı planlarına düzəlişlər etdi və Yaponiya bütün atom elektrik stansiyalarını tamamilə dayandırdı - uranın maya dəyərinin daha da aşağı düşməsinə tələbat azaldı. Amma bu uzun müddət deyil. Çin və Hindistan öz ərazilərində irimiqyaslı atom elektrik stansiyalarının tikintisini planlaşdıraraq artıq oyuna daxil olublar. Digər Asiya ölkələrinin, eləcə də Afrika və Cənubi Amerika ölkələrinin daha az iddialı layihələri var. Görünür, hətta Yaponiya nüvə enerjisi sənayesindən ayrıla bilməyəcək. Buna görə də tələb tədricən bərpa olunacaq və ucuz yataqların tükənməsi ilə birləşərək, bu, uranın qiymətinin artmasına səbəb olacaq. Analitiklər hesab edirlər ki, gözləmə müddəti çox deyil, cəmi bir neçə ildir. O zaman “sonraya” qalan yataqların işlənilməsi haqqında düşünmək mümkün olacaq.

Maraqlıdır ki, ən böyük uran ehtiyatlarına malik ölkələrlə nüvə enerjisi sənayesi ən inkişaf etmiş ölkələrin siyahıları praktiki olaraq üst-üstə düşmür. Dünyadakı uran "sərvətinin" üçdə biri Avstraliyanın bağırsaqlarındadır, lakin yaşıl qitədə bir dənə də olsun atom elektrik stansiyası yoxdur. Bu metalın istehsalında dünya lideri olan Qazaxıstan bir neçə atom enerji blokunun tikintisinə indicə hazırlaşır. Afrika ölkələri iqtisadi və digər səbəblərə görə dünya “nüvə” ailəsinə qoşulmaq fikrindən uzaqdırlar. Bu qitədə yeganə atom elektrik stansiyası bu yaxınlarda nüvə enerjisini daha da inkişaf etdirmək arzusunu elan edən Cənubi Afrika Respublikasında yerləşir. Bununla belə, indiyə qədər hətta Cənubi Afrika da vaxt keçirib.

Əgər ehtiyacları böyükdürsə və pişik öz ehtiyatlarına ağlayıbsa, onların arxasınca irəliləyən "atom" nəhəngləri - ABŞ, Fransa, Yaponiya - və Çin və Hindistanın nə etməli? Təbii ki, çalışın ki, digər ölkələrdəki yataqlara və uran hasilatı müəssisələrinə nəzarət ələ keçirsin. Bu vəzifə strateji xarakter daşıyır və onun həllində dövlətlər çətin döyüşlərə girirlər. Böyük şirkətlər alınır, siyasi manevrlər edilir, lazımi adamların rüşvətxorluğu və ya məhkəmə müharibələri ilə yeraltı sxemlər həyata keçirilir. Afrikada bu mübarizə hətta təsir zonalarını yenidən bölüşdürməyə çalışan aparıcı dövlətlər tərəfindən gizli şəkildə dəstəklənən vətəndaş müharibələri və inqilablara çevrilə bilər - və artıq güclənir.

Bu baxımdan Rusiya şanslıdır: bizim atom elektrik stansiyalarımızın Trans-Baykal ərazisində, Kurqan vilayətində və Buryatiya Respublikasında hasil edilən kifayət qədər layiqli uran ehtiyatları var. Bundan əlavə, aktiv kəşfiyyat işləri təşkil edilir. Transbaykal bölgəsində, Qərbi Sibirdə, Kareliya Respublikasında, Kalmıkiya Respublikasında və Rostov vilayətində yataqların böyük potensiala malik olduğu güman edilir.

Bundan əlavə, Rosatom həm də xarici aktivlərə - Qazaxıstanda, ABŞ-da, Avstraliyada uran hasilatı müəssisələrində böyük paylara sahibdir və həmçinin Afrikanın cənubunda perspektivli layihələr üzərində işləyir. Nəticədə uran istehsalı ilə məşğul olan dünyanın aparıcı şirkətləri arasında “Rosatom” “Kazatomprom” (Qazaxıstan) və “Cameco” (Kanada) şirkətlərindən sonra inamla üçüncü yeri tutur.

Alimlər bəziləri Mars mənşəli olan meteoritlərin kimyəvi tərkibini öyrənərək uranı kəşf ediblər. Düzdür, onun tərkibi yer süxurlarına nisbətən xeyli aşağı olduğu ortaya çıxdı. Bəli, indi aydın oldu ki, Marslılar niyə bizə öz uçan boşqablarında gəlirdilər.

Ancaq ciddi şəkildə, uranın Günəş sisteminin bütün obyektlərində olduğuna inanılır. Məsələn, 2009-cu ildə Ay torpağında aşkar edilmişdir. Dərhal peykdə uranın çıxarılması və sonra Yerə göndərilməsi kimi fantastik ideyalar yarandı. Başqa bir variant isə yataqların yaxınlığında sıxışdırılmış Ay koloniyalarının reaktorlarını “qidalandırmaq”dır. Lakin əmanətlər hələ də axtarılmayıb; iqtisadi nöqteyi-nəzərdən bu cür istehsal hələ də həyata keçirilməz görünür. Amma gələcəkdə kim bilir...

Uzun müddət əziyyət çəksəniz, yanacaq çıxacaq

Uran filizi ehtiyatlarının olması uğurun yalnız bir komponentidir. Ocağa girməzdən əvvəl xüsusilə mürəkkəb hazırlıq tələb etməyən odun və ya kömürdən fərqli olaraq, filizi sadəcə parçalara ayırıb reaktora atmaq olmaz. Səbəbini izah etmək üçün urana xas olan bir sıra xüsusiyyətləri qeyd etmək lazımdır.

Kimyəvi nöqteyi-nəzərdən bu element yüksək aktivliyə malikdir, başqa sözlə, müxtəlif birləşmələr yaratmağa meyllidir; buna görə də qızıl kimi külçələrini təbiətdə axtarmaq tamamilə ümidsiz bir işdir. Bəs uran filizi nə adlanır? Tərkibində çox az miqdarda uran mineralları olan qaya. Tez-tez əlavə olunur: kiçik, lakin iqtisadçılar tərəfindən təsdiqlənmək üçün kommersiya istehsalı üçün kifayətdir. Məsələn, bu gün bir tonunda cəmi bir neçə kiloqram, hətta yüzlərlə qram uran olan filizin işlənməsi məqsədəuyğun hesab olunur. Qalanları boş, lazımsız qayadır, ondan uran mineralları təcrid olunmalıdır. Ancaq hətta onları hələ də nüvə reaktoruna yükləmək mümkün deyil. Fakt budur ki, bu minerallar ən çox digər elementlərlə birlikdə uranın oksidləri və ya həll olunmayan duzlarıdır. Onlardan bəziləri sənaye üçün dəyərli ola bilər və onlarla əlaqəli istehsalın təşkili iqtisadi göstəriciləri yaxşılaşdıra bilər. Amma belə ehtiyac olmasa belə, uran yenə də çirklərdən təmizlənməlidir. Əks halda, “çirkli” urandan hazırlanan nüvə yanacağı reaktorun nasazlığına və ya hətta qəzaya səbəb ola bilər.

Bununla belə, təmizlənmiş uranı tam əminliklə nüvə yanacağı da adlandırmaq olmaz. Tutma onun izotop tərkibindədir: təbiətdə min uran atomu üçün parçalanma zəncirvari reaksiyasının baş verməsi üçün lazım olan yalnız yeddi uran-235 atomu var. Qalan uran-238-dir, praktiki olaraq parçalanmır və hətta neytronları udur. Bununla belə, təbii uran reaktorunu işə salmaq olduqca mümkündür - bir şərtlə ki, bahalı ağır su və ya ən təmiz qrafit kimi çox effektiv moderator istifadə edilsin. Yalnız onlar imkan verirlər ki, uran-235 nüvəsinin parçalanması zamanı əmələ gələn neytronları belə sürətlə yavaşlatsınlar ki, digər uran-235 nüvələrinə daxil olub onların parçalanmasına səbəb olsunlar və uran-238 tərəfindən izzətli şəkildə tutulmasınlar. Lakin bir sıra səbəblərə görə dünya reaktorlarının böyük əksəriyyəti fərqli yanaşmadan istifadə edir: təbii uran parçalanan izotoplarla zənginləşdirilmişdir. Başqa sözlə, uran-235 atomunun tərkibi süni şəkildə mində yeddidən bir neçə onlarla artırılır. Buna görə neytronlar onlara daha tez-tez çırpılır və adi su kimi daha ucuz, daha az təsirli olsa da, moderatorlardan istifadə etmək mümkün olur.

Zənginləşdirilmiş uran artıq son məhsuldurmu? Yenə yox, çünki güc reaktorları "nüvə" istiliyinin yanacağı yuyan soyuducuya ötürülməsini təmin edir - əksər hallarda su. Parçalanma məhsullarının yığılması səbəbindən yanacaq - işləyən reaktorda olduğu kimi - yüksək radioaktiv olur. Heç bir halda suda həll edilməsinə icazə verilməməlidir. Bunun üçün uran kimyəvi cəhətdən sabit bir vəziyyətə keçirilir və həmçinin metal qabıqla örtülmüş soyuducudan təcrid olunur. Nəticə zənginləşdirilmiş uran birləşmələrini ehtiva edən mürəkkəb texniki cihazdır ki, onu tam əminliklə nüvə yanacağı adlandırmaq olar.

Qeyd olunan əməliyyatlar - uranın hasilatı, onun təmizlənməsi və zənginləşdirilməsi, həmçinin nüvə yanacağının istehsalı nüvə yanacağı deyilən dövrünün ilkin mərhələləridir. Onların hər biri ilə daha ətraflı tanış olmaq lazımdır.

Uran-238-in yarı ömrü 4,5 milyard il, uran-235-in isə cəmi 700 milyon ildir. Məlum olub ki, parçalanan izotop əsasdan bir neçə dəfə tez parçalanır. Fikir versəniz, bu o deməkdir ki, keçmişdə izotopların təbii qarışığında uran-235 indikindən çox idi. Məsələn, bir milyard il əvvəl min uran atomundan on altısında 235 nuklonlu nüvə var idi, iki milyard il əvvəl onların sayı otuz yeddi, bu gündən üç milyard il əvvəl isə səksənə qədər idi! Əslində, o uzaq dövrlərdə filizin tərkibində bu gün zənginləşdirilmiş uran var idi. Və yaxşı ola bilər ki, hansısa sahədə təbii nüvə reaktoru öz-özünə işləməyə başlasın!

Alimlər hesab edirlər ki, müasir Qabon ərazisində yerləşən Oklo yatağının bir neçə super zəngin uran yatağı ilə məhz bu baş verib. 1,8 milyard il əvvəl onlarda kortəbii olaraq nüvə zəncirvari reaksiya başladı. Bu, kortəbii parçalanma zamanı yaranan neytronlar tərəfindən başladıldı və daha sonra uran-235-in yüksək konsentrasiyası və filizdə suyun olması, bir neytron moderatoru işlədi. Bir sözlə, reaksiya öz-özünə davam etdi və bir neçə yüz min il davam etdi, indi aktivləşir, indi sönür. Sonra su rejiminin dəyişməsi ilə əlaqədar reaktorlar söndü.

Bu günə qədər o, yeganə məlum təbii nüvə reaktorudur. Üstəlik, hazırda heç bir sahədə belə proseslər başlaya bilməz. Səbəbi olduqca başa düşüləndir - orada çox az uran-235 qalıb.

Qazmağa çalışın

Uran filizləri nadir hallarda səthə çıxır. Çox vaxt onlar əlli metrdən iki kilometrə qədər dərinlikdə yatırlar.

Dayaz yataqlar açıq mədən və ya belə adlandırıldığı kimi, karxana üsulu ilə işlənir. Sərt süxurlar qazılır və partladılır, sonra yükləyicilərdən istifadə edilərək özüboşal maşınlara yerləşdirilir və karxanadan çıxarılır. Boş qayalar adi və ya fırlanan ekskavatorlardan istifadə etməklə işlənib mədən maşınlarına yüklənir, buldozerlərdən geniş istifadə olunur. Bu texnikanın gücü və ölçüsü heyrətamizdir: məsələn, artıq qeyd olunan özüboşaltma maşınları yüz və ya daha çox ton yükgötürmə qabiliyyətinə malikdir! Təəssüf ki, karxananın miqyası da böyükdür, dərinliyi üç yüz metrə çata bilər. İş başa çatdıqdan sonra o, yerin səthində nəhəng bir dəlik kimi açılır və onun yanında uran yataqlarını örtən qaya yığınları yüksəlir. Prinsipcə, bir karxana bu zibilliklərlə örtülə bilər, üstünə ot və ağac əkilir; lakin çox baha başa gələcək. Buna görə də çuxurlar tədricən su ilə doldurulur və suda uranın miqdarı artdığından iqtisadi istifadəyə tabe olmayan göllər əmələ gəlir. Yeraltı suların çirklənməsi ilə bağlı problemlər də ola bilər, ona görə də uran karxanaları xüsusi diqqət tələb edir.

Bununla belə, uranın açıq hasilatı tamamilə banal səbəbə görə tədricən keçmişə çevrilir - səthə yaxın yataqlar demək olar ki, bitib. İndi biz dərin gizli filizlərlə məşğul olmalıyıq. Ənənəvi olaraq, onlar yeraltı (mina) üsulu ilə hazırlanır. Təsəvvür etməyin ki, sərt saqqallı, çubuqları olan kişilər iş yerində sürünərək filiz doğrayırlar. İndi mədənçilərin işi əsasən mexanikləşdirilmişdir. Tərkibində uran olan qayalarda deliklər qazılır - partlayıcı maddələrin yerləşdirildiyi xüsusi dərin dəliklər. Partlayışdan sonra əzilmiş filiz bir vedrə ilə yükləmə-daşıma maşını ilə götürülür və dar qalereyalar boyunca dolama arabalara axır. Doldurulmuş vaqonlar kiçik elektrovozla mədənin şaquli şaxtasına aparılır, daha sonra qəfəsin - bir növ liftin köməyi ilə filiz səthə qaldırılır.

Yeraltı mədənçilik bir sıra xüsusiyyətlərə malikdir. Birincisi, bu, yalnız iki kilometrdən çox olmayan dərinlikdə baş verən yüksək uran tərkibli yüksək keyfiyyətli filizlər halında faydalı ola bilər. Əks halda, mədən, mədən və filizin sonrakı emalı xərcləri uranı praktiki olaraq "qızıl" edəcək. İkincisi, uran mədənlərinin yeraltı səltənəti radioaktiv tozun və heç də az olmayan radioaktiv radon qazının uçduğu qapalı məkandır. Buna görə də, mədənçilər güclü ventilyasiya və respirator kimi xüsusi qoruyucu vasitələr olmadan edə bilməzlər.

Həm açıq, həm də mədən mədənlərində filiz kifayət qədər böyük parçalar şəklində çıxarılır. Onları ekskavatorun vedrəsi və ya yükləmə-boşaltma maşını ilə götürərkən operator bilmir ki, uran mineralları ilə zəngin filizi, yoxsa tullantı süxurunu və ya bunların arasında bir şey seçir. Axı, depozit tərkibində çox homojen deyil və güclü maşınların istifadəsi incə və zərif işləməyə imkan vermir. Ancaq demək olar ki, heç bir uran olmayan hissələrin sonrakı emal üçün göndərilməsi ən azı ağlabatan deyil! Buna görə də filiz uranın əsas xüsusiyyətindən - radioaktivlikdən istifadə etməklə çeşidlənir. Xüsusi ionlaşdırıcı şüalanma sensorları həm yükləmə zamanı, həm də artıq nəqliyyat çənində filizi onun buraxdığı radiasiyanın intensivliyinə görə bir neçə növə bölməyə imkan verir. Tullantı süxurları zibilxanalara göndərilir. Zəngin filiz - hidrometallurgiya zavoduna. Lakin kiçik, lakin nəzərəçarpacaq miqdarda uran olan filiz yenidən, daha diqqətlə çeşidlənir. Əvvəlcə əzilir, ölçüsünə görə bölünür, bundan sonra parçalar hərəkət edən konveyer kəmərinə atılır. Üstündə ionlaşdırıcı şüalanma sensoru quraşdırılmışdır, siqnal lentin sonunda yerləşən panjurlar üçün avtomatlaşdırılmış idarəetmə sisteminə daxil olur. Sensor elə qurulub ki, o, altından keçən uran mineralları olan radioaktiv filiz parçasına reaksiya versin. Sonra qapaq çevrilir və filiz xüsusi filiz bunkerinə düşür və oradan hidrometallurgiya zavoduna daşınır. Öz növbəsində, tullantı qaya heç bir şəkildə sensoru və damperi "narahat etmir" və başqa bir qutuya - zibilliyə düşür.

Filizin radiometrik çeşidlənməsinin sadələşdirilmiş sxemi (müasir komplekslər daha mürəkkəbdir)

Təsvir edilən sxem təxmini, fundamentaldır: filizin digər məlum üsullarla müəssisələrdə çeşidlənməsinə heç nə mane olmur. Lakin təcrübə göstərdi ki, onlar uran filizləri üçün zəif uyğundur. Buna görə də, radiometrik çeşidləmə - radiasiya detektorları ilə - tədricən əsas texnologiyaya çevrildi.

Əslində, filizi çeşidləyərkən müəyyən bir orta kateqoriya da fərqlənir ki, uranın tərkibinə görə nə zəngin filizə, nə də tullantı süxuruna aid edilə bilməz. Yəni onu hidrometallurgiya zavoduna göndərmək baha başa gəlir (vaxt və reagent itkisi), zibilliklərə göndərilməsi isə heyfdir. Belə yoxsul filiz böyük qalaqlara yığılır və açıq havada sulfat turşusu ilə tökülür, uranı tədricən həll edir. Nəticədə məhlul sonrakı emal üçün pompalanır.

Hidrometallurgiya zavodunda zəngin filiz daha da əzilməli, az qala toz halına gətirilməli və sonra həll edilməlidir.

Filiz müxtəlif dəyirmanlarda - məsələn, barabanlı dəyirmanlarda əzilir: fırlanan içi boş barabanın içərisinə əzilmiş material və top güllələri kimi metal toplar tökülür. Fırlanma zamanı toplar filiz parçalarına dəyir, onları üyüdür və toz halına gətirir.

Əzilmiş filiz "açılır", yəni kükürd və ya azot turşusu və ya onların qarışığı ilə işlənmək yolu ilə qismən həll olunur. Nəticə bir çox çirkləri ehtiva edən uran məhluludur. Bəzən uran filizinin tərkibində çoxlu təbii karbonatlar varsa, turşudan istifadə edilmir. Əks təqdirdə, sirkə ilə söndürmə sodasına bənzəyən bir reaksiya baş verəcək - karbon qazının intensiv şəkildə sərbəst buraxılması ilə və reagent boşa çıxacaq. Necə olmaq? Belə çıxır ki, bu cür mineralları soda məhlulu ilə "açmaq" olar. Nəticədə uranın məhlulu da alınacaq ki, bu da sonrakı emala gedəcək.

Ancaq həll olunmamış filiz qalıqları ətraf mühitə münasibətdə ən "dost" obyektlərə deyil, xüsusi tullantılara göndərilməlidir. Çeşidləmə zamanı ayrılmış tullantı süxurunu xatırlatmağa dəyər: o, zibilliklərə qoyulur. Həm tullantılarda, həm də zibilliklərdə az miqdarda uran var və bu, onları potensial təhlükəli edir. Bu baxımdan sual yaranır: mədən işini elə təşkil etmək olarmı ki, təbiətə minimum zərər vursun və işçilərin təhlükəsizliyini təmin etsin?

Bu mümkündür və uzun müddətdir ki, tətbiq olunur. Sözügedən mədən üsulu quyuda in-situ yuyulma adlanır. Onun mahiyyəti ondan ibarətdir ki, yatağın çoxlu quyularla “deşilməsi”dir. Onların bəziləri nasos adlanır, sulfat turşusu ilə qidalanır, bu turşu dərinliyə enir, filizdən keçərək uranı həll edir. Sonra qiymətli metal məhlulu digər nasos quyuları vasitəsilə dərinliklərdən götürülür.

Nə baş verir: nə zibilliklər, nə tullantılar, nə toz, nə dəliklər və ya yerdə gözlənilməz çuxurlar, amma sonda - eyni uran məhlulu? Bəli. Üstəlik, quyuda yeraltı yuyulma üsulu açıq və ya mədən üsulu ilə hasil olunmaq üçün iqtisadi cəhətdən səmərəsiz olan çox zəif filizlər əmələ gətirir. Ancaq bu cür üstünlüklər dəsti ilə mənfi cəhətlər də olmalıdır! Yaxşı, birincisi, səkkiz yüz metrdən çox dərinlikdə quyuların qazılması xərclər baxımından məntiqsizdir. İkincisi, metod sıx, məsaməli olmayan filizlərdə işləmir. Üçüncüsü, sulfat turşusu yatağın qrunt sularının tərkibini və davranışını hələ də pozur, baxmayaraq ki, bu pozuntular zamanla öz-özünə “həll olunur”. Məhlul səthə tökülərsə və ya dairəvi bir şəkildə - çatlar və çatlar boyunca - yeraltı sulara nüfuz edərsə, daha təhlükəlidir. Buna görə də proses nəzarət quyularının qazılması ilə yaxından izlənilir.

Quyunun yerində yuyulması

Qeyd olunan problemlərin qarşısını almaq üçün yeraltı yuyulmanın “mina” variantı icad edilmişdir: fabriklərdəki filiz blokları partlayışlarla əzilir, sonra yuxarıdan yuyulma məhlulu (sulfat turşusu) ilə tökülür, uranın məhlulunu götürür. aşağıda - drenaj sistemi vasitəsilə.

Hər halda, bu gün yeraltı yuyulma uranın çıxarılması üçün ən ekoloji cəhətdən təmiz üsuldur. Bu, onun populyarlığının sürətlə artmasının səbəblərindən biridir. Əgər 2000-ci ildə uranın cəmi on beş faizi yeraltı yuyulma yolu ilə çıxarılırdısa, bu gün bu rəqəm əlli faizə yaxındır!

Yerdə yuyulma uranın hasilatı üzrə aparıcı texnologiyaya çevrilir

Adətən, uran yataqları ionlaşdırıcı şüalanma sensorlarından istifadə etməklə axtarılır; daha dəqiq desək, qamma şüalanması. Birincisi, belə sensorlarla təchiz edilmiş təyyarə ərazinin üzərindən uçur. Radiasiya anomaliyasını düzəltmək yalnız onun ixtiyarındadır - sahə üzərində bir az artmış fon. Sonra perspektivli ərazinin sərhədlərini daha yavaş və daha dəqiq "kontrol edən" bir helikopter işə salınır. Nəhayət, bu əraziyə ölçü alətləri və buruqları olan kəşfiyyatçılar gəlir. Onların işinin nəticələrinə əsasən uran filizlərinin baş vermə xəritəsi hazırlanacaq və hasilata çəkilən xərclər hesablanacaq.

Bununla belə, uran filizi yataqları başqa yollarla da siqnal verə bilər. Məsələn, onların üstündə bitən bitkilərin görünüşünü dəyişdirərək: söyüd-ot ləçəkləri, adətən çəhrayı rəngdə olur, ağ olur; qaragilə yaşıl və ya ağ olur. Yatağın üstündə bitən ardıcın dərin kökləri uranı yaxşı mənimsəyir, budaqlarda və iynələrdə toplanır. Onları külə çevirib, uranın tərkibini yoxlayaraq, bu sahədə nüvə enerjisinin əsas metalını çıxarmağa dəyər olub olmadığını başa düşmək olar.

Təmizlik sağlamlığın açarıdır (nüvə reaktoru)

Filizin “açılması” və ya yeraltı yuyulma prosesində əldə edilən uran məhlulu çox da təmiz deyil. Başqa sözlə, urana əlavə olaraq, onun tərkibində yer qabığında olan bir dəstə kimyəvi element var: natrium və kalium, kalsium və maqnezium, dəmir, nikel və mis - və bir çox başqaları. Belə qalın bir "kompot" meydana gəlməsinə təəccüblənməyin, çünki sulfat turşusu yüksək reaktivdir və bir çox təbii maddələri həll edir; yaxşı ki, bütün filiz bütöv deyil. Ancaq nüvə yanacağının istehsalı üçün ən təmiz uran lazımdır. Əgər uranın atomları arasında burada-burda çirklərin atomları varsa, reaktor işə düşməyə və ya daha da pisi sıradan çıxa bilər. Bu cür problemlərin səbəbləri çox yaxında müzakirə ediləcək, lakin hələlik siz uranı təmizləmək vəzifəsini qoya bilərsiniz. Həm də onu daşımaq üçün əlverişli, möhkəm bir formada almaq arzu edilir. Həqiqətən, həllər daşınma üçün uyğun deyil: onlar sızmalardan çox sızmağı və ya sızmağı "xoşlayırlar".

Sənayedə bu problem bir neçə yolla həll olunur. Birincisi, məhlul öz üzərində uran toplayan xüsusi materiallardan - sorbentlərdən keçirilərək konsentrasiya edilir. Təmizləmə üçün ilk fürsət yaranır: sorbentlər elə seçilir ki, digər elementlər onlara demək olar ki, “oturmur”, məhlulda qalsın. Sonra uran sorbentdən yuyulur, məsələn, eyni sulfat turşusu ilə. İlkin məhlulun həcmi ilə müqayisədə "yuman" üçün çox az turşu lazım olduğunu izah etməsəniz, bu prosedur mənasız görünə bilər. Bir daşla iki quşu belə öldürürlər: uranın konsentrasiyasını artırır və lazımsız çirkləri qismən təmizləyirlər.

İkinci təmizlənmə mərhələsi bərk uran birləşmələrinin istehsalı ilə bağlıdır. Onlar tanınmış "tibbi" reagentlər: ammonyak, hidrogen peroksid, həmçinin qələvilər və ya karbonatlar əlavə etməklə konsentratlaşdırılmış məhluldan çökdürülür. Qeyd etmək lazımdır ki, uran metal kimi çökmür; yüksək kimyəvi aktivliyə görə metal formada əldə etmək ümumiyyətlə asan deyil - bu artıq qeyd edilmişdir. Qeyd olunan regentlərin təsiri altında müxtəlif az həll olunan uran birləşmələri aparatın dibinə çökür. Qurudulmuş və əzilmiş, onlar bir tort ilə açıq-aydın oxşarlığına görə çox vaxt "sarı tort" adlanan sarı bir tozdur. Yüksək temperaturda kalsifikasiya edildikdən sonra uran oksidlərinin daha az gözəl bir qarışığı əldə edilir - çirkli yaşıl və ya hətta qara rəng.

Sarı tort uranın zənginləşdirilməsi müəssisələrinə göndərilə bilər

Sarı tort və ya uran oksidlərinin qarışığı radiasiya baxımından praktiki olaraq təhlükəsizdir. Buna görə də daşınmaq üçün 200 litrlik metal çəlləklərə və ya xüsusi qablara yüklənirlər. Belə bir konteynerdən bir metr məsafədə olmaq, kosmik radiasiyaya məruz qalmaq, təyyarədə uçmaq qədər "zərərli" deyil. Ancaq insanların çoxu uçmaqdan qorxmur! Beləliklə, sarı tort ilə çəlləklərdən qorxmaq üçün heç bir səbəb yoxdur.

Uran birləşmələrini çökdürərkən onlar prosesi elə aparmağa çalışırlar ki, çirklərin çoxu məhlulda qalsın. Amma onların bəziləri hələ də “yarmağa” nail olurlar. Neytronları güclü şəkildə udan elementlər - bor, kadmium, nadir torpaq metalları məhsula daxil olarsa, xüsusilə pisdir. Mikrokonsentrasiyalarda belə, parçalanmanın zəncirvari reaksiyasına müdaxilə edə bilirlər. Çirklənmiş urandan yanacaq hazırladıqdan sonra uzun müddət reaktorun niyə normal işləmək istəmədiyi ilə maraqlanmaq mümkün olacaq.

Bundan əlavə, arzuolunmaz çirklərə nüvə yanacağının plastikliyini azaldan və artan temperaturla onun şişməsinə və genişlənməsinə səbəb olan elementlər daxildir. Bunlara təbii olaraq yaranan silikon və fosfor, həmçinin volfram və molibden daxildir. Yeri gəlmişkən, plastiklik adətən materialın yıxılmadan öz forma və ölçüsünü dəyişmək qabiliyyəti adlanır. Bu, içində baş verən nüvə zəncirvari reaksiyaya görə içəridən özünü qızdıran və buna görə də temperatur deformasiyaları yaşayan yanacaq üçün çox vacibdir. Yüksək temperatur uran yanacağının həddindən artıq genişlənməsinə gətirib çıxarmamalıdır, əks halda o, tutumu pozacaq və soyuducu ilə təmasda olacaq. Bu cür "rabitənin" nəticəsi radioaktiv uranın parçalanması məhsullarının isti soyuducuda (ən çox suda) əriməsi və sonradan bütün boru kəmərləri və aparatları vasitəsilə yayılması ola bilər. Yəqin ki, bunun enerji blokunda radiasiya vəziyyətini pisləşdirməklə təhdid etdiyini izah etmək lazım deyil: əməliyyat heyətinin qəbul etdiyi dozalar əhəmiyyətli dərəcədə artacaq.

Necə deyərlər, az geyinməkdənsə, həddindən artıq geyinmək yaxşıdır. Buna görə də təmizlənmə adlanan üçüncü - son - təmizlənmə mərhələsi də tələb olunur. Barellərdə və ya qablarda gətirilən uran birləşmələri turşuda, indi isə azot turşusunda həll olunur. Nəticədə məhlul bir ekstraktorla təmasda olur - uranı udan, lakin çirkləri olmayan maye üzvi maddə. Beləliklə, arzuolunmaz elementlər məhlulda qalır və uran "üzvi"yə keçir. Sonrakı bir sıra əməliyyatlar nəticəsində o, yenidən artıq tələb olunan "reaktor" təmizliyinə malik oksidlər formasına gətirilir.

İndi hər şey qaydasındadır və siz növbəti mərhələyə - uran-235 konsentrasiyasının süni şəkildə artırılmasına keçə bilərsiniz.

Zənginləşdirmə sirləri

Fəslin əvvəlində artıq qeyd olundu ki, uran izotoplarının təbii qarışığında çox az parçalanan uran-235 və həddindən artıq "tənbəl" uran-238 var: birincinin yeddi atomu üçün təxminən doqquz yüz doxsan var. -ikincinin üç atomu. Hazırda işləyən reaktorların əksəriyyəti üçün bu uyğun deyil. Onlara təbii urandakı kimi bir neçə deyil, min uran atomundan bir neçə onlarla parça izotop-235-ə aid yanacağa ehtiyac var. Bir bomba yaratmaq üçün isə demək olar ki, saf uran-235 mütləq lazımdır.

Uranın zənginləşdirilməsi problemini həll etmək, yəni parçalanan izotopun tərkibini artırmaq çox çətindir. Deyəsən, necə? Axı, kimya qarışıqlardan maddələri təcrid etmək üçün ən geniş üsullara malikdir. Bir ton filizdən cəmi bir neçə yüz qram uran “seçmək” mümkündür! Doğrudanmı izotoplarla eyni şeyi etmək mümkün deyil: birtəhər birini digərindən ayırmaq? Problem ondadır ki, müəyyən elementin bütün izotoplarının kimyəvi xassələri eynidir, çünki onlar nüvənin tərkibinə görə deyil, elektronların sayına görə müəyyən edilir. Yəni, məsələn, uran-235-in məhlulda qalacağı, uran-238-in çökəcəyi reaksiyanı həyata keçirmək mümkün deyil. Hər hansı bir manipulyasiya ilə hər ikisi eyni şəkildə davranır. Eyni şəkildə, karbon və ya kaliumun izotoplarını - ümumiyyətlə, hər hansı bir elementi kimyəvi cəhətdən ayırmaq mümkün olmayacaq.

Belə bir parametr var - zənginləşdirmə dərəcəsi, uranın ümumi kütləsində uran-235-in faizini (faizlə) təşkil edir. Məsələn, hər min atom üçün yeddi parçalanan atomun olduğu təbii uranın zənginləşmə dərəcəsi 0,7% təşkil edir. Atom elektrik stansiyalarından nüvə yanacağı halda bu rəqəm 3-5%-ə, atom bombasının doldurulması istehsalı üçün isə 90%-ə qədər və daha yuxarı qaldırılmalıdır.

Necə olmaq? İzotopların bir-birindən ən azı minimal dərəcədə fərqləndiyi xassələri tapmaq lazımdır. Ağla gələn ilk şey atomun kütləsidir. Həqiqətən, uran-238 nüvəsində uran-235-dən üç daha çox neytron var; belə ki, "tənbəl" izotop bir az daha ağırdır. Kütlə ətalət ölçüsü olduğundan və hərəkətdə özünü göstərdiyindən, uranın zənginləşdirilməsinin əsas yolları xüsusi yaradılmış şəraitdə onun izotoplarının hərəkətindəki fərqlərlə bağlıdır.

Tarixən ilk zənginləşdirmə texnologiyası elektromaqnit izotoplarının ayrılması olmuşdur. Adından aydın olur ki, elektrik və maqnit sahələri bir şəkildə prosesdə iştirak edir. Həqiqətən də, bu üsulda əvvəllər əldə edilmiş uran ionları elektrik sahəsi ilə dağılır və maqnit sahəsinə buraxılır. İonların bir yükü olduğundan, bir maqnit sahəsində onlar "daşımağa" başlayırlar, müəyyən bir radiusda bir qövsdə bükülürlər. Məsələn, maqnit sahəsində uran şüalarının üç axına bölünməsini xatırlaya bilərik - bu effekti Ruterford kəşf etmişdir. Elektrik yükü olan alfa və beta hissəcikləri düz yoldan kənara çıxır, lakin qamma şüalanması belə deyil. Bu halda, yüklü hissəciyin maqnit sahəsində hərəkət etdiyi qövsün radiusu onun kütləsindən asılıdır: çəkisi nə qədər çox olarsa, bir o qədər yavaş fırlanır. Bunu biri avtomobil, digəri isə yük maşını olan iki ehtiyatsız sürücünün kəskin dönüşünə sığdırmaq cəhdi ilə müqayisə etmək olar. Aydındır ki, minik avtomobilinin manevr etməsi daha asandır, yük maşını isə sürüşə bilər. Bənzər bir şey sürətli hərəkət edən uran-235 və uran-238 ionları olan bir maqnit sahəsində baş verir. Sonuncular bir qədər ağırdır, daha çox ətalətə malikdir və onların dönüş radiusu bir qədər böyükdür: buna görə uran ionlarının axını ikiyə bölünür. Obrazlı desək, iki qutu qoya bilərsiniz, onlardan birində parçalanan izotop, uran-235, ikincisində isə "lazımsız" uran-238 toplanır.

Maqnit sahəsində yüklü hissəciklərin trayektoriyası əyri olur və nə qədər güclü olsa, hissəcik bir o qədər yüngül olur.

Elektromaqnit izotop ayırma metodunun prinsipi: daha yüngül uran-235 ionları uran-238 ionları ilə müqayisədə daha kiçik radiuslu trayektoriya boyunca maqnit sahəsində hərəkət edir.

Elektromaqnit ayırma üsulu, həmişə olduğu kimi, sənayedə tətbiqini məhdudlaşdıran məhsuldarlıq istisna olmaqla, demək olar ki, hər cəhətdən yaxşıdır. Əslində, elektromaqnit ayırma texnologiyasından istifadə edərək Xirosimaya atılan "Uşaq" bombası üçün zənginləşdirilmiş uran istehsal edən Oak Ridge-də Amerikanın Y-12 zavodu 1946-cı ildə bağlandı. Aydınlaşdırmaq lazımdır ki, Y-12 əvvəllər digər, daha məhsuldar üsullarla zənginləşdirilmiş uranı yüksək dərəcədə zənginləşdirdi. Onların təkmilləşdirilməsi elektromaqnit izotop ayırma texnologiyasının tabuta sonuncu mismarını vurdu - artıq sənayedə istifadə edilmir.

Maraqlıdır ki, elektromaqnit ayırma hər hansı izotopları az miqdarda təmiz formada təcrid etməyə imkan verən universal bir üsuldur. Buna görə də, Y-12 analoqumuz - indi Elektroximpribor Zavodu (Lesnoy, Sverdlovsk vilayəti) kimi tanınan zavod 418, litiumdan qurğuşuna qədər qırx yeddi kimyəvi elementin iki yüzdən çox izotopunu istehsal etmək texnologiyasına malikdir. Bunlar sadəcə təsir edici rəqəmlər deyil - zavodun məhsulları alimlərə, həkimlərə, sənayeçilərə həqiqətən lazımdır ... Yeri gəlmişkən, onlar zənginləşdirmə ilə silah dərəcəli uran istehsal edən SU-20 obyektində istehsal olunur. 1950-ci illərin əvvəllərində 90%-ə yaxın idi.

Müharibədən sonrakı ilk onilliklər nüvə silahı arsenallarının aktiv toplanması dövrü oldu. Bu problemin həlli ən yüksək prioritet idi, buna görə də onlar xərcləri xüsusilə nəzərə almadılar - uranın kütləvi zənginləşdirilməsinə başlamaq vacib idi. Son dərəcə enerji tutumlu, lakin eyni zamanda məhsuldar zənginləşdirmə texnologiyası olan qaz diffuziyasına diqqət yetirildi. Onun kökləri müəyyən bir temperaturda qaz molekulunun orta sürətinin kütləsi ilə tərs mütənasib olduğunu bildirən qaz nəzəriyyəsi sahəsində yatır: o, nə qədər ağırdırsa, bir o qədər yavaş hərəkət edir. Bu fərq, diametri molekulun ölçüsü ilə müqayisə edilə bilən nazik "borular" boyunca hərəkət edərkən xüsusilə nəzərə çarpır. Aydın, dəqiq olmasa da, bir nümunə kağız qayıqların axarda buraxılmasıdır: su axını ilə aparılmış kiçik bir qayıq sürətlə hərəkət edəcək; ancaq bir axın yatağının ölçüsündə böyük bir kağız qabını qatlasanız, o, daha yavaş gedəcək, daim sahillərə toxunacaq. Urana qayıdaraq, nüvədə 235 nuklon olan hədəf izotopun uran-238-dən daha sürətli “boru” boyunca hərəkət edəcəyini söyləyə bilərik. Ondan çıxışda parçalanan izotopla zənginləşdirilmiş qaz alınacaq. Yeganə sual uranı necə qaza çevirmək və belə nazik “boru”nu haradan almaqdır.

Uranın "qazlaşdırılması" qazlar nəzəriyyəsinə əsaslanan texnologiya üçün məcburi tələbdir. Burada heç nə yaza bilməzsən. Ancaq bütün uran birləşmələri bərk maddələrdir, buxarlanmaq bir yana, əriməsi də çətin olur. Baxmayaraq ki, bu barədə düşünsəniz, çox uğurlu bir birləşmə var - uran heksaflorid, uranın altı flüor atomu ilə əhatə olunmuşdur. Artıq 56 ° C-də və maye vəziyyətini keçərək asanlıqla qaza çevrilir. Fizikada belə bir proses adətən sublimasiya və ya sublimasiya adlanır. Bu fenomen çoxdan məlumdur və bunda təəccüblü heç nə yoxdur. Sublimasiya, məsələn, soyuqda paltar quruyan kənd evdar qadınları tərəfindən istifadə olunur - buz quru havada buxarlanır, sadəcə maye vəziyyətindən keçir.

Beləliklə, uran heksafluorid molekulunu təsəvvür edə bilərsiniz

Belə çıxır ki, uran heksaflorid texnoloji baxımdan çox əlverişlidir. Adi temperaturda bərkdir və xüsusi qablarda daşına bilər. Aşağı temperaturda qaza çevrilir. Yaxşı, müəyyən bir təzyiq altında qızdırılan heksaflorid boru kəmərləri ilə vurula bilən maye halına gəlir.

Başqa bir şanslı hal odur ki, təbii flüor yalnız bir izotopdan ibarətdir - flüor-19. Bu o deməkdir ki, uran-235 heksaflorid və uran-238 heksaflorid molekullarının kütlələri arasındakı fərq yalnız uran izotopları ilə müəyyən edilir. Əks təqdirdə, flüor molekulların kütləsinə həddindən artıq təsir göstərdiyi üçün ayrılma çox çətin və ya hətta qeyri-mümkün olardı.

Rusiyada uran heksaflüoridin istehsalı konversiya yolu ilə həyata keçirilir - müxtəlif uran birləşmələrinin flüorlaşdırılması, məsələn, sarı tort və ya uran mədən müəssisələrindən alınan oksidlərin qarışığı. Bu məqsədlər üçün molekulyar flüor təbii mineral flüoritdən alınır. Sülfat turşusu ilə işlənir ki, hidrofluorik (hidrofluorik) turşu əmələ gətirir, onun elektrolizi flüor verir.

Maraqlıdır ki, flüorlaşma eyni zamanda uranın təmizlənməsinin dördüncü mərhələsidir, çünki əksər zərərli çirklərin ftoridləri çox uçucu deyil: heksafluorid şəklində uran onlardan qaz fazasına "uçub gedir".

Uran heksafloridin bir böyük çatışmazlığı var: aqressiv və zəhərli bir maddədir. Birincisi, havada su və ya nəmlə təmasda olduqda, zəhərli hidrofluorik turşu ayrılır. İkincisi, uranın özü bütün orqanlara təsir edən ümumi hüceyrə zəhəridir. (Maraqlıdır ki, onun toksikliyi kimyəvi xarakter daşıyır və radioaktivliklə praktiki olaraq əlaqəsi yoxdur). Odur ki, eyni anda iki təhlükəni birləşdirən uran heksaflorid xüsusi metal qablarda və sayıq nəzarət altında daşınmalı və saxlanmalıdır. Bu, əhalinin və ətraf mühitin təhlükəsizliyini təmin edir.

Beləliklə, qaz var; Bəs nazik borular haqqında nə demək olar? Uyğun bir həll məsaməli arakəsmələr oldu - çox kiçik məsamələrlə deşilmiş plitələr. Sonuncunun diametri on nanometrə bərabər olmalıdır ki, molekullar onlardan demək olar ki, bir-bir keçsin. Belə kiçik ölçülü məsamələri olan arakəsmələrin istehsalına ehtiyac müəyyən çətinliklərə səbəb oldu, lakin buna baxmayaraq problem xüsusi yanaşmalardan - nikelin sinterlənməsindən və ya bimetalik ərintini təşkil edən metallardan birinin seçmə həllindən istifadə etməklə həll edildi.

Belə məsaməli arakəsmə ilə qutu düzəltsək və içinə uran heksaflorid vursaq, yüngül izotoplu molekullar arakəsmədən bir az daha sürətli keçəcəklər. Başqa sözlə, ondan sonra uran heksaflorid parçalanan izotopda bir qədər zənginləşəcək. Qazı növbəti eyni qutuya göndərsəniz, zənginləşdirmə dərəcəsi daha da artacaq və s. Doğrudur, yüksək dərəcədə zənginləşdirmə əldə etmək üçün addımlar adlanan bir-birinin ardınca quraşdırılmış minlərlə (!) kaskad qutuları lazımdır. Bəs uranı bu pillələrə necə yüksəltmək olar? Yalnız bir çox kompressor ilə nasosla. Beləliklə, metodun çatışmazlıqları: böyük enerji xərcləri, milyonlarla kvadrat metr istehsal sahəsinin qurulması ehtiyacı - emalatxananın uzunluğu bir kilometrə çata bilər - və bahalı materialların istifadəsi. Düzdür, bütün bunlar həqiqətən yüksək performansla əhatə olunur. Məhz buna görə də qaz diffuziyasının zənginləşdirilməsi texnologiyası sonradan onlara qoşulan ABŞ, Fransa və Çin kimi nüvə nəhəngləri üçün uzun müddət əsas olaraq qalır. Yalnız son illərdə onlar daha qənaətcil qaz sentrifuqa texnologiyasına aktiv keçidə başlayıblar.

Qazın diffuziya mərhələsinin iş sxemi

1960-cı illərdə qaz diffuziya texnologiyasından istifadə etməklə uranın zənginləşdirilməsi ilə məşğul olan Anqarsk elektroliz kimya zavodu (İrkutsk vilayəti, Rusiya) Sovet İttifaqında istehsal olunan bütün elektrik enerjisinin təxminən bir faizini (!) istehlak edirdi. Onu enerji Bratsk və İrkutsk su elektrik stansiyaları ilə təmin edirdi. Əslində o, SSRİ-də elektrik enerjisinin ən böyük istehlakçısı idi.

Ümumiyyətlə, ilk təcrübə göstərdi ki, qazın yayılması problemi həll edə bilər, lakin çox yüksək qiymətə. Silahlanma yarışına çəkilən Sovet İttifaqına uranın zənginləşdirilməsi üçün daha məhsuldar və daha az enerji sərf edən texnologiya lazım idi. Müharibə nəticəsində zəifləmiş bir dövlət üçün güclü iqtisadi və enerji potensialı ilə ABŞ-la ayaqlaşmaq o qədər də asan deyildi. Bu, digər məsələlərlə yanaşı, ölkənin Avropa hissəsində elektrik enerjisi istehsal etmək qabiliyyətinin olmaması ilə əlaqədar idi: zənginləşdirmə zavodları məhz buna görə də Sibirdə tikilirdi və burada onları iri su elektrik stansiyaları ilə təchiz edə bilirdilər. Ancaq yenə də qazlı diffuziya qurğuları zənginləşdirilmiş uranın istehsalını artırmağa imkan verməyərək çox enerji sərf edirdi. Buna görə də SSRİ alternativ texnologiyanın - qaz sentrifuqasının sənayedə tətbiqində qabaqcıl olmalı idi.

Qaz sentrifuqasiyası qaz halında olan uran heksafloridlə doldurulmuş barabanın yüksək sürətlə fırlanmasından ibarətdir. Mərkəzdənqaçma qüvvəsinin təsiri altında daha ağır olan uran-238 heksaflorid baraban divarına “sıxılır” və daha yüngül birləşmə olan uran-235 heksaflorid oxunun yaxınlığında qalır. Xüsusi borulardan istifadə edərək, barabanın mərkəzindən bir qədər zənginləşdirilmiş uranı, periferiyadan isə bir qədər tükənmiş uranı götürə bilərsiniz.

Qaz sentrifuqasının iş sxemi

Texniki nöqteyi-nəzərdən, indi müzakirə olunan baraban qaz sentrifuqasının fırlanan hissəsidir (rotorudur). O, boşaldılmış korpusda dayanmadan fırlanır və iynə ilə çox davamlı materialdan - korunddan hazırlanmış dayaq yatağına söykənir. Materialın seçimi təəccüblü deyil, çünki rotorun sürəti saniyədə 1500 inqilabı keçə bilər - paltaryuyan maşının tamburundan yüz dəfə daha sürətli. Kövrək bir maddə belə bir təsirə tab gətirə bilməz. Bundan əlavə, dayaq yatağının köhnəlməməsi və yıxılmaması üçün rotor maqnit sahəsində asılır ki, iynəsi ilə korundaya güclə bassın. Bu texnika, eləcə də sentrifuqanın hissələrinin istehsalının yüksək dəqiqliyi onun tez, lakin demək olar ki, səssiz fırlanmasına imkan verir.

Qazlı diffuziya vəziyyətində olduğu kimi, bir sentrifuqa sahədə döyüşçü deyil. Lazımi zənginləşdirmə və məhsuldarlıq dərəcəsinə nail olmaq üçün onlar on minlərlə (!) maşından ibarət nəhəng kaskadlara birləşdirilir. Sadələşdirilmiş, hər bir sentrifuqa özünün iki "qonşusu" ilə bağlıdır. Rotorun yuxarı hissəsindəki divardan götürülmüş uran-235-in azaldılmış tərkibi olan uran heksaflorid əvvəlki sentrifuqaya göndərilir; və rotorun dibində fırlanma oxundan alınan uran-235 ilə bir qədər zənginləşdirilmiş qaz növbəti maşına keçir. Beləliklə, lazımi keyfiyyətdə məhsul alınana qədər hər növbəti mərhələyə getdikcə daha çox zənginləşdirilmiş uran verilir.

Qaz sentrifuqalarının uzaq kaskadlarına doğru geriləmə

Bu gün sentrifuqa ilə ayrılması uranın zənginləşdirilməsi üçün əsas üsuldur, çünki bu texnologiya qazın diffuziyasından təxminən əlli dəfə az elektrik enerjisi tələb edir. Bundan əlavə, sentrifuqalar diffuziya maşınlarına nisbətən daha az həcmlidir və istehsalın genişləndirilməsini asanlaşdırır. Mərkəzdənqaçma üsulu Rusiya, Böyük Britaniya, Almaniya, Hollandiya, Yaponiya, Çin, Hindistan, Pakistan, İranda tətbiq edilir; Fransa və ABŞ-da qaz sentrifuqa texnologiyasına keçid demək olar ki, başa çatıb. Başqa sözlə, qaz diffuziyasına yer qalmır.

Uzunmüddətli istifadə və təkmilləşdirmə tarixi sayəsində Rusiya qaz sentrifuqaları dünyada ən yaxşısıdır. Yarım əsrdir ki, doqquz nəsil yüksək sürətli avtomobillər artıq dəyişib, onlar tədricən daha güclü və etibarlı hala gəldi. Bunun sayəsində SSRİ ABŞ-la “nüvə yarışı”na uğurla tab gətirdi və ən vacib vəzifə başa çatdıqda sərbəst qabiliyyətlər meydana çıxdı. Bunun nəticəsidir ki, ölkəmiz təkcə qaz sentrifuqalarının hazırlanması və istehsalı üzrə deyil, həm də uranın zənginləşdirilməsi üzrə kommersiya xidmətlərinin göstərilməsi üzrə dünya lideri olub.

Qaz sentrifuqalarımız:

Ənənəvi olaraq, onların hündürlüyü yarım metrdən bir metrə, diametri on ilə iyirmi santimetrə qədərdir;

Yerə qənaət etmək üçün onlar bir-birinin üstündə üç-yeddi pillədə yerləşdirilir;

Onlar otuz ilədək fasiləsiz işləyə bilirlər, rekord otuz iki ildir.

Qaz sentrifuqasının rotorunun fırlanma sürəti elədir ki, elektrik kəsildikdən sonra o, təxminən iki ay ərzində ətalətlə fırlanacaq!

Qaz sentrifuqa texnologiyasındakı bum nüvə enerjisinin aktiv inkişafı ilə bağlıdır. Nüvə stansiyaları mənfəət yönümlü kommersiya müəssisələridir və buna görə də ucuz yanacağa və buna görə də ucuz zənginləşdirmə texnologiyalarına ehtiyac duyurlar. Bu tələb tədricən qaz diffuziyasını basdırdı.

Lakin qaz sentrifuqasiyası da öz uğurları ilə kifayətlənməməlidir. Son zamanlar lazer zənginləşdirmə haqqında daha çox eşitmək olar - qırx ildən çox müddətə məlum olan bir üsul. Belə çıxır ki, incə sazlanmış lazerin köməyi ilə selektiv şəkildə ionlaşdırmaq, yəni uran-235 birləşmələrini yüklü hissəciklərə çevirmək mümkündür. Bu halda uran-238 birləşmələri ionlaşmır, yüksüz qalır. Yaranan ionları neytral molekullardan kimyəvi və ya fiziki vasitələrlə, məsələn, maqnit və ya yüklü lövhə (kollektor) ilə cəlb etməklə asanlıqla ayırmaq olar.

Uranın lazerlə zənginləşdirilməsi qurğusunun mümkün istismar sxemi

Göründüyü kimi, lazerlə zənginləşdirmə çox effektiv texnologiyadır, lakin onun iqtisadi göstəriciləri sirr olaraq qalır. Laboratoriyadan sənaye istifadəsinə keçmək üçün edilən bütün əvvəlki cəhdlər qeyri-kafi performans və qısa avadanlığın ömrü ilə pozuldu. Hazırda ABŞ-da belə bir istehsalın yaradılması üçün yeni cəhd edilir. Amma uğurlu olsa belə, iqtisadi səmərəlilik məsələsi qalır. Zənginləşdirmə xidmətləri bazarı yeni texnologiyanı yalnız mövcud texnologiyadan əhəmiyyətli dərəcədə ucuz olduqda qəbul edəcək. Lakin qaz sentrifuqaları hələ də öz imkanlarının həddinə çatmayıb. Buna görə də, lazerlə zənginləşdirmənin yaxın perspektivləri çox qeyri-müəyyən olaraq qalır.

Uranın zənginləşdirilməsinin bir sıra başqa üsulları var: istilik diffuziya, aerodinamik ayırma, ion proses, lakin onlar praktiki olaraq istifadə edilmir.

Uranın zənginləşdirilməsi texnologiyalarına gəlincə, yadda saxlamaq lazımdır ki, onlar təkcə nüvə yanacağına deyil, bombaya da yol açır. Həmişə daha səmərəli və yığcam sənayelərin yaradılması nüvə silahının yayılması təhlükəsini yaradır. Prinsipcə texnologiyanın inkişafı elə vəziyyətə gətirib çıxara bilər ki, bomba qeyri-sabit rejimli dövlətlər, yumşaq desək, hətta iri terror təşkilatları tərəfindən istehsal olunacaq. Qaz diffuziyası və ya qaz sentrifuqa qurğusunu gözədəyməz qurmaq çətindirsə və onların işə salınması böyük həcmdə xarakterik materialların və avadanlıqların idxalını tələb edəcəksə, lazerlə zənginləşdirmə praktiki olaraq məxfiliyə zəmanət verir. Ümumiyyətlə, mövcud kövrək dünya üçün risk artır.

Uranın zənginləşdirilməsi zavodları zənginləşdirilmiş uran məhsulu (EUP) - lazımi zənginləşdirmə dərəcəsi ilə uran heksaflorid istehsal edir. Xüsusi konteynerlərə yerləşdirilir və nüvə yanacağı istehsal edən zavodlara göndərilir. Bununla yanaşı, zənginləşdirmə müəssisələri 0,3% zənginləşdirmə dərəcəsi ilə tükənmiş uran heksaflorid (DUHF) istehsal edirlər ki, bu da təbii uranınkından aşağıdır. Başqa sözlə, praktiki olaraq saf uran-238-dir. Haradan gəlir? Mahiyyət etibarı ilə zənginləşdirmə prosesi tullantı süxurlarından qiymətli mineralların ayrılmasına bənzəyir. DUHF tamamilə olmasa da, uran-235-in çıxarıldığı bir növ tullantı süxurudur. (Uran-238-dən parçalanan izotopun yüz faiz ayrılması iqtisadi baxımdan sərfəli deyil). Nə qədər tükənmiş uran heksaflorid əmələ gəlir? Bu, uranın zənginləşdirilməsinin tələb olunan dərəcəsindən asılıdır. Məsələn, VVVER reaktorlarının yanacağı kimi 4,3% olarsa, təbii izotopik tərkibə malik on kiloqram uran heksaflorid (0,7% uran-235) cəmi bir kiloqram OUP və doqquz kiloqram DUHF istehsal edir. Bir sözlə, çox. Zənginləşdirmə qurğularının bütün istismar müddəti ərzində onların sahələrində xüsusi konteynerlərdə 1,5 milyon tondan çox DUHF yığılmışdır ki, bunun da 700 min tonu Rusiyadadır. Dünyada bu maddəyə müxtəlif münasibət var, lakin DUHF-nin qiymətli strateji xammal kimi olması barədə fikirlər üstünlük təşkil edir (bax. Fəsil 7).

Uydurmaq - sözün yaxşı mənasında

Nüvə yanacağının istehsalı (istehsal) zənginləşdirilmiş uran məhsulunun uran dioksidinə kimyəvi çevrilməsi ilə başlayır. Bu proses iki əsas yolla həyata keçirilə bilər. Bunlardan birincisi “yaş” texnologiya adlanır və heksafloridin suda həll edilməsindən, qələvi təsiri altında az həll olunan birləşmələrin çökdürülməsindən və hidrogen atmosferində kalsinasiyasından ibarətdir. İkinci texnologiya - "quru" - daha çox üstünlük verilir, çünki maye radioaktiv tullantılar istehsal etmir: uran heksaflorid hidrogen alovunda yandırılır.

Hər iki halda, uran dioksid tozu əldə edilir, kiçik tabletlərə sıxılır və onlara güc vermək üçün təxminən 1750 ° C temperaturda sobalarda sinterlənir - axırda tabletlər yüksək temperatur və temperatur şəraitində "işləməli" olacaqlar. radiasiya. Sonra tabletlər almaz alətlərlə üyüdülmə maşınlarında işlənir. Bu addım zəruridir, çünki planşetin ölçüləri və səthinin keyfiyyəti çox dəqiq şəkildə qorunmalıdır. Ayrı bir qranul istehsalında səhvlər onun istilik genişlənməsi zamanı reaktorda yanacağın zədələnməsinə və nəticədə atom elektrik stansiyasında radiasiya vəziyyətinin pisləşməsinə səbəb ola bilər. Buna görə də, bütün uran dioksid qranulları diqqətlə idarə olunur və bundan sonra onlar xüsusi qutuya daxil olurlar, burada maşın onları kiçik niobium qarışığı ilə sirkoniumdan hazırlanmış borulara yerləşdirir.

Qranullarla yüklənmiş boruya yanacaq elementi və ya qısaca olaraq yanacaq çubuğu deyilir. Sonra, aşındırıcı qazları çıxarmaq üçün yanacaq çubuğu boşaldılır, yəni hava borudan "sorulur", inert qazla - ən təmiz heliumla doldurulur və dəmlənir. Nüvə yanacağının istehsalı prosesinin son mərhələsi yanacaq çubuqlarının boşluq şəbəkələrindən istifadə edərək yanacaq qurğusuna (FA) yığılmasıdır. Onlar strukturun güclü olması və yanacaq çubuqlarının bir-birinə toxunmaması üçün lazımdır. Əks halda, təmas nöqtəsində qabıq yanacaq, yanacaq isə açıq qalacaq və su ilə təmasda olacaq, bu isə tamamilə arzuolunmazdır.

Nüvə yanacağının istehsalında əməliyyatların ardıcıllığı

Spacer torları

Beləliklə, yanacaq məcmuələri sirkonium yanacaq elementlərinin "bağlasıdır", onun içərisində nüvə yanacağı - parçalanan izotopla zənginləşdirilmiş uran dioksidi var. Materialların bu seçimini izah etmək lazımdır. Nüvə reaktorunda yanacaq qurğusu yüksək temperatur və güclü ionlaşdırıcı şüalanma axını şəraitində olur və xaricdən çox isti təzyiqli su ilə yuyulur. Buna görə də nüvə yanacağı elementləri kimyəvi və radiasiya müqavimətinə malik olmalı, istiliyi yaxşı keçirməli və qızdırıldıqda çox az genişlənməlidir, əks halda yanacaq üzlüyündə çat yarana bilər. Uran dioksidi və sirkonium bu tələblərə cavab verir. Bununla belə, bir daha xatırlatmaq lazımdır ki, uran dioksid qranulları yanacaq elementlərinin içərisindədir və su ilə birbaşa deyil, yalnız yanacaq elementinin örtüyü vasitəsilə təmasda olur. Soğutucu ilə birbaşa qarşılıqlı əlaqə son dərəcə arzuolunmazdır və yalnız sirkonium qabıqları məhv edildikdə, məsələn, onlarda çatlar görünəndə baş verir. Bu zaman nüvə yanacağının tərkibində olan uranın radioaktiv parçalanma məhsulları suda həll olunmağa başlayır ki, bu da onun radioaktivliyinin artmasına və atom elektrik stansiyasında radiasiya vəziyyətinin pisləşməsinə səbəb olur. Bu səbəbdən nüvə yanacağının hazırlanması dəqiqlik və daimi nəzarət tələb edən mürəkkəb və yüksək dəqiqlikli işdir.

Radiasiya nöqteyi-nəzərindən nüvə yanacağının istehsalı xüsusi təhlükə yaratmır. Təmizləmə prosesi urandan bütün müşayiət olunan radioaktiv maddələri çıxardığı üçün risk filiz hasilatı ilə müqayisədə daha azdır.

Bununla belə, zənginləşdirilmiş uranla işləyərkən kritik kütlə toplana bilər və nəticədə artıq 2-ci fəsildə bəhs edilən özünüdavam edən zəncirvari reaksiya baş verə bilər.Bu, səhv, pozuntu nəticəsində baş verə bilər. iş qaydaları, hətta təsadüfən. Ümumilikdə dünyada altmış belə qəza qeydə alınmışdır ki, onlardan otuz üçü ABŞ-da, on doqquzu SSRİ/Rusiyadadır. Burada məişət hadisələrinin iki nümunəsi var.

14 iyul 1961-ci il, Sibir Kimya Kombinatı (zənginləşdirmə). Vakuum nasosunun genişləndirici çənində neftin tərkibində yüksək zənginləşmə dərəcəsi ilə (22,6%) uran heksafloridinin toplanması nəticəsində kritik kütlənin əmələ gəlməsi. Yaranan zəncirvari reaksiya ilə müşayiət olunan radiasiya partlayışı nəticəsində operator kifayət qədər radiasiya dozası aldı və nisbətən yüngül formada olsa da, şüa xəstəliyindən əziyyət çəkdi.

15 may 1997-ci il. Novosibirsk kimyəvi konsentratlar zavodu (nüvə yanacağı istehsalı). Deformasiyaya görə məhlulların yığılması üçün iki bitişik qabın dibində yüksək zənginləşdirilmiş (90%) uranın çöküntüsünün toplanması nəticəsində kritik kütlənin əmələ gəlməsi. Xoşbəxtlikdən, radiasiya dozaları əhəmiyyətsiz idi.

Nəticə nədir? Zənginləşdirilmiş uranla son dərəcə ehtiyatlı davranmaq, bütün təhlükəsizlik tələblərinə riayət etmək və necə deyərlər, “baş da daxil olmaqla”, yəni mümkün riskləri əvvəlcədən hesablamaq lazımdır.

Yekun olaraq, VVER-1000 reaktorları olan Rusiya AES-lərində istifadə olunan yanacaq qurğularının təxmini parametrlərini verə bilərik.

Yanacaq qranulunun hündürlüyü 9 ilə 12 mm, diametri 7,6 mm olan silindrdir. Zənginləşmə dərəcəsi 3,3 ilə 5,0% arasında olan uran dioksiddən ibarətdir.

Qranullar təxminən dörd metr uzunluğunda və 9,1 mm diametrdə 1% niobium olan sirkoniumdan hazırlanmış yanacaq çubuğuna yerləşdirilir. Yanacaq elementinin divar qalınlığı cəmi 0,65 mm-dir, buna görə də belə bir uzunluqla son dərəcə ehtiyatlı davranma tələb olunur. Yanacaq elementi qranullarla tam doldurulmayıb: qranul təbəqəsinin hündürlüyü təqribən 3,5 metr, ümumi çəkisi isə təxminən 1,6 kiloqramdır, 62 qram uran-235 tutur.

Yanacaq qurğusu (FA) 312 yanacaq çubuqundan 12-15 boşluq şəbəkəsindən istifadə edərək yığılır. TVS-in hündürlüyü demək olar ki, 4,6 metrə çatır, çəkisi isə 760 kq-dır. Eyni zamanda, uran dioksidin kütləsi təxminən yarım ton təşkil edir, qalan hissəsi sirkonium və digər metalların üzərinə düşür. Yuxarıdan baxdıqda, montaj üz ölçüsü 235 millimetr olan altıbucaqlıdır. Hər bir konstruksiyada neytronları yaxşı udan element olan bor karbiddən ibarət reaktor idarəetmə çubuqları üçün 19 kanal var.

Reaktorda 163 yanacaq qurğusu yerləşdirilib ki, bu da reaktorun 4 il işləməsi üçün kifayət edən 80 ton uran dioksidinə uyğundur.

Müxtəlif növ reaktorlar üçün yanacaq qurğuları

Mümkün variantlar

Belə ki, atom elektrik stansiyaları üçün ən çox yayılmış yanacaq uranın parçalanan izotopla (uran-235) zənginləşdiyi qranullaşmış uran dioksididir. Bununla belə, nüvə yanacağının başqa növləri də var.

Uran dioksiddən sonra ən çox yayılmış MOX yanacağı kimi tanınan qarışıq oksid yanacağıdır. İndi, əsasən, uran və plutonium-239 oksidlərinin qarışığı olan MOX yanacağı istehsal olunur. Bu yanacaq “nüvə yarışı” zamanı toplanmış silah dərəcəli plutonium-239-dan artıq miqdardan elektrik enerjisi istehsalı üçün istifadə etməyə imkan verir.

Uran metalı nüvə yanacağı kimi də istifadə edilə bilər. Onun üstünlükləri yüksək istilik keçiriciliyi və parçalanan nüvələrin maksimum konsentrasiyasıdır - yanacaqda sadəcə başqa elementlər yoxdur. Eyni zamanda, uran bir metal olaraq, dioksiddən daha zəif radiasiya, kimyəvi və istilik müqavimətinə malikdir, buna görə də təmiz formada nadir hallarda istifadə olunur. Metal yanacağın parametrlərini yaxşılaşdırmaq üçün urana bir qədər molibden, alüminium, silisium və sirkonium əlavə edilir. Bu gün metal uran və onun ərintiləri yalnız tədqiqat reaktorlarında istifadə olunur.

Uran dioksid əvəzinə uran nitridi, yəni azotla birləşməsindən istifadə etmək mümkündür. Nitrid yanacağı dioksidlə müqayisədə daha yüksək istilik keçiriciliyinə və müqayisə edilə bilən ərimə nöqtəsinə (2855 o C) malikdir. Uran nitridi ən son reaktorlar üçün perspektivli yanacaq hesab olunur. Ölkəmizdə nitrid yanacağına ən çox diqqət yetirilir, çünki onun növbəti nəsil sürətli neytron reaktorlarında istifadə edilməsi planlaşdırılır.

Uran karbon-karbidlərlə birləşmələr yaratmağa qadirdir. Karbidlərdən reaktorlar üçün yanacaq kimi istifadə imkanları 1960-1970-ci illərdə intensiv şəkildə öyrənilmişdir. Bununla belə, son dövrlərdə bu yanacaq növünə maraq yenidən yaranıb, bu da boşqab yanacaq elementlərinin və mikroyanacaq elementlərinin inkişafı ilə bağlıdır. Karbidlərin müsbət xüsusiyyətləri yaxşı istilik keçiriciliyi, yüksək ərimə nöqtəsi, yüksək sərtlik, kimyəvi və istilik sabitliyi və mikroyanacaqlar üçün xüsusilə vacib olan keramika örtükləri ilə uyğunluqdur. Uran karbid yanacağı müəyyən növ yeni nəsil reaktorlar, xüsusən də qazla soyudulan sürətli reaktorlar üçün ən yaxşı seçim ola bilər.

Ancaq yenə də Yerdəki reaktorların böyük əksəriyyəti hələ də uran dioksiddən hazırlanmış nüvə yanacağı ilə işləyir. Ənənənin gücü, belə deyək.

Rusiya yanacaq dövrü

İndi mədənçıxarma və emal sənayesinin fəaliyyətinin xüsusiyyətləri ilə tanış olduqdan sonra yerli yanacaq dövrümüzün tarixinə və hazırkı vəziyyətinə tez nəzər salmağa dəyər. Təbii ki, uranın çıxarılmasından başlamaq lazımdır.

Əvvəlcə uran filizləri yerli alimləri yalnız radium mənbəyi kimi maraqlandırırdı. 1900-cü ildə professor İ.A. Antipov Sankt-Peterburq Mineralogiya Cəmiyyətinin iclasında Fərqanədən, Tyuya-Muyun dağ silsiləsindən gətirilən nümunələrdə uran mineralının aşkar edilməsi haqqında məruzə ilə çıxış edib. Sonralar bu mineral tyuyamunit adlandırıldı. 1904-cü ildə bu yataqda kəşfiyyat işlərinə başlanmış, 1908-ci ildə Sankt-Peterburqda uran filizinin emalı üzrə sınaq zavodu tikilmiş, 1913-cü ildə Tuyamuyun radiumunun çıxarılması üzrə beynəlxalq səhmdar cəmiyyəti yaradılmışdır.

Birinci Dünya Müharibəsi başlayanda mədəndə iş praktiki olaraq dayandırıldı və yalnız 1922-ci ildə səkkiz mütəxəssisdən ibarət ekspedisiya Tyuya-Muyuna göndərildi. Eyni 1922-ci ildə, inqilabdan sonrakı çətin şəraitdə, Basmaçı dəstələri ilə əhatə olunmuş, sənaye filiz hasilatını yenidən qurmaq mümkün oldu. Bu, 1936-cı ilə qədər davam etdi, iki yüz metr dərinlikdə bol qrunt suları yatağın işlənməsini dayandırdı. Bununla belə, bu problem kritik olmadı, çünki Uxta çayındakı "Su sənayesi"ndə radiumun çıxarılması quruldu - radioaktiv metal yeraltı duzlu sudan çıxarıldı. O illərdə uranın özü heç kimi maraqlandırmırdı, çünki sənayedə praktiki olaraq istifadə edilmirdi.

Uran yataqlarına marağın yeni artımı 1940-cı illərin əvvəllərində, SSRİ-nin ABŞ-dan gələn nüvə təhlükəsinə cavab vermək zərurəti ilə üzləşdiyi zaman, yəni yerli nüvə silahlarının yaradılması zərurəti yarandıqda baş verdi.

İlk sovet atom bombası üçün uran sözün əsl mənasında bütün ölkədə və onun hüdudlarından kənarda az-az toplandı. 1943-cü ildə uran hasilatı müasir standartlara uyğun olaraq ildə cəmi 4 ton uran duzu istehsal gücünə malik kiçik Taboşar mədənində başlandı. Üstəlik, P.Ya.-nın xatirələrinə görə. SSRİ-nin ilk geologiya naziri Antropov “uran filizi emal üçün Pamirin dağ yolları ilə kisələrdə eşşəklərə və dəvələrə daşınırdı. O zaman nə yollar, nə də lazımi texnika yox idi.

1944-1945-ci illərdə Avropa faşistlərdən azad edildikdən sonra SSRİ Bolqarıstandakı Göten yatağından, Çexoslovakiyanın Yaçimov mədənlərindən və Almaniya Saksoniyasının mədənlərindən uran filizinə çıxış əldə etdi. Bundan əlavə, 1946-cı ildə Tyuya-Muyunski şaxtası yenidən işə salındı, lakin ümumi işə xüsusi töhfə vermədi.

1950-ci illərdə Lermontov Almaz İstehsalat Birliyi Beştau və Bık dağlarında (Stavropol diyarı) mədənlərdə uran hasilatına başladı. Eyni zamanda Cənubi Qazaxıstan və Orta Asiyada yataqları işlətməyə başladılar.

1991-ci ildən sonra işlənmiş yataqların əksəriyyəti Rusiyadan kənarda, müstəqil dövlətlərdə başa çatdı. Bu andan etibarən Priargunski İstehsalat Mədən-Kimya Birliyində (Transbaykal ərazisi) əsas uranın hasilatı mina üsulu ilə həyata keçirilir. Bundan əlavə, quyuda in-situ yuyulma texnologiyasından istifadə edən iki müəssisə tədricən güclənir - Xiaqda (Buryatiya Respublikası) və Dalur (Kurqan vilayəti). Yakutiyada istehsal müəssisələri layihələndirilir. İstehsal üçün perspektivli bölgələr də var - Transbaykal, Qərbi Sibir, Şimali Avropa ...

Tədqiq olunmuş uran ehtiyatlarına görə Rusiya dünyada üçüncü yerdədir.

Rusiyanın uran hasilatı müəssisələri Rosatom-a məxsus ARMZ Uranium Holding (www.armz.ru) tərəfindən idarə olunur, lakin Dövlət Korporasiyasının həmçinin beynəlxalq Uranium One Inc. (www.uranium1.com) şirkəti tərəfindən idarə olunan xarici aktivləri var. Bu iki təşkilatın fəaliyyəti sayəsində Rosatom uran birləşmələrinin istehsalında dünyada üçüncü yerə çatıb.

Təbii uranın istehsalı üzrə dünya bazarında vəziyyət (2014)

Mədən müəssisələrindən estafeti uranın emalı, konvertasiyası və zənginləşdirilməsi, habelə nüvə yanacağının istehsalı üzrə bütöv bir istehsal kompleksi götürür. Onların əksəriyyəti keçən əsrin 50-ci illərinə - nüvə silahlarının aktiv toplanması dövrünə aiddir. Bu gün onlar sırf dinc sənaye üçün - nüvə enerjisi üçün çalışırlar və öz xidmətlərini xarici şirkətlərə təqdim edirlər.

Rusiyada dörd zənginləşdirmə zavodu var, onlardan bəziləri uran birləşmələrinin son təmizlənməsi (emalı) və flüorlaşdırılması (konversiya) üçün əməliyyatlar da həyata keçirir.

Sverdlovsk-44-də uranın zənginləşdirilməsi üçün ilk qaz diffuziya qurğusu D-1 1949-cu ilin noyabrında fəaliyyətə başladı. Əvvəlcə onun məhsulları Sverdlovsk-45-də (Lesnoy) gələcək Elektroximpribor zavodunun SU-20 qurğusunda daha da zənginləşdirilməli idi, lakin bir neçə ildən sonra D-1 öz öhdəsindən gəlməyə başladı və böyüməyə başladı. 1967-ci ildən isə diffuziya kaskadlarının sentrifuqaların kaskadları ilə əvəzlənməsinə başlanıldı. Bu gün sökülən D-1-in yerində dünyanın ən böyük uranın zənginləşdirilməsi müəssisəsi - Ural Elektrokimya Zavodu (Novouralsk, Sverdlovsk vilayəti) yerləşir.

1953-cü ildə gələcək Sibir Kimya Zavodu (Seversk, Tomsk vilayəti) Tomsk-7-də işə başladı, bu da 1973-cü ildən tədricən qaz sentrifuqa texnologiyasına keçməyə başladı. İlk zənginləşdirilmiş uran Anqarsk elektroliz kimya zavodundan (Anqarsk, İrkutsk vilayəti) 1957-ci ildə alınmış və diffuziya aparatlarının sentrifuqalarla dəyişdirilməsinə 1985-ci ildə başlanılmışdır. Nəhayət, 1962-ci il Krasnoyarsk-45-də (indiki Zelenoqorsk, Krasnoyarsk diyarı) Elektrokimya Zavodunun işə salınması ili oldu. Bir neçə ildən sonra orada ilk sentrifuqalar quraşdırıldı.

Bu qısa arayış, təbii ki, o çətin dövrün reallıqlarını əks etdirmir. Qapalı şəhərlərin gizli, “nömrələnmiş” adları və bitkilərin qeyri-müəyyən adları ilə başa düşmək olar ki, Sovet İttifaqı zənginləşmə sirlərini diqqətlə saxlayıb. Bununla belə, əsas istehsal müəssisələrinin yerləri Amerika kəşfiyyatına məlum oldu. Ancaq qaz sentrifuqa texnologiyasına aktiv keçid, o, necə deyərlər, əldən verdi. Ola bilsin ki, bu, rəqiblərimizin müəyyən qədər arxayın olmasının səbəbi idi: SSRİ-də daha məhsuldar və səmərəli texnologiyanın tətbiq olunduğunu bilməyən dövlətlər ilkin olaraq seçilmiş üsula - qaz diffuziyasına əməl edirdilər. Aydındır ki, mövcud vəziyyət Sovet İttifaqının əlinə keçdi və nüvə paritetinə tez bir zamanda nail olmağa imkan verdi. Eyni zamanda, sovet alim və mühəndislərinin yüksək məhsuldar qaz sentrifuqalarının yaradılması üzrə qabaqcıl inkişafları boşa getmədi və Rusiyanı uranın zənginləşdirilməsi və sentrifuqa istehsalı üzrə dünya bazarında lider mövqeyə çıxardı.

Dörd kombayndan zənginləşdirilmiş uran məhsulu nüvə yanacağı istehsalının tam dövrünün həyata keçirildiyi Maşınqayırma Zavoduna (Elektrostal, Moskva vilayəti) və Novosibirsk Kimya Konsentratları Zavoduna (Novosibirsk, eyniadlı rayon) verilir. Yanacaq çubuqları üçün sirkonium və yanacaq yığmaları üçün digər struktur materialları Rusiyada yeganə və dünyada sirkoniumdan məhsullar istehsal edən üçüncü müəssisə olan Çepetski Mexanika Zavodu (Qlazov, Udmurt Respublikası) tərəfindən təmin edilir.

İstehsal olunan yanacaq dəstləri Rusiya və xarici Atom Elektrik stansiyalarına çatdırılır, həmçinin reaktorlarda başqa məqsədlər üçün istifadə olunur.

Uranın emalı, konvertasiyası və zənginləşdirilməsi, nüvə yanacağının istehsalı, qaz sentrifuqalarının istehsalı üzrə müəssisələr, eləcə də layihə və tədqiqat təşkilatları Rosatomun TVEL Yanacaq Şirkətinin (www.tvel.ru) tərkibində birləşir.

Bu şirkətin və onun müəssisələrinin uzun illər uğurlu fəaliyyətinin nəticəsidir ki, Rosatom uranın zənginləşdirilməsi sahəsində ən böyük xidmət təminatçıları siyahısına inamla başçılıq edir (dünya bazarının 36%-i).

Anqarskda nüvə yanacağı bankı var - nədənsə azad bazarda uran almaq imkanından məhrum olan bir ölkənin ala biləcəyi zəmanətli ehtiyat. Bu ehtiyatdan o, təzə nüvə yanacağı istehsal edə və nüvə enerjisi sənayesinin fasiləsiz fəaliyyətini təmin edə biləcək.

Rosatomun qlobal nüvə yanacağı bazarındakı payı 17% təşkil edir ki, bunun sayəsində Yer kürəsində hər altıncı energetik reaktor TVEL markalı yanacaqla yüklənir. Çatdırılmalar Macarıstan, Slovakiya, Çexiya, Bolqarıstan, Ukrayna, Ermənistan, Finlandiya, Hindistan və Çinə aparılır.

Yuxarıda - uranın zənginləşdirilməsi üçün dünya bazarı (2015), aşağıda - yanacaq istehsalı üçün dünya bazarı (2015)

Açıq yoxsa qapalı?

Qeyd etmək olar ki, bu fəsil tədqiqat reaktorları üçün nüvə yanacağının istehsalını, həmçinin nüvə sualtı qayıqlarında və buzqıran gəmilərdə quraşdırılmış reaktorları əhatə etməmişdir. Bütün müzakirə atom elektrik stansiyalarında istifadə olunan nüvə yanacağına həsr olunub. Lakin bu, təsadüfən edilməyib. Fakt budur ki, atom elektrik stansiyaları və məsələn, nüvə sualtı qayıqları üçün yanacaq istehsalının ardıcıllığı arasında sadəcə heç bir əsas fərq yoxdur. Təbii ki, gəmi və tədqiqat reaktorlarının xüsusiyyətləri ilə bağlı texnologiyada sapmalar ola bilər. Məsələn, birincisi kiçik ölçülü və eyni zamanda kifayət qədər güclü olmalıdır - bu buzqıran gəmi və üstəlik manevr edə bilən nüvə sualtı qayığı üçün tamamilə təbii tələbdir. Lazımi göstəriciləri uranın zənginləşdirilməsini artırmaqla, yəni parçalanan nüvələrin konsentrasiyasını artırmaqla əldə etmək olar - onda daha az yanacaq tələb olunacaq. Onların etdikləri də məhz budur: gəmi reaktorları üçün yanacaq kimi istifadə edilən uranın zənginləşmə dərəcəsi 40% (layihədən asılı olaraq, 20-90% arasında dəyişə bilər) bölgəsindədir. Tədqiqat reaktorlarında adi tələb maksimum neytron axınına nail olmaqdır və reaktordakı neytronların sayı da parçalanan nüvələrin sayı ilə birbaşa bağlıdır. Buna görə də, elmi tədqiqatlar üçün nəzərdə tutulan qurğularda bəzən nüvə reaktorlarının yanacağı ilə müqayisədə daha yüksək miqdarda uran-235 olan yüksək zənginləşdirilmiş uran istifadə olunur. Lakin zənginləşdirmə texnologiyası bundan dəyişmir.

Reaktorun konstruksiyası yanacağın kimyəvi tərkibini və yanacaq çubuğunun hazırlandığı materialı müəyyən edə bilər. Hazırda yanacağın əsas kimyəvi forması uran dioksididir. Yanacaq elementlərinə gəldikdə, onlar əsasən sirkoniumdur, lakin, məsələn, BN-600 sürətli neytron reaktoru üçün paslanmayan poladdan yanacaq elementləri istehsal olunur. Bu, sirkoniumun paslanmayan poladdan daha tez məhv edildiyi (korroziyaya uğrayan) BN reaktorlarında soyuducu kimi maye natriumdan istifadə edilməsi ilə bağlıdır. Buna baxmayaraq, nüvə yanacağının istehsalı prosesinin mahiyyəti dəyişməz olaraq qalır - zənginləşdirilmiş uran məhsulundan uran dioksid tozu sintez edilir, qranullara sıxılır və sinterlənir, qranullar yanacaq çubuqlarına yerləşdirilir və yanacaq çubuqları yanacaq birləşmələrinə yığılır. (FA).

Üstəlik, müxtəlif ölkələrin nüvə yanacağı dövrlərini nəzərdən keçirsək, məsələn, Rusiyada uran birləşmələri çevrilmə zamanı birbaşa molekulyar flüorla flüorlaşdırıldığı, xaricdə isə əvvəlcə hidrofluor turşusu ilə, sonra isə flüorla müalicə olunduğu ortaya çıxır. Fərq filizin, sorbentlərin və ekstraktorların "açılması" üçün məhlulların kimyəvi tərkibində tapıla bilər; proseslərin parametrləri fərqli ola bilər... Amma nüvə yanacaq dövriyyəsinin sxemi bundan dəyişmir. Əsas fərq yalnız onun açıq (açıq) və qapalı (qapalı) versiyaları arasındadır: birinci halda, atom elektrik stansiyasında “işlədikdən” sonra yanacaq sadəcə olaraq dərin məzarlıqda ətraf mühitdən təcrid olunur və sonuncu, qiymətli komponentlərin çıxarılması ilə emal edilir (7-ci fəsildə bax). Rusiya qapalı tsikli həyata keçirən azsaylı ölkələrdən biridir.

Rosatom-un TVEL Yanacaq Şirkətinin rolunun göstəricisi ilə qapalı yanacaq dövrü nümunəsi

TVS (yanacaq yığımı)

Nüvə yanacağı- nüvə reaktorlarında idarə olunan nüvə parçalanma zəncirvari reaksiyasını həyata keçirmək üçün istifadə olunan materiallar. Nüvə yanacağı bəşəriyyətin istifadə etdiyi digər yanacaq növlərindən əsaslı şəkildə fərqlənir, son dərəcə enerji tutumlu, eyni zamanda insanlar üçün çox təhlükəlidir və bu, təhlükəsizlik baxımından onun istifadəsinə bir çox məhdudiyyətlər qoyur. Bu və bir çox başqa səbəblərə görə nüvə yanacağının istifadəsi hər hansı bir qalıq yanacaq növündən qat-qat çətindir və onun istifadəsi üçün bir çox xüsusi texniki və təşkilati tədbirlər, eləcə də onunla məşğul olan yüksək ixtisaslı kadrlar tələb olunur.

ümumi məlumat

Nüvə zəncirvari reaksiya, nüvənin iki hissəyə parçalanmasıdır parçalanma parçaları, bir neçə (2-3) neytronun eyni vaxtda buraxılması ilə, bu da öz növbəsində aşağıdakı nüvələrin parçalanmasına səbəb ola bilər. Belə parçalanma neytron ilkin maddənin atomunun nüvəsinə daxil olduqda baş verir. Nüvə parçalanması zamanı əmələ gələn parçalanma parçaları böyük kinetik enerjiyə malikdir. Maddədə parçalanma fraqmentlərinin ləngiməsi böyük miqdarda istiliyin ayrılması ilə müşayiət olunur. Parçalanma parçaları birbaşa parçalanma nəticəsində əmələ gələn nüvələrdir. Parçalanma parçaları və onların radioaktiv parçalanma məhsulları adətən adlanır parçalanma məhsulları. Hər hansı bir enerjinin neytronları ilə parçalanan nüvələrə nüvə yanacağı deyilir (bir qayda olaraq, bunlar tək atom nömrəsi olan maddələrdir). Yalnız müəyyən həddi aşan enerjiləri olan neytronlarla parçalanan nüvələr var (bir qayda olaraq, bunlar cüt atom nömrəsi olan elementlərdir). Bu cür nüvələrə xammal deyilir, çünki bir neytron eşik nüvəsi tərəfindən tutulduqda nüvə yanacağının nüvələri əmələ gəlir. Nüvə yanacağı ilə xammalın birləşməsinə nüvə yanacağı deyilir. Aşağıda 235 U nüvənin parçalanma enerjisinin müxtəlif parçalanma məhsulları arasında paylanması (MeV ilə):

Neytrino enerjisi geri dönməz şəkildə daşındığından, istifadə üçün yalnız 188 MeV/atom = 30 pJ/atom = 18 TJ/mol = 76,6 TJ/kq mövcuddur (digər məlumatlara görə (bax link) 205,2 - 8,6 = 196,6 MeV /atom).

Təbii uran üç izotopdan ibarətdir: 238U (99,282%), 235U (0,712%) və 234U (0,006%). Nüvə yanacağı kimi həmişə uyğun deyil, xüsusən də struktur materialları və moderator neytronları geniş şəkildə udursa. Bu zaman nüvə yanacağı zənginləşdirilmiş uran əsasında hazırlanır. Termal reaktorlarda zənginləşdirilməsi 6%-dən az olan uran, sürətli və aralıq neytron reaktorlarında isə uranın zənginləşdirilməsi 20%-dən çox istifadə olunur. Zənginləşdirilmiş uran xüsusi zənginləşdirmə zavodlarında alınır.

Təsnifat

Nüvə yanacağı iki növə bölünür:

• 235 U parçalanan nüvələri olan təbii uran, həmçinin neytron tutarkən plutonium 239 Pu əmələ gətirə bilən xammal 238 U;
• Təbiətdə rast gəlinməyən ikinci dərəcəli yanacaq, o cümlədən birinci növ yanacaqdan alınan 239 Pu, həmçinin 232 Th torium nüvəsi tərəfindən neytronların tutulması zamanı əmələ gələn 233 U izotopları.

Kimyəvi tərkibə görə nüvə yanacağı ola bilər:

• Metal, o cümlədən ərintilər;
• Oksid (məsələn, UO 2);
• Karbid (məsələn, PuC 1-x)
• Qarışıq (PuO 2 + UO 2)

Tətbiqin nəzəri aspektləri

Nüvə yanacağı nüvə reaktorlarında ölçüsü bir neçə santimetr olan qranullar şəklində istifadə olunur, burada adətən hermetik şəkildə bağlanmış yanacaq elementlərində (TVEL) yerləşir və bu da öz növbəsində istifadənin asanlığı üçün bir neçə yüzlərlə yanacaq birləşmələrinə birləşdirilir ( FA).

Nüvə yanacağı yanacaq çubuqunun örtüyü ilə kimyəvi uyğunluq üçün yüksək tələblərə tabedir, kifayət qədər ərimə və buxarlanma temperaturuna, yaxşı istilik keçiriciliyinə, neytron şüalanması zamanı həcmin bir qədər artmasına və istehsal qabiliyyətinə malik olmalıdır.

Metal uranın, xüsusilə 500 °C-dən yuxarı temperaturda istifadəsi, şişməsi səbəbindən çətindir. Nüvə parçalanmasından sonra ümumi həcmi uran (plutonium) atomunun həcmindən böyük olan iki parçalanma fraqmenti əmələ gəlir. Atomların bir hissəsi - parçalanma fraqmentləri qazların atomlarıdır (kripton, ksenon və s.). Qaz atomları uranın məsamələrində toplanır və temperaturun artması ilə artan daxili təzyiq yaradır. Parçalanma prosesində atomların həcminin dəyişməsi və qazların daxili təzyiqinin artması səbəbindən uran və digər nüvə yanacaqları şişməyə başlayır. Şişkinlik, nüvənin parçalanması ilə əlaqəli nüvə yanacağının həcmində nisbi dəyişiklik kimi başa düşülür.

Şişkinlik yanma və yanacaq elementinin temperaturundan asılıdır. Parçalanma fraqmentlərinin sayı yanma ilə, qazın daxili təzyiqi isə yanma və temperaturla artır. Nüvə yanacağının şişməsi yanacaq elementinin örtüyünün məhvinə səbəb ola bilər. Nüvə yanacağı yüksək mexaniki xüsusiyyətlərə malikdirsə, şişməyə daha az meyllidir. Metal uran sadəcə belə materiallara aid deyil. Buna görə də, nüvə yanacağı kimi metal uranın istifadəsi nüvə yanacağının əsas xüsusiyyətlərindən biri olan yanma dərinliyini məhdudlaşdırır.

Yanacağın radiasiyaya davamlılığı və mexaniki xassələri uran ərintilərindən sonra yaxşılaşır, bu müddət ərzində urana az miqdarda molibden, alüminium və digər metallar əlavə edilir. Dopinq qatqıları nüvə yanacağı ilə bir neytron tutulması üçün parçalanma neytronlarının sayını azaldır. Buna görə də, urana lehimli əlavələr neytronları zəif udan materiallardan seçilir.

Yaxşı nüvə yanacaqlarına uranın odadavamlı bəzi birləşmələri daxildir: oksidlər, karbidlər və intermetal birləşmələr. Ən çox istifadə edilən keramika - uran dioksid UO 2 . Onun ərimə temperaturu 2800 °C, sıxlığı 10,2 q/sm³-dir. Uran dioksidin faza keçidləri yoxdur və uran ərintilərinə nisbətən şişməyə daha az meyllidir. Bu, tükənmişliyi bir neçə faiz artırmağa imkan verir. Uran dioksidi yüksək temperaturda sirkonium, niobium, paslanmayan polad və digər materiallarla qarşılıqlı təsir göstərmir. Keramikanın əsas çatışmazlığı aşağı istilik keçiriciliyidir - 4,5 kJ/(m·K) ərimə temperaturu baxımından reaktorun xüsusi gücünü məhdudlaşdırır. Beləliklə, uran dioksidi üçün VVER reaktorlarında istilik axınının maksimal sıxlığı 1,4⋅10 3 kVt/m²-dən çox deyil, yanacaq çubuqlarında maksimum temperatur isə 2200 °C-ə çatır. Bundan əlavə, isti keramika çox kövrəkdir və çatlaya bilər.

Praktik istifadə

Qəbz

uran yanacağı

Uran nüvə yanacağı filizlərin emalı yolu ilə əldə edilir. Proses bir neçə mərhələdə baş verir:

• Zəif əmanətlər üçün: Müasir sənayedə zəngin uran filizlərinin olmaması səbəbindən (uranın konsentrasiyası 3%-ə çatan uyğunsuzluq tipli Kanada və Avstraliya yataqları istisnadır) filizlərin yeraltı yuyulması üsulundan istifadə olunur. Bu, bahalı filiz hasilatını aradan qaldırır. İlkin hazırlıq birbaşa yerin altına keçir. vasitəsilə inyeksiya quyuları sulfat turşusu, bəzən dəmir duzlarının əlavə edilməsi ilə (uranı U (IV) -ni U (VI)-ya oksidləşdirmək üçün) yeraltına vurulur, baxmayaraq ki, filizlərdə tez-tez oksidləşməni asanlaşdıran dəmir və piroluzit olur. vasitəsilə hasilat quyuları sulfat turşusunun uranla məhlulu xüsusi nasoslarla səthə qalxır. Sonra birbaşa uranın sorbsiyasına, hidrometallurgik çıxarılmasına və eyni zamanda zənginləşdirilməsinə keçir.
• Filiz yataqları üçün: filiz konsentrasiyası və radiometrik filiz konsentrasiyası istifadə edin.
• Hidrometallurgiya emal - təmizlənmiş uran oksidi (U 3 O 8), natrium diuranat (Na 2 U 2 O 7) və ya ammonium diuranat ((NH 4) 2 U 2 O 7) əldə etmək üçün uranın əzilməsi, yuyulması, sorbsiya və ya ekstraksiyası.
• Uranın oksiddən UF 4 tetrafloridinə və ya oksidlərdən birbaşa olaraq 235 izotopunda uranın zənginləşdirilməsi üçün istifadə olunan UF 6 heksafluoridin alınması.
• Qazın termal diffuziyası və ya sentrifuqa yolu ilə zənginləşdirilməsi.
• 235 izotopunda zənginləşdirilmiş UF 6 UO 2 dioksidə çevrilir, ondan yanacaq çubuğu “həblər” hazırlanır və ya eyni məqsədlə digər uran birləşmələri alınır.

Nüvə enerjisi istilik energetikasında, istilik şəklində reaktorlarda nüvə yanacağından enerji alındıqda istifadə olunur. Elektrik enerjisi istehsal etmək üçün istifadə olunur nüvə elektrik stansiyaları (AES), iri dəniz gəmilərinin elektrik stansiyaları üçün, dəniz suyunun duzsuzlaşdırılması üçün.

Nüvə enerjisi öz görünüşünü ilk növbədə 1932-ci ildə kəşf edilmiş neytronun təbiətinə borcludur. Neytronlar hidrogen nüvəsi istisna olmaqla, bütün atom nüvələrinin bir hissəsidir. Nüvədə bağlı neytronlar qeyri-müəyyən müddətə mövcuddur. Sərbəst formada onlar qısa ömürlüdürlər, çünki onlar ya yarımparçalanma müddəti 11,7 dəqiqə ilə parçalanır, protona çevrilərək elektron və neytrino yayırlar, ya da atomların nüvələri tərəfindən tez tutulurlar.

Müasir nüvə enerjisi təbii izotopun parçalanması zamanı ayrılan enerjinin istifadəsinə əsaslanır uran-235. Atom elektrik stansiyalarında idarə olunan nüvə parçalanma reaksiyası həyata keçirilir nüvə reaktoru. Nüvə parçalanmasına səbəb olan neytronların enerjisinə görə, termal və sürətli neytron reaktorlarını fərqləndirin.

Nüvə elektrik stansiyasının əsas qurğusu nüvə reaktorudur, onun diaqramı Şəkildə göstərilmişdir. 1. Nüvə yanacağından enerji alınır, sonra isə istilik şəklində başqa işçi mayeyə (su, metal və ya üzvi maye, qaz) ötürülür; sonra adi olanlarda olduğu kimi elektrikə çevrilir.

Onlar prosesə nəzarət edir, reaksiyanı saxlayır, gücü sabitləşdirir, xüsusi mobil istifadə edərək reaktoru işə salır və dayandırır nəzarət çubuqları 6 və 7 termal neytronları intensiv şəkildə udan materiallardan. Onlar nəzarət sistemi ilə idarə olunur 5 . Tədbirlər nəzarət çubuqları nüvədə neytron axınının gücünün dəyişməsində özünü göstərir. Kanallar üzrə 10 su dolaşır, bioloji mühafizə betonu soyudulur

Nəzarət çubuqları istilik, radiasiya və korroziyaya davamlı, mexaniki cəhətdən möhkəm və yaxşı istilik ötürmə xüsusiyyətlərinə malik olan bor və ya kadmiumdan hazırlanır.

Böyük bir polad qutunun içərisində 3 səbət var 8 yanacaq elementləri ilə 9 . Soyuducu boru kəməri vasitəsilə daxil olur 2 , nüvədən keçir, bütün yanacaq elementlərini yuyur, qızdırır və boru kəmərindən keçir 4 buxar generatoruna daxil olur.

düyü. 1. Nüvə reaktoru

Reaktor qalın beton bioloji saxlama qurğusunun içərisinə yerləşdirilir. 1 , ətrafdakı məkanı neytronların axınından, alfa, beta, qamma radiasiyasından qoruyur.

Yanacaq elementləri (yanacaq çubuqları) reaktorun əsas hissəsidir. Onlarda birbaşa nüvə reaksiyası baş verir və istilik buraxılır, bütün digər hissələr istiliyi izolyasiya etmək, idarə etmək və çıxarmaq üçün xidmət edir. Struktur olaraq, yanacaq elementləri çubuq, boşqab, boru, sferik və s. hazırlana bilər. Çox vaxt onlar çubuqdur, uzunluğu 1 metrə qədər, diametri 10 mm-dir. Onlar adətən uran qranullarından və ya qısa borulardan və lövhələrdən yığılır. Çöldə yanacaq çubuqları korroziyaya davamlı, nazik metal örtüklə örtülmüşdür. Qabıq üçün sirkonium, alüminium, maqnezium ərintiləri, həmçinin alaşımlı paslanmayan poladdan istifadə olunur.

Reaktorun nüvəsində nüvə reaksiyası zamanı ayrılan istiliyin elektrik stansiyalarının mühərrikinin (turbininin) işçi mayesinə ötürülməsi bir dövrəli, iki dövrəli və üç dövrəli sxemlər üzrə həyata keçirilir (şək. 2).

düyü. 2. Atom elektrik stansiyası
a - tək dövrəli sxemə görə; b - iki dövrəli sxemə görə; c - üç dövrəli sxemə görə
1 - reaktor; 2, 3 - bioloji mühafizə; 4 - təzyiq tənzimləyicisi; 5 - turbin; 6 - elektrik generatoru; 7 - kondansatör; 8 - nasos; 9 - ehtiyat gücü; 10 – regenerativ qızdırıcı; 11 – buxar generatoru; 12 - nasos; 13 - aralıq istilik dəyişdiricisi

Hər bir dövrə qapalı sistemdir. Reaktor 1 (bütün istilik sxemlərində) birincinin içərisinə yerləşdirilir 2 və ikinci dərəcəli 3 bioloji müdafiə. Atom elektrik stansiyası bir dövrəli istilik sxeminə əsasən tikilirsə, reaktordan gələn buxar təzyiq tənzimləyicisi vasitəsilə 4 turbinə daxil olur 5 . Turbin mili generatorun şaftına qoşulur 6 hansı elektrik cərəyanı yaranır. Egzoz buxarı kondensatora daxil olur, burada soyudulur və tamamilə kondensasiya olunur. nasos 8 kondensatı regenerativ qızdırıcıya yönəldir 10 , sonra reaktora daxil olur.

İki dövrəli bir sxem ilə reaktorda qızdırılan soyuducu buxar generatoruna daxil olur. 11 , burada istilik səthi qızdırmaqla işçi mayenin soyuducuya (ikinci dövrənin qidalanma suyu) ötürülür. Təzyiqli su reaktorlarında buxar generatorunda soyuducu təxminən 15 ... 40 ° C, sonra isə dövriyyə pompası ilə soyudulur. 12 reaktora qayıt.

Üç dövrəli bir sxem ilə reaktordan soyuducu (adətən maye natrium) aralıq istilik dəyişdiricisinə göndərilir. 13 və oradan sirkulyasiya pompası ilə 12 reaktora qayıdır. İkincil dövrədə soyuducu da maye natriumdur. Bu dövrə şüalandırılmır və buna görə də radioaktiv deyil. İkinci dövrənin natriumu buxar generatoruna daxil olur 11 , işləyən mayeyə istilik verir və sonra dövriyyə nasosu aralıq istilik dəyişdiricisinə geri göndərilir.

Sirkulyasiya dövrələrinin sayı reaktorun tipini, istifadə olunan soyuducuyu, onun nüvə-fiziki xüsusiyyətlərini və radioaktivlik dərəcəsini müəyyən edir. Tək dövrəli sxem qaynar su reaktorlarında və qazla soyudulan reaktorlarda istifadə edilə bilər. Ən geniş yayılmış ikiqat dövrə su, qaz və üzvi mayelərin istilik daşıyıcısı kimi istifadə edildikdə. Üç dövrəli sxem maye metal soyuduculardan (natrium, kalium, natrium-kalium ərintiləri) istifadə edərək sürətli neytron reaktorları olan atom elektrik stansiyalarında istifadə olunur.

Nüvə yanacağı ola bilər uran-235, uran-233 və plutonium-232. Nüvə yanacağının alınması üçün xammal - təbii uran və torium. Bir qram parçalanan materialın (uran-235) nüvə reaksiyası zamanı 22×10 3 kVt/saata (19×10 6 kal) ekvivalent enerji ayrılır. Bu miqdarda enerji əldə etmək üçün 1900 kq neft yandırmaq lazımdır.

Uran-235 asanlıqla əldə edilə bilər, onun enerji ehtiyatları qalıq yanacaqlarla eynidir. Ancaq indiki kimi aşağı effektivliyə malik nüvə yanacağından istifadə etsək, mövcud uran mənbələri 50-100 ildən sonra tükənəcək. Eyni zamanda, nüvə yanacağının praktiki olaraq tükənməz "yataqları" var - bu, dəniz suyunda həll olunan urandır. Okeanda quruda olduğundan yüz dəfələrlə çoxdur. Dəniz suyundan bir kiloqram uran dioksidin alınmasının dəyəri təqribən 60-80 dollar təşkil edir və gələcəkdə 30 dollara düşəcək, quruda ən zəngin yataqlarda hasil edilən uran dioksidin dəyəri isə 10-20 dollardır. Ona görə də bir müddət sonra quruda və “dəniz suyunda” xərclər eyni qaydada olacaq.

Nüvə yanacağının dəyəri qalıq kömürlərin təxminən yarısıdır. Kömürlə işləyən elektrik stansiyalarında elektrik enerjisinin maya dəyərinin 50-70%-i yanacağın payına, atom elektrik stansiyalarında isə 15-30%-ə düşür. Gücü 2,3 milyon kVt olan müasir istilik elektrik stansiyası (məsələn, Samara QRES) gündə təxminən 18 ton kömür (6 qatar) və ya 12 min ton mazut (4 qatar) istehlak edir. Eyni gücə malik olan nüvə gün ərzində cəmi 11 kq, il ərzində isə 4 ton nüvə yanacağı sərf edir. Bununla belə, atom elektrik stansiyası tikintisi, istismarı və təmiri baxımından istilikdən daha bahalıdır. Məsələn, 2-4 milyon kVt gücündə bir atom elektrik stansiyasının tikintisi istilikdən təxminən 50-100% baha başa gəlir.

AES-in tikintisi üçün əsaslı xərcləri azaltmaq olar:

1. avadanlığın standartlaşdırılması və unifikasiyası;
2. kompakt reaktor konstruksiyalarının işlənib hazırlanması;
3. idarəetmə və tənzimləmə sistemlərinin təkmilləşdirilməsi;
4. yanacaq doldurmaq üçün reaktorun bağlanma müddətinin azaldılması.

Atom elektrik stansiyalarının (nüvə reaktoru) mühüm xarakteristikası yanacaq dövriyyəsinin səmərəliliyidir. Yanacaq dövriyyəsinə qənaət etmək üçün aşağıdakıları etməlisiniz:

• nüvə yanacağının yanma dərinliyini artırmaq;
• plutoniumun çoxalma nisbətini artırın.

Uran-235 nüvəsinin hər parçalanması ilə 2-3 neytron ayrılır. Bunlardan yalnız biri sonrakı reaksiya üçün istifadə olunur, qalanları itirilir. Lakin sürətli neytron reaktorları yaratmaqla onlardan nüvə yanacağının təkrar istehsalı üçün istifadə etmək mümkündür. Reaktor sürətli neytronlarda işləyərkən eyni vaxtda 1 kq yandırılmış uran-235 üçün təxminən 1,7 kq plutonium-239 əldə etmək mümkündür. Bu yolla, atom elektrik stansiyalarının aşağı istilik səmərəliliyi əhatə oluna bilər.

Sürətli neytron reaktorları yanacaq neytron reaktorlarından on dəfə daha səmərəlidir (nüvə yanacağının istifadəsi baxımından). Onların moderatoru yoxdur və yüksək zənginləşdirilmiş nüvə yanacağından istifadə edirlər. Nüvədən yayılan neytronlar struktur materialları tərəfindən deyil, ətrafda yerləşən uran-238 və ya torium-232 tərəfindən udulur.

Gələcəkdə atom elektrik stansiyaları üçün əsas parçalanan materiallar sürətli neytron reaktorlarında müvafiq olaraq uran-238 və torium-232-dən alınan plutonium-239 və uran-233 olacaqdır. Uran-238-in reaktorlarda plutonium-239-a çevrilməsi nüvə yanacağının ehtiyatlarını təxminən 100 dəfə, torium-232-nin uran-233-ə isə 200 dəfə artıracaq.

Əncirdə. Şəkil 3-də sürətli neytron atom elektrik stansiyasının diaqramı göstərilir.

Sürətli neytronlarda nüvə elektrik stansiyasının fərqli xüsusiyyətləri bunlardır:

1. nüvə reaktorunun kritikliyinin dəyişməsi reflektorlardan istifadə edərək nüvə yanacağının parçalanma neytronlarının bir hissəsini periferiyadan nüvəyə əks etdirməklə həyata keçirilir. 3 ;
2. reflektorlar 3 dönə bilər, neytronların sızmasını və nəticədə parçalanma reaksiyalarının intensivliyini dəyişdirir;
3. nüvə yanacağı təkrar istehsal olunur;
4. reaktordan artıq istilik enerjisinin çıxarılması soyuducu-radiatordan istifadə etməklə həyata keçirilir 6 .

düyü. 3. Sürətli neytronlar üzərində atom elektrik stansiyasının sxemi:
1 - yanacaq elementləri; 2 – bərpa olunan nüvə yanacağı; 3 – sürətli neytron reflektorları; 4 - nüvə reaktoru; 5 - elektrik enerjisi istehlakçısı; 6 - soyuducu-emitter; 7 - istilik enerjisini elektrik enerjisinə çevirən; 8 - radiasiyadan qorunma.

İstilik enerjisini elektrik enerjisinə çevirənlər

Atom elektrik stansiyasının yaratdığı istilik enerjisindən istifadə prinsipinə görə, çeviriciləri 2 sinfə bölmək olar:

1. maşın (dinamik);
2. maşınsız (birbaşa çeviricilər).

Maşın çeviricilərində, bir qayda olaraq, bir qaz turbin qurğusu reaktora qoşulur, burada işçi maye hidrogen, helium, helium-ksenon qarışığı ola bilər. Turbogeneratora birbaşa verilən istiliyin elektrik enerjisinə çevrilməsinin səmərəliliyi kifayət qədər yüksəkdir - çeviricinin səmərəliliyi η = 0,7-0,75.

Dinamik qaz turbin (maşın) çeviricisi olan bir nüvə elektrik stansiyasının diaqramı Şek. dörd.

Maşın çeviricisinin başqa bir növü maqnitoqasdinamik və ya maqnitohidrodinamik generatordur (MGDG). Belə bir generatorun diaqramı Şəkildə göstərilmişdir. 5. Generator düzbucaqlı kəsiyli kanaldır, onun iki divarı dielektrikdən, ikisi isə elektrik keçirici materialdan hazırlanır. Elektrik keçirici bir işçi maye kanallar vasitəsilə hərəkət edir - bir maqnit sahəsi ilə nüfuz edən maye və ya qaz halında. Bildiyiniz kimi, bir dirijor maqnit sahəsində hərəkət edərkən elektrodlar boyunca bir EMF yaranır. 2 elektrik enerjisi istehlakçısına verilir 3 . İşçi istilik axınının enerji mənbəyi nüvə reaktorunda ayrılan istilikdir. Bu istilik enerjisi maqnit sahəsində yüklərin hərəkətinə sərf olunur, yəni. cərəyan keçirən reaktivin kinetik enerjisinə, kinetik enerji isə elektrik enerjisinə çevrilir.

düyü. 4. Qaz turbin çeviricisi olan atom elektrik stansiyasının sxemi:
1 - reaktor; 2 – maye metal soyuducu ilə dövrə; 3 – qazın istiliklə təchizatı üçün istilik dəyişdiricisi; 4 - turbin; 5 - elektrik generatoru; 6 - kompressor; 7 - radiator-radiator; 8 – istiliyin çıxarılması sxemi; 9 - dövriyyə nasosu; 10 - istiliyin çıxarılması üçün istilik dəyişdiricisi; 11 - istilik dəyişdirici-regenerator; 12 - qaz turbin çeviricisinin işçi mayesi ilə dövrə.

İstilik enerjisinin elektrik enerjisinə birbaşa çeviriciləri (maşınsız) aşağıdakılara bölünür:

1. termoelektrik;
2. termion;
3. elektrokimyəvi.

Termoelektrik generatorlar (TEG) Seebeck prinsipinə əsaslanır, yəni bir-birinə bənzəməyən materiallardan ibarət qapalı dövrədə bu materialların təmas nöqtələrində temperatur fərqi saxlandıqda termoelektrik güc yaranır (şək. 6). Elektrik enerjisi istehsal etmək üçün daha yüksək effektivliyə malik yarımkeçirici TEG-lərdən istifadə etmək məqsədəuyğundur, eyni zamanda isti keçidin temperaturu 1400 K və daha yüksək səviyyəyə çatdırılmalıdır.

Termion çeviriciləri (TEC) yüksək temperatura qədər qızdırılan katoddan elektronların buraxılması nəticəsində elektrik enerjisi almağa imkan verir (şək. 7).

düyü. 5. Maqnetoqazdinamik generator:
1 – maqnit sahəsi; 2 - elektrodlar; 3 - elektrik enerjisi istehlakçısı; 4 - dielektrik; 5 - dirijor; 6 - işləyən maye (qaz).

düyü. 6. Termoelektrik generatorun işinin sxemi

düyü. 7. Termion çeviricinin iş sxemi

Emissiya cərəyanını saxlamaq üçün katoda istilik verilir Q bir . Katodun yaydığı elektronlar vakuum boşluğunu keçərək anoda çatır və onun tərəfindən udulur. Anodda elektronların "kondensasiyası" zamanı əks işarəli elektronların iş funksiyasına bərabər enerji ayrılır. Katoda davamlı istilik tədarükünü və onun anoddan çıxarılmasını təmin etsək, yük vasitəsilə R birbaşa cərəyan axacaq. Elektron emissiyası 2200 K-dən yuxarı katod temperaturlarında səmərəli şəkildə davam edir.

AES-in istismarının təhlükəsizliyi və etibarlılığı

Atom energetikasının inkişafında əsas məsələlərdən biri atom elektrik stansiyalarının etibarlılığını və təhlükəsizliyini təmin etməkdir.

Radiasiya təhlükəsizliyi aşağıdakılarla təmin edilir:

1. personalın radiasiya təsirindən bioloji mühafizəsi üçün etibarlı strukturların və cihazların yaradılması;
2. AES-dən çıxan havanın və suyun onun hüdudlarından kənara çıxarılması;
3. radioaktiv çirklənmənin çıxarılması və etibarlı lokallaşdırılması;
4. AES binalarına gündəlik dozimetrik nəzarət və personalın fərdi dozimetrik nəzarəti.

AES-in binaları iş rejimindən və onlarda quraşdırılmış avadanlıqdan asılı olaraq 3 kateqoriyaya bölünür:

1. ciddi rejim zonası;
2. məhdud zona;
3. normal rejim zonası.

Şəxsi heyət mütəmadi olaraq üçüncü kateqoriyalı otaqlarda olur, stansiyanın bu otaqları radiasiyadan qorunur.

Atom elektrik stansiyaları bərk, maye və qaz halında radioaktiv tullantılar əmələ gətirir. Onlar elə utilizasiya edilməlidir ki, ətraf mühitin çirklənməsinə səbəb olmasın.

Havalandırma zamanı otaqdan çıxarılan qazların tərkibində aerozol, radioaktiv toz və radioaktiv qazlar şəklində radioaktiv maddələr ola bilər. Stansiyanın ventilyasiyası elə qurulub ki, hava axınları ən “təmiz”dən “çirklənmiş”ə keçsin və əks istiqamətdə çarpaz axınlar istisna edilsin. Stansiyanın bütün otaqlarında havanın tam dəyişdirilməsi bir saatdan çox olmayan müddətdə həyata keçirilir.

Atom elektrik stansiyalarının istismarı zamanı radioaktiv tullantıların çıxarılması və utilizasiyası problemi yaranır. Reaktorlarda sərf olunan yanacaq elementləri qısa yarımparçalanma dövrü ilə izotopların sabitləşməsi baş verənə qədər birbaşa nüvə stansiyalarının su hovuzlarında müəyyən müddətə dözür, bundan sonra yanacaq elementləri regenerasiya üçün xüsusi radiokimyəvi zavodlara göndərilir. Orada yanacaq çubuqlarından nüvə yanacağı çıxarılır və radioaktiv tullantılar basdırılır.