Το 2011, το εργοστάσιο χημικών συμπυκνωμάτων του Νοβοσιμπίρσκ παρήγαγε και πούλησε το 70% της παγκόσμιας κατανάλωσης του ισοτόπου λιθίου-7 (1300 κιλά), σημειώνοντας νέο ρεκόρ στην ιστορία του εργοστασίου. Ωστόσο, το κύριο προϊόν που παράγεται από το NCCP είναι το πυρηνικό καύσιμο.
Αυτή η φράση έχει ένα εντυπωσιακό και τρομακτικό αποτέλεσμα στη συνείδηση των κατοίκων του Νοβοσιμπίρσκ, αναγκάζοντάς τους να φανταστούν οτιδήποτε για την επιχείρηση: από τρίποδους εργάτες και μια ξεχωριστή υπόγεια πόλη μέχρι τον ραδιενεργό άνεμο.
Τι κρύβεται λοιπόν στην πραγματικότητα πίσω από τους φράχτες του πιο μυστηριώδους εργοστασίου στο Νοβοσιμπίρσκ, το οποίο παράγει πυρηνικά καύσιμα μέσα στην πόλη;
Η OJSC Novosibirsk Chemical Concentrates Plant είναι ένας από τους κορυφαίους παραγωγούς πυρηνικών καυσίμων στον κόσμο για πυρηνικούς σταθμούς και ερευνητικούς αντιδραστήρες στη Ρωσία και σε ξένες χώρες. Ο μόνος Ρώσος κατασκευαστής μεταλλικού λιθίου και των αλάτων του. Αποτελεί μέρος της TVEL Fuel Company της Rosatom State Corporation.
Ήρθαμε στο εργαστήριο όπου κατασκευάζονται συγκροτήματα καυσίμου - συγκροτήματα καυσίμου, τα οποία φορτώνονται σε αντιδραστήρες πυρηνικής ενέργειας. Αυτό είναι πυρηνικό καύσιμο για πυρηνικούς σταθμούς. Για να μπείτε στην παραγωγή θα πρέπει να φορέσετε μια ρόμπα, ένα σκουφάκι, υφασμάτινα καλύμματα παπουτσιών και ένα «Πέταλο» στο πρόσωπό σας.
Όλες οι εργασίες που σχετίζονται με υλικά που περιέχουν ουράνιο συγκεντρώνονται στο εργαστήριο. Αυτό το τεχνολογικό συγκρότημα είναι ένα από τα κύρια για το NCCP (τα συγκροτήματα καυσίμου για πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής καταλαμβάνουν περίπου το 50% της δομής των πωλούμενων προϊόντων της NCCP OJSC).
Η αίθουσα ελέγχου, από όπου ελέγχεται η διαδικασία παραγωγής σκόνης διοξειδίου του ουρανίου, από την οποία στη συνέχεια παράγονται πέλλετ καυσίμου.
Οι εργαζόμενοι πραγματοποιούν τακτική συντήρηση: σε ορισμένα χρονικά διαστήματα, ακόμη και ο πιο πρόσφατος εξοπλισμός διακόπτεται και ελέγχεται. Υπάρχει πάντα πολύς αέρας στο ίδιο το εργαστήριο - ο εξαερισμός της εξάτμισης λειτουργεί συνεχώς.
Η σκόνη διοξειδίου του ουρανίου αποθηκεύεται σε τέτοια δίκωνα. Αναμιγνύουν τη σκόνη και τον πλαστικοποιητή, που επιτρέπει στο δισκίο να συμπιέζεται καλύτερα.
Μια εγκατάσταση που συμπιέζει τα πέλλετ καυσίμου. Ακριβώς όπως τα παιδιά φτιάχνουν πασχαλινά κέικ από άμμο πιέζοντας ένα καλούπι, έτσι και εδώ: μια ταμπλέτα ουρανίου πιέζεται υπό πίεση.
Ένα σκάφος από μολυβδαίνιο με ταμπλέτες που περιμένουν να σταλούν στον κλίβανο για ανόπτηση. Πριν από την ανόπτηση, τα δισκία έχουν πρασινωπή απόχρωση και διαφορετικό μέγεθος.
Η επαφή της σκόνης, των δισκίων και του περιβάλλοντος ελαχιστοποιείται: όλες οι εργασίες εκτελούνται σε κουτιά. Για να διορθώσετε κάτι στο εσωτερικό, είναι ενσωματωμένα ειδικά γάντια στα κουτιά.
Οι πυρσοί στην κορυφή καίνε υδρογόνο. Τα δισκία ανόπτονται σε φούρνους σε θερμοκρασία τουλάχιστον 1750 βαθμών σε περιβάλλον μείωσης του υδρογόνου για περισσότερες από 20 ώρες.
Τα μαύρα ντουλάπια είναι φούρνοι υψηλής θερμοκρασίας υδρογόνου στους οποίους το σκάφος μολυβδαινίου διέρχεται από διαφορετικές ζώνες θερμοκρασίας. Ο αποσβεστήρας ανοίγει και μια βάρκα από μολυβδαίνιο μπαίνει στον κλίβανο, από όπου ξέσπασαν φλόγες.
Τα τελικά δισκία γυαλίζονται γιατί πρέπει να έχουν αυστηρά καθορισμένο μέγεθος. Και στην έξοδο, οι επιθεωρητές ελέγχουν κάθε tablet για να βεβαιωθούν ότι δεν υπάρχουν μάρκες, ρωγμές ή ελαττώματα.
Ένα δισκίο βάρους 4,5 g ισοδυναμεί σε απελευθέρωση ενέργειας με 640 κιλά καυσόξυλα, 400 κιλά άνθρακα, 360 κυβικά μέτρα. m αέριο, 350 κιλά πετρέλαιο.
Δισκία διοξειδίου του ουρανίου μετά από ανόπτηση σε κλίβανο υδρογόνου.
Εδώ, οι σωλήνες ζιρκονίου είναι γεμάτοι με σφαιρίδια διοξειδίου του ουρανίου. Στην έξοδο έχουμε έτοιμες ράβδους καυσίμου (μήκους περίπου 4 m) - στοιχεία καυσίμου. Οι ράβδοι καυσίμου χρησιμοποιούνται ήδη για τη συναρμολόγηση συγκροτημάτων καυσίμου, με άλλα λόγια, πυρηνικών καυσίμων.
Δεν θα βρείτε πια τέτοια σιντριβάνια αναψυκτικών στους δρόμους της πόλης, ίσως μόνο στο NZHK. Αν και στη σοβιετική εποχή ήταν πολύ συνηθισμένοι.
Σε αυτό το μηχάνημα, το ποτήρι μπορεί να πλυθεί και στη συνέχεια να γεμίσει με ανθρακούχο, σταθερό ή κρύο νερό.
Σύμφωνα με την εκτίμηση του Τμήματος Φυσικών Πόρων και Προστασίας του Περιβάλλοντος το 2010, το NCCP δεν έχει σημαντική επίπτωση στη ρύπανση του περιβάλλοντος.
Ένα ζευγάρι από τέτοιες καθαρόαιμες κότες ζει συνεχώς και γεννά αυγά σε ένα υψηλής ποιότητας ξύλινο περίβλημα, το οποίο βρίσκεται στην επικράτεια του εργαστηρίου.
Οι εργάτες συγκολλούν το πλαίσιο για το συγκρότημα καυσίμου. Τα πλαίσια είναι διαφορετικά, ανάλογα με την τροποποίηση του συγκροτήματος καυσίμου.
Το εργοστάσιο απασχολεί 2.277 άτομα, η μέση ηλικία του προσωπικού είναι 44,3 έτη, το 58% είναι άνδρες. Ο μέσος μισθός υπερβαίνει τα 38.000 ρούβλια.
Οι μεγάλοι σωλήνες είναι κανάλια για το σύστημα ελέγχου προστασίας του αντιδραστήρα. Στη συνέχεια θα τοποθετηθούν 312 ράβδοι καυσίμου σε αυτό το πλαίσιο.
Δίπλα στο NCCP υπάρχει CHPP-4. Αναφορικά με τους περιβαλλοντολόγους, εκπρόσωποι του εργοστασίου ανέφεραν: ανά έτος, ένας θερμοηλεκτρικός σταθμός εκπέμπει 7,5 φορές περισσότερες ραδιενεργές ουσίες από το NCCP.
Ο μηχανικός συναρμολόγησης Viktor Pustozerov, βετεράνος της βιομηχανίας εργοστασίων και πυρηνικής ενέργειας, έχει 2 Orders of Labor Glory
Κεφαλή και στέλεχος για συγκροτήματα καυσίμου. Τοποθετούνται στο τέλος, όταν και οι 312 ράβδοι καυσίμου βρίσκονται ήδη στο πλαίσιο.
Τελικός έλεγχος: τα ολοκληρωμένα συγκροτήματα καυσίμου ελέγχονται με ειδικούς αισθητήρες ώστε η απόσταση μεταξύ των ράβδων καυσίμου να είναι η ίδια. Οι ελεγκτές είναι συνήθως γυναίκες, αυτή είναι μια πολύ επίπονη δουλειά.
Σε τέτοια δοχεία, τα συγκροτήματα καυσίμου αποστέλλονται στον καταναλωτή - 2 κασέτες σε κάθε ένα. Μέσα έχουν το δικό τους άνετο κρεβάτι από τσόχα.
Τα καύσιμα για πυρηνικούς σταθμούς παραγωγής ενέργειας που παράγονται στο JSC NCCP χρησιμοποιούνται σε ρωσικούς πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής και προμηθεύονται επίσης στην Ουκρανία, τη Βουλγαρία, την Κίνα, την Ινδία και το Ιράν. Το κόστος των συναρμολογήσεων καυσίμου είναι εμπορικό μυστικό.
Η εργασία στο NCCP δεν είναι πιο επικίνδυνη από την εργασία σε οποιαδήποτε βιομηχανική επιχείρηση. Η κατάσταση της υγείας των εργαζομένων παρακολουθείται συνεχώς. Τα τελευταία χρόνια δεν έχει εντοπιστεί ούτε ένα κρούσμα επαγγελματικών ασθενειών μεταξύ των εργαζομένων.
Ένας πυρηνικός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής είναι ένα σύμπλεγμα απαραίτητων συστημάτων, συσκευών, εξοπλισμού και δομών που προορίζονται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Ο σταθμός χρησιμοποιεί ουράνιο-235 ως καύσιμο. Η παρουσία ενός πυρηνικού αντιδραστήρα διακρίνει τους πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής από άλλους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής.
Στα πυρηνικά εργοστάσια υπάρχουν τρεις αμοιβαίοι μετασχηματισμοί των ενεργειακών μορφών
Πυρηνική δύναμη
μπαίνει σε ζέστη
Θερμική ενέργεια
μπαίνει στα μηχανικά
Μηχανική ενέργεια
μετατρέπεται σε ηλεκτρικό
1. Η πυρηνική ενέργεια μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια
Η βάση του σταθμού είναι ο αντιδραστήρας - ένας δομικά κατανεμημένος όγκος στον οποίο φορτώνεται το πυρηνικό καύσιμο και όπου λαμβάνει χώρα μια ελεγχόμενη αλυσιδωτή αντίδραση. Το ουράνιο-235 είναι σχάσιμο από αργά (θερμικά) νετρόνια. Ως αποτέλεσμα, απελευθερώνεται τεράστια ποσότητα θερμότητας.
ΓΕΝΝΗΤΡΙΑ ΑΤΜΟΥ
2. Η θερμική ενέργεια μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια
Η θερμότητα απομακρύνεται από τον πυρήνα του αντιδραστήρα με ένα ψυκτικό υγρό - μια υγρή ή αέρια ουσία που διέρχεται από τον όγκο του. Αυτή η θερμική ενέργεια χρησιμοποιείται για την παραγωγή υδρατμών σε μια γεννήτρια ατμού.
ΗΛΕΚΤΡΟΓΕΝΝΗΤΡΙΑ
3. Η μηχανική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική
Η μηχανική ενέργεια του ατμού κατευθύνεται σε μια στροβιλογεννήτρια, όπου μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια και στη συνέχεια περνά μέσω καλωδίων στους καταναλωτές.
Από τι αποτελείται ένας πυρηνικός σταθμός;
Ένας πυρηνικός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής είναι ένα συγκρότημα κτιρίων που στεγάζει τεχνολογικό εξοπλισμό. Το κεντρικό κτίριο είναι το κεντρικό κτίριο, όπου βρίσκεται η αίθουσα του αντιδραστήρα. Στεγάζει τον ίδιο τον αντιδραστήρα, μια πισίνα ψύξης πυρηνικού καυσίμου, μια μηχανή επαναφόρτωσης (για επαναφόρτωση καυσίμου), τα οποία παρακολουθούνται από χειριστές από το δωμάτιο ελέγχου (δωμάτιο ελέγχου).
Το κύριο στοιχείο του αντιδραστήρα είναι η ενεργή ζώνη (1). Στεγάζεται σε φρεάτιο από σκυρόδεμα. Υποχρεωτικά στοιχεία οποιουδήποτε αντιδραστήρα είναι ένα σύστημα ελέγχου και προστασίας που επιτρέπει την επιλεγμένη λειτουργία μιας ελεγχόμενης αλυσιδωτής αντίδρασης σχάσης, καθώς και ένα σύστημα προστασίας έκτακτης ανάγκης για γρήγορη διακοπή της αντίδρασης σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης. Όλα αυτά είναι τοποθετημένα στο κεντρικό κτίριο.
Υπάρχει επίσης ένα δεύτερο κτίριο που στεγάζει την αίθουσα του στροβίλου (2): ατμογεννήτριες, η ίδια η τουρμπίνα. Στη συνέχεια κατά μήκος της τεχνολογικής αλυσίδας βρίσκονται πυκνωτές και γραμμές ηλεκτρικής ενέργειας υψηλής τάσης που υπερβαίνουν την τοποθεσία του σταθμού.
Στην επικράτεια υπάρχει ένα κτίριο για επαναφόρτωση και αποθήκευση αναλωμένου πυρηνικού καυσίμου σε ειδικές πισίνες. Επιπλέον, οι σταθμοί είναι εξοπλισμένοι με στοιχεία ενός συστήματος ψύξης ανακυκλοφορίας - πύργους ψύξης (3) (ένας πύργος από σκυρόδεμα που λεπταίνει στην κορυφή), μια λίμνη ψύξης (φυσική δεξαμενή ή μια τεχνητά δημιουργημένη) και πισίνες ψεκασμού.
Τι τύποι πυρηνικών σταθμών υπάρχουν;
Ανάλογα με τον τύπο του αντιδραστήρα, ένας πυρηνικός σταθμός μπορεί να έχει 1, 2 ή 3 κυκλώματα ψυκτικού. Στη Ρωσία, οι πιο διαδεδομένοι είναι οι πυρηνικοί σταθμοί διπλού κυκλώματος με αντιδραστήρες τύπου VVER (υδρόψυκτος αντιδραστήρας ισχύος).
NPP ΜΕ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΕΣ 1 ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ
NPP ΜΕ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΕΣ 1 ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ
Το σύστημα ενός κυκλώματος χρησιμοποιείται σε πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής με αντιδραστήρες τύπου RBMK-1000. Ο αντιδραστήρας λειτουργεί σε ένα μπλοκ με δύο στρόβιλους συμπύκνωσης και δύο γεννήτριες. Σε αυτή την περίπτωση, ο ίδιος ο αντιδραστήρας βρασμού είναι μια γεννήτρια ατμού, η οποία καθιστά δυνατή τη χρήση ενός κυκλώματος μονού κυκλώματος. Το κύκλωμα μονού κυκλώματος είναι σχετικά απλό, αλλά η ραδιενέργεια σε αυτή την περίπτωση εξαπλώνεται σε όλα τα στοιχεία της μονάδας, γεγονός που περιπλέκει τη βιολογική προστασία.
Επί του παρόντος, στη Ρωσία λειτουργούν 4 πυρηνικοί σταθμοί με αντιδραστήρες μονού κυκλώματος
NPP ΜΕ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΕΣ 2 ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ
NPP ΜΕ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΕΣ 2 ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ
Το σχήμα διπλού κυκλώματος χρησιμοποιείται σε πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής με αντιδραστήρες νερού υπό πίεση τύπου VVER. Το νερό τροφοδοτείται υπό πίεση στον πυρήνα του αντιδραστήρα και θερμαίνεται. Η ενέργεια του ψυκτικού μέσου χρησιμοποιείται στη γεννήτρια ατμού για την παραγωγή κορεσμένου ατμού. Το δεύτερο κύκλωμα είναι μη ραδιενεργό. Η μονάδα αποτελείται από έναν στρόβιλο συμπύκνωσης 1000 MW ή δύο στρόβιλους 500 MW με σχετικές γεννήτριες.
Επί του παρόντος, στη Ρωσία λειτουργούν 5 πυρηνικοί σταθμοί με αντιδραστήρες διπλού κυκλώματος
NPP ΜΕ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΕΣ 3 ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ
NPP ΜΕ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΕΣ 3 ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ
Το σχήμα τριών κυκλωμάτων χρησιμοποιείται σε πυρηνικούς σταθμούς με ταχείς αντιδραστήρες νετρονίων με ψυκτικό νάτριο τύπου BN. Για να αποφευχθεί η επαφή του ραδιενεργού νατρίου με το νερό, κατασκευάζεται ένα δεύτερο κύκλωμα με μη ραδιενεργό νάτριο. Έτσι, το κύκλωμα αποδεικνύεται ότι είναι τρικύκλωμα.
Η πυρηνική ενέργεια αποτελείται από μεγάλο αριθμό επιχειρήσεων για διάφορους σκοπούς. Οι πρώτες ύλες για αυτή τη βιομηχανία εξορύσσονται από ορυχεία ουρανίου. Στη συνέχεια παραδίδεται σε εργοστάσια παραγωγής καυσίμων.
Το καύσιμο στη συνέχεια μεταφέρεται σε πυρηνικούς σταθμούς, όπου εισέρχεται στον πυρήνα του αντιδραστήρα. Όταν το πυρηνικό καύσιμο φτάσει στο τέλος της ωφέλιμης ζωής του, υπόκειται σε απόρριψη. Αξίζει να σημειωθεί ότι τα επικίνδυνα απόβλητα εμφανίζονται όχι μόνο μετά την επανεπεξεργασία καυσίμου, αλλά και σε οποιοδήποτε στάδιο - από την εξόρυξη ουρανίου έως την εργασία στον αντιδραστήρα.
Πυρηνικό καύσιμο
Υπάρχουν δύο τύποι καυσίμων. Το πρώτο είναι το ουράνιο που εξορύσσεται σε ορυχεία, το οποίο είναι φυσικής προέλευσης. Περιέχει πρώτες ύλες που μπορούν να σχηματίσουν πλουτώνιο. Το δεύτερο είναι το καύσιμο που δημιουργείται τεχνητά (δευτερεύον).
Το πυρηνικό καύσιμο χωρίζεται επίσης ανάλογα με τη χημική του σύσταση: μεταλλικό, οξείδιο, καρβίδιο, νιτρίδιο και μικτό.
Εξόρυξη ουρανίου και παραγωγή καυσίμων
Ένα μεγάλο μερίδιο της παραγωγής ουρανίου προέρχεται από λίγες μόνο χώρες: Ρωσία, Γαλλία, Αυστραλία, ΗΠΑ, Καναδάς και Νότια Αφρική.
Το ουράνιο είναι το κύριο στοιχείο για καύσιμο στους πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής. Για να μπει στον αντιδραστήρα, περνάει από διάφορα στάδια επεξεργασίας. Τις περισσότερες φορές, τα κοιτάσματα ουρανίου βρίσκονται δίπλα σε χρυσό και χαλκό, επομένως η εξόρυξή του πραγματοποιείται με την εξόρυξη πολύτιμων μετάλλων.
Κατά τη διάρκεια της εξόρυξης, η ανθρώπινη υγεία βρίσκεται σε μεγάλο κίνδυνο επειδή το ουράνιο είναι ένα τοξικό υλικό και τα αέρια που εμφανίζονται κατά την εξόρυξή του προκαλούν διάφορες μορφές καρκίνου. Αν και το ίδιο το μετάλλευμα περιέχει πολύ μικρή ποσότητα ουρανίου - από 0,1 έως 1 τοις εκατό. Ο πληθυσμός που ζει κοντά σε ορυχεία ουρανίου βρίσκεται επίσης σε μεγάλο κίνδυνο.
Το εμπλουτισμένο ουράνιο είναι το κύριο καύσιμο για τους πυρηνικούς σταθμούς, αλλά μετά τη χρήση του παραμένει τεράστια ποσότητα ραδιενεργών αποβλήτων. Παρά όλους τους κινδύνους του, ο εμπλουτισμός ουρανίου είναι μια αναπόσπαστη διαδικασία δημιουργίας πυρηνικών καυσίμων.
Στη φυσική του μορφή, το ουράνιο πρακτικά δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί πουθενά. Για να χρησιμοποιηθεί πρέπει να εμπλουτιστεί. Για τον εμπλουτισμό χρησιμοποιούνται φυγόκεντροι αερίου.
Το εμπλουτισμένο ουράνιο χρησιμοποιείται όχι μόνο στην πυρηνική ενέργεια, αλλά και στην παραγωγή όπλων.
Μεταφορά
Σε οποιοδήποτε στάδιο του κύκλου του καυσίμου υπάρχει μεταφορά. Πραγματοποιείται με όλα τα διαθέσιμα μέσα: από ξηρά, θάλασσα, αέρα. Αυτό είναι μεγάλος κίνδυνος και μεγάλος κίνδυνος όχι μόνο για το περιβάλλον, αλλά και για τον άνθρωπο.
Κατά τη μεταφορά πυρηνικού καυσίμου ή των στοιχείων του συμβαίνουν πολλά ατυχήματα με αποτέλεσμα την απελευθέρωση ραδιενεργών στοιχείων. Αυτός είναι ένας από τους πολλούς λόγους για τους οποίους θεωρείται μη ασφαλές.
Παροπλισμός αντιδραστήρων
Κανένας από τους αντιδραστήρες δεν έχει αποσυναρμολογηθεί. Ακόμη και το διαβόητο Τσερνόμπιλ Το όλο θέμα είναι ότι, σύμφωνα με τους ειδικούς, το κόστος αποσυναρμολόγησης είναι ίσο ή και υπερβαίνει το κόστος κατασκευής ενός νέου αντιδραστήρα. Κανείς όμως δεν μπορεί να πει με ακρίβεια πόσα χρήματα θα χρειαστούν: το κόστος υπολογίστηκε με βάση την εμπειρία αποσυναρμολόγησης μικρών σταθμών για έρευνα. Οι ειδικοί προσφέρουν δύο επιλογές:
- Τοποθετήστε αντιδραστήρες και αναλωμένο πυρηνικό καύσιμο σε αποθήκες.
- Κατασκευάστε σαρκοφάγους πάνω από παροπλισμένους αντιδραστήρες.
Στα επόμενα δέκα χρόνια, περίπου 350 αντιδραστήρες σε όλο τον κόσμο θα φτάσουν στο τέλος της ζωής τους και πρέπει να τεθούν εκτός λειτουργίας. Επειδή όμως δεν έχει εφευρεθεί η καταλληλότερη μέθοδος όσον αφορά την ασφάλεια και την τιμή, αυτό το ζήτημα εξακολουθεί να επιλύεται.
Αυτή τη στιγμή λειτουργούν 436 αντιδραστήρες σε όλο τον κόσμο. Φυσικά, αυτό είναι μια μεγάλη συμβολή στο ενεργειακό σύστημα, αλλά είναι πολύ επισφαλές. Η έρευνα δείχνει ότι σε 15-20 χρόνια, οι πυρηνικοί σταθμοί θα μπορούν να αντικατασταθούν από σταθμούς που λειτουργούν με αιολική ενέργεια και ηλιακούς συλλέκτες.
Πυρηνικά απόβλητα
Μια τεράστια ποσότητα πυρηνικών αποβλήτων δημιουργείται ως αποτέλεσμα των δραστηριοτήτων των πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής. Η επανεπεξεργασία πυρηνικών καυσίμων αφήνει επίσης πίσω της επικίνδυνα απόβλητα. Ωστόσο, καμία από τις χώρες δεν βρήκε λύση στο πρόβλημα.
Σήμερα, τα πυρηνικά απόβλητα φυλάσσονται σε εγκαταστάσεις προσωρινής αποθήκευσης, σε λίμνες νερού ή θάβονται ρηχά υπόγεια.
Η ασφαλέστερη μέθοδος είναι η αποθήκευση σε ειδικές εγκαταστάσεις αποθήκευσης, αλλά και εδώ είναι δυνατή η διαρροή ακτινοβολίας, όπως και με άλλες μεθόδους.
Στην πραγματικότητα, τα πυρηνικά απόβλητα έχουν κάποια αξία, αλλά απαιτούν αυστηρή τήρηση των κανόνων για την αποθήκευσή τους. Και αυτό είναι το πιο πιεστικό πρόβλημα.
Ένας σημαντικός παράγοντας είναι ο χρόνος κατά τον οποίο τα απόβλητα είναι επικίνδυνα. Το καθένα έχει τη δική του περίοδο αποσύνθεσης κατά την οποία είναι τοξικό.
Τύποι πυρηνικών αποβλήτων
Κατά τη λειτουργία οποιουδήποτε πυρηνικού σταθμού, τα απόβλητά του εισέρχονται στο περιβάλλον. Αυτό είναι νερό για ψύξη τουρμπίνων και αέρια απόβλητα.
Τα πυρηνικά απόβλητα χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες:
- Χαμηλό επίπεδο - ένδυση υπαλλήλων πυρηνικής ενέργειας, εργαστηριακός εξοπλισμός. Τέτοια απόβλητα μπορούν επίσης να προέρχονται από ιατρικά ιδρύματα και επιστημονικά εργαστήρια. Δεν αποτελούν μεγάλο κίνδυνο, αλλά απαιτούν συμμόρφωση με τα μέτρα ασφαλείας.
- Ενδιάμεσο επίπεδο - μεταλλικά δοχεία στα οποία μεταφέρεται καύσιμο. Το επίπεδο ακτινοβολίας τους είναι αρκετά υψηλό και όσοι βρίσκονται κοντά τους πρέπει να προστατεύονται.
- Το υψηλό επίπεδο είναι το αναλωμένο πυρηνικό καύσιμο και τα προϊόντα επανεπεξεργασίας του. Το επίπεδο ραδιενέργειας μειώνεται ραγδαία. Τα απόβλητα υψηλής ραδιενέργειας είναι πολύ μικρά, περίπου 3 τοις εκατό, αλλά περιέχουν το 95 τοις εκατό της συνολικής ραδιενέργειας.
Λόγω του γεγονότος ότι τα πυρηνικά καύσιμα είναι πιο αποδοτικά από όλα τα άλλα είδη καυσίμων που έχουμε σήμερα, δίνεται μεγάλη προτίμηση σε οτιδήποτε μπορεί να λειτουργήσει με τη βοήθεια πυρηνικών σταθμών (πυρηνικοί σταθμοί, υποβρύχια, πλοία κ.λπ.). Θα μιλήσουμε περαιτέρω για το πώς παράγεται το πυρηνικό καύσιμο για τους αντιδραστήρες.
Το ουράνιο εξορύσσεται με δύο κύριους τρόπους:
1) Άμεση εξόρυξη σε λατομεία ή ορυχεία, εφόσον το επιτρέπει το βάθος του ουρανίου. Με αυτή τη μέθοδο, ελπίζω ότι όλα είναι ξεκάθαρα.
2) Επί τόπου έκπλυση. Αυτό συμβαίνει όταν ανοίγονται πηγάδια στο σημείο όπου βρίσκεται το ουράνιο, ένα ασθενές διάλυμα θειικού οξέος αντλείται σε αυτά και το διάλυμα αλληλεπιδρά με το ουράνιο, συνδυαζόμενο με αυτό. Στη συνέχεια, το μείγμα που προκύπτει αντλείται στην επιφάνεια και το ουράνιο διαχωρίζεται από αυτό χρησιμοποιώντας χημικές μεθόδους.
Ας φανταστούμε ότι έχουμε ήδη εξαγάγει ουράνιο στο ορυχείο και το έχουμε προετοιμάσει για περαιτέρω μετασχηματισμούς. Η παρακάτω φωτογραφία δείχνει το λεγόμενο «κίτρινο κέικ», U3O8. Σε βαρέλι για περαιτέρω μεταφορά.
Όλα θα ήταν καλά, και θεωρητικά αυτό το ουράνιο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί αμέσως για την παραγωγή καυσίμων για πυρηνικούς σταθμούς, αλλά δυστυχώς. Η φύση, όπως πάντα, μας έδωσε δουλειά να κάνουμε. Το γεγονός είναι ότι το φυσικό ουράνιο αποτελείται από ένα μείγμα τριών ισοτόπων. Αυτά είναι τα U238 (99,2745%), U235 (0,72%) και U234 (0,0055%). Μας ενδιαφέρει μόνο το U235 εδώ - καθώς μοιράζεται τέλεια θερμικά νετρόνια στον αντιδραστήρα, είναι αυτό που μας επιτρέπει να απολαμβάνουμε όλα τα οφέλη της αλυσιδωτής αντίδρασης σχάσης. Δυστυχώς, η φυσική συγκέντρωσή του δεν επαρκεί για τη σταθερή και μακροχρόνια λειτουργία ενός σύγχρονου αντιδραστήρα πυρηνικών σταθμών. Αν και, από όσο γνωρίζω, η συσκευή RBMK είναι σχεδιασμένη με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορεί να εκτοξεύεται με καύσιμο από φυσικό ουράνιο, αλλά η σταθερότητα, η ανθεκτικότητα και η ασφάλεια λειτουργίας σε τέτοιο καύσιμο δεν είναι καθόλου εγγυημένες.
Πρέπει να εμπλουτίσουμε ουράνιο. Δηλαδή, αυξήστε τη συγκέντρωση του U235 από φυσική σε αυτή που χρησιμοποιείται στον αντιδραστήρα.
Για παράδειγμα, ο αντιδραστήρας RBMK λειτουργεί με εμπλουτισμένο ουράνιο 2,8%, ο VVER-1000 - εμπλουτισμένος από 1,6 έως 5,0%. Οι θαλάσσιοι και ναυτικοί πυρηνικοί σταθμοί καταναλώνουν καύσιμα εμπλουτισμένα έως και 20%. Και ορισμένοι ερευνητικοί αντιδραστήρες λειτουργούν με καύσιμο με 90% εμπλουτισμό (για παράδειγμα, IRT-T στο Τομσκ).
Στη Ρωσία, ο εμπλουτισμός ουρανίου πραγματοποιείται με τη χρήση φυγοκεντρητών αερίου. Δηλαδή, αυτή η κίτρινη σκόνη που ήταν στη φωτογραφία νωρίτερα μετατρέπεται σε αέριο, εξαφθοριούχο ουράνιο UF6. Αυτό το αέριο στη συνέχεια τροφοδοτείται σε έναν καταρράκτη φυγοκεντρητών. Στην έξοδο από κάθε φυγόκεντρο, λόγω της διαφοράς στο βάρος των πυρήνων U235 και U238, λαμβάνουμε εξαφθοριούχο ουράνιο με ελαφρώς αυξημένη περιεκτικότητα σε U235. Η διαδικασία επαναλαμβάνεται πολλές φορές και στο τέλος παίρνουμε εξαφθοριούχο ουράνιο με τον εμπλουτισμό που χρειαζόμαστε. Στην παρακάτω φωτογραφία μπορείτε απλώς να δείτε την κλίμακα του καταρράκτη των φυγοκεντρητών - υπάρχουν πολλά από αυτά και εκτείνονται σε μακρινές αποστάσεις.
Το αέριο UF6 στη συνέχεια μετατρέπεται ξανά σε UO2, σε μορφή σκόνης. Η χημεία, άλλωστε, είναι μια πολύ χρήσιμη επιστήμη και μας επιτρέπει να δημιουργούμε τέτοια θαύματα.
Ωστόσο, αυτή η σκόνη δεν μπορεί να χυθεί εύκολα στον αντιδραστήρα. Ή μάλλον, μπορεί να αποκοιμηθείς, αλλά τίποτα καλό δεν θα βγει από αυτό. Αυτή (η σκόνη) πρέπει να φτάσει σε τέτοια μορφή ώστε να μπορούμε να την κατεβάζουμε στον αντιδραστήρα για πολύ καιρό, για χρόνια. Σε αυτή την περίπτωση, το ίδιο το καύσιμο δεν πρέπει να έρχεται σε επαφή με το ψυκτικό και να υπερβαίνει τον πυρήνα. Και πάνω από όλα αυτά, το καύσιμο πρέπει να αντέχει τις πολύ, πολύ σοβαρές πιέσεις και θερμοκρασίες που θα προκύψουν σε αυτό όταν δουλεύει μέσα στον αντιδραστήρα.
Παρεμπιπτόντως, ξέχασα να πω ότι η σκόνη δεν είναι επίσης οποιοδήποτε είδος - πρέπει να είναι συγκεκριμένου μεγέθους έτσι ώστε κατά τη συμπίεση και τη σύντηξη να μην δημιουργούνται περιττά κενά και ρωγμές. Πρώτον, τα δισκία παρασκευάζονται από τη σκόνη με πίεση και ψήσιμο για μεγάλο χρονικό διάστημα (η τεχνολογία είναι πραγματικά δύσκολη, εάν παραβιαστεί, οι ταμπλέτες καυσίμου δεν θα μπορούν να χρησιμοποιηθούν). Θα δείξω τις παραλλαγές των tablet στην παρακάτω φωτογραφία.
Χρειάζονται οπές και εσοχές στα δισκία για να αντισταθμίσουν τη θερμική διαστολή και τις αλλαγές ακτινοβολίας. Στον αντιδραστήρα, με την πάροδο του χρόνου, τα δισκία διογκώνονται, λυγίζουν, αλλάζουν μεγέθη και αν δεν προβλέπεται τίποτα, μπορούν να καταρρεύσουν και αυτό είναι κακό.
Τα τελικά δισκία στη συνέχεια συσκευάζονται σε μεταλλικούς σωλήνες (από χάλυβα, ζιρκόνιο και τα κράματά του και άλλα μέταλλα). Οι σωλήνες είναι κλειστοί και στα δύο άκρα και σφραγισμένοι. Ο τελικός σωλήνας με καύσιμο ονομάζεται στοιχείο καυσίμου - στοιχείο καυσίμου.
Διαφορετικοί αντιδραστήρες απαιτούν στοιχεία καυσίμου διαφορετικού σχεδιασμού και εμπλουτισμού. Οι ράβδοι καυσίμου RBMK, για παράδειγμα, έχουν μήκος 3,5 μέτρα. Τα στοιχεία καυσίμου, παρεμπιπτόντως, δεν είναι μόνο ράβδοι. όπως στη φωτογραφία. Έρχονται σε σχήμα πλάκας, τύπου δακτυλίου και μια ποικιλία διαφορετικών τύπων και τροποποιήσεων.
Τα στοιχεία καυσίμου στη συνέχεια συνδυάζονται σε συγκροτήματα καυσίμου - FA. Το συγκρότημα καυσίμου του αντιδραστήρα RBMK αποτελείται από 18 ράβδους καυσίμου και μοιάζει κάπως έτσι:
Το συγκρότημα καυσίμου ενός αντιδραστήρα VVER μοιάζει με αυτό:
Όπως μπορείτε να δείτε, το συγκρότημα καυσίμου του αντιδραστήρα VVER αποτελείται από πολύ μεγαλύτερο αριθμό ράβδων καυσίμου από αυτό του RBMK.
Το τελικό ειδικό προϊόν (FA) παραδίδεται στη συνέχεια στον πυρηνικό σταθμό ηλεκτροπαραγωγής σύμφωνα με τις προφυλάξεις ασφαλείας. Γιατί προφυλάξεις; Το πυρηνικό καύσιμο, αν και δεν είναι ακόμη ραδιενεργό, είναι πολύ πολύτιμο, ακριβό και αν το χειριστεί κανείς πολύ απρόσεκτα μπορεί να προκαλέσει πολλά προβλήματα. Στη συνέχεια πραγματοποιείται ο τελικός έλεγχος της κατάστασης του συγκροτήματος καυσίμου και η φόρτωση στον αντιδραστήρα. Αυτό είναι όλο, το ουράνιο έχει διανύσει πολύ δρόμο από το υπόγειο μετάλλευμα σε μια συσκευή υψηλής τεχνολογίας μέσα σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα. Τώρα έχει μια διαφορετική μοίρα - να τεντωθεί μέσα στον αντιδραστήρα για αρκετά χρόνια και να απελευθερώσει πολύτιμη θερμότητα, την οποία το νερό (ή οποιοδήποτε άλλο ψυκτικό) θα του πάρει.
Ο κύκλος ζωής του πυρηνικού καυσίμου με βάση το ουράνιο ή το πλουτώνιο ξεκινά σε επιχειρήσεις εξόρυξης, χημικά εργοστάσια, σε φυγόκεντρες αερίου και δεν τελειώνει τη στιγμή που το συγκρότημα καυσίμου εκφορτώνεται από τον αντιδραστήρα, καθώς κάθε συγκρότημα καυσίμου πρέπει να διανύσει μια μακρά διαδρομή απόρριψης και στη συνέχεια επανεπεξεργασίας.
Εξόρυξη πρώτων υλών για πυρηνικά καύσιμα
Το ουράνιο είναι το βαρύτερο μέταλλο στη γη. Περίπου το 99,4% του ουρανίου της γης είναι ουράνιο-238, και μόνο το 0,6% είναι ουράνιο-235. Η έκθεση του Διεθνούς Οργανισμού Ατομικής Ενέργειας στο Κόκκινο Βιβλίο δείχνει ότι η παραγωγή και η ζήτηση ουρανίου αυξάνονται παρά το πυρηνικό ατύχημα στη Φουκουσίμα, το οποίο έχει αφήσει πολλούς να αναρωτιούνται για τις προοπτικές της πυρηνικής ενέργειας. Μόνο τα τελευταία χρόνια, τα αποδεδειγμένα αποθέματα ουρανίου αυξήθηκαν κατά 7%, γεγονός που σχετίζεται με την ανακάλυψη νέων κοιτασμάτων. Οι μεγαλύτεροι παραγωγοί παραμένουν το Καζακστάν, ο Καναδάς και η Αυστραλία που εξορύσσουν έως και το 63% του παγκόσμιου ουρανίου. Επιπλέον, αποθέματα μετάλλων είναι διαθέσιμα στην Αυστραλία, τη Βραζιλία, την Κίνα, το Μαλάουι, τη Ρωσία, τον Νίγηρα, τις ΗΠΑ, την Ουκρανία, την Κίνα και άλλες χώρες. Προηγουμένως, η Pronedra έγραψε ότι το 2016, 7,9 χιλιάδες τόνοι ουρανίου εξορύχθηκαν στη Ρωσική Ομοσπονδία.
Σήμερα, το ουράνιο εξορύσσεται με τρεις διαφορετικούς τρόπους. Η ανοιχτή μέθοδος δεν χάνει τη συνάφειά της. Χρησιμοποιείται σε περιπτώσεις όπου οι αποθέσεις βρίσκονται κοντά στην επιφάνεια της γης. Με την ανοιχτή μέθοδο, οι μπουλντόζες δημιουργούν ένα λατομείο και στη συνέχεια το μετάλλευμα με ακαθαρσίες φορτώνεται σε ανατρεπόμενα φορτηγά για μεταφορά σε συγκροτήματα επεξεργασίας.
Συχνά το σώμα του μεταλλεύματος βρίσκεται σε μεγάλο βάθος, οπότε χρησιμοποιείται η μέθοδος της υπόγειας εξόρυξης. Ένα ορυχείο σκάβεται σε βάθος έως και δύο χιλιόμετρα, ο βράχος εξάγεται με γεωτρήσεις σε οριζόντιες μετατοπίσεις και μεταφέρεται προς τα πάνω σε ανελκυστήρες εμπορευμάτων.
Το μείγμα που μεταφέρεται προς τα πάνω με αυτόν τον τρόπο έχει πολλά συστατικά. Ο βράχος πρέπει να θρυμματιστεί, να αραιωθεί με νερό και να αφαιρεθεί η περίσσεια. Στη συνέχεια, προστίθεται θειικό οξύ στο μείγμα για να πραγματοποιηθεί η διαδικασία έκπλυσης. Κατά τη διάρκεια αυτής της αντίδρασης, οι χημικοί λαμβάνουν ένα κίτρινο ίζημα αλάτων ουρανίου. Τέλος, το ουράνιο με ακαθαρσίες καθαρίζεται σε μια εγκατάσταση διύλισης. Μόνο μετά από αυτό παράγεται οξείδιο του ουρανίου, το οποίο διαπραγματεύεται στο χρηματιστήριο.
Υπάρχει μια πολύ πιο ασφαλής, φιλική προς το περιβάλλον και οικονομικά αποδοτική μέθοδος που ονομάζεται borehole in situ leaching (ISL).
Με αυτή τη μέθοδο εξόρυξης, η περιοχή παραμένει ασφαλής για το προσωπικό και το υπόβαθρο ακτινοβολίας αντιστοιχεί στο φόντο των μεγάλων πόλεων. Για να εξορύξετε ουράνιο χρησιμοποιώντας έκπλυση, πρέπει να ανοίξετε 6 τρύπες στις γωνίες του εξαγώνου. Μέσω αυτών των πηγαδιών, το θειικό οξύ διοχετεύεται σε κοιτάσματα ουρανίου και αναμιγνύεται με τα άλατά του. Αυτό το διάλυμα εξάγεται, δηλαδή, αντλείται μέσω ενός φρεατίου στο κέντρο του εξαγώνου. Για να επιτευχθεί η απαιτούμενη συγκέντρωση αλάτων ουρανίου, το μείγμα διέρχεται από στήλες προσρόφησης αρκετές φορές.
Παραγωγή πυρηνικών καυσίμων
Είναι αδύνατο να φανταστεί κανείς την παραγωγή πυρηνικού καυσίμου χωρίς φυγόκεντρους αερίου, που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή εμπλουτισμένου ουρανίου. Αφού επιτευχθεί η απαιτούμενη συγκέντρωση, το διοξείδιο του ουρανίου συμπιέζεται σε τα λεγόμενα δισκία. Δημιουργούνται με λιπαντικά που αφαιρούνται κατά το ψήσιμο σε κλιβάνους. Η θερμοκρασία ψησίματος φτάνει τους 1000 βαθμούς. Μετά από αυτό, τα δισκία ελέγχονται για να διασφαλιστεί ότι πληρούν τις αναφερόμενες απαιτήσεις. Η ποιότητα της επιφάνειας, η περιεκτικότητα σε υγρασία και η αναλογία οξυγόνου και ουρανίου είναι σημαντικά.
Παράλληλα, σε άλλο συνεργείο ετοιμάζονται σωληνωτά κελύφη για στοιχεία καυσίμου. Οι παραπάνω διαδικασίες, συμπεριλαμβανομένης της επακόλουθης δοσολογίας και συσκευασίας δισκίων σε σωλήνες κελύφους, σφράγισης, απολύμανσης, ονομάζονται κατασκευή καυσίμου. Στη Ρωσία, η δημιουργία συγκροτημάτων καυσίμου (FA) πραγματοποιείται από το Mashinostroitelny Zavod στην περιοχή της Μόσχας, το εργοστάσιο χημικών συμπυκνωμάτων του Νοβοσιμπίρσκ στο Νοβοσιμπίρσκ, το εργοστάσιο πολυμετάλλων της Μόσχας και άλλα.
Κάθε παρτίδα συγκροτημάτων καυσίμου δημιουργείται για έναν συγκεκριμένο τύπο αντιδραστήρα. Τα ευρωπαϊκά συγκροτήματα καυσίμων κατασκευάζονται σε σχήμα τετραγώνου, ενώ τα ρωσικά έχουν εξαγωνική διατομή. Οι αντιδραστήρες των τύπων VVER-440 και VVER-1000 χρησιμοποιούνται ευρέως στη Ρωσική Ομοσπονδία. Τα πρώτα στοιχεία καυσίμου για το VVER-440 άρχισαν να αναπτύσσονται το 1963 και για το VVER-1000 - το 1978. Παρά το γεγονός ότι νέοι αντιδραστήρες με τεχνολογίες ασφαλείας μετά τη Φουκουσίμα εισάγονται ενεργά στη Ρωσία, υπάρχουν πολλές παλαιού τύπου πυρηνικές εγκαταστάσεις που λειτουργούν σε ολόκληρη τη χώρα και στο εξωτερικό, επομένως οι συναρμολογήσεις καυσίμων για διαφορετικούς τύπους αντιδραστήρων παραμένουν εξίσου σημαντικές.
Για παράδειγμα, για την παροχή συγκροτημάτων καυσίμου για έναν πυρήνα του αντιδραστήρα RBMK-1000, χρειάζονται περισσότερα από 200 χιλιάδες εξαρτήματα από κράματα ζιρκονίου, καθώς και 14 εκατομμύρια σφαιρίδια πυροσυσσωματωμένου διοξειδίου του ουρανίου. Μερικές φορές το κόστος κατασκευής ενός συγκροτήματος καυσίμου μπορεί να υπερβαίνει το κόστος του καυσίμου που περιέχεται στα στοιχεία, γι' αυτό είναι τόσο σημαντικό να διασφαλιστεί υψηλή ενεργειακή απόδοση ανά κιλό ουρανίου.
Κόστος παραγωγικών διαδικασιών σε %
Ξεχωριστά, αξίζει να αναφερθούν τα συγκροτήματα καυσίμου για ερευνητικούς αντιδραστήρες. Είναι σχεδιασμένα με τέτοιο τρόπο ώστε να κάνουν την παρατήρηση και τη μελέτη της διαδικασίας παραγωγής νετρονίων όσο το δυνατόν πιο άνετη. Τέτοιες ράβδοι καυσίμου για πειράματα στους τομείς της πυρηνικής φυσικής, της παραγωγής ισοτόπων και της ιατρικής ακτινοβολίας παράγονται στη Ρωσία από το εργοστάσιο χημικών συμπυκνωμάτων του Νοβοσιμπίρσκ. Τα FA δημιουργούνται με βάση στοιχεία χωρίς ραφή με ουράνιο και αλουμίνιο.
Η παραγωγή πυρηνικών καυσίμων στη Ρωσική Ομοσπονδία πραγματοποιείται από την εταιρεία καυσίμων TVEL (τμήμα της Rosatom). Η εταιρεία εργάζεται για τον εμπλουτισμό πρώτων υλών, τη συναρμολόγηση στοιχείων καυσίμου και παρέχει επίσης υπηρεσίες αδειοδότησης καυσίμων. Το Μηχανικό εργοστάσιο Kovrov στην περιοχή του Βλαντιμίρ και το εργοστάσιο φυγοκέντρησης αερίου Ural στην περιοχή Sverdlovsk δημιουργούν εξοπλισμό για ρωσικά συγκροτήματα καυσίμων.
Χαρακτηριστικά μεταφοράς ράβδων καυσίμου
Το φυσικό ουράνιο χαρακτηρίζεται από χαμηλό επίπεδο ραδιενέργειας, ωστόσο, πριν από την παραγωγή συγκροτημάτων καυσίμου, το μέταλλο υποβάλλεται σε διαδικασία εμπλουτισμού. Η περιεκτικότητα σε ουράνιο-235 στο φυσικό μετάλλευμα δεν υπερβαίνει το 0,7%, και η ραδιενέργεια είναι 25 μπεκερέλ ανά 1 χιλιοστόγραμμα ουρανίου.
Τα σφαιρίδια ουρανίου, τα οποία τοποθετούνται σε συγκροτήματα καυσίμου, περιέχουν ουράνιο με συγκέντρωση ουρανίου-235 5%. Τα τελικά συγκροτήματα καυσίμου με πυρηνικό καύσιμο μεταφέρονται σε ειδικά μεταλλικά δοχεία υψηλής αντοχής. Για τις μεταφορές χρησιμοποιούνται σιδηροδρομικές, οδικές, θαλάσσιες και ακόμη και αεροπορικές μεταφορές. Κάθε δοχείο περιέχει δύο συγκροτήματα. Η μεταφορά μη ακτινοβολημένου (φρέσκου) καυσίμου δεν ενέχει κίνδυνο ακτινοβολίας, καθώς η ακτινοβολία δεν εκτείνεται πέρα από τους σωλήνες ζιρκονίου στους οποίους τοποθετούνται τα πεπιεσμένα σφαιρίδια ουρανίου.
Αναπτύσσεται ειδική διαδρομή για την αποστολή καυσίμων, το φορτίο μεταφέρεται με τη συνοδεία προσωπικού ασφαλείας από τον κατασκευαστή ή τον πελάτη (συχνότερα), γεγονός που οφείλεται κυρίως στο υψηλό κόστος του εξοπλισμού. Σε ολόκληρη την ιστορία της παραγωγής πυρηνικών καυσίμων, δεν έχει καταγραφεί ούτε ένα ατύχημα μεταφοράς με συγκροτήματα καυσίμων που να επηρεάζει το υπόβαθρο ακτινοβολίας του περιβάλλοντος ή να έχει οδηγήσει σε θύματα.
Καύσιμο στον πυρήνα του αντιδραστήρα
Μια μονάδα πυρηνικού καυσίμου - ένα TVEL - είναι ικανή να απελευθερώνει τεράστιες ποσότητες ενέργειας για μεγάλο χρονικό διάστημα. Ούτε ο άνθρακας ούτε το αέριο μπορούν να συγκριθούν με τέτοιους όγκους. Ο κύκλος ζωής του καυσίμου σε κάθε πυρηνικό σταθμό ξεκινά με την εκφόρτωση, την αφαίρεση και την αποθήκευση φρέσκου καυσίμου στην αποθήκη συναρμολόγησης καυσίμου. Όταν καεί η προηγούμενη παρτίδα καυσίμου στον αντιδραστήρα, το προσωπικό συναρμολογεί τα συγκροτήματα καυσίμου για φόρτωση στον πυρήνα (την περιοχή εργασίας του αντιδραστήρα όπου συμβαίνει η αντίδραση αποσύνθεσης). Κατά κανόνα, το καύσιμο επαναφορτώνεται μερικώς.
Πλήρες καύσιμο προστίθεται στον πυρήνα μόνο τη στιγμή της πρώτης εκκίνησης του αντιδραστήρα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι ράβδοι καυσίμου στον αντιδραστήρα καίγονται άνισα, καθώς η ροή νετρονίων ποικίλλει σε ένταση σε διαφορετικές ζώνες του αντιδραστήρα. Χάρη στις συσκευές μέτρησης, το προσωπικό του σταθμού έχει την ευκαιρία να παρακολουθεί τον βαθμό καύσης κάθε μονάδας καυσίμου σε πραγματικό χρόνο και να κάνει αντικαταστάσεις. Μερικές φορές, αντί να φορτωθούν νέα συγκροτήματα καυσίμου, τα συγκροτήματα μετακινούνται μεταξύ τους. Στο κέντρο της ενεργού ζώνης, η επαγγελματική εξουθένωση εμφανίζεται πιο έντονα.
FA μετά από πυρηνικό εργοστάσιο
Το ουράνιο που έχει δαπανηθεί σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα ονομάζεται ακτινοβολημένο ή καμένο. Και τέτοια συγκροτήματα καυσίμου χρησιμοποιούνται ως αναλωθέν πυρηνικό καύσιμο. Το SNF τοποθετείται χωριστά από τα ραδιενεργά απόβλητα, καθώς έχει τουλάχιστον 2 χρήσιμα συστατικά - άκαυστο ουράνιο (το βάθος καύσης μετάλλων δεν φτάνει ποτέ το 100%) και ραδιονουκλεΐδια υπερουρανίου.
Πρόσφατα, οι φυσικοί άρχισαν να χρησιμοποιούν ραδιενεργά ισότοπα που έχουν συσσωρευτεί σε αναλωμένα πυρηνικά καύσιμα στη βιομηχανία και την ιατρική. Αφού το καύσιμο ολοκληρώσει την εκστρατεία του (ο χρόνος που το συγκρότημα βρίσκεται στον πυρήνα του αντιδραστήρα υπό συνθήκες λειτουργίας με ονομαστική ισχύ), αποστέλλεται στην πισίνα ψύξης, στη συνέχεια στην αποθήκευση απευθείας στο διαμέρισμα του αντιδραστήρα και στη συνέχεια για επανεπεξεργασία ή απόρριψη. Η πισίνα ψύξης έχει σχεδιαστεί για να απομακρύνει τη θερμότητα και να προστατεύει από την ιονίζουσα ακτινοβολία, καθώς το συγκρότημα καυσίμου παραμένει επικίνδυνο μετά την απομάκρυνση από τον αντιδραστήρα.
Στις ΗΠΑ, τον Καναδά ή τη Σουηδία, τα αναλωμένα καύσιμα δεν αποστέλλονται για επανεπεξεργασία. Άλλες χώρες, συμπεριλαμβανομένης της Ρωσίας, εργάζονται σε έναν κλειστό κύκλο καυσίμου. Σας επιτρέπει να μειώσετε σημαντικά το κόστος παραγωγής πυρηνικών καυσίμων, καθώς μέρος του αναλωμένου καυσίμου επαναχρησιμοποιείται.
Οι ράβδοι καυσίμου διαλύονται σε οξύ και μετά οι ερευνητές διαχωρίζουν το πλουτώνιο και το αχρησιμοποίητο ουράνιο από τα απόβλητα. Περίπου το 3% των πρώτων υλών δεν μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν, πρόκειται για απόβλητα υψηλής στάθμης που υποβάλλονται σε διαδικασίες ασφάλισης ή υαλοποίησης.
1% πλουτώνιο μπορεί να ανακτηθεί από αναλωμένο πυρηνικό καύσιμο. Αυτό το μέταλλο δεν χρειάζεται να εμπλουτιστεί η Ρωσία το χρησιμοποιεί στη διαδικασία παραγωγής καινοτόμου καυσίμου MOX. Ένας κλειστός κύκλος καυσίμου καθιστά δυνατό να γίνει ένα συγκρότημα καυσίμου περίπου 3% φθηνότερο, αλλά αυτή η τεχνολογία απαιτεί μεγάλες επενδύσεις στην κατασκευή βιομηχανικών μονάδων, επομένως δεν έχει γίνει ακόμη ευρέως διαδεδομένη στον κόσμο. Ωστόσο, η εταιρεία καυσίμων Rosatom δεν σταματά την έρευνα προς αυτή την κατεύθυνση. Ο Pronedra έγραψε πρόσφατα ότι η Ρωσική Ομοσπονδία εργάζεται για ένα καύσιμο ικανό να ανακυκλώνει ισότοπα αμερικίου, κουρίου και νεπτουνίου στον πυρήνα του αντιδραστήρα, τα οποία περιλαμβάνονται στο ίδιο 3% των άκρως ραδιενεργών αποβλήτων.
Παραγωγοί πυρηνικών καυσίμων: βαθμολογία
- Η γαλλική εταιρεία Areva παρείχε μέχρι πρόσφατα το 31% της παγκόσμιας αγοράς συγκροτημάτων καυσίμων. Η εταιρεία παράγει πυρηνικά καύσιμα και συναρμολογεί εξαρτήματα για πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής. Το 2017, η Areva υποβλήθηκε σε ποιοτική ανακαίνιση, νέοι επενδυτές ήρθαν στην εταιρεία και η κολοσσιαία ζημιά του 2015 μειώθηκε κατά 3 φορές.
- Το Westinghouse είναι το αμερικανικό τμήμα της ιαπωνικής εταιρείας Toshiba. Αναπτύσσει ενεργά την αγορά στην Ανατολική Ευρώπη, προμηθεύοντας συγκροτήματα καυσίμων σε ουκρανικά πυρηνικά εργοστάσια. Μαζί με την Toshiba, παρέχει το 26% της παγκόσμιας αγοράς παραγωγής πυρηνικών καυσίμων.
- Η εταιρεία καυσίμων TVEL της κρατικής εταιρείας Rosatom (Ρωσία) βρίσκεται στην τρίτη θέση. Η TVEL παρέχει το 17% της παγκόσμιας αγοράς, έχει δεκαετές συμβόλαιο χαρτοφυλακίου αξίας 30 δισεκατομμυρίων δολαρίων και προμηθεύει καύσιμα σε περισσότερους από 70 αντιδραστήρες. Η TVEL αναπτύσσει συγκροτήματα καυσίμου για αντιδραστήρες VVER και εισέρχεται επίσης στην αγορά πυρηνικών σταθμών δυτικού σχεδιασμού.
- Η Japan Nuclear Fuel Limited, σύμφωνα με τα τελευταία στοιχεία, παρέχει το 16% της παγκόσμιας αγοράς, προμηθεύει συγκροτήματα καυσίμων στους περισσότερους πυρηνικούς αντιδραστήρες στην ίδια την Ιαπωνία.
- Η Mitsubishi Heavy Industries είναι ένας ιαπωνικός κολοσσός που παράγει τουρμπίνες, δεξαμενόπλοια, κλιματιστικά και, πιο πρόσφατα, πυρηνικά καύσιμα για αντιδραστήρες δυτικού τύπου. Η Mitsubishi Heavy Industries (τμήμα της μητρικής εταιρείας) ασχολείται με την κατασκευή πυρηνικών αντιδραστήρων APWR και ερευνητικές δραστηριότητες μαζί με την Areva. Αυτή η εταιρεία επιλέχθηκε από την ιαπωνική κυβέρνηση για την ανάπτυξη νέων αντιδραστήρων.
