uy Ishlab chiqarish Yadro yoqilg'isi: turlari va qayta ishlash. Atom elektr stantsiyasi: u qanday ishlaydi? Yadro yoqilg'isi sifatida nima ishlatiladi

Yadro yoqilg'isi: turlari va qayta ishlash. Atom elektr stantsiyasi: u qanday ishlaydi? Yadro yoqilg'isi sifatida nima ishlatiladi

Uran yoki plutoniyga asoslangan yadro yoqilg'isining hayot aylanishi tog'-kon korxonalarida, kimyo zavodlarida, gaz sentrifugalarida boshlanadi va yonilg'i to'plami reaktordan tushirilganda tugamaydi, chunki har bir yoqilg'i majmuasi uzoq yo'lni bosib o'tishi kerak. utilizatsiya qilish va keyin qayta ishlash.

Yadro yoqilg'isi uchun xom ashyo qazib olish

Uran er yuzidagi eng og'ir metaldir. Yerdagi uranning 99,4% ni uran-238 va atigi 0,6% uran-235 tashkil qiladi. Atom energiyasi bo‘yicha Xalqaro agentlikning Qizil kitobiga kiritilgan hisoboti ko‘pchilikni atom energetikasi istiqbollari haqida o‘ylantirib qo‘ygan Fukusimadagi AESdagi avariyaga qaramasdan uran ishlab chiqarish va unga talab ortib borayotganini ko‘rsatadi. So'nggi bir necha yil ichida tasdiqlangan uran zaxiralari 7 foizga oshdi, bu yangi konlarning ochilishi bilan bog'liq. Eng yirik ishlab chiqaruvchilar Qozog'iston, Kanada va Avstraliya bo'lib, ular dunyodagi uranning 63% gacha qazib oladilar. Bundan tashqari, metall zaxiralari Avstraliya, Braziliya, Xitoy, Malavi, Rossiya, Niger, AQSh, Ukraina, Xitoy va boshqa mamlakatlarda mavjud. Avvalroq Pronedra 2016 yilda Rossiya Federatsiyasida 7,9 ming tonna uran qazib olingani haqida yozgan edi.

Bugungi kunda uran uch xil usulda qazib olinadi. Ochiq usul o'z ahamiyatini yo'qotmaydi. U konlar er yuzasiga yaqin bo'lgan hollarda qo'llaniladi. Ochiq usulda buldozerlar karer yaratadi, so'ngra aralashmalari bo'lgan ruda qayta ishlash majmualariga tashish uchun samosvallarga yuklanadi.

Ko'pincha ruda tanasi katta chuqurlikda yotadi, bu holda er osti qazib olish usuli qo'llaniladi. Ikki kilometr chuqurlikda shaxta qaziladi, tosh gorizontal burg'ulash orqali qazib olinadi va yuk liftlarida yuqoriga ko'tariladi.

Shu tarzda yuqoriga ko'tarilgan aralashmada ko'plab komponentlar mavjud. Tosh ezilgan, suv bilan suyultirilishi va ortiqcha qismini olib tashlash kerak. Keyinchalik, yuvish jarayonini amalga oshirish uchun aralashmaga sulfat kislota qo'shiladi. Ushbu reaksiya davomida kimyogarlar uran tuzlarining sariq cho'kmasini oladilar. Nihoyat, uran aralashmalari bilan tozalash zavodida tozalanadi. Shundan keyingina uran oksidi ishlab chiqariladi va u birjada sotiladi.

Quduqni in situ yuvish (ISL) deb ataladigan ancha xavfsiz, ekologik toza va tejamkor usul mavjud.

Ushbu qazib olish usuli bilan hudud xodimlar uchun xavfsiz bo'lib qoladi va radiatsiyaviy fon yirik shaharlardagi fonga mos keladi. Yuvish yordamida uranni qazib olish uchun olti burchakli burchaklarda 6 ta teshik ochish kerak. Bu quduqlar orqali sulfat kislota uran konlariga quyiladi va uning tuzlari bilan aralashtiriladi. Ushbu eritma chiqariladi, ya'ni olti burchakli markazdagi quduq orqali pompalanadi. Uran tuzlarining kerakli konsentratsiyasiga erishish uchun aralashma bir necha marta sorbsiya ustunlaridan o'tkaziladi.

Yadro yoqilg'isi ishlab chiqarish

Yadro yoqilg‘isini ishlab chiqarishni boyitilgan uran olish uchun ishlatiladigan gaz sentrifugalarisiz tasavvur qilib bo‘lmaydi. Kerakli konsentratsiyaga erishgandan so'ng, uran dioksidi planshetlar deb ataladigan joyga bosiladi. Ular pechlarda yoqish paytida olib tashlanadigan moylash materiallari yordamida yaratiladi. Otish harorati 1000 darajaga etadi. Shundan so'ng, planshetlar belgilangan talablarga muvofiqligini tekshirish uchun tekshiriladi. Sirt sifati, namlik, kislorod va uran nisbati muhim ahamiyatga ega.

Shu bilan birga, boshqa ustaxonada yoqilg'i elementlari uchun quvurli qobiqlar tayyorlanmoqda. Yuqoridagi jarayonlar, jumladan, tabletkalarni keyinchalik dozalash va qobiqli naychalarga qadoqlash, muhrlash, zararsizlantirish yoqilg'i ishlab chiqarish deb ataladi. Rossiyada yoqilg'i agregatlarini (FA) yaratish Moskva viloyatidagi Mashinostroitelny zavodi, Novosibirskdagi Novosibirsk kimyoviy konsentratlar zavodi, Moskva polimetal zavodi va boshqalar tomonidan amalga oshiriladi.

Yoqilg'i agregatlarining har bir partiyasi ma'lum turdagi reaktor uchun yaratilgan. Evropa yonilg'i agregatlari kvadrat shaklida ishlab chiqariladi, ruscha esa olti burchakli kesimga ega. VVER-440 va VVER-1000 tipidagi reaktorlar Rossiya Federatsiyasida keng qo'llaniladi. VVER-440 uchun birinchi yoqilg'i elementlari 1963 yilda, VVER-1000 uchun esa 1978 yilda ishlab chiqila boshlandi. Rossiyada Fukusima-dan keyingi xavfsizlik texnologiyalariga ega yangi reaktorlar faol joriy etilayotganiga qaramay, butun mamlakat bo'ylab va chet elda ko'plab eski turdagi yadro qurilmalari ishlamoqda, shuning uchun har xil turdagi reaktorlar uchun yoqilg'i yig'ishlari bir xil darajada dolzarb bo'lib qolmoqda.

Masalan, RBMK-1000 reaktorining bitta yadrosini yonilg'i yig'malari bilan ta'minlash uchun tsirkoniy qotishmalaridan tayyorlangan 200 mingdan ortiq komponentlar, shuningdek, 14 million sinterlangan uran dioksidi granulalari kerak bo'ladi. Ba'zida yonilg'i majmuasini ishlab chiqarish qiymati elementlar tarkibidagi yoqilg'i narxidan oshib ketishi mumkin, shuning uchun uranning kilogrammiga yuqori energiya samaradorligini ta'minlash juda muhimdir.

Ishlab chiqarish jarayonlari xarajatlari %da

Alohida-alohida, tadqiqot reaktorlari uchun yonilg'i yig'ishlarini eslatib o'tish kerak. Ular neytron hosil bo'lish jarayonini kuzatish va o'rganish imkon qadar qulay bo'ladigan tarzda yaratilgan. Yadro fizikasi, izotop ishlab chiqarish va radiatsiya tibbiyoti sohalarida tajribalar uchun bunday yonilg'i tayoqchalari Rossiyada Novosibirsk kimyoviy konsentratlar zavodida ishlab chiqariladi. FAlar uran va alyuminiy bilan choksiz elementlar asosida yaratilgan.

Rossiya Federatsiyasida yadro yoqilg'isini ishlab chiqarish TVEL (Rosatom bo'linmasi) yoqilg'i kompaniyasi tomonidan amalga oshiriladi. Kompaniya xomashyoni boyitish, yoqilg'i elementlarini yig'ish bo'yicha ish olib boradi, shuningdek, yoqilg'i litsenziyalash xizmatlarini ko'rsatadi. Vladimir viloyatidagi Kovrov mexanika zavodi va Sverdlovsk viloyatidagi Ural gaz sentrifuga zavodi Rossiya yoqilg'i yig'ish uchun uskunalar yaratadi.

Yoqilg'i tayoqchalarini tashish xususiyatlari

Tabiiy uran past darajadagi radioaktivlik bilan ajralib turadi, ammo yoqilg'i yig'malarini ishlab chiqarishdan oldin metall boyitish jarayonidan o'tadi. Tabiiy ruda tarkibidagi uran-235 ning miqdori 0,7% dan oshmaydi, radioaktivligi esa 1 milligramm uran uchun 25 bekkerelni tashkil qiladi.

Yoqilg'i yig'malariga joylashtirilgan uran granulalarida uran-235 konsentratsiyasi 5% bo'lgan uran mavjud. Yadro yoqilg'isi bilan tayyor yoqilg'i agregatlari yuqori quvvatli maxsus metall konteynerlarda tashiladi. Transport uchun temir yo'l, avtomobil, dengiz va hatto havo transportidan foydalaniladi. Har bir konteynerda ikkita yig'ilish mavjud. Nurlanmagan (yangi) yoqilg'ini tashish radiatsiyaviy xavf tug'dirmaydi, chunki radiatsiya presslangan uran granulalari joylashtirilgan tsirkonyum naychalaridan tashqariga chiqmaydi.

Yoqilg'i jo'natish uchun maxsus marshrut ishlab chiqilgan bo'lib, yuk ishlab chiqaruvchidan yoki buyurtmachidan (ko'pincha) xavfsizlik xodimlari hamrohligida tashiladi, bu birinchi navbatda uskunaning yuqori narxiga bog'liq. Yadro yoqilg'isini ishlab chiqarishning butun tarixida yonilg'i yig'inlari ishtirokida atrof-muhitning radiatsiyaviy foniga ta'sir qiladigan yoki qurbonlarga olib keladigan bironta ham transport hodisasi qayd etilmagan.

Reaktor yadrosidagi yoqilg'i

Yadro yoqilg'isi birligi - TVEL uzoq vaqt davomida juda katta miqdordagi energiyani chiqarishga qodir. Ko'mir ham, gaz ham bunday hajmlar bilan taqqoslana olmaydi. Har qanday atom elektr stantsiyasida yoqilg'ining ishlash davri yoqilg'i yig'ish omborida yangi yoqilg'ini tushirish, olib tashlash va saqlash bilan boshlanadi. Reaktordagi yoqilg'ining oldingi partiyasi yonib ketganda, xodimlar yadroga (parchalanish reaktsiyasi sodir bo'ladigan reaktorning ish maydoni) yuklash uchun yonilg'i agregatlarini yig'adilar. Qoida tariqasida, yoqilg'i qisman qayta yuklanadi.

To'liq yoqilg'i yadroga faqat reaktor birinchi marta ishga tushirilganda qo'shiladi. Buning sababi, reaktordagi yonilg'i novdalarining notekis yonishi, chunki neytron oqimi reaktorning turli zonalarida intensivlikda o'zgarib turadi. Hisoblagichlar tufayli stansiya xodimlari real vaqt rejimida yoqilg'ining har bir birligining yonish darajasini kuzatish va almashtirishni amalga oshirish imkoniyatiga ega. Ba'zan, yangi yonilg'i agregatlarini yuklash o'rniga, yig'ilishlar o'zaro ko'chiriladi. Faol zonaning markazida charchash eng qizg'in sodir bo'ladi.

Atom elektr stantsiyasidan keyin FA

Yadro reaktorida sarflangan uran nurlangan yoki yondirilgan deb ataladi. Va bunday yoqilg'i yig'inlari yadro yoqilg'isi hisoblanadi. SNF radioaktiv chiqindilardan alohida joylashtirilgan, chunki u kamida ikkita foydali komponentga ega - yonmagan uran (metallning yonish chuqurligi hech qachon 100% ga etmaydi) va transuran radionuklidlari.

So'nggi paytlarda fiziklar ishlatilgan yadro yoqilg'isida to'plangan radioaktiv izotoplarni sanoat va tibbiyotda qo'llashni boshladilar. Yoqilg'i o'z kampaniyasini tugatgandan so'ng (nominal quvvatda ish sharoitida yig'ish reaktor yadrosida bo'lgan vaqt) u sovutish hovuziga, so'ngra to'g'ridan-to'g'ri reaktor bo'linmasida saqlashga, keyin esa qayta ishlash yoki utilizatsiya qilish uchun yuboriladi. Sovutish havzasi issiqlikni olib tashlash va ionlashtiruvchi nurlanishdan himoya qilish uchun mo'ljallangan, chunki yonilg'i agregati reaktordan chiqarilgandan keyin xavfli bo'lib qoladi.

AQSh, Kanada yoki Shvetsiyada ishlatilgan yoqilg'i qayta ishlashga yuborilmaydi. Boshqa davlatlar, shu jumladan Rossiya, yopiq yoqilg'i aylanishi ustida ishlamoqda. Bu yadro yoqilg'isini ishlab chiqarish xarajatlarini sezilarli darajada kamaytirishga imkon beradi, chunki ishlatilgan yoqilg'ining bir qismi qayta ishlatiladi.

Yoqilg'i tayoqchalari kislotada eritiladi, shundan so'ng tadqiqotchilar plutoniy va foydalanilmagan uranni chiqindilardan ajratib olishadi. Xom ashyoning taxminan 3 foizini qayta ishlatish mumkin emas, bular bitumizatsiya yoki vitrifikatsiya jarayonlaridan o'tadigan yuqori darajadagi chiqindilar.

1% plutoniyni ishlatilgan yadro yoqilg'isidan olish mumkin. Ushbu metallni boyitish kerak emas, Rossiya uni innovatsion MOX yoqilg'isini ishlab chiqarish jarayonida qo'llaydi. Yopiq yonilg'i aylanishi bitta yoqilg'i yig'inini taxminan 3% arzonlashtirishga imkon beradi, ammo bu texnologiya sanoat ob'ektlarini qurish uchun katta investitsiyalarni talab qiladi, shuning uchun u hali dunyoda keng tarqalmagan. Biroq, Rosatom yoqilg'i kompaniyasi bu yo'nalishdagi tadqiqotlarni to'xtatmaydi. Pronedra yaqinda Rossiya Federatsiyasi reaktor yadrosidagi amerisiy, kuriy va neptuniy izotoplarini qayta ishlashga qodir bo'lgan yoqilg'i ustida ishlamoqda, ular yuqori radioaktiv chiqindilarning bir xil 3 foiziga kiradi.

Yadro yoqilg'isi ishlab chiqaruvchilari: reyting

Frantsiyaning Areva kompaniyasi yaqin vaqtgacha yoqilg'i yig'ishlari uchun jahon bozorining 31 foizini ta'minlagan. Kompaniya yadro yoqilg'isi ishlab chiqaradi va atom elektr stansiyalari uchun butlovchi qismlarni yig'adi. 2017 yilda Areva sifatli ta'mirlandi, kompaniyaga yangi investorlar keldi va 2015 yildagi ulkan yo'qotish 3 barobarga kamaydi.
Westinghouse - Yaponiyaning Toshiba kompaniyasining Amerika bo'linmasi. Sharqiy Yevropa bozorini faol rivojlantirmoqda, Ukraina atom elektr stansiyalarini yonilg'i yig'indilarini yetkazib bermoqda. Toshiba bilan birgalikda u global yadro yoqilg'isi ishlab chiqarish bozorining 26 foizini ta'minlaydi.
Rosatom davlat korporatsiyasining TVEL yoqilg'i kompaniyasi (Rossiya) uchinchi o'rinda. TVEL jahon bozorining 17 foizini ta'minlaydi, 30 milliard dollarlik o'n yillik shartnoma portfeliga ega va 70 dan ortiq reaktorni yoqilg'i bilan ta'minlaydi. TVEL VVER reaktorlari uchun yoqilg'i yig'malarini ishlab chiqadi, shuningdek, G'arbiy dizayndagi atom stansiyalari bozoriga kiradi.
Japan Nuclear Fuel Limited, so'nggi ma'lumotlarga ko'ra, jahon bozorining 16 foizini ta'minlaydi va Yaponiyaning o'zida ko'pgina yadroviy reaktorlarga yoqilg'i yig'indilarini etkazib beradi.
Mitsubishi Heavy Industries - Yaponiya giganti bo'lib, u turbinalar, tankerlar, konditsionerlar va yaqinda G'arb tipidagi reaktorlar uchun yadro yoqilg'isini ishlab chiqaradi. Mitsubishi Heavy Industries (bosh kompaniyaning bo'linmasi) Areva bilan birgalikda APWR yadro reaktorlarini qurish va tadqiqot ishlari bilan shug'ullanadi. Ushbu kompaniya Yaponiya hukumati tomonidan yangi reaktorlarni ishlab chiqish uchun tanlangan.

Yadro yoqilg'isi uchun xom ashyo qazib olish

Quduqni in situ yuvish (ISL) deb ataladigan ancha xavfsiz, ekologik toza va tejamkor usul mavjud.

Yadro yoqilg'isi ishlab chiqarish

Ishlab chiqarish jarayonlari xarajatlari %da

Yoqilg'i tayoqchalarini tashish xususiyatlari

Reaktor yadrosidagi yoqilg'i

Atom elektr stantsiyasidan keyin FA

Yadro yoqilg'isi ishlab chiqaruvchilari: reyting

Frantsiyaning Areva kompaniyasi yaqin vaqtgacha yoqilg'i yig'ishlari uchun jahon bozorining 31 foizini ta'minlagan. Kompaniya yadro yoqilg'isi ishlab chiqaradi va atom elektr stansiyalari uchun butlovchi qismlarni yig'adi. 2017 yilda Areva sifatli ta'mirlandi, kompaniyaga yangi investorlar keldi va 2015 yildagi ulkan yo'qotish 3 barobarga kamaydi.
Westinghouse - Yaponiyaning Toshiba kompaniyasining Amerika bo'linmasi. Sharqiy Yevropa bozorini faol rivojlantirmoqda, Ukraina atom elektr stansiyalarini yonilg'i yig'indilarini yetkazib bermoqda. Toshiba bilan birgalikda u global yadro yoqilg'isi ishlab chiqarish bozorining 26 foizini ta'minlaydi.
Rosatom davlat korporatsiyasining TVEL yoqilg'i kompaniyasi (Rossiya) uchinchi o'rinda. TVEL jahon bozorining 17 foizini ta'minlaydi, 30 milliard dollarlik o'n yillik shartnoma portfeliga ega va 70 dan ortiq reaktorni yoqilg'i bilan ta'minlaydi. TVEL VVER reaktorlari uchun yoqilg'i yig'malarini ishlab chiqadi, shuningdek, G'arbiy dizayndagi atom stansiyalari bozoriga kiradi.
Japan Nuclear Fuel Limited, so'nggi ma'lumotlarga ko'ra, jahon bozorining 16 foizini ta'minlaydi va Yaponiyaning o'zida ko'pgina yadroviy reaktorlarga yoqilg'i yig'indilarini etkazib beradi.
Mitsubishi Heavy Industries - Yaponiya giganti bo'lib, u turbinalar, tankerlar, konditsionerlar va yaqinda G'arb tipidagi reaktorlar uchun yadro yoqilg'isini ishlab chiqaradi. Mitsubishi Heavy Industries (bosh kompaniyaning bo'linmasi) Areva bilan birgalikda APWR yadro reaktorlarini qurish va tadqiqot ishlari bilan shug'ullanadi. Ushbu kompaniya Yaponiya hukumati tomonidan yangi reaktorlarni ishlab chiqish uchun tanlangan.

Nima uchun uran?

Insoniyat o'zini qo'l va oyog'ini elektr simlari bilan bog'ladi. Maishiy texnika, sanoat uskunalari, ko'cha yoritgichlari, trolleybuslar, metro, elektr poyezdlari - tsivilizatsiyaning barcha afzalliklari elektr tarmog'idan ishlaydi; ular biron sababga ko'ra oqim yo'qolsa, ma'nosiz "temir bo'laklari" bo'ladi. Biroq, odamlar allaqachon doimiy elektr ta'minotiga o'rganib qolganki, har qanday uzilishlar norozilik va hatto noqulaylik tug'diradi. Haqiqatan ham, agar uning barcha jihozlari, jumladan, eng sevimlilari - televizor, kompyuter va muzlatgich to'satdan o'chib qolsa, odam nima qilishi kerak? Kechqurun, ishdan yoki o'qishdan keyin siz haqiqatan ham, ular aytganidek, kunduzgi soatni uzaytirishni xohlasangiz, "ajralish" ga chidash juda qiyin. Planshet yoki telefon sizni qutqaradimi, lekin ularning zaryadi abadiy davom etmaydi. O'zingizni "qamoqxona kamerasida" bo'lish bundan ham yomoni, u qorong'ilik irodasiga ko'ra lift vagoniga yoki metro vagoniga aylanishi mumkin.

Nega bu gaplar? Va "elektrlashtirilgan" insoniyat barqaror va kuchli energiya manbalariga - birinchi navbatda elektr energiyasiga muhtoj. Agar uning etishmasligi bo'lsa, tarmoq uzilishlari zerikarli darajada tez-tez bo'lib qoladi va turmush darajasi pasayadi. Ushbu noxush stsenariyning amalga oshishiga yo‘l qo‘ymaslik uchun tobora ko‘proq elektr stansiyalarini qurish zarur: global energiya iste’moli oshib bormoqda, mavjud energiya bloklari esa asta-sekin qarib bormoqda.

Ammo zamonaviy energiya, asosan ko'mir va gazni yoqish muammoni hal qilish uchun nimani taklif qilishi mumkin? Albatta, qimmatbaho kimyoviy xom ashyoni yo'q qiladigan yangi gaz inshootlari yoki osmonni chekadigan ko'mir bloklari. Aytgancha, issiqlik elektr stansiyalari chiqindilari taniqli ekologik muammodir, ammo fotoalbom yoqilg'i ishlab chiqaruvchi korxonalar ham atrof-muhitga zarar etkazadi. Ammo uning iste'moli juda katta. Masalan, an'anaviy muzlatgichning yil davomida ishlashini ta'minlash uchun siz taxminan yuz kilogramm ko'mir yoki yuzlab kubometr tabiiy gazni yoqishingiz kerak bo'ladi. Va bu faqat bitta maishiy texnika, ulardan juda ko'p.

Darvoqe, zikr etilgan muzlatgich butun yil davomida ishlashi uchun qancha yadro yoqilg‘isi kerak bo‘ladi? Ishonish qiyin, lekin... bir gramm!

Boyitilgan urandan tayyorlangan yadro yoqilg'isining ulkan energiya sig'imi uni ko'mir va gazga munosib raqobatchi qiladi. Darhaqiqat, atom elektr stansiyasi issiqlik elektr stantsiyasiga qaraganda yuz ming marta kam yoqilg'i sarflaydi. Bu shuni anglatadiki, uran qazib olish uchun qazib olish ancha kichikroq miqyosda bo'lib, bu atrof-muhit uchun muhimdir. Bundan tashqari - issiqxona va zaharli gazlar emissiyasi yo'q.

Ming megavatt quvvatga ega atom elektr stantsiyasining energiya bloki yiliga atigi uch o'n tonna yadro yoqilg'isini iste'mol qiladi va xuddi shunday quvvatga ega issiqlik stansiyasi uchun taxminan uch million tonna ko'mir yoki uch milliard kub metr gaz kerak bo'ladi. . Boshqacha qilib aytganda, bir xil miqdordagi elektr energiyasini olish uchun sizga yiliga yadro yoqilg'isi bilan ishlaydigan bir nechta vagon yoki kuniga bir nechta ko'mirli poezd kerak bo'ladi.

Qayta tiklanadigan energiya manbalari haqida nima deyish mumkin? Ular, albatta, yaxshi, lekin hali ham yaxshilash kerak. Masalan, stansiya egallagan hududni olaylik. Shamol generatorlari va quyosh panellari bo'lsa, bu an'anaviy elektr stantsiyalariga qaraganda ikki baravar yuqori. Masalan, agar atom elektr stantsiyasi (AES) bir necha kvadrat kilometr maydonga to'g'ri keladigan bo'lsa, u holda bir xil quvvatdagi shamol fermasi yoki quyosh maydoni bir necha yuz kvadrat kilometrni egallaydi. Oddiy qilib aytganda, hududlar nisbati kichik qishloq va juda katta shaharga o'xshaydi. Cho'lda bu ko'rsatkich muhim bo'lmasligi mumkin, ammo qishloq yoki o'rmon xo'jaligida shunday bo'lishi mumkin.

Shuni ta'kidlash kerakki, yadro yoqilg'isi yilning fasli, kunduzi yoki ob-havoning o'zgarishidan qat'i nazar, har doim ishlashga tayyor, shu bilan birga quyosh asosan tunda porlamaydi, shamol esa xohlagan vaqtda esadi. Bundan tashqari, ba'zi hududlarda quyosh energiyasi oqimining pastligi yoki past o'rtacha shamol tezligi tufayli qayta tiklanadigan energiya umuman foyda keltirmaydi. Atom elektr stansiyalari uchun bunday muammolar oddiygina mavjud emas.

Atom energetikasining bu afzalliklari uranning yadro yoqilg'isi sifatidagi zamonaviy sivilizatsiya uchun muhim rolini belgilab berdi.

Kim qancha oldi?

Qadimgi sovet multfilmida hayvonlar muhim muammoni hal qilishdi - apelsinni ajratish. Natijada, bo'ridan tashqari hammaga mazali suvli tilim berildi; kulrang po'stlog'idan mamnun bo'lishi kerak edi. Boshqacha aytganda, u qimmatli manba olmadi. Shu nuqtai nazardan qaraganda, uran bilan vaziyat qandayligini bilish qiziq: dunyoning barcha mamlakatlarida o'z zahiralari bormi yoki yo'qmi?

Darhaqiqat, Yerda uran juda ko'p va bu metallni deyarli hamma joyda topish mumkin: sayyoramiz qobig'ida, Jahon okeanida, hatto inson tanasida ham. Muammo uning "tarqalishi", er toshlari bo'ylab "tarqalishi" bilan bog'liq bo'lib, uranning past konsentratsiyasiga olib keladi, bu ko'pincha iqtisodiy foydali sanoat ishlab chiqarishni tashkil etish uchun etarli emas. Biroq, ba'zi joylarda uran ko'p bo'lgan klasterlar - konlar mavjud. Ular notekis taqsimlangan va shunga ko'ra uran zahiralari mamlakatlar bo'yicha farqlanadi. Ushbu elementning ko'p konlari Avstraliya bilan birga "suzib ketdi"; Qolaversa, Qozog‘iston, Rossiya, Kanada va Janubiy Afrika davlatlariga omad kulib boqdi. Biroq, bu rasm muzlatilgan emas, balki yangi konlarni qidirish va eski konlarning tugashi tufayli vaziyat doimiy ravishda o'zgarib turadi;

Tasdiqlangan uran zahiralarini mamlakatlar bo'yicha taqsimlash (qazib olish xarajatlari bo'lgan zaxiralar uchun).< $130/кг)

Uranning katta miqdori Jahon okeani suvlarida erigan: to'rt milliard tonnadan ortiq. Bu ideal "depozit" kabi ko'rinadi - men uni qazib olishni xohlamayman. Olimlar o'tgan asrning saksoninchi yillarida dengiz suvidan uran olish uchun maxsus sorbentlarni ishlab chiqdilar. Nima uchun bu ajoyib usul hamma joyda qo'llanilmaydi? Muammo shundaki, metallning konsentratsiyasi juda past: bir tonna suvdan atigi uch milligramm olish mumkin! Bunday uran juda qimmatga tushishi aniq. Taxminlarga ko'ra, bir kilogramm bir necha ming dollar turadi, bu "er" hamkasbiga qaraganda ancha qimmat. Ammo olimlar xafa emas va tobora ko'proq samarali sorbentlarni ixtiro qilmoqdalar. Shunday qilib, ehtimol, bu kon usuli tez orada raqobatbardosh bo'ladi.

Bugungi kunga kelib, ishlab chiqarish tannarxi 1 kilogrammi 130 dollardan kam bo'lgan tasdiqlangan uran zahiralarining umumiy soni 5,9 million tonnadan oshadi. Bu juda ko'pmi? Bu yetarli: agar atom elektr stantsiyalarining umumiy quvvati hozirgi darajada qolsa, uran yuz yil davom etadi. Taqqoslash uchun, tasdiqlangan neft va gaz zaxiralari atigi o'ttiz-oltmish yil ichida tugashi mumkin.

Hududidagi uran zaxiralari bo'yicha birinchi o'ntalik (ishlab chiqarish xarajatlari bilan zahiralar bo'yicha).< $130/кг)

Biroq, shuni unutmasligimiz kerakki, prognozlarga ko'ra, atom energetikasi rivojlanadi, shuning uchun endi uning resurs bazasini qanday kengaytirish haqida o'ylash kerak.

Bu muammoni hal etish yo‘llaridan biri yangi konlarni izlash va o‘z vaqtida o‘zlashtirishdir. Mavjud ma'lumotlarga ko'ra, bu bilan hech qanday muammo bo'lmasligi kerak: faqat so'nggi bir necha yil ichida Afrika, Janubiy Amerika, shuningdek, Shvetsiyaning ba'zi mamlakatlarida yangi konlar topildi. To'g'ri, aniqlangan zaxiralarni qazib olish qanchalik foydali bo'lishini aniq aytish mumkin emas. Rudadagi uran miqdori pastligi va konlarni o'zlashtirish qiyinligi sababli ularning ba'zilarini "keyinroq" qoldirishga to'g'ri kelishi mumkin. Gap shundaki, bu metallning narxi hozir ancha past. Iqtisodiy nuqtai nazardan, bu erda ajablanarli narsa yo'q. Birinchidan, dunyoda hali ham nisbatan oson qazib olinadigan va shuning uchun arzon uran konlari mavjud - u bozorga chiqadi va narxni "pasaytiradi". Ikkinchidan, Fukusimadagi avariyadan so'ng, ba'zi mamlakatlar yangi atom energetika bloklarini qurish rejalarini to'g'irlashdi va Yaponiya o'zining barcha atom elektr stantsiyalarini butunlay yopib qo'ydi - talabning pasayishi kuzatildi, bu esa uran narxini yanada pasaytirdi. Ammo bu uzoq davom etmaydi. Xitoy va Hindiston allaqachon o'yinga kirishib, o'z hududida atom elektr stantsiyalarini keng ko'lamli qurishni rejalashtirmoqda. Boshqa Osiyo mamlakatlari, shuningdek, Afrika va Janubiy Amerikadagi mamlakatlarda ham kamroq ambitsiyali loyihalar mavjud. Aftidan, hatto Yaponiya ham o'z atom energiyasidan ajralib turolmaydi. Shu sababli, talab asta-sekin tiklanadi va arzon konlarning tugashi bilan birga, bu uran narxining oshishiga olib keladi. Tahlilchilarning fikricha, kutish qisqa, bir necha yil. Shunda "keyinroq" qolgan konlarni o'zlashtirish haqida o'ylash mumkin bo'ladi.

Qizig'i shundaki, eng katta uran zahiralariga ega mamlakatlar va eng rivojlangan atom energiyasiga ega davlatlar ro'yxati deyarli bir-biriga mos kelmaydi. Avstraliya qa'rida dunyodagi uran "boyligi"ning uchdan bir qismi bor, ammo yashil qit'ada bitta ham atom elektr stantsiyasi yo'q. Ushbu metall ishlab chiqarish bo'yicha dunyoda yetakchi bo'lgan Qozog'iston endigina bir nechta atom energetika bloklarini qurishga hozirlik ko'rmoqda. Iqtisodiy va boshqa sabablarga ko'ra Afrika davlatlari global "yadro" oilasiga qo'shilishdan yiroq. Ushbu qit'adagi yagona atom elektr stansiyasi Janubiy Afrika Respublikasida joylashgan bo'lib, u yaqinda atom energetikasini yanada rivojlantirish istagini e'lon qilgan. Biroq, hozircha hatto Janubiy Afrika ham taym-aut oldi.

Ularning ortidan ergashayotgan “yadroviy” gigantlar – AQSH, Fransiya, Yaponiya – Xitoy va Hindistonning ehtiyojlari katta bo‘lsa, zaxiralari tugasa, nima qila oladi? Albatta, boshqa mamlakatlardagi uran konlari va korxonalari ustidan nazoratni qo‘lga kiritishga harakat qiling. Bu vazifa strategik xususiyatga ega bo'lib, uni hal qilishda davlatlar keskin janglarga kirishadilar. Yirik kompaniyalar sotib olinmoqda, siyosiy manevrlar qilinmoqda, kerakli odamlarga pora berish yoki qonuniy urushlar bilan yashirin sxemalar amalga oshirilmoqda. Afrikada bu kurash ta'sir zonalarini qayta taqsimlashga intilayotgan yetakchi davlatlar tomonidan yashirincha qo'llab-quvvatlanadigan ichki urushlar va inqiloblarga olib kelishi mumkin va olib keladi.

Bu borada Rossiya omadli: bizning atom elektr stantsiyalarimiz Trans-Baykal o'lkasi, Qo'rg'on viloyati va Buryatiya Respublikasida qazib olinadigan o'ziga xos uran zaxiralariga ega. Bundan tashqari, faol geologiya-qidiruv ishlari tashkil etilmoqda. Transbaykal mintaqasi, G'arbiy Sibir, Kareliya Respublikasi, Qalmog'iston Respublikasi va Rostov viloyatidagi konlar katta salohiyatga ega deb taxmin qilinadi.

Bundan tashqari, Rosatom xorijiy aktivlarga ham egalik qiladi - Qozog'iston, AQSh, Avstraliyadagi uran qazib oluvchi korxonalarda katta ulushlarga ega, shuningdek, Afrika janubidagi istiqbolli loyihalar ustida ishlamoqda. Natijada, uran ishlab chiqarish bo'yicha dunyoning yetakchi kompaniyalari orasida "Rosatom" "Kazatomprom" (Qozog'iston) va "Cameco" (Kanada)dan keyin ishonchli tarzda uchinchi o'rinni egallab turibdi.

Ba'zilari marslik bo'lgan meteoritlarning kimyoviy tarkibini o'rganib, olimlar uranni kashf etdilar. To'g'ri, uning tarkibi yerdagi jinslarga qaraganda ancha past bo'lib chiqdi. Ha, endi nima uchun marsliklar bizga uchar likopchalarida tez-tez tashrif buyurishlari aniq.

Ammo jiddiy ravishda uran quyosh tizimining barcha ob'ektlarida mavjud deb ishoniladi. Masalan, 2009 yilda u oy tuprog'ida topilgan. Darhol hayoliy g'oyalar paydo bo'ldi, masalan, sun'iy yo'ldoshda uran qazib olish va keyin uni Yerga yuborish. Yana bir variant - konlar yaqinida to'plangan oy koloniyalarining reaktorlarini "quvvat" qilish. Biroq, omonatlar hali qidirilmagan; va iqtisodiy nuqtai nazardan, bunday ishlab chiqarish hali ham amalga oshirib bo'lmaydigan ko'rinadi. Ammo kelajakda - kim biladi ...

Agar siz uzoq vaqt azob cheksangiz, yonilg'i olasiz

Uran rudasi zahiralarining mavjudligi muvaffaqiyatning faqat bir komponentidir. Pechga kirishdan oldin ayniqsa murakkab tayyorgarlikni talab qilmaydigan o'tin yoki ko'mirdan farqli o'laroq, rudani oddiygina bo'laklarga bo'lib, reaktorga tashlash mumkin emas. Buning sababini tushuntirish uchun uranga xos bo'lgan bir qator xususiyatlarni eslatib o'tish kerak.

Kimyoviy nuqtai nazardan, bu element juda faol, boshqacha aytganda, u turli birikmalar hosil qilishga intiladi; shuning uchun uning nuggetlarini oltin kabi tabiatda izlash mutlaqo umidsizdir. Uran rudasi nima deb ataladi? Juda oz miqdorda uran minerallarini o'z ichiga olgan tosh. Ular tez-tez qo'shadilar: kichik, ammo sanoat ishlab chiqarishi uchun iqtisodchilar tomonidan tasdiqlanishi uchun etarli. Masalan, bugungi kunda bir tonnada atigi bir necha kilogramm yoki hatto yuzlab gramm uran bo'lgan rudani qazib olish maqsadga muvofiqdir. Qolganlari bo'sh, keraksiz tosh bo'lib, undan uran minerallarini ajratib olish kerak. Ammo ularni hali ham yadroviy reaktorga yuklash mumkin emas. Gap shundaki, bu minerallar ko'pincha boshqa elementlar bilan birga uranning oksidlari yoki erimaydigan tuzlarini ifodalaydi. Ulardan ba'zilari sanoat uchun qimmatli bo'lishi mumkin va ular bilan bog'liq ishlab chiqarishni tashkil etish iqtisodiy ko'rsatkichlarni yaxshilashi mumkin. Ammo bunday ehtiyoj bo'lmasa ham, uranni aralashmalardan tozalash kerak. Aks holda, "iflos" urandan tayyorlangan yadro yoqilg'isi reaktor bilan bog'liq muammolarga yoki hatto avariyaga olib kelishi mumkin.

Biroq, tozalangan uranni ham to'liq ishonch bilan yadro yoqilg'isi deb atash mumkin emas. Bu uning izotopik tarkibi: tabiatda har ming uran atomiga atigi ettita uran-235 atomi to'g'ri keladi, bu bo'linish zanjiri reaktsiyasi uchun zarurdir. Qolganlari uran-238 bo'lib, u deyarli bo'linmaydi va hatto neytronlarni yutadi. Biroq, qimmat og'ir suv yoki sof grafit kabi juda samarali moderator ishlatilsa, tabiiy uran yordamida reaktorni ishga tushirish juda mumkin. Faqat ular uran-235 yadrosining bo'linishi paytida hosil bo'lgan neytronlarning shu qadar tez sekinlashishiga imkon beradiki, ular boshqa uran-235 yadrolariga tegib, ularning bo'linishiga sabab bo'lishga vaqtlari bo'ladi va uran-238 tomonidan shafqatsiz tarzda tutib ketmaydi. Ammo turli sabablarga ko'ra, dunyodagi reaktorlarning aksariyati boshqacha yondashuvdan foydalanadi: tabiiy uran parchalanuvchi izotopda boyitilgan. Boshqacha aytganda, uran-235 atomlarining tarkibi sun'iy ravishda ettitadan bir necha o'n promillegacha oshiriladi. Buning yordamida neytronlar ular bilan uchrashish ehtimoli ko'proq bo'ladi va arzonroq, ammo kamroq samarali moderatorlardan, masalan, oddiy suvdan foydalanish mumkin bo'ladi.

Boyitilgan uran yakuniy mahsulotmi? Shunga qaramay, yo'q, chunki energiya reaktorlari "yadroviy" issiqlikni yoqilg'ini yuvadigan sovutish suviga o'tkazishni ta'minlaydi - ko'pincha suv. Bo'linish mahsulotlarining to'planishi tufayli yoqilg'i ishlaydigan reaktorda qolganligi sababli yuqori radioaktiv bo'ladi. Hech qanday holatda uning suvda erishiga yo'l qo'yilmaydi. Buning uchun uran kimyoviy jihatdan chidamli holatga o'tkaziladi va shuningdek, metall qobiq bilan qoplangan sovutgichdan ajratiladi. Natijada boyitilgan uran birikmalarini o'z ichiga olgan murakkab texnik qurilmani ishonch bilan yadro yoqilg'isi deb atash mumkin.

Qayd etilgan operatsiyalar - uran qazib olish, uni tozalash va boyitish, shuningdek, yadro yoqilg'isini ishlab chiqarish - yadro yoqilg'isi aylanishining dastlabki bosqichlari. Ularning har biri bilan batafsilroq tanishishingiz kerak.

Uran-238 ning yarim yemirilish davri 4,5 milliard yil, uran-235 esa atigi 700 million yil. Ma'lum bo'lishicha, parchalanuvchi izotop asosiyga qaraganda bir necha marta tezroq parchalanadi. Agar o'ylab ko'rsangiz, bu o'tmishda izotoplarning tabiiy aralashmasidagi uran-235 miqdori hozirgidan ko'proq ekanligini anglatadi. Misol uchun, bir milliard yil oldin, mingta uran atomidan o'n oltitasi 235 nuklonli yadroga ega edi, ikki milliard yil oldin ularning soni o'ttiz ettita edi va bugungi kungacha uch milliard yil oldin - saksonga yaqin! Darhaqiqat, o'sha olis zamonlarda ruda tarkibida bugungi kunda biz boyitilgan uran bor edi. Va shunday bo'lishi mumkinki, qaysidir konda tabiiy yadro reaktori o'z-o'zidan ishlay boshlaydi!

Olimlarning ishonchi komilki, zamonaviy Gabonda joylashgan Oklo konidagi bir qancha o‘ta boy uran konlari aynan shunday bo‘lgan. 1,8 milliard yil oldin ularda o'z-o'zidan yadro zanjiri reaktsiyasi boshlangan. U o'z-o'zidan bo'linish paytida hosil bo'lgan neytronlar tomonidan boshlangan, keyin uran-235 ning yuqori konsentratsiyasi va rudada suv mavjudligi, neytron moderatori ishga tushirilgan. Bir so'z bilan aytganda, reaktsiya o'z-o'zidan davom etdi va bir necha yuz ming yillar davomida kuchayib, so'nadi. Keyin reaktorlar suv rejimining o'zgarishi tufayli "chiqib ketdi".

Bugungi kunda bu yagona tabiiy yadroviy reaktordir. Bundan tashqari, hozirda bunday jarayonlar hech bir sohada boshlana olmaydi. Sababi juda aniq - uran-235 juda oz qoldi.

Uni qazib olishga harakat qiling

Uran rudalari yer yuzasiga kamdan-kam chiqadi. Ko'pincha ular ellik metrdan ikki kilometrgacha chuqurlikda yotadi.

Sayoz konlar ochiq usulda yoki, shuningdek, ochiq usulda qazib olish yo'li bilan qazib olinadi. Qattiq tosh burg'ulanadi va portlatiladi, so'ngra forkliftlar yordamida samosvallarga yuklanadi va karerdan chiqariladi. Bo'shashgan jinslar an'anaviy yoki aylanma ekskavatorlar yordamida qazib olinadi va kon samosvallariga yuklanadi, buldozerlar keng qo'llaniladi. Ushbu uskunaning kuchi va hajmi tasavvurni hayratda qoldiradi: masalan, yuqorida aytib o'tilgan samosvallar yuz yoki undan ortiq tonna yuk ko'tarish qobiliyatiga ega! Afsuski, karerning o'zi ham katta, chuqurligi uch yuz metrga etishi mumkin. Ish tugagandan so'ng, u er yuzasida ulkan teshikka o'xshaydi va uning yonida uran konlarini qoplagan tosh uyumlari ko'tariladi. Asos sifatida, karerni bu axlatxonalar bilan to'ldirish, ustiga o't va daraxtlar ekish mumkin; lekin bu juda qimmatga tushadi. Shuning uchun chuqurlar asta-sekin suv bilan to'ldiriladi va suvdagi uran miqdori ortib borayotganligi sababli iqtisodiy jihatdan ishlatib bo'lmaydigan ko'llar hosil bo'ladi. Er osti suvlarining ifloslanishi bilan bog'liq muammolar ham paydo bo'lishi mumkin, shuning uchun uran konlari alohida e'tibor talab qiladi.

Biroq, uranni ochiq usulda qazib olish mutlaqo oddiy sabablarga ko'ra asta-sekin o'tmishga aylanib bormoqda - yer yuzasiga yaqin konlar deyarli tugadi. Endi biz chuqur yashirin rudalar bilan shug'ullanishimiz kerak. An'anaga ko'ra, ular er osti (kon) usuli yordamida ishlab chiqilgan. Qattiq soqolli erkaklar ish joyidan o'rmalab, rudani maydalashayotganini tasavvur qilmang. Hozir konchilarning ishi asosan mexanizatsiyalashgan. Uran o'z ichiga olgan tog 'jinslarida teshiklar burg'ulanadi - portlovchi moddalar joylashtirilgan maxsus chuqur teshiklar. Portlashdan so'ng, maydalangan ruda yuklash va etkazib berish vositasi tomonidan olinadi va tor galereyalar bo'ylab aravachalarga o'tadi. Kichik elektrovoz to‘ldirilgan aravachalarni shaxtaning vertikal shaxtasiga olib boradi, so‘ngra qafas – o‘ziga xos elevator yordamida ruda yer yuzasiga ko‘tariladi.

Er osti konlarini qazib olish bir qator xususiyatlarga ega. Birinchidan, bu faqat ikki kilometr chuqurlikda joylashgan yuqori uran tarkibiga ega yuqori sifatli rudalarda foydali bo'lishi mumkin. Aks holda, rudani qazib olish, qazib olish va keyinchalik qayta ishlash xarajatlari uranni amalda “oltin” qiladi. Ikkinchidan, uran konlarining er osti shohligi - bu radioaktiv chang va undan kam bo'lmagan radioaktiv radon gazi joylashgan yopiq makon. Shu sababli, konchilar kuchli shamollatishsiz va respirator kabi maxsus himoya vositalarisiz qila olmaydi.

Ham karerda, ham shaftda qazib olishda ruda juda katta bo'laklar shaklida olinadi. Ularni ekskavator yoki LHD bilan yig'ishda operator uran minerallariga boy rudani yoki chiqindi jinslarni yoki ular orasida biror narsani olayotganini bilmaydi. Axir, kon o'z tarkibida juda bir hil emas va kuchli mashinalardan foydalanish nozik va oqlangan ishlarni bajarishga imkon bermaydi. Ammo tarkibida deyarli hech qanday uran bo'lmagan qismlarni keyingi qayta ishlash uchun yuborish, eng kamida, aql bovar qilmaydi! Shuning uchun ruda uranning asosiy xususiyatidan foydalangan holda saralanadi, uni aniqlash qiyin emas - radioaktivlik. Maxsus ionlashtiruvchi nurlanish datchiklari yuklash paytida ham, transport idishida ham rudani chiqaradigan nurlanishning intensivligiga qarab bir necha navlarga bo'lish imkonini beradi. Chiqindi jinslar axlatxonalarga yuboriladi. Boy ruda - gidrometallurgiya zavodiga. Ammo oz, ammo sezilarli miqdorda uran bo'lgan ruda yana ehtiyotkorlik bilan saralanadi. Birinchidan, u eziladi, o'lchamiga bo'linadi, shundan so'ng qismlar harakatlanuvchi konveyerga tashlanadi. Uning ustiga ionlashtiruvchi nurlanish sensori o'rnatilgan bo'lib, undan signal kamarning oxirida joylashgan amortizatorlarni avtomatlashtirilgan boshqaruv tizimiga yuboriladi. Sensor uning ostidan o'tadigan uran minerallari bo'lgan radioaktiv rudaga javob beradigan tarzda tuzilgan. Keyin klapan aylanadi va ruda maxsus ruda bunkasiga tushadi va u erdan gidrometallurgiya zavodiga olib boriladi. O'z navbatida, chiqindi tosh hech qanday tarzda sensori va damperni "bezovta qilmaydi" va boshqa qutiga - axlatxonaga tushadi.

Radiometrik rudalarni saralashning soddalashtirilgan diagrammasi (zamonaviy komplekslar ancha murakkab)

Ta'riflangan sxema taxminiy, fundamentaldir: korxonalarda rudani boshqa ma'lum usullar bilan saralashga hech narsa to'sqinlik qilmaydi. Biroq, amaliyot shuni ko'rsatdiki, ular uran rudalari uchun juda mos emas. Shu sababli, radiometrik saralash - radiatsiya detektorlari bilan - asta-sekin asosiy texnologiyaga aylandi.

Darhaqiqat, rudani saralashda ma'lum bir o'rta toifa ham ajralib turadi, uran tarkibiga ko'ra, boy ruda yoki chiqindi jinslar sifatida tasniflanishi mumkin emas. Boshqacha qilib aytganda, uni gidrometallurgiya zavodiga jo'natish qimmatga tushadi (vaqt va reagentlarni behuda sarflash) va uni axlatxonalarga yuborish juda achinarli. Bunday past navli ruda katta-katta uyumlarda to‘planib, ochiq havoda sulfat kislota bilan sepiladi, uran asta-sekin eritiladi. Olingan eritma keyingi ishlov berish uchun pompalanadi.

Gidrometallurgiya zavodida boy ruda yana maydalanib, deyarli chang holatiga keltiriladi va keyin eritiladi.

Ruda turli tegirmonlarda maydalanadi - masalan, barabanli tegirmonlarda: maydalangan material va to'p o'qi kabi metall sharlar aylanadigan ichi bo'sh baraban ichiga quyiladi. Aylanish vaqtida to'plar ruda bo'laklariga tegib, ularni maydalab, changga aylantiradi.

Ezilgan ruda "ochiladi", ya'ni qisman eritiladi, sulfat yoki nitrat kislotasi yoki ikkalasining aralashmasi bilan ishlov beriladi. Natijada ko'plab aralashmalarni o'z ichiga olgan uran eritmasi paydo bo'ladi. Ba'zida uran rudasida tabiiy karbonatlar ko'p bo'lsa, kislota ishlatilmaydi. Aks holda, sodani sirka bilan o'chirishni eslatuvchi reaktsiya paydo bo'ladi - karbonat angidridning intensiv chiqishi bilan va reagent isrof bo'ladi. Qanday bo'lish kerak? Ma'lum bo'lishicha, bunday minerallarni soda eritmasi yordamida "ochish" mumkin. Natijada siz keyingi qayta ishlash uchun ishlatiladigan uran eritmasini ham olasiz.

Ammo erimagan ruda qoldiqlarini eng ekologik toza ob'ektlarga emas, balki maxsus chiqindixonalarga yuborish kerak. Saralash jarayonida ajratilgan chiqindi jinslarni esga olish kerak: u axlatxonalarga joylashtiriladi. Ikkala chiqindilar ham, chiqindixonalar ham oz miqdorda uranni o'z ichiga oladi, bu ularni potentsial xavfli qiladi. Shu munosabat bilan savol tug'iladi: ishlab chiqarishni tabiatga minimal zarar etkazadigan va ishchilar xavfsizligini ta'minlaydigan tarzda tashkil qilish mumkinmi?

Bu mumkin va u uzoq vaqt davomida qo'llanilgan. Ko'rib chiqilayotgan ekstraksiya usuli in-situ yuvish deb ataladi. Uning mohiyati shundaki, dala ko'plab quduqlar bilan "teshilgan". Ularning ba'zilari, in'ektsiya kameralari deb ataladi, sulfat kislotasi bilan oziqlanadi, u chuqurlikka tushadi, rudadan o'tadi va uranni eritadi. Keyin boshqa nasos quduqlari orqali yer ostidan qimmatbaho metall eritmasi olinadi.

Nima bo'ladi: axlat yo'q, qoldiq yo'q, chang yo'q, erda hech qanday teshik yoki kutilmagan teshiklar yo'q, lekin oxirida - xuddi shu uran eritmasi? Ha. Bundan tashqari, quduqni er ostidan yuvish usulidan foydalangan holda, ochiq yoki er osti usulida qazib olish iqtisodiy jihatdan foydasiz bo'lgan juda kambag'al rudalar ishlab chiqariladi. Ammo bunday afzalliklar to'plami bilan kamchiliklar bo'lishi kerak! Xo'sh, birinchi navbatda, sakkiz yuz metrdan chuqurroq quduqlarni burg'ulash xarajat nuqtai nazaridan mantiqiy emas. Ikkinchidan, usul zich, gözenekli bo'lmagan rudalarda ishlamaydi. Uchinchidan, sulfat kislota hanuzgacha daladagi er osti suvlarining tarkibi va harakatini buzadi, garchi bu buzilishlar vaqt o'tishi bilan o'z-o'zidan "hal qilinadi". Agar eritma er yuzasiga to'kilsa yoki aylanma yo'l bilan - yoriqlar va yoriqlar bo'ylab - er osti suvlariga kirsa, bu ancha xavflidir. Shuning uchun jarayon nazorat quduqlarini burg'ulash orqali yaqindan nazorat qilinadi.

Quduqni joyida yuvish

Yuqorida aytib o'tilgan muammolarni oldini olish uchun er osti yuvishning "shaxta" versiyasi ixtiro qilindi: kondagi ruda bloklari portlashlar bilan maydalanadi, so'ngra uran eritmasini pastdan olib, yuvish eritmasi (sulfat kislotasi) bilan quyiladi. drenaj tizimi.

Har holda, in-situ yuvish bugungi kunda uran qazib olishning eng ekologik toza usuli hisoblanadi. Bu uning mashhurligining portlovchi o'sishining sabablaridan biridir. Agar 2000-yilda uranning bor-yo‘g‘i o‘n besh foizi yer osti yuvish yo‘li bilan qazib olingan bo‘lsa, bugungi kunda bu ko‘rsatkich deyarli ellik foizga yaqin!

In-situ yuvish uran qazib olishning etakchi texnologiyasiga aylanadi

Odatda, uran konlari ionlashtiruvchi nurlanish datchiklari yordamida qidiriladi; aniqrog'i, gamma nurlanishi. Birinchidan, bunday datchiklar bilan jihozlangan samolyot hudud bo'ylab uchadi. U faqat radiatsiya anomaliyasini aniqlay oladi - maydon ustidagi bir oz ko'tarilgan fon. Keyin vertolyot ishga tushiriladi, u istiqbolli saytning chegaralarini sekinroq va aniqroq "belgilaydi". Oxir-oqibat, qidiruvchilar bu hududga o'lchash asboblari va burg'ulash asboblari bilan kelishadi. Ularning ish natijalariga ko‘ra uran rudalarining paydo bo‘lish xaritasi tuziladi va ishlab chiqarish tannarxi hisoblab chiqiladi.

Biroq, uran rudasi konlari boshqa yo'llar bilan o'zini signal berishi mumkin. Masalan, ularning ustida o'sadigan o'simliklarning ko'rinishini o'zgartirib: o't barglari, odatda pushti, oq rangga aylanadi; Blueberry mevalari yashil yoki oq rangga aylanadi. Kon ustida oʻsgan archaning chuqur ildizlari uranni yaxshi oʻzlashtiradi va u shox va ignalarda toʻplanadi. Ularni kulga aylantirish va uran miqdorini tekshirish orqali siz yadro energiyasining asosiy metallini ushbu sohada qazib olishga arziydimi yoki yo'qligini tushunishingiz mumkin.

Tozalik salomatlik garovidir (yadro reaktori)

Rudani "ochish" yoki er osti yuvish jarayonida olingan uran eritmasi ayniqsa toza emas. Boshqacha qilib aytganda, urandan tashqari, u er qobig'ida joylashgan bir qator kimyoviy elementlarni o'z ichiga oladi: natriy va kaliy, kaltsiy va magniy, temir, nikel va mis - va boshqalar. Bunday qalin "kompot" hosil bo'lishiga hayron bo'lmaslik kerak, chunki sulfat kislota yuqori kimyoviy faol va ko'plab tabiiy moddalarni eritib yuboradi; Bu hamma ruda emasligi yaxshi. Ammo yadro yoqilg'isini yaratish uchun sizga eng toza uran kerak bo'ladi. Agar uran atomlari orasida bu erda va u erda nopoklik atomlari bo'lsa, reaktor ishga tushmasligi yoki undan ham yomoni, parchalanishi mumkin. Bunday muammolarning sabablari juda tez orada muhokama qilinadi, ammo hozircha biz uranni tozalash vazifasini qo'yishimiz mumkin. Va uni tashish uchun qulay, qattiq shaklda olish ham maqsadga muvofiqdir. Haqiqatan ham, echimlar tashish uchun mos emas: ular juda ko'p to'kishni yoki qochqinlardan oqib chiqishni "yoqadi".

Sanoatda bu muammo bir necha usul bilan hal qilinadi. Birinchidan, eritma uran - sorbentlarni to'playdigan maxsus materiallardan o'tkazish orqali konsentratsiyalanadi. Tozalash uchun birinchi imkoniyat paydo bo'ladi: sorbentlar shunday tanlanadiki, boshqa elementlar ularga deyarli "o'tirmaydi" va eritmada qoladi. Keyin uran sorbentdan, masalan, xuddi shu sulfat kislota bilan yuviladi. Asl eritmaning hajmiga nisbatan "yuvish" uchun juda kam kislota kerakligi tushuntirilmasa, bu protsedura ma'nosiz ko'rinishi mumkin. Shunday qilib, ular ikkita qushni bitta tosh bilan o'ldiradilar: ular uran kontsentratsiyasini oshiradi va keraksiz aralashmalarni qisman olib tashlaydi.

Tozalashning ikkinchi bosqichi qattiq uran birikmalarini ishlab chiqarish bilan bog'liq. Ular taniqli "tibbiy" reagentlar: ammiak, vodorod periks, shuningdek gidroksidi yoki karbonatlarni qo'shib konsentrlangan eritmadan cho'ktiriladi. Shuni ta'kidlash kerakki, uran metall sifatida cho'kmaydi; uning yuqori kimyoviy reaktivligi tufayli metall shaklida olish odatda oson emas - bu allaqachon aytib o'tilgan. Ko'rsatilgan regentlar ta'sirida turli xil kam eriydigan uran birikmalari apparat tubiga cho'kadi. Quritilgan va maydalangan, ular tortga ko'rinadigan o'xshashligi tufayli ko'pincha "sariq tort" deb ataladigan sariq kukundir. Uni yuqori haroratda kuydirib, ular uran oksidlarining kamroq chiroyli aralashmasini olishadi - iflos yashil yoki hatto qora.

Sariq tort uranni boyitish zavodlariga yuborilishi mumkin

Yellowcake yoki uran oksidlari aralashmasi radiatsiya nuqtai nazaridan deyarli xavfsizdir. Shuning uchun, tashish uchun ular ikki yuz litrli metall barrellarga yoki maxsus idishlarga yuklanadi. Bunday konteynerdan bir metr masofada bo'lish kosmik nurlanish ta'siriga uchragan samolyotda uchish kabi "zararli" emas. Ammo ko'pchilik uchishdan qo'rqmaydi! Shunday qilib, sariq kek bochkalaridan qo'rqish uchun hech qanday sabab yo'q.

Uran birikmalarini cho'ktirishda ular aralashmalarning aksariyati eritmada qolishi uchun jarayonni o'tkazishga harakat qiladilar. Ammo ularning ba'zilari hali ham "buzib o'tishga" muvaffaq bo'lishadi. Mahsulotlar tarkibida neytronlarni kuchli singdiruvchi elementlar - bor, kadmiy, noyob tuproq metallari bo'lsa, ayniqsa yomon. Hatto mikrokonsentratsiyalarda ham ular bo'linish zanjiri reaktsiyasini oldini olishlari mumkin. Kontaminatsiyalangan urandan yoqilg'i ishlab chiqargandan so'ng, uzoq vaqt davomida reaktor nima uchun normal ishlashni xohlamaydi, degan savol tug'iladi.

Bundan tashqari, kiruvchi aralashmalar yadro yoqilg'isining plastisiyasini kamaytiradigan va harorat oshishi bilan uning shishishi va kengayishiga olib keladigan elementlarni o'z ichiga oladi. Bularga tabiiy ravishda keng tarqalgan kremniy va fosfor, shuningdek volfram va molibden kiradi. Aytgancha, plastika odatda materialning shakli va hajmini yiqilmasdan o'zgartirish qobiliyati deb ataladi. Bu yoqilg'i uchun juda muhim, unda sodir bo'ladigan yadroviy zanjir reaktsiyasi tufayli o'zini ichkaridan isitadi va shuning uchun harorat deformatsiyalarini boshdan kechiradi. Yuqori harorat uran yoqilg'isining haddan tashqari kengayishiga olib kelmasligi kerak, aks holda u himoya qobig'ini yorib yuboradi va sovutish suvi bilan aloqa qiladi. Bunday "aloqa" ning oqibati uranning radioaktiv parchalanish mahsulotlarini issiq sovutish suvida (ko'pincha suvda) erishi va keyinchalik barcha quvurlar va apparatlar bo'ylab tarqalishi bo'lishi mumkin. Ehtimol, bu energiya blokidagi radiatsiyaviy vaziyatni yomonlashishiga tahdid solayotganini tushuntirishning hojati yo'q: texnik xizmat ko'rsatuvchi xodimlar tomonidan qabul qilingan dozalar sezilarli darajada oshadi.

Ular aytganidek, xafa bo'lishdan ko'ra xavfsizroq bo'lish yaxshiroqdir. Shuning uchun, tozalash deb ataladigan uchinchi - oxirgi - tozalash bosqichi ham talab qilinadi. Bochkalar yoki konteynerlarda etkazib beriladigan uran birikmalari kislotada, endi nitrat kislotada eritiladi. Olingan eritma ekstragent bilan aloqa qiladi - uranni o'zlashtiradigan suyuq organik modda, ammo aralashmalar emas. Shunday qilib, keraksiz elementlar eritmada qoladi va uran "organiklarga" kiradi. Bir qator keyingi operatsiyalar natijasida u yana allaqachon kerakli "reaktor" tozaligiga ega bo'lgan oksidlar shakliga keltiriladi.

Endi hamma narsa yaxshi va siz keyingi bosqichga o'tishingiz mumkin - uran-235 konsentratsiyasini sun'iy ravishda oshirish.

Boy bo'lish sirlari

Bobning boshida, uran izotoplarining tabiiy aralashmasida juda kam bo'linadigan uran-235 va juda ko'p "dangasa" uran-238 borligi aytib o'tilgan: birinchisining ettita atomi uchun taxminan to'qqiz yuz to'qson bor. -ikkinchining uchta atomi. Bu hozirda ishlayotgan ko'pgina reaktorlar uchun mos emas. Ular tabiiy urandagi kabi bir nechta emas, minglab uran atomlaridan bir necha o'nlab atomlar izotop-235 ga tegishli bo'lgan yoqilg'iga muhtoj. Va bomba yaratish uchun deyarli sof uran-235 juda zarur.

Uranni boyitish muammosini hal qilish, ya'ni parchalanuvchi izotop tarkibini oshirish juda qiyin. Aftidan, qanday qilib? Axir, kimyo aralashmalardan moddalarni ajratib olishning keng ko'lamli usullariga ega. Bir tonna rudadan atigi bir necha yuz gramm uranni “tanlab olish” mumkin! Haqiqatan ham izotoplar bilan ham shunday qilish mumkin emasmi: qandaydir tarzda birini boshqasidan ajratib oling? Muammo shundaki, ma'lum bir elementning barcha izotoplarining kimyoviy xossalari bir xil, chunki ular yadro tarkibi bilan emas, balki elektronlar soni bilan belgilanadi. Boshqacha qilib aytganda, masalan, uran-235 eritmada qoladigan va uran-238 cho'kmaga tushadigan reaksiyani amalga oshirish mumkin emas. Har qanday manipulyatsiya bilan ikkalasi ham xuddi shunday yo'l tutadi. Xuddi shu tarzda, uglerod yoki kaliy izotoplarini kimyoviy ajratish mumkin bo'lmaydi - umuman, biron bir element.

Bunday parametr mavjud - uranning umumiy massasidagi uran-235 ning ulushini (foizda) ifodalovchi boyitish darajasi. Masalan, har ming kishiga yettita bo‘linuvchi atom to‘g‘ri keladigan tabiiy uranning boyitish darajasi 0,7% ni tashkil qiladi. Atom elektr stantsiyalaridan yadro yoqilg'isiga kelsak, bu ko'rsatkichni 3-5% gacha, atom bombasini to'ldirish uchun esa 90% va undan yuqori darajaga ko'tarish kerak.

Qanday bo'lish kerak? Izotoplar - hech bo'lmaganda minimal darajada - bir-biridan farq qiladigan xususiyatlarni topish kerak. Aqlga keladigan birinchi narsa bu atomning massasi. Darhaqiqat, uran-238 yadrosida uran-235 dan uchta ko'proq neytron mavjud; Bu dangasa izotopning og'irligi biroz ko'proq ekanligini anglatadi. Va massa inertsiya o'lchovidir va u harakatda namoyon bo'ladi, uranni boyitishning asosiy usullari maxsus yaratilgan sharoitlarda uning izotoplari harakatidagi farqlar bilan bog'liq.

Tarixiy jihatdan birinchi boyitish texnologiyasi elektromagnit izotoplarni ajratish edi. Nomidan ko'rinib turibdiki, elektr va magnit maydonlar qandaydir tarzda jarayonda ishtirok etadi. Haqiqatan ham, bu usulda ilgari olingan uran ionlari elektr maydon tomonidan tezlashtiriladi va magnit maydonga chiqariladi. Ionlar zaryadga ega bo'lganligi sababli, ular ma'lum bir radiusli yoy bo'ylab o'ralgan magnit maydonda "tashiladi". Misol uchun, magnit maydondagi uran nurlarining uchta oqimga bo'linishini eslashimiz mumkin - bu effekt Rezerford tomonidan kashf etilgan. Elektr zaryadiga ega bo'lgan alfa va beta zarralari to'g'ri yo'ldan chetga chiqadi, ammo gamma nurlanishi yo'q. Bunday holda, zaryadlangan zarracha magnit maydonda harakatlanadigan yoyning radiusi uning massasiga bog'liq: qanchalik og'ir bo'lsa, u shunchalik sekinroq aylanadi. Buni biri mashina boshqarayotgan, ikkinchisi yuk mashinasini boshqarayotgan ikki beparvo haydovchining keskin burilishiga moslashishga urinish bilan solishtirish mumkin. Ma'lumki, yengil avtomashina uchun manevr qilish ancha oson, yuk mashinasi esa sirpanib ketishi mumkin. Tez harakatlanuvchi uran-235 va uran-238 ionlari bo'lgan magnit maydonda shunga o'xshash narsa sodir bo'ladi. Ikkinchisi biroz og'irroq, katta inertsiyaga ega va ularning burilish radiusi biroz yuqoriroq: shu sababli uran ionlarining oqimi ikkiga bo'linadi. Majoziy ma'noda, siz ikkita qutini qo'yishingiz mumkin, ulardan birida parchalanuvchi izotop, uran-235, ikkinchisida - "keraksiz" uran-238 to'plashingiz mumkin.

Magnit maydonda zaryadlangan zarrachalarning traektoriyasi egilib, zarracha qanchalik engil bo'lsa, u shunchalik kuchli bo'ladi.

Elektromagnit izotoplarni ajratish usuli printsipi: engilroq uran-235 ionlari uran-238 ionlariga nisbatan kichikroq radiusli traektoriya bo'ylab magnit maydonda harakatlanadi.

Elektromagnit ajratish usuli, odatdagidek, sanoatda qo'llanilishini cheklaydigan mahsuldorlikdan tashqari, deyarli barcha jihatlarda yaxshi. Darhaqiqat, shu sababli, elektromagnit ajratish texnologiyasidan foydalangan holda Xirosimaga tashlangan "Kichik bola" bombasi uchun boyitilgan uran ishlab chiqaradigan Oak Ridjdagi Amerika Y-12 zavodi 1946 yilda yopildi. Aniqlik kiritish kerakki, Y-12 da ilgari boshqa samaraliroq usullar bilan boyitilgan uran yuqori darajada boyitilgan edi. Ularning takomillashtirilishi elektromagnit izotoplarni ajratish texnologiyasining tobutiga oxirgi mixni qo'zg'atgan narsa edi - u endi sanoatda qo'llanilmaydi.

Qizig'i shundaki, elektromagnit ajratish universal usul bo'lib, har qanday izotoplarni sof shaklda oz miqdorda ajratib olish imkonini beradi. Shu sababli, bizning Y-12 analogimiz - 418-zavod, hozirda Elektroximpribor zavodi (Lesnoy, Sverdlovsk viloyati) nomi bilan tanilgan, litiydan qo'rg'oshingacha qirq ettita kimyoviy elementning ikki yuzdan ortiq izotoplarini ishlab chiqarish texnologiyalariga ega. Bu shunchaki hayratlanarli raqamlar emas - zavod mahsulotlari haqiqatan ham olimlar, shifokorlar, sanoatchilarga kerak... Aytgancha, ular SU-20 uskunasida ishlab chiqariladi, boyitish darajasi yaqin bo'lgan qurol darajasidagi uran ishlab chiqarilgan. 1950-yillarning boshlarida 90% gacha.

Urushdan keyingi birinchi o'n yilliklar yadro qurollari arsenallarini faol to'plash davriga aylandi. Ushbu muammoni hal qilish eng ustuvor vazifa edi, shuning uchun xarajatlar hisobga olinmadi - uranni ommaviy boyitishni boshlash muhim edi. Asosiy e'tibor gazsimon diffuziyaga qaratildi - juda ko'p energiya talab qiladigan, lekin ayni paytda samarali boyitish texnologiyasi. Uning ildizlari gaz nazariyasi sohasida yotadi, ma'lum bir haroratda gaz molekulasining o'rtacha tezligi uning massasiga teskari proportsionaldir: u qanchalik og'ir bo'lsa, u shunchalik sekin harakat qiladi. Bu farq, ayniqsa, diametri molekula o'lchami bilan taqqoslanadigan nozik "naychalar" bo'ylab harakatlanayotganda seziladi. Aniq, garchi aniq bo'lmasa-da, misol qilib, qog'oz qayiqlarning oqimga tushirilishini keltirish mumkin: suv oqimi tomonidan olib ketilgan kichik qayiq tezda harakatlanadi; lekin agar siz qog'ozdan oqim o'lchamidagi katta kema yasasangiz, u sekinroq harakat qiladi va doimo qirg'oqlarga qarshi cho'tkasi bilan harakatlanadi. Uranga qaytsak, yadrodagi 235 nuklonli maqsadli izotop uran-238 ga qaraganda tezroq "naycha" bo'ylab harakatlanadi, deb aytishimiz mumkin. Undan chiqadigan mahsulot parchalanuvchi izotop bilan boyitilgan gaz bo'ladi. Bitta savol - uranni qanday qilib gazga aylantirish va bunday nozik "naychani" qaerdan olish kerak.

Uranni "gazlashtirish" gazlar nazariyasiga asoslangan texnologiyaning majburiy talabidir. Bu haqda hech narsa qila olmaysiz. Ammo barcha uran birikmalari bug'lanishi u yoqda tursin, erishi qiyin bo'lgan qattiq moddalardir. Garchi, agar siz bu haqda o'ylab ko'rsangiz, uran oltita ftor atomi bilan o'ralgan bo'lgan uran geksaftoridining juda muvaffaqiyatli birikmasi mavjud. U suyuqlik holatini chetlab o'tib, 56 o C haroratda osongina gazga aylanadi. Fizikada bunday jarayon odatda sublimatsiya yoki sublimatsiya deb ataladi. Bu hodisa uzoq vaqtdan beri ma'lum va buning ajablanarli joyi yo'q. Sublimatsiya, masalan, sovuqda kiyimlarni quritadigan qishloq uy bekalari tomonidan qo'llaniladi - muz quruq havoda bug'lanadi va shunchaki suyuqlik holatidan o'tadi.

Uran geksaftorid molekulasini shunday tasavvur qilishingiz mumkin

Ma’lum bo‘lishicha, uran geksaftorid texnologik nuqtai nazardan juda qulay. Oddiy haroratda u qattiq va maxsus idishlarda tashilishi mumkin. Past haroratlarda gazga aylanadi. Xo'sh, ma'lum bir bosim ostida qizdirilgan geksaflorid quvurlar orqali pompalanadigan suyuqlikka aylanadi.

Yana bir baxtli holat shundaki, tabiiy ftor faqat bitta izotopdan iborat - ftor-19. Bu shuni anglatadiki, uran-235 geksaftorid va uran-238 geksaftorid molekulalarining massalaridagi farq faqat uran izotoplari bilan aniqlanadi. Aks holda, ajratish juda qiyin yoki hatto imkonsiz bo'ladi, chunki ftor molekulalarning massasiga ortiqcha ta'sir qiladi.

Rossiyada uran geksaftoridini ishlab chiqarish konversiyalash orqali amalga oshiriladi - turli uran birikmalarini ftorlash, masalan, sariq kek yoki uran qazib olish korxonalaridan olingan oksidlar aralashmasi. Ushbu maqsadlar uchun molekulyar ftor tabiiy ftorit mineralidan olinadi. U sulfat kislota bilan ishlanib, gidroftorik kislota hosil bo'ladi, uning elektrolizi ftor hosil qiladi.

Qizig'i shundaki, ftorlanish ham uranni tozalashning to'rtinchi bosqichidir, chunki ko'pgina zararli aralashmalarning ftoridlari juda uchuvchan emas: geksaflorid ko'rinishidagi uran ulardan gaz fazasiga "uchib ketadi".

Uran geksaftoridning bitta katta kamchiligi bor: u agressiv va zaharli moddadir. Birinchidan, u suv yoki havodagi namlik bilan aloqa qilganda, zaharli gidroflorik kislota chiqariladi. Ikkinchidan, uranning o'zi barcha organlarga ta'sir qiladigan umumiy hujayrali zahardir. (Qizig'i shundaki, uning zaharliligi kimyoviy xususiyatga ega va deyarli radioaktivlik bilan bog'liq emas). Shuning uchun bir vaqtning o'zida ikkita xavfni o'zida birlashtirgan uran geksaftoridni maxsus metall idishlarda va qattiq nazorat ostida tashish va saqlash kerak. Shu bilan birga, aholi va atrof-muhit xavfsizligi ta'minlanadi.

Demak, gaz bor; yupqa "naychalar" haqida nima deyish mumkin? Tegishli yechim gözenekli qismlar bo'lib chiqdi - juda ko'p kichik teshiklar bilan teshilgan plitalar. Ikkinchisining diametri o'n nanometrga teng bo'lishi kerak, shunda molekulalar ular orqali deyarli birma-bir o'tadi. Bunday kichik o'lchamdagi teshiklari bo'lgan qismlarni ishlab chiqarish zarurati ma'lum qiyinchiliklarni keltirib chiqardi, ammo shunga qaramay, muammo maxsus yondashuvlar - nikel sinterlash yoki bimetalik qotishmani tashkil etuvchi metallardan birini tanlab eritish yordamida hal qilindi.

Agar siz shunday g'ovakli bo'lakli quti yasasangiz va unga uran geksaftoridini solsangiz, yorug'lik izotopi bo'lgan molekulalar qismdan biroz tezroq o'tadi. Boshqacha aytganda, uning orqasida uran geksaftorid bo'linadigan izotopda biroz boyitiladi. Agar siz gazni keyingi shunga o'xshash qutiga yuborsangiz, boyitish darajasi kattaroq bo'ladi va hokazo. To'g'ri, yuqori darajada boyitish uchun qadamlar deb ataladigan birin-ketin o'rnatilgan minglab (!) kaskadlar kerak bo'ladi. Qanday qilib uranni bu bosqichlardan o'tkazish kerak? Faqat ko'plab kompressorlar yordamida uni pompalash orqali. Shuning uchun usulning kamchiliklari: katta energiya xarajatlari, millionlab kvadrat metr ishlab chiqarish maydonlarini qurish zarurati - ustaxonaning uzunligi bir kilometrga yetishi mumkin - va qimmatbaho materiallardan foydalanish. To'g'ri, bularning barchasi haqiqatan ham yuqori ko'rsatkichlar bilan qoplangan. Shuning uchun gazli diffuziya bilan boyitish texnologiyasi uzoq vaqtdan beri AQSh, Frantsiya va Xitoy kabi yadro gigantlari uchun asosiy texnologiya bo'lib qolmoqda va keyinchalik ularga qo'shilgan. Faqat so'nggi yillarda ular yanada tejamkor gaz santrifüjlash texnologiyasiga faol o'tishni boshladilar.

Gaz diffuziya bosqichining ishlash sxemasi

1960-yillarda gaz diffuziya texnologiyasidan foydalangan holda uranni boyitish bilan shug'ullangan Angarsk elektroliz kimyo zavodi (Irkutsk viloyati, Rossiya) Sovet Ittifoqida ishlab chiqarilgan barcha elektr energiyasining taxminan bir foizini (!) iste'mol qilgan. Unga energiya Bratsk va Irkutsk GESlari tomonidan etkazib berildi. Aslida, u SSSRda elektr energiyasining eng yirik iste'molchisi edi.

Umuman olganda, birinchi tajriba shuni ko'rsatdiki, gazsimon diffuziya muammoni hal qilishi mumkin, ammo juda katta xarajat. Qurollanish poygasiga kirgan Sovet Ittifoqiga uranni boyitish uchun yanada samarali va kamroq energiya talab qiladigan texnologiya kerak edi. Urushda zaiflashgan davlat uchun qudratli iqtisodiy va energetik salohiyatga ega Qo'shma Shtatlar bilan birga qolish unchalik oson emas edi. Bunga, jumladan, mamlakatning Yevropa qismida elektr energiyasi ishlab chiqarish quvvatlarining etishmasligi sabab bo'ldi: shuning uchun Sibirda boyitish zavodlari qurilgan, ular yirik gidroelektrostantsiyalardan quvvat olishlari mumkin edi. Biroq, gazli diffuziya zavodlari juda ko'p energiya iste'mol qildi, bu esa boyitilgan uran ishlab chiqarishni ko'paytirishni imkonsiz qildi. Shuning uchun SSSR muqobil texnologiya - gaz sentrifugasini sanoatda qo'llashda kashshof bo'lishi kerak edi.

Gazni sentrifugalash gazsimon uran geksaflorid bilan to'ldirilgan barabanni yuqori tezlikda aylantirishni o'z ichiga oladi. Markazdan qochma kuch ta'sirida og'irroq uran-238 geksaftorid baraban devoriga "bosiladi" va uning o'qida engilroq birikma bo'lgan uran-235 geksaftorid qoladi. Maxsus naychalar yordamida baraban markazidan biroz boyitilgan uranni, chetidan esa bir oz boyitilgan uranni olishingiz mumkin.

Gaz sentrifugasining ishlash diagrammasi

Texnik nuqtai nazardan, hozirgina muhokama qilingan baraban gaz santrifugasining aylanadigan qismi (rotori) hisoblanadi. U vakuumli korpusda to'xtovsiz aylanadi va igna juda bardoshli material - korunddan yasalgan surish podshipnikiga tayanadi. Materialni tanlash ajablanarli emas, chunki rotor tezligi sekundiga 1500 aylanishdan oshishi mumkin - kir yuvish mashinasi tamburidan yuz baravar tezroq. Mo'rt modda bunday ta'sirga dosh berolmaydi. Bundan tashqari, rulman eskirmasligi yoki qulab tushmasligi uchun rotor magnit maydonda osilgan bo'lib, u igna bilan korundga zo'rg'a bosadi. Ushbu texnika, shuningdek, santrifüj qismlarini ishlab chiqarishning yuqori aniqligi uni tez, lekin deyarli jimgina aylantirish imkonini beradi.

Gazsimon diffuziya holatida bo'lgani kabi, bitta sentrifuga dalada jangchi emas. Kerakli darajada boyitish va mahsuldorlikka erishish uchun ular o'n minglab (!) Mashinalardan iborat ulkan kaskadlarga birlashtiriladi. Oddiy qilib aytganda, har bir sentrifuga o'zining ikkita "qo'shnisi" ga ulangan. Rotorning yuqori qismidagi devordan tanlangan uran-235 miqdori kamaytirilgan geksaflorid uran oldingi sentrifuga yuboriladi; va rotorning pastki qismidagi aylanish o'qidan olingan uran-235 ga ozgina boyitilgan gaz keyingi mashinaga o'tadi. Shunday qilib, kerakli sifatli mahsulot olinmaguncha, har bir keyingi bosqichga ko'proq boyitilgan uran etkazib beriladi.

Masofaga cho'zilgan gaz sentrifugalarining kaskadlari

Bugungi kunda markazdan qochma bilan ajratish uranni boyitishning asosiy usuli hisoblanadi, chunki bu texnologiya gazsimon diffuziyaga nisbatan taxminan ellik baravar kam elektr energiyasini talab qiladi. Bundan tashqari, sentrifugalar diffuzion mashinalarga qaraganda kamroq hajmga ega, bu esa ishlab chiqarish hajmini oshirishni osonlashtiradi. Santrifugalash usuli Rossiya, Buyuk Britaniya, Germaniya, Niderlandiya, Yaponiya, Xitoy, Hindiston, Pokiston, Eronda qo'llaniladi; Frantsiya va AQShda gaz sentrifuga texnologiyasiga o'tish deyarli yakunlandi. Boshqacha qilib aytganda, gazsimon diffuziya uchun joy yo'q.

Foydalanish va takomillashtirishning uzoq tarixi tufayli rus gaz santrifüjlari dunyodagi eng yaxshisidir. Yarim asr davomida yuqori tezlikda harakatlanadigan avtomobillarning to'qqiz avlodi paydo bo'ldi, ular asta-sekin kuchliroq va ishonchli bo'ldi. Buning yordamida SSSR AQSh bilan "yadro poygasi" ga muvaffaqiyatli dosh berdi va eng muhim vazifa hal etilgach, erkin imkoniyatlar paydo bo'ldi. Buning samarasida mamlakatimiz nafaqat gaz sentrifugalarini yaratish va ishlab chiqarish, balki uranni tijorat asosida boyitish xizmatlarini ko‘rsatish bo‘yicha ham jahonda yetakchi o‘rinni egalladi.

Bizning gaz sentrifugalarimiz:

An'anaga ko'ra ular yarim metrdan bir metrgacha, diametri o'ndan yigirma santimetrgacha bo'lgan balandlikka ega;

Joyni tejash uchun ular bir-birining ustiga uch-etti qavatda joylashgan;

Ular o'ttiz yilgacha to'xtamasdan ishlashlari mumkin, rekord o'ttiz ikki yil.

Gaz santrifüj rotorining aylanish tezligi shundayki, elektr ta'minoti uzilganidan keyin u taxminan ikki oy davomida inertsiya bilan aylanadi!

Gaz santrifüjlari texnologiyasidagi bum yadro energetikasining faol rivojlanishi bilan bog'liq. Yadro stansiyalari foyda olishga yo'naltirilgan tijorat korxonalaridir va shuning uchun arzon yoqilg'i va shuning uchun arzon boyitish texnologiyalarini talab qiladi. Bu talab asta-sekin gazsimon diffuziyani ko'mdi.

Ammo gazni santrifüjlash o'z yutuqlariga tayanmasligi kerak. So'nggi paytlarda qirq yildan ortiq vaqtdan beri ma'lum bo'lgan lazerni boyitish usuli haqida tobora ko'proq eshitish mumkin. Ma’lum bo‘lishicha, aniq sozlangan lazer yordamida tanlab ionlashtirish, ya’ni zaryadlangan zarrachalarga, uran-235 birikmalariga aylantirish mumkin. Bunda uran-238 birikmalari ionlanmaydi, zaryadsiz qoladi. Hosil boʻlgan ionlarni neytral molekulalardan kimyoviy yoki fizik vositalar yordamida, masalan, magnit yoki zaryadlangan plastinka (kollektor) bilan tortish orqali oson ajratish mumkin.

Uranni lazer bilan boyitish uskunasining mumkin bo'lgan ish diagrammasi

Ko'rinishidan, lazer bilan boyitish juda samarali texnologiya, ammo uning iqtisodiy ko'rsatkichlari hali ham sir bo'lib qolmoqda. Laboratoriya versiyasidan sanoat foydalanishga o'tishga bo'lgan barcha oldingi urinishlar unumdorlikning etarli emasligi va uskunaning qisqa xizmat muddati "toshlarda singan". Ayni paytda AQShda bunday ishlab chiqarishni yaratishga yangi urinishlar olib borilmoqda. Ammo muvaffaqiyat qozongan taqdirda ham, iqtisodiy samaradorlik masalasi qoladi. Boyitish xizmatlari bozori yangi texnologiyani mavjudidan sezilarli darajada arzonroq bo'lsagina qabul qiladi. Ammo gaz sentrifugalari hali o'z imkoniyatlarining chegarasiga etib bormagan. Shu sababli, lazerni boyitishning bevosita istiqbollari juda noaniq bo'lib qolmoqda.

Uranni boyitishning bir qator boshqa usullari mavjud: termal diffuziya, aerodinamik ajratish, ion jarayoni, lekin ular amalda qo'llanilmaydi.

Uranni boyitish texnologiyalari haqida gap ketganda, ular nafaqat yadro yoqilg'isiga, balki bombaga ham yo'l ochishini unutmaslik kerak. Borgan sari samarali va ixcham ishlab chiqarish quvvatlarini yaratish yadro qurolining tarqalish xavfini keltirib chiqaradi. Aslini olganda, texnologiyaning rivojlanishi bombani yumshoq qilib aytganda, beqaror rejimlar yoki hatto yirik terroristik tashkilotlarga ega bo'lgan davlatlar tomonidan ishlab chiqariladigan vaziyatga olib kelishi mumkin. Va agar gaz diffuziyasi yoki gaz sentrifugasi zavodini e'tiborga olinmasdan qurish qiyin bo'lsa va ularni ishga tushirish katta hajmdagi maxsus materiallar va uskunalarni import qilishni talab qilsa, lazer bilan boyitish amalda maxfiylikni kafolatlaydi. Umuman olganda, mavjud mo'rt dunyo uchun xavf ortib bormoqda.

Uranni boyitish zavodlari boyitilgan uran mahsuloti (EUP) - zarur boyitish darajasiga ega uran geksaftoridini ishlab chiqaradi. U maxsus idishlarga joylashtiriladi va yadro yoqilg'isi ishlab chiqarish zavodlariga yuboriladi. Shu bilan birga, boyitish zavodlari tabiiy urannikidan past bo'lgan 0,3% boyitilgan uran geksaftoridini (DUHF) ham ishlab chiqaradi. Boshqacha aytganda, bu amalda sof uran-238. U qayerdan keladi? Mohiyatan, boyitish jarayoni chiqindi jinslardan qimmatbaho minerallarni ajratishga o'xshaydi. DUHF - bu to'liq bo'lmasa ham, uran-235 chiqarilgan chiqindi jinslarning bir turi. (Uran-238 dan parchalanuvchi izotopni yuz foiz ajratish iqtisodiy nuqtai nazardan foydasizdir). Qancha kamaygan uran geksaflorid ishlab chiqariladi? Bu uranni boyitishning zarur darajasiga bog'liq. Misol uchun, agar u VVER reaktorlari yoqilg'isidagi kabi 4,3% bo'lsa, tabiiy izotopik tarkibga ega bo'lgan o'n kilogramm uran geksaftorididan (0,7% uran-235), atigi bir kilogramm OUP va to'qqiz kilogramm DUHF olinadi. olingan. Bir so'z bilan aytganda, juda ko'p. Boyitish zavodlarining butun faoliyati davomida o'z saytlarida bir yarim million tonnadan ortiq DUHF maxsus konteynerlarda to'plangan, ulardan etti yuz ming tonnaga yaqini Rossiyada. Dunyo ushbu moddaga turlicha munosabatda bo'ladi, ammo DUHF qimmatli strategik xom ashyo ekanligi haqidagi fikr ustunlik qiladi (7-bobga qarang).

Ishlab chiqarish - so'zning yaxshi ma'nosida

Yadro yoqilg'isini ishlab chiqarish (ishlab chiqarish) boyitilgan uran mahsulotini uran dioksidiga kimyoviy aylantirishdan boshlanadi. Bu jarayon ikki asosiy usulda amalga oshirilishi mumkin. Ulardan birinchisi "ho'l" texnologiya deb ataladi va geksafloridni suvda eritib, ishqor ta'sirida kam eriydigan birikmalarni cho'ktirish va ularni vodorod atmosferasida kaltsiylashdan iborat. Ikkinchi texnologiya - "quruq" - ko'proq afzalroqdir, chunki u suyuq radioaktiv chiqindilarni chiqarmaydi: uran geksaflorid vodorod alangasida yondiriladi.

Ikkala holatda ham uran dioksidi kukuni olinadi, u kichik tabletkalarga bosiladi va ularga kuch berish uchun pechlarda taxminan 1750 o C haroratda sinterlanadi - oxir-oqibat, planshetlar yuqori harorat va harorat sharoitida "ishlashi" kerak bo'ladi. radiatsiya. Keyin planshetlar olmos asboblari yordamida silliqlash mashinalarida qayta ishlanadi. Ushbu bosqich zarur, chunki planshetning o'lchamlari va uning sirtining sifati juda aniq saqlanishi kerak. Alohida pellet ishlab chiqarishdagi kamchiliklar reaktorning issiqlik kengayishi paytida yoqilg'ining shikastlanishiga va buning natijasida atom elektr stantsiyasida radiatsiyaviy vaziyatning yomonlashishiga olib kelishi mumkin. Shuning uchun barcha uran dioksidi tabletkalari ehtiyotkorlik bilan nazoratdan o'tadi va keyin maxsus qutiga tushadi, u erda mashina ularni kichik niobiy qo'shilgan sirkoniydan tayyorlangan naychalarga joylashtiradi.

Palaflar bilan to'ldirilgan trubka yonilg'i elementi yoki qisqacha aytganda, yonilg'i elementi deb ataladi. Keyin korroziy gazlarni olib tashlash uchun yonilg'i tayog'i evakuatsiya qilinadi, ya'ni havo trubadan "so'riladi", inert gaz - sof geliy bilan to'ldiriladi va payvandlanadi. Yadro yoqilg'isini ishlab chiqarish jarayonining so'nggi bosqichi - yonilg'i tayoqlarini yonilg'i majmuasiga (FA) spacer panjaralari yordamida yig'ish. Ular strukturaning mustahkam bo'lishini va yonilg'i tayoqlarining bir-biriga tegmasligini ta'minlash uchun kerak. Aks holda, qobiq aloqa nuqtasida yonib ketishi mumkin va yoqilg'i ochiq bo'ladi va suv bilan aloqa qiladi, bu esa mutlaqo istalmagan.

Yadro yoqilg'isini ishlab chiqarishdagi operatsiyalar ketma-ketligi

Spacer panjaralari

Shunday qilib, yonilg'i yig'indisi sirkoniy yonilg'i tayoqlarining "to'plami" bo'lib, uning ichida yadro yoqilg'isi - parchalanuvchi izotop bilan boyitilgan uran dioksidi mavjud. Ushbu materiallarni tanlashni tushuntirish kerak. Yadro reaktorida yonilg'i agregati yuqori harorat va kuchli ionlashtiruvchi nurlanish oqimiga ta'sir qiladi, shuningdek, bosim ostida juda issiq suv bilan tashqaridan yuviladi. Shuning uchun yadro yoqilg'isi elementlari kimyoviy va radiatsiyaviy qarshilikka ega bo'lishi, issiqlikni yaxshi o'tkazishi va qizdirilganda juda kam kengayishi kerak, aks holda yonilg'i elementi qoplamasida yoriq paydo bo'lishi mumkin. Uran dioksidi va sirkoniy bu talablarni qondiradi. Shunga qaramay, yana bir bor eslatib o'tish kerakki, uran dioksidi planshetlari yonilg'i tayoqchalari ichida joylashgan va suv bilan faqat yonilg'i tayoqchasi qoplamasi orqali aloqa qiladi, lekin to'g'ridan-to'g'ri emas. Sovutgich bilan to'g'ridan-to'g'ri ta'sir o'tkazish juda istalmagan va faqat tsirkonyum qobiqlari vayron bo'lganda - masalan, ularda yoriqlar paydo bo'lganda paydo bo'ladi. Bunday holda, yadro yoqilg'isi tarkibidagi uranning radioaktiv parchalanish mahsulotlari suvda eriy boshlaydi, bu uning radioaktivligining oshishiga va atom elektr stantsiyasida radiatsiyaviy vaziyatning yomonlashishiga olib keladi. Shu sababli, yadro yoqilg'isini ishlab chiqarish aniqlik va doimiy monitoringni talab qiladigan murakkab va juda aniq ishdir.

Radiatsiya nuqtai nazaridan, yadro yoqilg'isini ishlab chiqarish alohida xavf tug'dirmaydi. Xavf ruda qazib olishdan ham pastroq, chunki tozalash jarayoni urandan barcha bog'liq radioaktiv moddalarni olib tashlaydi.

Biroq, boyitilgan uran bilan ishlaganda, kritik massa to'planishi va natijada, 2-bobda muhokama qilingan o'z-o'zini ushlab turadigan zanjir reaktsiyasi paydo bo'lishi mumkin. Bu xatolik, ish qoidalarini buzish natijasida yuzaga kelishi mumkin. , yoki hatto tasodifan. Dunyoda jami oltmishta shunday baxtsiz hodisalar ro'yxatga olingan, ulardan o'ttiz uchtasi AQShda va o'n to'qqiztasi SSSRda/Rossiyada. Mana, maishiy voqealarning ikkita misoli.

1961 yil 14 iyul, Sibir kimyo zavodi (boyitish ishlab chiqarish). Vakuum nasosining kengaytirish idishida joylashgan neftda yuqori boyitilgan geksaftorid (22,6%) bilan uran geksaftoridining to'planishi natijasida tanqidiy massa hosil bo'lishi. Yuzaga kelgan zanjir reaktsiyasi bilan birga kelgan nurlanishning portlashi natijasida operator sezilarli darajada nurlanish dozasini oldi va nisbatan engil shaklda bo'lsa ham, nurlanish kasalligiga chalingan.

1997 yil 15 may. Novosibirsk kimyoviy kontsentratlar zavodi (yadro yoqilg'isi ishlab chiqarish). Eritmalarni yig'ish uchun ikkita qo'shni idish tubida ularning deformatsiyasi tufayli yuqori darajada boyitilgan (90%) uran cho'kindisining to'planishi natijasida tanqidiy massa hosil bo'lishi. Yaxshiyamki, radiatsiya dozalari ahamiyatsiz edi.

Xulosa nima? Boyitilgan uranga juda ehtiyotkorlik bilan munosabatda bo'lish, barcha xavfsizlik talablariga rioya qilish va ular aytganidek, "shu jumladan, sizning boshingiz", ya'ni yuzaga kelishi mumkin bo'lgan xavflarni oldindan hisoblash kerak.

Xulosa qilib aytganda, biz VVER-1000 reaktorlari bo'lgan Rossiya atom elektr stantsiyalarida ishlatiladigan yoqilg'i agregatlarining taxminiy parametrlarini berishimiz mumkin.

Yoqilg'i pelleti balandligi 9 dan 12 millimetrgacha va diametri 7,6 millimetr bo'lgan silindrdir. Uran dioksididan iborat bo'lib, uning boyitish darajasi 3,3 dan 5,0% gacha.

Pelletlar uzunligi taxminan to'rt metr va diametri 9,1 mm bo'lgan 1% niobiy o'z ichiga olgan tsirkoniydan tayyorlangan yonilg'i tayoqchasiga joylashtiriladi. Yoqilg'i elementining devor qalinligi atigi 0,65 mm, shuning uchun bu uzunlikda u juda ehtiyotkorlik bilan ishlashni talab qiladi. Yoqilg'i elementi granulalar bilan to'liq to'ldirilmagan: granulalar qatlamining balandligi taxminan 3,5 metrni tashkil qiladi va ularning umumiy massasi taxminan 1,6 kilogrammni tashkil etadi, 62 gramm uran-235.

Yoqilg'i agregati (FA) 12-15 oraliq panjara yordamida 312 ta yonilg'i tayoqchasidan yig'iladi. Yoqilg'i yig'masining balandligi deyarli 4,6 metrga etadi, og'irligi esa 760 kg. Shu bilan birga, uran dioksidining massasi taxminan yarim tonnani tashkil etadi, qolgan qismi zirkonyum va boshqa metallardir. Yuqoridan qaralganda, yig'ilish yuz o'lchami 235 millimetr bo'lgan olti burchakli. Har bir to'plamda neytronlarni yaxshi singdiruvchi element bo'lgan bor karbidini o'z ichiga olgan reaktorni boshqarish rodlari uchun 19 ta kanal mavjud.

Reaktorda 163 ta yoqilg'i majmuasi mavjud bo'lib, u 80 tonna uran dioksidiga to'g'ri keladi, bu reaktorning 4 yillik ishlashi uchun etarli.

Har xil turdagi reaktorlar uchun yoqilg'i yig'ish variantlari

Mumkin variantlar

Shunday qilib, atom elektr stantsiyalari uchun eng keng tarqalgan yoqilg'i pelletlangan uran dioksidi bo'lib, unda uran bo'linadigan izotop (uran-235) bilan boyitilgan. Biroq, yadro yoqilg'isining boshqa turlari ham mavjud.

Uran dioksididan keyin eng keng tarqalgani MOX yoqilg'isi sifatida tanilgan aralash oksidli yoqilg'idir. Hozirda asosan uran va plutoniy-239 oksidlari aralashmasidan iborat MOX yoqilg'isi ishlab chiqariladi. Ushbu yoqilg'i "yadro poygasi" paytida to'plangan qurol darajasidagi plutoniy-239 ning ortiqcha miqdorini elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun ishlatishga imkon beradi.

Uran metalli yadro yoqilg'isi sifatida ham ishlatilishi mumkin. Uning afzalliklari yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi va bo'linadigan yadrolarning maksimal kontsentratsiyasi - yoqilg'ida oddiygina boshqa elementlar yo'q. Shu bilan birga, uran metall sifatida dioksidga nisbatan radiatsiya, kimyoviy va issiqlikka chidamliligi yomonroq, shuning uchun u sof shaklda juda kam qo'llaniladi. Metall yoqilg'ining parametrlarini yaxshilash uchun uranga ozgina molibden, alyuminiy, kremniy va sirkoniy qo'shiladi. Bugungi kunda uran metalli va uning qotishmalari faqat tadqiqot reaktorlarida qo'llaniladi.

Uran dioksidi o'rniga uran nitridi, ya'ni uning azot bilan birikmasidan foydalanish mumkin. Nitrid yoqilg'isi dioksid yoqilg'isi bilan solishtirganda yuqori issiqlik o'tkazuvchanligiga va taqqoslanadigan erish nuqtasiga (2855 o C) ega. Uran nitridi so'nggi reaktorlar uchun istiqbolli yoqilg'i hisoblanadi. Mamlakatimizda nitrid yoqilg'isiga katta e'tibor beriladi, chunki u tez neytron reaktorlarining keyingi avlodida qo'llanilishi rejalashtirilgan.

Uran uglerod-karbidlar bilan birikmalar hosil qilishga qodir. Karbidlarni reaktorlar uchun yoqilg'i sifatida ishlatish imkoniyati o'tgan asrning 60-70-yillarida jadal o'rganilgan. Biroq, so'nggi yillarda plastinka yonilg'i elementlari va mikroyonilg'i elementlarining rivojlanishi tufayli ushbu turdagi yoqilg'iga qiziqish yana paydo bo'ldi. Karbidlarning ijobiy xususiyatlari - yaxshi issiqlik o'tkazuvchanligi, yuqori erish nuqtasi, yuqori qattiqlik, kimyoviy va termal barqarorlik, shuningdek, mikroyonilg'i elementlari uchun ayniqsa muhim bo'lgan keramik qoplamalar bilan muvofiqligi. Uran karbid yoqilg'isi yangi avlod reaktorlarining ayrim turlari, xususan, gaz bilan sovutilgan tez reaktorlar uchun maqbul variant bo'lishi mumkin.

Shunga qaramay, Yerdagi reaktorlarning katta qismi uran dioksididan tayyorlangan yadro yoqilg'isida ishlaydi. An'ananing kuchi, ta'bir joiz bo'lsa.

Rossiya yoqilg'i aylanishi

Endi tog'-kon va qayta ishlash sanoatining ishlash xususiyatlari bilan tanishib chiqqandan so'ng, bizning mahalliy yoqilg'i aylanish tarixi va hozirgi holatiga qisqacha nazar tashlasak arziydi. Biz, albatta, uran qazib olishdan boshlashimiz kerak.

Dastlab uran rudalari mahalliy olimlarni faqat radiy manbai sifatida qiziqtirgan. 1900 yilda professor I.A. Antipov Sankt-Peterburg Mineralogiya jamiyati yig‘ilishida Farg‘onadan, Tyuya-Muyun tog‘ tizmasidan olib kelingan namunalarda uran mineralining topilganligi haqida ma’ruza qildi. Keyinchalik bu mineral tyuyamunit nomini oldi. 1904 yilda ushbu konda qidiruv ishlari boshlandi, 1908 yilda Sankt-Peterburgda uran rudasini qayta ishlovchi tajriba zavodi qurildi, 1913 yilda Tyuyamuyun radiy qazib olish bo'yicha xalqaro aksiyadorlik jamiyati tashkil etildi.

Birinchi jahon urushi boshlanganda, konda ish deyarli to'xtadi va faqat 1922 yilda Tyuya-Muyunga sakkiz mutaxassisdan iborat ekspeditsiya yuborildi. Shuningdek, 1922 yilda, inqilobdan keyingi og'ir sharoitlarda, basmachi to'dalari tomonidan o'ralgan holda, sanoat rudalarini qayta tiklash mumkin edi. Bu 1936 yilgacha davom etdi, ikki yuz metr chuqurlikdagi mo'l-ko'l er osti suvlari konning rivojlanishini to'xtatdi. Biroq, bu muammo jiddiy bo'lib qolmadi, chunki Uxta daryosidagi "Suv baliqchiligi" da radiy ishlab chiqarish yo'lga qo'yilgan - radioaktiv metal er osti sho'r suvlaridan olingan. Uranning o'zi o'sha yillarda hech kimni unchalik qiziqtirmasdi, chunki u sanoatda deyarli ishlatilmagan.

Uran konlariga qiziqishning yangi o'sishi 1940-yillarning boshlarida, SSSR Qo'shma Shtatlar tomonidan yuzaga kelgan yadroviy tahdidga javob berish zarurati bilan duch kelganida, ya'ni mahalliy yadro qurolini yaratish zarurati tug'ilganda sodir bo'ldi.

Birinchi Sovet atom bombasi uchun uran butun mamlakat bo'ylab va undan tashqarida asta-sekin to'plangan. 1943 yilda Tojikistondagi Taboshar konida zamonaviy standartlarga ko'ra uran qazib olish boshlandi, unumdorligi yiliga atigi 4 tonna uran tuzi edi. Bundan tashqari, P.Ya.ning xotiralariga ko'ra. SSSR birinchi geologiya vaziri Antropovning so'zlariga ko'ra, "Pomir tog' yo'llari bo'ylab qayta ishlash uchun uran rudalari eshak va tuyalarda qoplarda tashilgan. O‘shanda na yo‘llar, na tegishli jihozlar yo‘q edi”.

1944-1945 yillarda Yevropa fashistlardan ozod bo‘lgach, SSSR Bolgariyadagi Goten konidan, Chexoslovakiyaning Jachimov konlaridan va Germaniya Saksoniya konlaridan uran rudalariga ega bo‘ldi. Bundan tashqari, 1946 yilda Tyuya-Muyunskiy koni qayta ishga tushirildi, ammo u umumiy ishga alohida hissa qo'shmadi.

1950-yillarda Lermontov ishlab chiqarish birlashmasi "Almaz" Beshtau va Byk tog'lari (Stavropol o'lkasi) konlarida uran qazib olishni boshladi. Ayni paytda ular Janubiy Qozog‘iston va O‘rta Osiyo konlarini o‘zlashtira boshladilar.

1991 yildan keyin o'zlashtirilgan konlarning ko'pchiligi Rossiya chegaralaridan tashqarida, mustaqil davlatlarda tugadi. Shu paytdan boshlab Priargunskiy sanoat kon-kimyo birlashmasida (Trans-Baykal o'lkasi) asosiy uran qazib olish shaft usuli yordamida amalga oshiriladi. Bundan tashqari, quduqni in-situ yuvish texnologiyasidan foydalanadigan ikkita korxona - Xiagda (Buryatiya Respublikasi) va Dalur (Qo'rg'on viloyati) asta-sekin kuchayib bormoqda. Yakutiyada ishlab chiqarish quvvatlarini loyihalash ishlari olib borilmoqda. Shuningdek, qazib olish uchun istiqbolli hududlar mavjud - Transbaykal, G'arbiy Sibir, Shimoliy Yevropa...

Rossiya tasdiqlangan uran zaxiralari bo'yicha dunyoda uchinchi o'rinda turadi.

Rossiyaning uran qazib olish korxonalari Rosatomga tegishli ARMZ Uran xoldingi (www.armz.ru) tomonidan boshqariladi, biroq Davlat korporatsiyasi Uranium One Inc (www.uranium1.com) xalqaro kompaniyasi tomonidan boshqariladigan xorijiy aktivlarga ham ega. Ushbu ikki tashkilotning faoliyati tufayli Rosatom uran birikmalarini ishlab chiqarish bo'yicha dunyoda uchinchi o'rinni egalladi.

Tabiiy uran ishlab chiqarish bo'yicha jahon bozoridagi vaziyat (2014)

Uranni qayta ishlash, konvertatsiya qilish va boyitish, shuningdek, yadro yoqilg'isini ishlab chiqarish uchun tog'-kon sanoati korxonalarining butun majmuasi egallaydi. Ularning aksariyati 1950 va 1950 yillarga to'g'ri keladi, bu yadro qurollarining faol to'planishi davri. Bugun ular sof tinch sanoat – atom energetikasi uchun mehnat qilib, xorijiy kompaniyalarga o‘z xizmatlarini ko‘rsatmoqda.

Rossiyada to'rtta boyitish zavodi mavjud bo'lib, ulardan ba'zilari uran birikmalarini yakuniy tozalash (tozalash) va ftorlash (konversiyalash) bo'yicha operatsiyalarni ham amalga oshiradi.

Sverdlovsk-44-da D-1 uranni boyitish uchun birinchi gaz diffuziya zavodi 1949 yil noyabr oyida ishlay boshladi. Dastlab, uning mahsulotlarini Sverdlovsk-45 (Lesnoy) shahridagi bo'lajak Elektroximpribor zavodining SU-20 o'rnatishida yanada boyitish kerak edi, ammo bir necha yil o'tgach, D-1 o'z-o'zidan bardosh bera boshladi va o'sishni boshladi. Va 1967 yildan boshlab diffuziya kaskadlarini santrifüj kaskadlari bilan almashtirish boshlandi. Bugungi kunda demontaj qilingan D-1 o'rnida uranni boyitish bo'yicha dunyodagi eng yirik korxona - Ural elektrokimyo zavodi (Novouralsk, Sverdlovsk viloyati) joylashgan.

1953 yilda Tomsk-7da kelajakdagi Sibir kimyo zavodi (Seversk, Tomsk viloyati) ishlay boshladi, u 1973 yildan boshlab asta-sekin gaz sentrifuga texnologiyasiga o'tishni boshladi. Birinchi boyitilgan uran Angarsk elektroliz kimyo zavodidan (Angarsk, Irkutsk viloyati) 1957 yilda olingan va diffuziya apparatlarini sentrifugalar bilan almashtirish 1985 yilda boshlangan. Nihoyat, 1962 yil Krasnoyarsk-45 (hozirgi Zelenogorsk, Krasnoyarsk o'lkasi) da Elektrokimyo zavodi ishga tushirilgan yil bo'ldi. Bir necha yil o'tgach, u erda birinchi sentrifugalar o'rnatildi.

Bu qisqacha xulosa, albatta, o‘sha og‘ir davr haqiqatlarini aks ettirmaydi. Garchi yopiq shaharlarning yashirin, "raqamli" nomlaridan va o'simliklarning noaniq nomlaridan Sovet Ittifoqi o'zining boyitish sirlarini ehtiyotkorlik bilan saqlaganligini tushunish mumkin. Biroq, asosiy ishlab chiqarish ob'ektlarining joylashuvi Amerika razvedkasiga ma'lum bo'ldi. Ammo u, ular aytganidek, gaz santrifüj texnologiyasiga faol o'tishni sog'indi. Ehtimol, bu bizning raqobatchilarimizning biroz xotirjamligiga sabab bo'ldi: SSSRda yanada samarali va samarali texnologiya joriy etilayotganini bilmagan holda, davlatlar dastlab tanlangan usulga - gazli diffuziyaga yopishib olishdi. Shubhasiz, hozirgi vaziyat Sovet Ittifoqining qo'lida o'ynadi va tezda yadroviy paritetga erishishga imkon berdi. Shu bilan birga, sovet olimlari va muhandislarining yuqori samarali gaz sentrifugalarini yaratish bo'yicha ilg'or ishlanmalari behuda ketmadi, bu Rossiyani uranni boyitish va sentrifuga ishlab chiqarish bo'yicha jahon bozorida yetakchi o'ringa olib chiqdi.

To'rtta zavoddan boyitilgan uran mahsuloti Mashinasozlik zavodiga (Elektrostal, Moskva viloyati) va Novosibirsk kimyoviy kontsentratlar zavodiga (shu nomdagi Novosibirsk viloyati), yadro yoqilg'isi ishlab chiqarishning to'liq tsikli amalga oshiriladi. Yoqilg'i tayoqlari uchun sirkoniy va yoqilg'i yig'ish uchun boshqa konstruktiv materiallar Chepetsk mexanika zavodi (Glazov, Udmurt Respublikasi) tomonidan etkazib beriladi - bu Rossiyadagi yagona va dunyoda sirkoniy mahsulotlarini ishlab chiqaradigan uchinchi korxona.

Ishlab chiqarilgan yoqilg'i agregatlari Rossiya va xorijiy atom elektr stantsiyalariga etkazib beriladi va boshqa maqsadlar uchun reaktorlarda ham qo'llaniladi.

Uranni qayta ishlash, konvertatsiya qilish va boyitish, yadro yoqilg'isini ishlab chiqarish, gaz sentrifugalarini ishlab chiqarish korxonalari, shuningdek, loyiha va tadqiqot tashkilotlari Rosatomning TVEL yoqilg'i kompaniyasi (www.tvel.ru) tarkibida birlashtirilgan.

Ushbu kompaniya va unga a'zo korxonalarning ko'p yillik muvaffaqiyatli faoliyati natijasida "Rosatom" uranni boyitish sohasida eng yirik xizmat ko'rsatuvchi provayderlar ro'yxatini ishonchli tarzda egallab turibdi (jahon bozorining 36%).

Angarskda yadroviy yoqilg'i banki mavjud - uranni erkin bozorda sotib olish imkoniyatidan negadir mahrum bo'lgan mamlakat sotib olishi mumkin bo'lgan kafolat zaxirasi. Bu zahiradan yangi yadro yoqilg‘isi ishlab chiqarish va atom energetika sanoatining uzluksiz ishlashini ta’minlash imkoniyatiga ega bo‘ladi.

Rosatomning global yadro yoqilg'isi bozoridagi ulushi 17% ni tashkil etadi, buning natijasida Yerdagi har oltinchi quvvatli reaktor TVEL sinfidagi yoqilg'i bilan to'ldiriladi. Yetkazib berish Vengriya, Slovakiya, Chexiya, Bolgariya, Ukraina, Armaniston, Finlyandiya, Hindiston va Xitoyga boradi.

Uranni boyitish bo'yicha jahon bozorining yuqori qismi (2015 yil), quyida - jahon yoqilg'i ishlab chiqarish bozori (2015 yil)

Ochiqmi yoki yopiqmi?

Ta'kidlash joizki, ushbu bobda tadqiqot reaktorlari uchun yadro yoqilg'isini ishlab chiqarish, shuningdek, yadroviy suv osti kemalari va muzqaymoqlarga o'rnatilgan reaktorlar muhokama qilinmagan. Butun muhokama atom elektr stantsiyalarida ishlatiladigan yadro yoqilg'isiga bag'ishlandi. Biroq, bu tasodifan amalga oshirilmadi. Gap shundaki, atom elektr stantsiyalari va, masalan, atom suv osti kemalari uchun yoqilg'i ishlab chiqarish ketma-ketligi o'rtasida oddiygina tub farqlar yo'q. Albatta, kema va tadqiqot reaktorlarining o'ziga xos xususiyatlari bilan bog'liq texnologiyada og'ishlar bo'lishi mumkin. Masalan, birinchisi kichik o'lchamli va shu bilan birga juda kuchli bo'lishi kerak - bu muzqaymoq va bundan tashqari, manevrli yadro suv osti kemasi uchun mutlaqo tabiiy talab. Kerakli ko'rsatkichlarga uranni boyitishni ko'paytirish, ya'ni parchalanuvchi yadrolar kontsentratsiyasini oshirish orqali erishish mumkin - u holda kamroq yoqilg'i kerak bo'ladi. Ular aynan shunday qilishadi: kema reaktorlari uchun yoqilg'i sifatida ishlatiladigan uranni boyitish darajasi 40% atrofida (loyihaga qarab, u 20 dan 90% gacha bo'lishi mumkin). Tadqiqot reaktorlarida umumiy talab - maksimal neytron chiqishiga erishish va reaktordagi neytronlar soni ham bo'linadigan yadrolar soniga bevosita bog'liq. Shu sababli, ilmiy tadqiqotlar uchun mo'ljallangan qurilmalarda ba'zan atom elektr stantsiyasi reaktorlari yoqilg'isiga qaraganda ancha yuqori miqdorda uran-235 bilan yuqori boyitilgan uran ishlatiladi. Ammo bu boyitish texnologiyasini o'zgartirmaydi.

Reaktorning konstruktsiyasi yoqilg'ining kimyoviy tarkibini va yonilg'i tayog'i tayyorlangan materialni aniqlashi mumkin. Hozirgi vaqtda yoqilg'ining asosiy kimyoviy shakli uran dioksididir. Yoqilg'i tayoqlariga kelsak, ular asosan tsirkoniydir, ammo, masalan, BN-600 tez neytron reaktori uchun yoqilg'i tayoqlari zanglamaydigan po'latdan yasalgan. Bu suyuq natriyning BN reaktorlarida sovutish suvi sifatida ishlatilishi bilan bog'liq bo'lib, unda sirkoniy zanglamaydigan po'latdan tezroq parchalanadi (korroziyalanadi). Biroq, yadro yoqilg'isini ishlab chiqarish jarayonining mohiyati bir xil bo'lib qolmoqda - uran dioksidi kukuni boyitilgan uran mahsulotidan sintezlanadi, u planshetlarga bosiladi va sinterlanadi, planshetlar yonilg'i tayoqchalariga joylashtiriladi va yoqilg'i tayoqchalari yoqilg'iga yig'iladi. yig'ilishlar (FA).

Bundan tashqari, agar biz turli mamlakatlarning yadroviy yoqilg'i aylanishini ko'rib chiqsak, masalan, Rossiyada uran birikmalari konversiya paytida to'g'ridan-to'g'ri molekulyar ftor bilan ftorlanadi va chet elda ular birinchi navbatda gidroflorik kislota bilan, keyin esa ftor bilan ishlov beriladi. Farqni "ochish" rudasi, sorbentlar va ekstraktorlar uchun eritmalarning kimyoviy tarkibida topish mumkin; Jarayonlarning parametrlari farq qilishi mumkin ... Lekin bu yadro yoqilg'i aylanishining sxemasini o'zgartirmaydi. Asosiy farq faqat uning ochiq (ochiq) va yopiq (yopiq) versiyalari o'rtasida: birinchi holda, atom elektr stantsiyasida "ishlagandan" keyin yoqilg'i shunchaki chuqur omborda atrof-muhitdan ajratiladi, ikkinchisida esa u. qimmatli komponentlarni olish uchun qayta ishlanadi (7-bobga qarang). Rossiya yopiq tsiklni amalga oshiruvchi kam sonli davlatlardan biridir.

Rosatomning TVEL yoqilg'i kompaniyasining rolini ko'rsatadigan yopiq yoqilg'i aylanishiga misol

Yadro energetikasi reaktorining yadrosi (A.Z.ENR)- bu uning hajmining tarkibiy qismi bo'lib, unda yadro yoqilg'isi bo'linishining uzluksiz o'z-o'zini ta'minlaydigan zanjirli reaktsiyasini amalga oshirish va undan keyingi foydalanish uchun undagi issiqlikni muvozanatli ravishda olib tashlash uchun shartlar tizimli ravishda tashkil etilgan.

Termal yadroviy reaktorning yadrosiga nisbatan ushbu ta'rifning ma'nosi haqida o'ylab ko'rgan holda, bunday yadroning asosiy komponentlari yadro yoqilg'isi, moderator, sovutish suvi va boshqa tarkibiy materiallar ekanligini tushunish mumkin, chunki ular yadroviydir yadrodagi yoqilg'i va moderator va yadroning o'zi zonasi, agar iloji bo'lsa, demontaj qilinadigan texnologik blokni ifodalovchi reaktorga mahkam o'rnatilishi kerak.

Yadro yoqilg'isi odatda yadrodagi barcha parchalanadigan nuklidlarning yig'indisi sifatida tushuniladi. Ishlashning dastlabki bosqichida atom elektr stantsiyalarida ishlatiladigan issiqlik yadroviy reaktorlarining aksariyati sof uran yoqilg'isida ishlaydi, ammo kampaniya davomida ular ikkilamchi yadro yoqilg'isini - plutoniy-239 ni ishlab chiqaradi, ular hosil bo'lgandan so'ng darhol ishlab chiqarish tarkibiga kiradi. reaktorda neytronlarni ko'paytirish jarayoni. Shuning uchun, bunday yadroviy reaktorlardagi yoqilg'i kampaniyaning har qanday o'zboshimchalik bilan uchta bo'linuvchi komponentlarning kombinatsiyasi sifatida ko'rib chiqilishi kerak: 235 U, 238 U va 239 Pu. Uran-235 va plutoniy-239 reaktor spektridagi har qanday energiyaning neytronlari tomonidan parchalanadi va 238 U, yuqorida aytib o'tilganidek, faqat yuqori tezlikda (E > 1,1 MeV) neytronlar tomonidan bo'linadi.

Uran yadro yoqilg'isining asosiy xarakteristikasi uning dastlabki boyitilganligi (x) bo'lib, uran-235 yadrolarining barcha uran yadrolari orasidagi ulushini (yoki foizini) bildiradi. Va uranning 99,99% dan ko'prog'i ikkita izotopdan iborat - 235 U va 238 U, boyitish qiymati:
x = N 5 /N U = N 5 /(N 5 +N 8) (4.1.1)
Tabiiy uran metallida taxminan 0,71% 235 U yadrolari va 99,28% dan ortig'i 238 U. Uranning boshqa izotoplari (233 U, 234 U, 236 U va 237 U) tabiiy uranda shunday kichik miqdorda mavjudki, ular bo'lmasligi mumkin. hisobga olinadi.

Atom elektr stantsiyalari reaktorlarida 1,8 ÷ 5,2% gacha boyitilgan uran dengiz transporti atom elektr stansiyalari reaktorlarida ishlatiladi, yadro yoqilg'isining dastlabki boyitish darajasi 20 ÷ 45% ni tashkil qiladi. Atom elektr stantsiyalarida kam boyitilgan yoqilg'idan foydalanish iqtisodiy jihatlar bilan izohlanadi: boyitilgan yoqilg'ini ishlab chiqarish texnologiyasi murakkab, energiyani ko'p talab qiladi, murakkab va katta hajmli uskunalarni talab qiladi va shuning uchun qimmat texnologiya hisoblanadi.

Uran metalli termal jihatdan beqaror, nisbatan past haroratlarda allotropik o'zgarishlarga duchor bo'ladi va kimyoviy jihatdan beqaror, shuning uchun energiya reaktorlari uchun yoqilg'i sifatida qabul qilinishi mumkin emas. Shuning uchun reaktorlarda uran sof metall shaklida emas, balki boshqa kimyoviy elementlar bilan kimyoviy (yoki metallurgiya) birikmalar shaklida ishlatiladi. Bunday ulanishlar deyiladi yoqilg'i kompozitsiyalar.

Reaktor texnologiyasida eng keng tarqalgan yoqilg'i kompozitsiyalari:
UO 2, U 3 O 8, UC, UC 2, UN, U 3 Si, (UAl 3) Si, UBe 13.

Yoqilg'i tarkibining boshqa kimyoviy element(lar)i deyiladi yonilg'i suyultiruvchisi. Ro'yxatda keltirilgan yoqilg'i kompozitsiyalarining dastlabki ikkitasida suyultiruvchi kislorod, ikkinchi ikkitasida - uglerod, keyingilarida mos ravishda azot, kremniy, alyuminiy va berilliy.
Suyultirgichga qo'yiladigan asosiy talablar reaktordagi moderatorga qo'yiladigan talablar bilan bir xil: u elastik sochilish uchun yuqori mikroseksiyaga va termal va rezonansli neytronlarni singdirish uchun ehtimol pastroq mikroseksiyaga ega bo'lishi kerak.

Yadro energetikasi reaktorlarida eng keng tarqalgan yoqilg'i tarkibi uran dioksidi(UO 2), va uning suyultiruvchisi - kislorod - barcha ko'rsatilgan talablarga to'liq javob beradi .

Dioksidning erish nuqtasi (2800 o C) va uning yuqori issiqlik barqarorligi sizga ega bo'lishga imkon beradi yuqori harorat ruxsat etilgan ish harorati 2200 o S gacha bo'lgan yoqilg'i.

Yadro yoqilg'isi

Yadro yoqilg'isi deyarli foydalanishga tayyor.

Yadro yoqilg'isi- yadroviy bo'linish zanjiri reaktsiyasini amalga oshirish uchun yadro reaktorlarida ishlatiladigan modda. Yadro yoqilg'isi insoniyat tomonidan qo'llaniladigan boshqa yoqilg'i turlaridan tubdan farq qiladi, u juda yuqori samarali, ammo odamlar uchun juda xavflidir va juda jiddiy baxtsiz hodisalarga olib kelishi mumkin, bu esa xavfsizlik nuqtai nazaridan foydalanishga ko'plab cheklovlar qo'yadi. Shu va boshqa ko‘plab sabablarga ko‘ra yadro yoqilg‘isidan foydalanish har qanday turdagi organik yoqilg‘iga qaraganda ancha qiyin bo‘lib, undan foydalanishda ko‘plab maxsus texnik va tashkiliy tadbirlarni hamda u bilan shug‘ullanuvchi yuqori malakali kadrlarni talab qiladi.

umumiy ma'lumot

Yadro zanjiri reaktsiyasi yadroning ikki qismga bo'linishini o'z ichiga oladi parchalanish qismlari, bir vaqtning o'zida bir nechta (2-3) neytronlarning chiqishi bilan, bu esa, o'z navbatida, keyingi yadrolarning bo'linishiga olib kelishi mumkin. Bu parchalanish neytron asl moddaning atom yadrosiga urilganda sodir bo'ladi. Yadro bo'linishi paytida hosil bo'lgan parchalanish bo'laklari yuqori kinetik energiyaga ega. Moddada bo'linish bo'laklarini inhibe qilish katta miqdordagi issiqlikning chiqishi bilan birga keladi. Bo'linish bo'laklari to'g'ridan-to'g'ri bo'linish natijasida hosil bo'lgan yadrolardir. Bo'linish bo'laklari va ularning radioaktiv parchalanish mahsulotlari odatda deyiladi parchalanish mahsulotlari. Har qanday energiyaning neytronlari bilan bo'lingan yadrolar yadro yoqilg'isi deb ataladi (qoida tariqasida, bu toq atom raqamiga ega bo'lgan moddalardir). Faqat ma'lum bir chegara qiymatidan yuqori energiyaga ega bo'lgan neytronlar tomonidan bo'linadigan yadrolar mavjud (qoida tariqasida, bular juft atom raqamiga ega elementlardir). Bunday yadrolar xom ashyo deb ataladi, chunki neytron chegara yadrosi tomonidan ushlanganda, yadro yoqilg'isi yadrolari hosil bo'ladi. Yadro yoqilg'isi va xom ashyoning birikmasi yadro yoqilg'isi deb ataladi. Quyida 235 U yadroning bo'linish energiyasining turli bo'linish mahsulotlari o'rtasida taqsimlanishi (MeV da) keltirilgan:

Tabiiy uran uchta izotopdan iborat: 238 U (99,282%), 235 U (0,712%) va 234 U (0,006%). Yadro yoqilg'isi sifatida har doim ham mos kelmaydi, ayniqsa strukturaviy materiallar va moderator neytronlarni intensiv ravishda o'zlashtiradi. Bu holda yadro yoqilg'isi boyitilgan urandan tayyorlanadi. Termal neytron quvvatli reaktorlar uranni 6% dan kam boyitish bilan ishlatadi, tez va oraliq neytron reaktorlari esa 20% dan ortiq boyitish bilan uranni boyitadi. Boyitilgan uran maxsus boyitish zavodlarida ishlab chiqariladi.

Tasniflash

Yadro yoqilg'isi ikki turga bo'linadi:

235 U bo'linuvchi yadrolarni o'z ichiga olgan tabiiy uran, shuningdek, neytronni ushlab turganda plutoniy 239 Pu hosil qila oladigan xom ashyo 238 U;
Tabiatda uchramaydigan ikkilamchi yoqilg'ilar, shu jumladan birinchi turdagi yoqilg'idan olingan 239 Pu, shuningdek, neytronlar 232 Th toriy yadrolari tomonidan tutilganda hosil bo'lgan 233 U izotoplari.

Kimyoviy tarkibiga ko'ra yadro yoqilg'isi quyidagilar bo'lishi mumkin:

Qo'llashning nazariy jihatlari

Ko'rish qulayligi uchun yonilg'i elementlari sektorlari kesilgan ushbu qo'g'irchoq yonilg'i majmuasining tanlangan qismida yoqilg'i granulalari ko'rinadi.

Yadro yoqilg'isi yadroviy reaktorlarda bir necha santimetr o'lchamdagi planshetlar shaklida qo'llaniladi, bu erda u odatda germetik muhrlangan yonilg'i elementlarida (yoqilg'i elementlari) joylashgan bo'lib, ular o'z navbatida foydalanish qulayligi uchun bir necha yuzlab yoqilg'i agregatlariga birlashtiriladi ( FA).

Yadro yoqilg'isi yonilg'i novdalarining qoplamalari bilan kimyoviy muvofiqligi bo'yicha yuqori talablarga ega bo'lishi kerak, u etarli darajada erish va bug'lanish haroratiga, yaxshi issiqlik o'tkazuvchanligiga, neytron nurlanishida hajmning biroz oshishiga va ishlab chiqarishga ega bo'lishi kerak.

Uran metallidan foydalanish, ayniqsa 500 ° C dan yuqori haroratlarda, uning shishishi tufayli qiyin. Yadro bo'linishidan so'ng ikkita bo'linish bo'lagi hosil bo'ladi, ularning umumiy hajmi uran (plutoniy) atomi hajmidan kattaroqdir. Bo'linish parchasi atomlarining ba'zilari gaz atomlari (kripton, ksenon va boshqalar). Gaz atomlari uranning g'ovaklarida to'planib, ichki bosim hosil qiladi, bu harorat oshishi bilan ortadi. Bo'linish jarayonida atomlar hajmining o'zgarishi va gazlarning ichki bosimining oshishi tufayli uran va boshqa yadro yoqilg'isi shishiradi. Shishish yadro parchalanishi bilan bog'liq bo'lgan yadro yoqilg'isi hajmining nisbiy o'zgarishini anglatadi.

Shishish yonilg'i tayoqlarining yonishi va haroratiga bog'liq. Bo'linish bo'laklari soni kuyish ortishi bilan ortadi va ichki gaz bosimi yonish va harorat ortishi bilan ortadi. Yadro yoqilg'isining shishishi yonilg'i tayog'ining qoplamasini yo'q qilishga olib kelishi mumkin. Yadro yoqilg'isi, agar u yuqori mexanik xususiyatlarga ega bo'lsa, shishishga kamroq moyil bo'ladi. Uran metalli bu materiallardan biri emas. Shuning uchun uran metallini yadro yoqilg'isi sifatida ishlatish yadro yoqilg'isining asosiy xususiyatlaridan biri bo'lgan kuyish chuqurligini cheklaydi.

Yoqilg'ining nurlanishga chidamliligi va mexanik xususiyatlari uran qo'shilgandan so'ng yaxshilanadi, bu jarayonda uranga oz miqdorda molibden, alyuminiy va boshqa metallar qo'shiladi. Qotishma qo'shimchalar yadro yoqilg'isi tomonidan tutilgan bir neytronga bo'linish neytronlari sonini kamaytiradi. Shuning uchun ular neytronlarni zaif singdiradigan materiallardan uran uchun qotishma qo'shimchalarni tanlashga moyildirlar.

Yaxshi yadro yoqilg'ilariga ba'zi o'tga chidamli uran birikmalari kiradi: oksidlar, karbidlar va intermetall birikmalar. Eng ko'p ishlatiladigan keramika - uran dioksidi UO 2. Uning erish nuqtasi 2800 °C, zichligi 10,2 g/sm³. Uran dioksidi fazaviy o'tishlarga ega emas va uran qotishmalariga qaraganda shishishga kamroq moyil. Bu sizga charchashni bir necha foizga oshirish imkonini beradi. Uran dioksidi yuqori haroratlarda zirkonyum, niobiy, zanglamaydigan po'lat va boshqa materiallar bilan reaksiyaga kirishmaydi. Keramikaning asosiy kamchiligi past issiqlik o'tkazuvchanligi - 4,5 kJ / (m K) bo'lib, bu reaktorning o'ziga xos quvvatini erish harorati bo'yicha cheklaydi. Shunday qilib, uran dioksididagi VVER reaktorlarida issiqlik oqimining maksimal zichligi 1,4 10 3 kVt / m² dan oshmaydi, yoqilg'i tayoqlarida maksimal harorat 2200 ° C ga etadi. Bundan tashqari, issiq keramika juda mo'rt va yorilishi mumkin.

Amaliy foydalanish

Kvitansiya

Uran yoqilg'isi

Regeneratsiya

Yadro reaktori ishlaganda, yoqilg'i to'liq yonmaydi, alohida izotoplarni (Pu) ko'paytirish jarayoni sodir bo'ladi. Shu munosabat bilan yoqilg'ini qayta tiklash va uni qayta ishlatish uchun ishlatilgan yoqilg'i tayoqlari qayta ishlashga yuboriladi.

Hozirgi vaqtda ushbu maqsadlar uchun eng ko'p qo'llaniladigan jarayon Purex jarayoni bo'lib, uning mohiyati quyidagicha: yonilg'i tayoqchalari bo'laklarga bo'linadi va nitrat kislotada eritiladi, so'ngra eritma parchalanish mahsulotlari va qobiq elementlaridan tozalanadi va sof U. va Pu birikmalari ajratiladi. Keyin hosil bo'lgan plutoniy dioksidi PuO 2 yangi yadrolarni ishlab chiqarish uchun yuboriladi va uran yadrolarni ishlab chiqarish uchun yoki 235 U bilan boyitish uchun ishlatiladi.

Yuqori radioaktiv moddalarni qayta ishlash va regeneratsiya qilish murakkab va qimmat jarayondir. Reaktorlardan olib tashlangandan so'ng, yonilg'i tayoqlari maxsus saqlash joylarida bir necha yil (odatda 3-6) qariydi. Qayta tiklash uchun yaroqsiz bo'lgan chiqindilarni qayta ishlash va utilizatsiya qilishda ham qiyinchiliklar yuzaga keladi. Bu barcha chora-tadbirlarning narxi atom elektr stantsiyalarining iqtisodiy samaradorligiga sezilarli ta'sir ko'rsatadi.

Eslatmalar

Adabiyot

Petunin V.P. Yadro inshootlarining issiqlik energetikasi M.: Atomizdat, 1960 yil.
Levin V. E. Yadro fizikasi va yadro reaktorlari 4-nashr. - M.: Atomizdat, 1979 yil.

Yadro texnologiyasi
Muhandislik
Materiallar
Atom energiyasi
Yadro tibbiyoti
Yadroviy qurol

Energiya
mahsulotlar va tarmoqlar bo'yicha tuzilishi

Elektr energetikasi sanoati:
elektr energiyasi

An'anaviy

Issiqlik elektr stansiyalari	Kondensativ elektr stantsiyasi (CPS) Kombinatsiyalangan issiqlik va elektr stantsiyasi (CHP)
Gidroenergetika	GES (GES) Nasosli elektr stansiyasi (PSPP)
Yadroviy	Atom elektr stantsiyasi (AES) Suzuvchi atom elektr stantsiyasi (FNPP)

Muqobil

Geotermal	Geotermal elektr stantsiyalari (GeoTES)
Gidroenergetika	Kichik GESlar (KES) To'lqinli elektr stantsiyalari (IESlar) To'lqinli elektr stantsiyalari Osmotik elektr stantsiyalari
Shamol kuchi	Shamol elektr stantsiyalari (WPP)
Quyosh	Quyosh elektr stantsiyalari (SPP)
Vodorod	Vodorod elektr stansiyalari Yoqilg'i xujayrasi zavodlari
Bioenergiya	Bioelektr stantsiyalari (BioTES)
Kichik	Dizel elektr stantsiyalari Gaz porshenli elektr stansiyalari Kam quvvatli gaz turbinali bloklari Benzinli elektr stansiyalari

Elektr tarmog'i

Elektr podstansiyalari Elektr uzatish liniyalari (PTL) Elektr uzatish liniyasini qo'llab-quvvatlaydi

Issiqlik ta'minoti:
issiqlik energiyasi

Markazlashtirilmagan

Yadro yoqilg'isi: turlari va qayta ishlash. Atom elektr stantsiyasi: u qanday ishlaydi? Yadro yoqilg'isi sifatida nima ishlatiladi

Yadro yoqilg'isi uchun xom ashyo qazib olish

Yadro yoqilg'isi ishlab chiqarish

Yoqilg'i tayoqchalarini tashish xususiyatlari

Reaktor yadrosidagi yoqilg'i

Atom elektr stantsiyasidan keyin FA

Yadro yoqilg'isi ishlab chiqaruvchilari: reyting

Yadro yoqilg'isi uchun xom ashyo qazib olish

Yadro yoqilg'isi ishlab chiqarish

Yoqilg'i tayoqchalarini tashish xususiyatlari

Reaktor yadrosidagi yoqilg'i

Atom elektr stantsiyasidan keyin FA

Yadro yoqilg'isi ishlab chiqaruvchilari: reyting

Kim qancha oldi?

Agar siz uzoq vaqt azob cheksangiz, yonilg'i olasiz

Uni qazib olishga harakat qiling

Tozalik salomatlik garovidir (yadro reaktori)

Boy bo'lish sirlari

Ishlab chiqarish - so'zning yaxshi ma'nosida

Mumkin variantlar

Rossiya yoqilg'i aylanishi

Ochiqmi yoki yopiqmi?

umumiy ma'lumot

Tasniflash

Qo'llashning nazariy jihatlari

Amaliy foydalanish

Kvitansiya

Uran yoqilg'isi

Regeneratsiya

Eslatmalar

Adabiyot

Boshqa maqolalarni tavsiya qilamiz

Kollektorning ish tavsifi

Oqqushning sodiqligi - haqiqat yoki fantastika?