х матеріалів тісно пов'язане з ядерного паливного циклу.
Ядерний паливний цикл - це вся послідовність повторюваних виробничих процесів, починаючи від видобутку палива і кінчаючи видаленням радіоактивних відходів. Залежно від виду ядерного палива і конкретних умов ядерні паливні цикли можуть розрізнятися в деталях, але їх загальна принципова схема зберігається, малюнок 1.
Малюнок 1
Ядерна промисловість та енергетика об'єднані в складний виробничий комплекс, званий ядерним паливним циклом (малюнок 2) і забезпечує технології:
видобутку уранової руди та отримання сполук урану;
збагачення та виготовлення тепловиділяючих елементів (ТВЕЛів);
використання ядерного палива в реакторах для виробництва тепла та електроенергії;
переробку та захоронення радіоактивних відходів.
Малюнок 2
ядерний урановий паливо радіоактивний
Говорячи про ядерному паливному циклі розрізняють:
ядерний паливний цикл до АЕС;
АЕС;
ядерний паливний цикл після АЕС.
Незважаючи на такий поділ ядерний паливний цикл можна представити як єдину схему, малюнок 3
На малюнку 3 показаний процес від видобутку руди до поховання відпрацьованого палива та радіоактивних відходів.
Малюнок 3
2.1 Ядерний паливний цикл до АЕС
Розглянемо більш детально ядерний паливний цикл до АЕС:
Видобуток руди:
Початкова стадія паливного циклу - гірничодобувне виробництво, тобто урановий рудник, де видобувається уранова руда.
Середній вміст урану в земній корі досить велика і розцінюється як 75 * 10-6. Урана приблизно в 1000 разів більше, ніж золота і в 30 разів більше ніж срібла. Уранові руди відрізняються винятковою різноманітністю складу. У більшості випадків уран в рудах представлений не одним, а кількома мінеральними утвореннями. Відомо близько 200 уранових і урансодержащих мінералів. Найбільше практичне значення мають уранініт, настуран, уранові черні та ін.
Видобування уранової руди, також як і інших корисних копалин, здійснюється переважно або шахтним, або кар'єрним способом в залежності від глибини залягання пластів. В останні роки стали застосовуватися методи підземного вилуговування, що дозволяють виключити виїмку руди на поверхню і проводити вилучення урану з руд прямо на місці їх залягання.
Переробка руди:
Витягнута із землі уранова руда містить рудні мінерали і пусту породу. Подальше завдання полягає в тому, щоб руду переробити - відокремити корисні мінерали від порожньої породи і отримати хімічні концентрати урану. Обов'язкові стадії при отриманні уранових хімічних концентратів - дроблення і подрібнення вихідної руди, вилуговування (переклад урану з руди в розчин). Дуже часто перед вилуговуванням руду збагачують - різними фізичними методами збільшують вміст урану.
Афінаж (завершальна очистка від елементів володіють великим перетином захоплення нейронів):
На всіх етапах переробки уранових руд відбувається певне очищення урану від супутніх йому домішок. Однак повного очищення досягти не вдається. Деякі концентрати містять всього 60 - 80%, інші 95 - 96% оксиду урану, а решта - різні домішки. Такий уран не придатний в якості ядерного палива. Наступна обов'язкова стадія ядерного паливного циклу - афінаж, в якому завершується очищення сполук урану від домішок і особливо від елементів, що володіють великим перетином захоплення нейтронів (гафній, бор, кадмій і т.д.).
Збагачення урану:
Сучасна ядерна енергетика з реакторами на теплових нейтронах базуються на слабообогащенном (2 - 5%) урановому паливі. У реакторі на швидких нейтронах використовується уран з ще більшим вмістом урану - 235 (до 93%). Отже перш ніж виготовляти паливо природний уран, який містить лише 0,72% урану - 235, необхідно збагатити, тобто розділити ізотопи урану - 235 і урану - 238. Необхідні фізичні методи розділення ізотопів.
Основним промисловим методом виробництва збагаченого урану є газодифузійний. Також існує відцентровий метод, заснований на використанні високошвидкісних газових центрифуг.
Виготовлення палива:
Збагачений уран служить вихідною сировиною для виготовлення палива ядерних реакторів. Ядерне паливо застосовується в реакторах у вигляді металів, сплавів оксидів карбідів, нітридів та інших паливних композицій, яким надається певна конструкційна форм...
