Science Network nukleáris villamosenergia-
Üzemanyag ciklus írja le, ahogyan üzemanyag kerül az atomreaktor, és amelyen keresztül távozik.
Minden módszer üzemanyag termelés, hogy készítse el a használatra, és a kiégett fűtőelemek és együtt alkotják az úgynevezett üzemanyag-ciklus. A nagyon „tüzelőanyag-ciklus” azt jelenti, hogy a kiégett üzemanyag lehet újra használni a nukleáris létesítmények, a friss fűtőelemek után különleges bánásmódot.
Ellentétben a szén, uránérc nem lehet táplálni közvetlenül a növény. Először is meg kell tisztítani, koncentrált és térbe helyezett fűtőelemek. A 10. ábra mutatja az úgynevezett „nyitott ciklusban” a nukleáris energia, amelyet manapság a legtöbb országban a leggyakoribb típusú reaktorokat.
Miután az eltalálja a dúsító üzem * UF6. amelynél a koncentráció növekedése a hasadó izotóp U-235. Ebben a folyamatban mintegy 85% -a a természetes urán üzemanyag dobni, mint „DU” vagy „hulladék” (elsősorban U-238), amelyeket az említett hosszabb tárolás **. Így, dúsítást követően körülbelül 15% -a az eredeti mennyiség dúsított urán, amely körülbelül 3,5 százaléka U-235 izotóp.
10. ábra nyitott ciklusban
dúsítási módszerek alapján a kis különbség a tömegek a atomok U-235 és U-238. A legtöbb létező rendszerek használata a gázdiffúziós eljárás, amelyben az UF6 gázt vezetünk át rajta egy hosszú sor membránsorompókon, amelyek lehetővé teszik a molekulák tartalmazó U-235, azok megoldására gyorsabb, mint a molekulák, amelyek az U-238. Modern malmok használata nagy sebességű centrifuga elválasztására tartalmazó molekulák ezen két izotóp.
Dúsított urán tovább szállított a gyár a gyártás fűtőelemek. UF6 alakítjuk urán-dioxid, egy kerámia anyag, és a képződött kis hengeres pelletek, körülbelül 2 cm magas és 1,5 cm átmérőjű. Ezek a tabletták kerüljenek speciális cső rozsdamentes acélból (vagy egy cirkónium ötvözet), és a hossza körülbelül 4 méter, és az úgynevezett fűtőelemek (FE). A csöveket összegyűjtöttük kötegek, egy olyan terület mintegy 30 nm. cm, amelyek az úgynevezett reaktor fűtőelemeket. Üzemanyag kazetták ilyen típusú használják szinte minden könnyűvizes reaktorok (lásd. 5. táblázat). A kapacitás a reaktor merítjük 1000 MW, mintegy 75 tonna üzemanyag ilyen szerelvények.
Kanadai reaktorokat CANDU (kanadai deutérium urán) annak ellenére, hogy különböző minták, de ezek mind működnek a természetes (vagyis nem javított) uránt. Ahelyett, hogy egy nagy nyomásálló edényben, amely a reaktormag, hogy van egy nagy számú (300 és 600) a vízszintes nyomás csövek, amelyek mindegyike tartalmaz egy üzemanyag, és a hőhordozó formájában nehézvíz. Nyomás csövek átmennek egy speciális ház (úgynevezett „kalander”), amely tele van a nehézvíz reaktor szabályozására paraméterek *. Fűtőelem CANDU reaktorok méretei 10 cm átmérőjű és 50 cm hosszúságú.
* A nehézvíz vagy deutérium-oxidot tartalmaz, a deutérium, amely izotóp a hidrogén, és egy extra neutront a sejtmagban.
A minden típusú működő reaktorok hasadási láncreakció történik az üzemanyag rudak, leírtak szerint 3.1. Gyors neutron lelassult a vizet, nehézvizet vagy grafit rúd úgy, hogy kezdeményezheti a hasítási reakció. A reakció sebességét szabályozza viszünk be a reaktormag rudak neutronabszorbeáló. A felszabaduló hőt a hasadási reakció, magával ragadott hűtőfolyadék gőzzé alakul át, amely viszont a használt meghajtó egy turbina és a villamos energia előállítására.
Eltávolítása után a reaktorból, a kiégett üzemanyag (SNF) megtartja a radioaktivitást, és hőt termel. Ezért egy ideig a tüzelőanyagot víz alatt medencék eltávolítására hő- és védelem az ionizáló sugárzás. A következő lépés az lehet, újrafeldolgozása a kiégett fűtőelemek, hogy lezárja a tüzelőanyag-ciklus (olyan országokban, mint Nagy-Britannia, Franciaország és Japán által választott utat a „zárt üzemanyag ciklus”), vagy végleges ártalmatlanítására, ahogy azt az Egyesült Államokban, Kanadában és Svédországban, akik úgy döntöttek, a „nyitott üzemanyag ciklust. " Tárolás a kiégett nukleáris fűtőelemek kezdetben végzett közvetlenül a reaktor fedelét. Ezután kell mozgatni egy másik helyre, például egy speciális raktárak „száraz tároló”.
A korábbi generációs reaktorok, például még az Egyesült Királyságban működő, a tüzelőanyagként használt uránt (és nem a oxidok), és a gáz hűtése. Az utóbbi években ezek a reaktorok már frissített, így az exponáló az üzemanyagcellás saját medencével nem végzik el túl sokáig. Mindez ábra szemlélteti részletesen a „zárt üzemanyag-ciklus” a 11. ábrán látható a zárt üzemanyag könnyű reaktorok üzemanyag átmegy pontosan ugyanúgy. Mivel az urán bányák és a növények, urán halad minden szakaszában a transzformációs meggazdagítására előállítására a reaktor üzemanyag.
Eltávolítása után a reaktorból üzemanyag, az üzemanyag rudak feldolgozása a feldolgozó üzemek, ahol azok tört és savban oldjuk. Miután speciális kémiai kezelés, a kiégett fűtőelemek kinyert két értékes termék: plutónium és urán használt. Körülbelül 3% -a az üzemanyag ebben az esetben továbbra is a magas szintű hulladékot. Miután bituminization (vagy üvegesítésből), ezek erősen radioaktív anyag hosszú kell legyen ártalmatlanítására (lásd. 5,2-5,3).
Körülbelül 96% az urán a reaktorban alkalmazott, az üzemanyag marad a birtokában (a reaktorban elfogyasztott nem több, mint 1% U-235). Amint a 14. ábrán látható, a fennmaradó részét az üzemanyag hővé, és a radioaktív bomlástermékeket, és néhány plutónium és más aktinidák. Következésképpen, az újrahasznosítás a kiégett nukleáris fűtőelemek lehetnek bizonyos gazdasági előnyöket a csökkenés a nem használt urán és plutónium, amely a reaktorban termelt. Ez szintén csökkenti a mennyisége erősen radioaktív és veszélyes hulladékok megfelelő módon kell tárolni, amelynek szintén van egy bizonyos gazdasági megvalósíthatóságát.
A kiégett fűtőelemek körülbelül 1% plutónium. Ez egy nagyon jó nukleáris üzemanyag, amely nem igényel semmilyen dúsítási folyamat, lehet keverni a szegényített urán (úgynevezett vegyes oxid üzemanyag, vagy MOX-üzemanyag), és formájában érkezik a friss üzemanyag-kazetták a reaktorban (ld. 5.2). Ezt fel lehet használni betölteni a jövőben tenyésztő reaktorok (lásd. Alább).
Újrahasznosított urán vissza lehet további dúsítást vagy szállított formájában friss üzemanyag meglévő reaktorok. Zárt üzemanyagciklusban így hatékonyabb rendszer urán maximális kihasználása anélkül, hogy további bányászati (egység energia megtakarítás körülbelül 30%) és ez az oka az iparág azonnal elfogadta ezt a megközelítést. Azonban az ilyen rendszerek újrafeldolgozása kiégett nukleáris fűtőelemek még nem általánosan elterjedt, hogy nagy mértékben köszönhető a viszonylag alacsony ár urán (urán ára ma az 1980-as szint).
11. ábra: Zárt fűtőanyagciklus