Në vitin 2011, Fabrika e Koncentrateve Kimike në Novosibirsk prodhoi dhe shiti 70% të konsumit botëror të izotopit të litium-7 (1300 kg), duke vendosur një rekord të ri në historinë e uzinës. Megjithatë, produkti kryesor i prodhuar nga NCCP është karburanti bërthamor.

Kjo frazë ka një efekt mbresëlënës dhe të frikshëm në ndërgjegjen e banorëve të Novosibirsk, duke i detyruar ata të imagjinojnë ndonjë gjë rreth ndërmarrjes: nga punëtorët me tre këmbë dhe një qytet i veçantë nëntokësor deri te era radioaktive.

Pra, çfarë fshihet në të vërtetë pas gardheve të uzinës më misterioze në Novosibirsk, e cila prodhon karburant bërthamor brenda qytetit?

OJSC Fabrika e Koncentrateve Kimike në Novosibirsk është një nga prodhuesit kryesorë në botë të karburantit bërthamor për termocentralet bërthamore dhe reaktorët kërkimorë në Rusi dhe vende të huaja. Prodhuesi i vetëm rus i litiumit metalik dhe kripërave të tij. Është pjesë e Kompanisë së Karburantit TVEL të Korporatës Shtetërore Rosatom.

Erdhëm në punëtorinë ku bëhen montimet e karburantit - montimet e karburantit, të cilat ngarkohen në reaktorët e energjisë bërthamore. Ky është karburant bërthamor për termocentralet bërthamore. Për të hyrë në prodhim ju duhet të vishni një mantel, një kapak, mbulesa këpucësh prej pëlhure dhe një "Petal" në fytyrën tuaj.

E gjithë puna në lidhje me materialet që përmbajnë uranium është e përqendruar në punishte. Ky kompleks teknologjik është një nga kryesorët për NCCP (montazhet e karburantit për termocentralet bërthamore zënë afërsisht 50% të strukturës së produkteve të shitura të NCCP OJSC).

Dhoma e kontrollit, nga ku kontrollohet procesi i prodhimit të pluhurit të dioksidit të uraniumit, nga i cili më pas bëhen peletat e karburantit.

Punëtorët kryejnë mirëmbajtje rutinë: në intervale të caktuara ndalohen dhe kontrollohen edhe pajisjet më të reja. Gjithmonë ka shumë ajër në vetë punëtori - ventilimi i shkarkimit po funksionon vazhdimisht.

Pluhuri i dioksidit të uraniumit ruhet në bikone të tilla. Ata përziejnë pluhurin dhe plastifikuesin, i cili lejon që tableta të kompresohet më mirë.

Një instalim që ngjesh peletat e karburantit. Ashtu si fëmijët bëjnë ëmbëlsira të Pashkëve nga rëra duke shtypur në një kallëp, kështu këtu: një tabletë uraniumi shtypet nën presion.

Një varkë molibdeni me tableta që presin të dërgohen në furrë për pjekje. Para pjekjes, tabletat kanë një nuancë të gjelbër dhe një madhësi të ndryshme.

Kontakti i pluhurit, tabletave dhe mjedisit është minimizuar: e gjithë puna kryhet në kuti. Për të korrigjuar diçka brenda, në kuti vendosen doreza speciale.

Pishtarët në krye po djegin hidrogjen. Tabletat piqen në furra në një temperaturë prej të paktën 1750 gradë në një mjedis reduktues hidrogjeni për më shumë se 20 orë.

Dollapët e zinj janë furra me temperaturë të lartë hidrogjeni në të cilat varka e molibdenit kalon nëpër zona të ndryshme të temperaturës. Amortizatori hapet dhe një varkë molibdeni hyn në furrë, nga ku shpërthejnë flakët.

Tabletat e përfunduara janë të lëmuara sepse duhet të jenë të një madhësie të përcaktuar rreptësisht. Dhe në dalje, inspektorët kontrollojnë çdo tabletë për t'u siguruar që nuk ka çipa, çarje ose defekte.

Një tabletë me peshë 4,5 g është ekuivalente në çlirimin e energjisë me 640 kg dru zjarri, 400 kg qymyr, 360 metra kub. m gaz, 350 kg naftë.

Tabletat e dioksidit të uraniumit pas pjekjes në një furrë me hidrogjen.

Këtu, tubat e zirkonit janë të mbushura me fishekë të dioksidit të uraniumit. Në dalje kemi shufra të gatshme të karburantit (rreth 4 m në gjatësi) - elementë karburanti. Shufrat e karburantit përdoren tashmë për të montuar asambletë e karburantit, me fjalë të tjera, karburantin bërthamor.

Nuk do të gjeni më burime të tilla sode në rrugët e qytetit, ndoshta vetëm në NZHK. Edhe pse në kohët sovjetike ato ishin shumë të zakonshme.

Në këtë makinë, gota mund të lahet dhe më pas të mbushet me ujë të gazuar, të qetë ose të ftohtë.

Sipas vlerësimit të Departamentit të Burimeve Natyrore dhe Mbrojtjes së Mjedisit në vitin 2010, KKKP nuk ka një ndikim të rëndësishëm në ndotjen e mjedisit.

Një palë pula të tilla të racës së pastër jeton vazhdimisht dhe lëshon vezë në një rrethim prej druri me cilësi të lartë, i cili ndodhet në territorin e punishtes.

Punëtorët bashkojnë kornizën për montimin e karburantit. Kornizat janë të ndryshme, në varësi të modifikimit të montimit të karburantit.

Fabrika punëson 2277 persona, mosha mesatare e stafit është 44.3 vjeç, 58% janë burra. Paga mesatare tejkalon 38,000 rubla.

Tubat e mëdhenj janë kanale për sistemin e kontrollit të mbrojtjes së reaktorit. 312 shufra karburanti do të instalohen më pas në këtë kornizë.

Pranë NCCP ka CHPP-4. Në lidhje me ambientalistët, përfaqësuesit e uzinës raportuan: në vit, një termocentral lëshon 7.5 herë më shumë substanca radioaktive sesa NCCP.

Mekaniku i montimit Viktor Pustozerov, një veteran i industrisë së centraleve dhe energjisë bërthamore, ka 2 Urdhra të Lavdisë së Punës

Koka dhe boshti për montimet e karburantit. Ato janë instaluar në fund, kur të gjitha 312 shufrat e karburantit janë tashmë në kornizë.

Kontrolli përfundimtar: montimet e përfunduara të karburantit kontrollohen me sonda speciale në mënyrë që distanca midis shufrave të karburantit të jetë e njëjtë. Kontrollorët janë më së shpeshti gra, kjo është një punë shumë e mundimshme.

Në kontejnerë të tillë, asambletë e karburantit i dërgohen konsumatorit - 2 kaseta në secilën. Brenda kanë shtratin e tyre komod të ndjerë.

Karburanti për termocentralet bërthamore i prodhuar në SHA NCCP përdoret në termocentralet bërthamore ruse dhe furnizohet gjithashtu në Ukrainë, Bullgari, Kinë, Indi dhe Iran. Kostoja e montimeve të karburantit është një sekret tregtar.

Të punosh në NCCP nuk është më e rrezikshme sesa të punosh në çdo ndërmarrje industriale. Gjendja shëndetësore e punëtorëve monitorohet vazhdimisht. Vitet e fundit nuk është identifikuar asnjë rast i vetëm i sëmundjeve profesionale te punëtorët.

Një termocentral bërthamor është një kompleks i sistemeve, pajisjeve, pajisjeve dhe strukturave të nevojshme të destinuara për prodhimin e energjisë elektrike. Stacioni përdor uranium-235 si lëndë djegëse. Prania e një reaktori bërthamor i dallon termocentralet bërthamore nga termocentralet e tjera.

Në termocentralet bërthamore ndodhin tre transformime të ndërsjella të formave të energjisë

Energjia bërthamore

shkon në nxehtësi

Energji termale

kalon në mekanike

Energjia mekanike

konvertohet në elektrike

1. Energjia bërthamore kthehet në energji termike

Baza e stacionit është reaktori - një vëllim i alokuar strukturor në të cilin ngarkohet karburanti bërthamor dhe ku ndodh një reaksion zinxhir i kontrolluar. Uraniumi-235 është i zbërthyeshëm nga neutronet e ngadalta (termike). Si rezultat, lëshohet një sasi e madhe nxehtësie.

GJENERATOR AVULLI

2. Energjia termike kthehet në energji mekanike

Nxehtësia hiqet nga bërthama e reaktorit nga një ftohës - një substancë e lëngshme ose e gaztë që kalon nëpër vëllimin e saj. Kjo energji termike përdoret për të prodhuar avujt e ujit në një gjenerator avulli.

GJENERATOR ELEKTRIKE

3. Energjia mekanike shndërrohet në energji elektrike

Energjia mekanike e avullit drejtohet në një turbogjenerator, ku shndërrohet në energji elektrike dhe më pas kalon përmes telave tek konsumatorët.

Nga se përbëhet një termocentral bërthamor?

Një termocentral bërthamor është një kompleks ndërtesash që strehojnë pajisje teknologjike. Ndërtesa kryesore është godina kryesore, ku ndodhet salla e reaktorit. Ai strehon vetë reaktorin, një pishinë për ftohjen e karburantit bërthamor, një makinë rimbushëse (për rimbushjen e karburantit), të gjitha këto monitorohen nga operatorët nga dhoma e kontrollit (dhoma e kontrollit).

Elementi kryesor i reaktorit është zona aktive (1). Është vendosur në një bosht betoni. Komponentët e detyrueshëm të çdo reaktori janë një sistem kontrolli dhe mbrojtjeje që lejon të ndodhë mënyra e zgjedhur e një reaksioni zinxhir të kontrolluar të ndarjes, si dhe një sistem mbrojtjeje emergjente për të ndaluar shpejt reagimin në rast emergjence. E gjithë kjo është e montuar në ndërtesën kryesore.

Ekziston edhe një ndërtesë e dytë që strehon sallën e turbinës (2): gjeneratorët e avullit, vetë turbina. Më pas përgjatë zinxhirit teknologjik janë kondensatorët dhe linjat e tensionit të lartë që shkojnë përtej vendit të stacionit.

Në territor ka një ndërtesë për rimbushjen dhe ruajtjen e karburantit bërthamor të shpenzuar në pishina të veçanta. Për më tepër, stacionet janë të pajisura me elementë të një sistemi ftohjeje riqarkulluese - kulla ftohëse (3) (një kullë betoni që zvogëlohet në majë), një pellg ftohës (një rezervuar natyror ose një i krijuar artificialisht) dhe pishina me spërkatje.

Çfarë lloje të centraleve bërthamore ekzistojnë?

Në varësi të llojit të reaktorit, një termocentral bërthamor mund të ketë 1, 2 ose 3 qarqe ftohës. Në Rusi, më të përhapurit janë termocentralet bërthamore me qark të dyfishtë me reaktorë të tipit VVER (reaktor i energjisë me ftohje me ujë).

NPP ME REAKTORË 1-QARKE

NPP ME REAKTORË 1-QARKE

Skema me një qark përdoret në termocentralet bërthamore me reaktorë të tipit RBMK-1000. Reaktori funksionon në një bllok me dy turbina kondensimi dhe dy gjeneratorë. Në këtë rast, vetë reaktori i vlimit është një gjenerator avulli, i cili bën të mundur përdorimin e një qarku me një qark. Qarku me një qark është relativisht i thjeshtë, por radioaktiviteti në këtë rast përhapet në të gjithë elementët e njësisë, gjë që ndërlikon mbrojtjen biologjike.

Aktualisht, në Rusi funksionojnë 4 termocentrale bërthamore me reaktorë me një qark

NPP ME REAKTORË 2 QARKE

NPP ME REAKTORË 2 QARKE

Skema me qark të dyfishtë përdoret në termocentralet bërthamore me reaktorë uji nën presion të tipit VVER. Uji furnizohet nën presion në thelbin e reaktorit dhe nxehet. Energjia e ftohësit përdoret në gjeneratorin e avullit për të gjeneruar avull të ngopur. Qarku i dytë është jo radioaktiv. Njësia përbëhet nga një turbinë kondensuese 1000 MW ose dy turbina 500 MW me gjeneratorë përkatës.

Aktualisht, në Rusi funksionojnë 5 termocentrale bërthamore me reaktorë me qark të dyfishtë

NPP ME REAKTORË 3 QARKE

NPP ME REAKTORË 3 QARKE

Skema me tre qark përdoret në termocentralet bërthamore me reaktorë të shpejtë neutron me ftohës natriumi të tipit BN. Për të parandaluar kontaktin e natriumit radioaktiv me ujin, ndërtohet një qark i dytë me natrium jo radioaktiv. Kështu, qarku rezulton të jetë me tre qark.

Energjia bërthamore përbëhet nga një numër i madh ndërmarrjesh për qëllime të ndryshme. Lëndët e para për këtë industri nxirren nga minierat e uraniumit. Më pas dërgohet në impiantet e prodhimit të karburantit.

Karburanti më pas transportohet në termocentralet bërthamore, ku hyn në bërthamën e reaktorit. Kur karburanti bërthamor arrin fundin e jetës së tij të dobishme, ai është subjekt i asgjësimit. Vlen të përmendet se mbetjet e rrezikshme shfaqen jo vetëm pas ripërpunimit të karburantit, por edhe në çdo fazë - nga miniera e uraniumit deri te puna në reaktor.

Karburanti bërthamor

Ka dy lloje të karburantit. I pari është uraniumi i nxjerrë në miniera, i cili është me origjinë natyrore. Ai përmban lëndë të para që mund të formojnë plutonium. E dyta është karburanti që krijohet artificialisht (sekondar).

Lënda nukleare ndahet edhe sipas përbërjes kimike: metalike, okside, karbite, nitride dhe të përziera.

Minierat e uraniumit dhe prodhimi i karburantit

Një pjesë e madhe e prodhimit të uraniumit vjen nga vetëm disa vende: Rusia, Franca, Australia, SHBA, Kanadaja dhe Afrika e Jugut.

Uraniumi është elementi kryesor për karburant në termocentralet bërthamore. Për të hyrë në reaktor, ai kalon nëpër disa faza të përpunimit. Më shpesh, depozitat e uraniumit ndodhen pranë arit dhe bakrit, kështu që nxjerrja e tij kryhet me nxjerrjen e metaleve të çmuara.

Gjatë minierave, shëndeti i njeriut është në rrezik të madh sepse uraniumi është një material toksik dhe gazrat që shfaqen gjatë nxjerrjes së tij shkaktojnë forma të ndryshme kanceri. Edhe pse vetë xeherori përmban një sasi shumë të vogël të uraniumit - nga 0.1 në 1 për qind. Popullsia që jeton pranë minierave të uraniumit është gjithashtu në rrezik të madh.

Uraniumi i pasuruar është karburanti kryesor për termocentralet bërthamore, por pas përdorimit të tij mbetet një sasi e madhe mbetjesh radioaktive. Pavarësisht nga të gjitha rreziqet e tij, pasurimi i uraniumit është një proces integral i krijimit të karburantit bërthamor.

Në formën e tij natyrore, uraniumi praktikisht nuk mund të përdoret askund. Që të përdoret duhet pasuruar. Për pasurim përdoren centrifugat e gazit.

Uraniumi i pasuruar përdoret jo vetëm në energjinë bërthamore, por edhe në prodhimin e armëve.

Transporti

Në çdo fazë të ciklit të karburantit ka transport. Ajo kryhet me të gjitha mjetet në dispozicion: nga toka, deti, ajri. Ky është një rrezik i madh dhe një rrezik i madh jo vetëm për mjedisin, por edhe për njerëzit.

Gjatë transportit të lëndës djegëse bërthamore ose elementeve të tij ndodhin shumë aksidente, me pasojë çlirimin e elementeve radioaktive. Kjo është një nga arsyet e shumta pse konsiderohet e pasigurt.

Dekompozimi i reaktorëve

Asnjë nga reaktorët nuk është çmontuar. Edhe Çernobili famëkeq E gjithë çështja është se, sipas ekspertëve, kostoja e çmontimit është e barabartë, apo edhe e tejkalon koston e ndërtimit të një reaktori të ri. Por askush nuk mund të thotë saktësisht se sa para do të nevojiten: kostoja u llogarit në bazë të përvojës së çmontimit të stacioneve të vogla për kërkime. Ekspertët ofrojnë dy mundësi:

1. Vendosni reaktorët dhe karburantin bërthamor të harxhuar në depo.
2. Ndërtoni sarkofagë mbi reaktorët e çaktivizuar.

Në dhjetë vitet e ardhshme, rreth 350 reaktorë në mbarë botën do të arrijnë fundin e jetës së tyre dhe duhet të hiqen jashtë funksionit. Por duke qenë se metoda më e përshtatshme për sigurinë dhe çmimin nuk është shpikur, kjo çështje është ende duke u zgjidhur.

Aktualisht operojnë 436 reaktorë në mbarë botën. Sigurisht, ky është një kontribut i madh për sistemin energjetik, por është shumë i pasigurt. Hulumtimet tregojnë se në 15-20 vjet, termocentralet bërthamore do të mund të zëvendësohen nga stacione që punojnë me energji të erës dhe panele diellore.

Mbeturina berthamore

Një sasi e madhe e mbetjeve bërthamore krijohet si rezultat i aktiviteteve të termocentraleve bërthamore. Ripërpunimi i karburantit bërthamor gjithashtu lë pas mbeturina të rrezikshme. Megjithatë, asnjë nga vendet nuk gjeti një zgjidhje për problemin.

Sot, mbetjet bërthamore mbahen në objekte magazinimi të përkohshëm, në pellgje uji ose groposen cekët nën tokë.

Metoda më e sigurt është ruajtja në ambiente të veçanta magazinimi, por rrjedhja e rrezatimit është gjithashtu e mundur këtu, si me metodat e tjera.

Në fakt, mbetjet bërthamore kanë njëfarë vlere, por kërkojnë respektim të rreptë të rregullave për ruajtjen e tyre. Dhe ky është problemi më urgjent.

Një faktor i rëndësishëm është koha gjatë së cilës mbetjet janë të rrezikshme. Secili ka periudhën e vet të kalbjes gjatë së cilës është toksik.

Llojet e mbetjeve bërthamore

Gjatë funksionimit të çdo centrali bërthamor, mbetjet e tij hyjnë në mjedis. Ky është ujë për ftohjen e turbinave dhe mbetjeve të gazta.

Mbetjet bërthamore ndahen në tre kategori:

1. Niveli i ulët - veshje e punonjësve të centralit bërthamor, pajisje laboratorike. Mbetje të tilla mund të vijnë edhe nga institucionet mjekësore dhe laboratorët shkencorë. Ato nuk paraqesin rrezik të madh, por kërkojnë respektimin e masave të sigurisë.
2. Niveli i ndërmjetëm - kontejnerë metalikë në të cilët transportohet karburanti. Niveli i tyre i rrezatimit është mjaft i lartë dhe ata që janë afër tyre duhet të mbrohen.
3. Niveli i lartë është shpenzuar karburanti bërthamor dhe produktet e tij të ripërpunimit. Niveli i radioaktivitetit po bie me shpejtësi. Mbetjet e nivelit të lartë janë shumë të vogla, rreth 3 përqind, por përmbajnë 95 përqind të të gjithë radioaktivitetit.

Për shkak të faktit se karburanti bërthamor është më efikas se të gjitha llojet e tjera të karburanteve që kemi sot, preferencë e madhe i jepet gjithçkaje që mund të funksionojë me ndihmën e centraleve bërthamore (centralet bërthamore, nëndetëset, anijet, etj.). Ne do të flasim më tej se si prodhohet karburanti bërthamor për reaktorët.

Uraniumi nxirret në dy mënyra kryesore:
1) Nxjerrja direkte në gurore ose miniera, nëse thellësia e uraniumit e lejon. Me këtë metodë, shpresoj se gjithçka është e qartë.
2) Shpëlarja në vend. Kjo është kur shpohen puse në vendin ku gjendet uranium, një zgjidhje e dobët e acidit sulfurik pompohet në to dhe tretësira ndërvepron me uraniumin, duke u kombinuar me të. Pastaj përzierja që rezulton pompohet në sipërfaqe dhe uraniumi ndahet prej tij duke përdorur metoda kimike.

Le të imagjinojmë se ne kemi nxjerrë tashmë uranium në minierë dhe e kemi përgatitur atë për transformime të mëtejshme. Fotografia më poshtë tregon të ashtuquajturin "yellowcake", U3O8. Në një fuçi për transport të mëtejshëm.

Gjithçka do të ishte në rregull dhe teorikisht ky uranium mund të përdoret menjëherë për të prodhuar karburant për termocentralet bërthamore, por mjerisht. Natyra, si gjithmonë, na dha punë për të bërë. Fakti është se uraniumi natyror përbëhet nga një përzierje e tre izotopeve. Këto janë U238 (99,2745%), U235 (0,72%) dhe U234 (0,0055%). Ne jemi të interesuar vetëm për U235 këtu - pasi ai ndan në mënyrë të përsosur neutronet termike në reaktor, është ai që na lejon të shijojmë të gjitha përfitimet e reaksionit zinxhir të ndarjes. Fatkeqësisht, përqendrimi i tij natyror nuk është i mjaftueshëm për funksionimin e qëndrueshëm dhe afatgjatë të një reaktori modern të centralit bërthamor. Megjithëse, me sa di unë, aparati RBMK është projektuar në atë mënyrë që të mund të lëshohet në karburant të bërë nga uraniumi natyror, por stabiliteti, qëndrueshmëria dhe siguria e funksionimit në një karburant të tillë nuk garantohet aspak.
Duhet të pasurojmë uranium. Kjo do të thotë, rrisni përqendrimin e U235 nga natyral në atë të përdorur në reaktor.
Për shembull, reaktori RBMK funksionon me uranium të pasuruar 2.8%, VVER-1000 - i pasuruar nga 1.6 në 5.0%. Termocentralet bërthamore detare dhe detare konsumojnë karburant të pasuruar deri në 20%. Dhe disa reaktorë kërkimorë funksionojnë me karburant me pasurim 90% (për shembull, IRT-T në Tomsk).
Në Rusi, pasurimi i uraniumit kryhet duke përdorur centrifuga gazi. Domethënë, ai pluhur i verdhë që ishte në foto më herët është konvertuar në gaz, heksafluorid uranium UF6. Ky gaz më pas futet në një kaskadë centrifugash. Në dalje nga çdo centrifugë, për shkak të ndryshimit në peshën e bërthamave U235 dhe U238, marrim heksafluorid uranium me një përmbajtje paksa të rritur të U235. Procesi përsëritet shumë herë dhe në fund fitojmë heksafluorurin e uraniumit me pasurimin që na nevojitet. Në foton më poshtë mund të shihni vetëm shkallën e kaskadës së centrifugave - ka shumë prej tyre dhe ato shtrihen në distanca të largëta.

Gazi UF6 konvertohet përsëri në UO2, në formë pluhuri. Kimia, në fund të fundit, është një shkencë shumë e dobishme dhe na lejon të krijojmë mrekulli të tilla.
Megjithatë, ky pluhur nuk mund të derdhet lehtësisht në reaktor. Ose më mirë, mund të biesh në gjumë, por asgjë e mirë nuk do të vijë prej saj. Ai (pluhuri) duhet të sillet në një formë të tillë që të mund ta ulim në reaktor për një kohë të gjatë, me vite. Në këtë rast, vetë karburanti nuk duhet të hyjë në kontakt me ftohësin dhe të shkojë përtej bërthamës. Dhe mbi të gjitha këto, karburanti duhet të përballojë presionet dhe temperaturat shumë, shumë të rënda që do të lindin në të kur punon brenda reaktorit.
Nga rruga, harrova të them se pluhuri gjithashtu nuk është i çdo lloji - ai duhet të jetë i një madhësie të caktuar në mënyrë që gjatë shtypjes dhe shkrirjes të mos krijohen zbrazëti dhe çarje të panevojshme. Së pari, tabletat bëhen nga pluhuri duke shtypur dhe pjekur për një kohë të gjatë (teknologjia është vërtet e vështirë, nëse shkelet, tabletat e karburantit nuk do të jenë të përdorshme). Unë do të tregoj variacionet e tabletave në foton më poshtë.

Vrimat dhe prerjet në tableta janë të nevojshme për të kompensuar zgjerimin termik dhe ndryshimet e rrezatimit. Në reaktor, me kalimin e kohës, tabletat fryhen, përkulen, ndryshojnë madhësi dhe nëse nuk parashikohet asgjë, ato mund të shemben, dhe kjo është e keqe.

Tabletat e përfunduara paketohen më pas në tuba metalikë (të bërë prej çeliku, zirkon dhe lidhjet e tij dhe metale të tjera). Tubat mbyllen në të dy skajet dhe mbyllen. Tubi i përfunduar me karburant quhet një element karburanti - një element karburanti.

Reaktorë të ndryshëm kërkojnë elementë karburanti me dizajne dhe pasurime të ndryshme. Shufrat e karburantit RBMK, për shembull, janë të gjata 3.5 metra. Elementet e karburantit, nga rruga, nuk janë vetëm ato me shufra. si ne foto. Ato vijnë në formë pjate, të tipit unazë dhe një sërë llojesh dhe modifikimesh të ndryshme.
Më pas, elementët e karburantit kombinohen në grupe karburanti - FA. Asambleja e karburantit të reaktorit RBMK përbëhet nga 18 shufra karburanti dhe duket diçka si kjo:

Asambleja e karburantit të një reaktori VVER duket kështu:
Siç mund ta shihni, montimi i karburantit të reaktorit VVER përbëhet nga një numër shumë më i madh shufrash karburanti sesa ai i RBMK.
Produkti special i përfunduar (FA) më pas dorëzohet në termocentralin bërthamor në përputhje me masat paraprake të sigurisë. Pse masa paraprake? Karburanti nuklear, edhe pse ende jo radioaktiv, është shumë i vlefshëm, i shtrenjtë dhe nëse trajtohet me shumë pakujdesi mund të shkaktojë shumë probleme. Pastaj kryhet kontrolli përfundimtar i gjendjes së montimit të karburantit dhe ngarkimi në reaktor. Kjo është e gjitha, uraniumi ka bërë një rrugë të gjatë nga minerali nëntokësor në një pajisje të teknologjisë së lartë brenda një reaktori bërthamor. Tani ai ka një fat tjetër - të tendoset brenda reaktorit për disa vjet dhe të lëshojë nxehtësi të çmuar, të cilën uji (ose ndonjë ftohës tjetër) do t'i marrë.

Cikli jetësor i karburantit bërthamor të bazuar në uranium ose plutonium fillon në ndërmarrjet minerare, impiantet kimike, në centrifugat e gazit dhe nuk përfundon në momentin që grumbullimi i karburantit shkarkohet nga reaktori, pasi çdo grup karburanti duhet të kalojë një rrugë të gjatë. asgjësimin dhe më pas ripërpunimin.

Nxjerrja e lëndëve të para për karburant bërthamor

Uraniumi është metali më i rëndë në tokë. Rreth 99.4% e uraniumit të tokës është uranium-238, dhe vetëm 0.6% është uranium-235. Raporti i Librit të Kuq të Agjencisë Ndërkombëtare të Energjisë Atomike tregon se prodhimi dhe kërkesa për uranium po rritet pavarësisht aksidentit bërthamor në Fukushima, i cili ka lënë shumë njerëz të pyesin për perspektivat e energjisë bërthamore. Vetëm gjatë viteve të fundit, rezervat e provuara të uraniumit janë rritur me 7%, gjë që shoqërohet me zbulimin e depozitave të reja. Prodhuesit më të mëdhenj mbeten Kazakistani, Kanadaja dhe Australia, ato minojnë deri në 63% të uraniumit në botë. Për më tepër, rezervat metalike janë të disponueshme në Australi, Brazil, Kinë, Malavi, Rusi, Niger, SHBA, Ukrainë, Kinë dhe vende të tjera. Më parë Pronedra shkruante se në vitin 2016 në Federatën Ruse janë nxjerrë 7.9 mijë tonë uranium.

Sot, uraniumi minohet në tre mënyra të ndryshme. Metoda e hapur nuk e humbet rëndësinë e saj. Përdoret në rastet kur depozitat janë afër sipërfaqes së tokës. Me metodën e hapur, buldozerët krijojnë një gurore, pastaj minerali me papastërti ngarkohet në kamionë hale për transport në komplekset e përpunimit.

Shpesh trupi i xehes shtrihet në thellësi të madhe, me ç'rast përdoret metoda e nxjerrjes nëntokësore. Një minierë është gërmuar deri në dy kilometra në thellësi, shkëmbi nxirret me shpime në lëvizje horizontale dhe transportohet lart në ashensorët e mallrave.

Përzierja që transportohet lart në këtë mënyrë ka shumë përbërës. Shkëmbi duhet të shtypet, të hollohet me ujë dhe të hiqet teprica. Më pas, acidi sulfurik shtohet në përzierje për të kryer procesin e shpëlarjes. Gjatë këtij reagimi, kimistët marrin një precipitat të verdhë të kripërave të uraniumit. Së fundi, uraniumi me papastërti pastrohet në një objekt rafinimi. Vetëm pas kësaj prodhohet oksidi i uraniumit, i cili tregtohet në bursë.

Ekziston një metodë shumë më e sigurt, miqësore me mjedisin dhe me kosto efektive e quajtur shpëlarje në vend (ISL).

Me këtë metodë të minierave, territori mbetet i sigurt për personelin, dhe sfondi i rrezatimit korrespondon me sfondin në qytetet e mëdha. Për të minuar uranium duke përdorur shpëlarje, duhet të shponi 6 vrima në qoshet e gjashtëkëndëshit. Nëpërmjet këtyre puseve, acidi sulfurik derdhet në depozitat e uraniumit dhe përzihet me kripërat e tij. Kjo zgjidhje nxirret, domethënë, pompohet përmes një pusi në qendër të gjashtëkëndëshit. Për të arritur përqendrimin e kërkuar të kripërave të uraniumit, përzierja kalohet nëpër kolona thithëse disa herë.

Prodhimi i karburantit bërthamor

Është e pamundur të imagjinohet prodhimi i karburantit bërthamor pa centrifuga gazi, të cilat përdoren për të prodhuar uranium të pasuruar. Pas arritjes së përqendrimit të kërkuar, dioksidi i uraniumit shtypet në të ashtuquajturat tableta. Ato krijohen duke përdorur lubrifikantë që hiqen gjatë pjekjes në furra. Temperatura e ndezjes arrin 1000 gradë. Pas kësaj, tabletat kontrollohen për t'u siguruar që plotësojnë kërkesat e deklaruara. Cilësia e sipërfaqes, përmbajtja e lagështisë dhe raporti i oksigjenit dhe uraniumit janë të rëndësishme.

Në të njëjtën kohë, predha tubulare për elementët e karburantit po përgatiten në një punëtori tjetër. Proceset e mësipërme, duke përfshirë dozimin dhe paketimin e mëvonshëm të tabletave në tuba guaskë, mbylljen, dekontaminimin, quhen fabrikimi i karburantit. Në Rusi, krijimi i asambleve të karburantit (FA) kryhet nga Mashinostroitelny Zavod në rajonin e Moskës, Fabrika e Koncentrateve Kimike Novosibirsk në Novosibirsk, Fabrika e Polimetaleve në Moskë dhe të tjerë.

Çdo grup i asambleve të karburantit është krijuar për një lloj të caktuar reaktori. Asambletë evropiane të karburantit janë bërë në formën e një katrori, ndërsa ato ruse kanë një seksion kryq gjashtëkëndor. Reaktorët e llojeve VVER-440 dhe VVER-1000 përdoren gjerësisht në Federatën Ruse. Elementët e parë të karburantit për VVER-440 filluan të zhvillohen në 1963, dhe për VVER-1000 - në 1978. Përkundër faktit se reaktorët e rinj me teknologji të sigurisë pas Fukushimës po futen në mënyrë aktive në Rusi, ka shumë instalime bërthamore të stilit të vjetër që veprojnë në të gjithë vendin dhe jashtë saj, kështu që montimet e karburantit për lloje të ndryshme reaktorësh mbeten po aq të rëndësishme.

Për shembull, për të siguruar montime karburanti për një bërthamë të reaktorit RBMK-1000, nevojiten mbi 200 mijë përbërës të bërë nga lidhjet e zirkonit, si dhe 14 milionë fishekë të dioksidit të uraniumit të sinterizuar. Ndonjëherë kostoja e prodhimit të një grupi karburanti mund të tejkalojë koston e karburantit që përmbahet në elementë, prandaj është kaq e rëndësishme të sigurohet efikasitet i lartë i energjisë për kilogram uranium.

Kostot e proceseve të prodhimit në %

Më vete, vlen të përmenden asambletë e karburantit për reaktorët kërkimorë. Ato janë projektuar në atë mënyrë që të bëjnë vëzhgimin dhe studimin e procesit të gjenerimit të neutroneve sa më komode. Shufra të tilla karburanti për eksperimente në fushat e fizikës bërthamore, prodhimit të izotopeve dhe mjekësisë së rrezatimit prodhohen në Rusi nga Fabrika e Koncentrateve Kimike në Novosibirsk. FA-të krijohen në bazë të elementeve të qetë me uranium dhe alumin.

Prodhimi i karburantit bërthamor në Federatën Ruse kryhet nga kompania e karburanteve TVEL (një divizion i Rosatom). Kompania punon në pasurimin e lëndëve të para, montimin e elementeve të karburantit dhe gjithashtu ofron shërbime të licencimit të karburantit. Fabrika Mekanike e Kovrovit në Rajonin e Vladimirit dhe Fabrika e Centrifugës së Gazit Ural në Rajonin Sverdlovsk krijojnë pajisje për montimet e karburantit rusë.

Karakteristikat e transportit të shufrave të karburantit

Uraniumi natyror karakterizohet nga një nivel i ulët radioaktiviteti, megjithatë, para prodhimit të asambleve të karburantit, metali i nënshtrohet një procedure pasurimi. Përmbajtja e uraniumit-235 në mineralin natyror nuk kalon 0.7%, dhe radioaktiviteti është 25 bekerel për 1 miligram uranium.

Peletat e uraniumit, të cilat vendosen në asambletë e karburantit, përmbajnë uranium me një përqendrim të uraniumit-235 prej 5%. Asambletë e përfunduara të karburantit me karburant bërthamor transportohen në kontejnerë të veçantë metalikë me rezistencë të lartë. Për transport përdoren transporti hekurudhor, rrugor, detar dhe madje edhe ajror. Çdo enë përmban dy asamble. Transporti i karburantit të pa rrezatuar (të freskët) nuk përbën rrezik rrezatimi, pasi rrezatimi nuk shtrihet përtej tubave të zirkonit në të cilët vendosen peletat e uraniumit të shtypur.

Një rrugë e veçantë është zhvilluar për dërgesën e karburantit, ngarkesa transportohet e shoqëruar nga personeli i sigurisë nga prodhuesi ose klienti (më shpesh), gjë që është kryesisht për shkak të kostos së lartë të pajisjeve. Në të gjithë historinë e prodhimit të karburantit bërthamor, nuk është regjistruar asnjë aksident i vetëm transporti që përfshin asambletë e karburantit që do të kishte ndikuar në sfondin e rrezatimit të mjedisit ose do të kishte çuar në viktima.

Karburanti në thelbin e reaktorit

Një njësi e karburantit bërthamor - një TVEL - është në gjendje të çlirojë sasi të mëdha energjie për një periudhë të gjatë kohore. As qymyri dhe as gazi nuk mund të krahasohen me vëllime të tilla. Cikli i jetës së karburantit në çdo termocentral bërthamor fillon me shkarkimin, largimin dhe ruajtjen e karburantit të freskët në depon e montimit të karburantit. Kur grupi i mëparshëm i karburantit në reaktor digjet, personeli mbledh montimet e karburantit për t'u ngarkuar në bërthamë (zona e punës e reaktorit ku ndodh reaksioni i prishjes). Si rregull, karburanti rimbushet pjesërisht.

Karburanti i plotë shtohet në bërthamë vetëm në momentin e fillimit të parë të reaktorit. Kjo për faktin se shufrat e karburantit në reaktor digjen në mënyrë të pabarabartë, pasi fluksi i neutronit ndryshon në intensitet në zona të ndryshme të reaktorit. Falë pajisjeve matëse, personeli i stacionit ka mundësinë të monitorojë shkallën e djegies së çdo njësie karburanti në kohë reale dhe të bëjë zëvendësime. Ndonjëherë, në vend që të ngarkohen asambletë e reja të karburantit, montimet zhvendosen ndërmjet tyre. Në qendër të zonës aktive, djegia ndodh më intensivisht.

FA pas një termocentrali bërthamor

Uraniumi që është shpenzuar në një reaktor bërthamor quhet i rrezatuar ose i djegur. Dhe asambletë e tilla të karburantit përdoren si karburant bërthamor i shpenzuar. SNF pozicionohet veçmas nga mbetjet radioaktive, pasi ka të paktën 2 përbërës të dobishëm - uranium të padjegur (thellësia e djegies së metaleve nuk arrin kurrë 100%) dhe radionuklidet transuranium.

Kohët e fundit, fizikanët kanë filluar të përdorin izotope radioaktive të grumbulluara në karburantin bërthamor të harxhuar në industri dhe mjekësi. Pasi karburanti të ketë përfunduar fushatën e tij (koha kur montimi është në bërthamën e reaktorit në kushtet e funksionimit me fuqi nominale), ai dërgohet në pishinën e ftohjes, më pas në ruajtje direkt në ndarjen e reaktorit dhe më pas për ripërpunim ose asgjësim. Pishina e ftohjes është projektuar për të hequr nxehtësinë dhe për të mbrojtur nga rrezatimi jonizues, pasi grumbullimi i karburantit mbetet i rrezikshëm pas largimit nga reaktori.

Në SHBA, Kanada apo Suedi, karburanti i shpenzuar nuk dërgohet për ripërpunim. Vende të tjera, përfshirë Rusinë, po punojnë për një cikël të mbyllur të karburantit. Kjo ju lejon të ulni ndjeshëm koston e prodhimit të karburantit bërthamor, pasi një pjesë e karburantit të shpenzuar ripërdoret.

Shufrat e karburantit treten në acid, pas së cilës studiuesit ndajnë plutoniumin dhe uraniumin e papërdorur nga mbetjet. Rreth 3% e lëndëve të para nuk mund të ripërdoren këto janë mbetje të nivelit të lartë që i nënshtrohen procedurave të bituminizimit ose vitrifikimit.

1% plutonium mund të rikuperohet nga karburanti bërthamor i shpenzuar. Ky metal nuk ka nevojë të pasurohet në Rusi e përdor atë në procesin e prodhimit të karburantit inovativ MOX. Një cikël i mbyllur i karburantit bën të mundur që një montim karburanti të bëhet afërsisht 3% më i lirë, por kjo teknologji kërkon investime të mëdha në ndërtimin e njësive industriale, ndaj nuk është bërë ende e përhapur në botë. Megjithatë, kompania e karburanteve Rosatom nuk i ndalon kërkimet në këtë drejtim. Pronedra kohët e fundit shkroi se Federata Ruse po punon për një karburant të aftë për të ricikluar izotopet e americiumit, kurit dhe neptuniumit në bërthamën e reaktorit, të cilat përfshihen në të njëjtin 3% të mbetjeve shumë radioaktive.

Prodhuesit e karburantit bërthamor: vlerësimi

1. Kompania franceze Areva deri vonë siguronte 31% të tregut global për montimet e karburantit. Kompania prodhon karburant bërthamor dhe monton komponentë për termocentralet bërthamore. Në vitin 2017, Areva iu nënshtrua një rinovimi cilësor, në kompani erdhën investitorë të rinj dhe humbja kolosale e vitit 2015 u ul me 3 herë.
2. Westinghouse është divizioni amerikan i kompanisë japoneze Toshiba. Ajo po zhvillon në mënyrë aktive tregun në Evropën Lindore, duke furnizuar asambletë e karburantit për termocentralet bërthamore të Ukrainës. Së bashku me Toshiba, ajo siguron 26% të tregut global të prodhimit të karburantit bërthamor.
3. Kompania e karburanteve TVEL e korporatës shtetërore Rosatom (Rusi) është në vendin e tretë. TVEL siguron 17% të tregut global, ka një portofol kontratash dhjetëvjeçare me vlerë 30 miliardë dollarë dhe furnizon me karburant më shumë se 70 reaktorë. TVEL zhvillon asambletë e karburantit për reaktorët VVER, dhe gjithashtu hyn në tregun e centraleve bërthamore të dizajnit perëndimor.
4. Japan Nuclear Fuel Limited, sipas të dhënave më të fundit, siguron 16% të tregut botëror, furnizon asambletë e karburantit për shumicën e reaktorëve bërthamorë në vetë Japoninë.
5. Mitsubishi Heavy Industries është një gjigant japonez që prodhon turbina, cisterna, kondicionerë dhe, së fundmi, karburant bërthamor për reaktorët e stilit perëndimor. Mitsubishi Heavy Industries (një ndarje e kompanisë mëmë) është e angazhuar në ndërtimin e reaktorëve bërthamorë APWR dhe aktivitete kërkimore së bashku me Areva. Kjo kompani u zgjodh nga qeveria japoneze për të zhvilluar reaktorë të rinj.