Il combustibile nucleare è il materiale utilizzato nei reattori nucleari per eseguire una reazione a catena controllata. È estremamente energivoro e pericoloso per l'uomo, il che impone una serie di restrizioni al suo utilizzo. Oggi scopriremo cos'è il carburante reattore nucleare come viene classificato e prodotto, dove viene applicato.
Durante una reazione a catena nucleare, il nucleo è diviso in due parti, chiamate frammenti di fissione. Allo stesso tempo, vengono rilasciati diversi (2-3) neutroni, che successivamente provocano la fissione dei nuclei successivi. Il processo si verifica quando un neutrone entra nel nucleo della sostanza originale. I frammenti di fissione hanno un'elevata energia cinetica. La loro decelerazione nella materia è accompagnata dal rilascio di un'enorme quantità di calore.
I frammenti di fissione, insieme ai loro prodotti di decadimento, sono chiamati prodotti di fissione. I nuclei che fissino con neutroni di qualsiasi energia sono chiamati combustibile nucleare. Di norma, sono sostanze con un numero dispari di atomi. Alcuni nuclei di fissione esclusivamente da neutroni la cui energia è al di sopra di una certa soglia. Questi sono prevalentemente elementi con un numero pari di atomi. Tali nuclei sono chiamati materie prime, poiché al momento della cattura dei neutroni da parte del nucleo soglia si formano i nuclei di combustibile. La combinazione di combustibile e materia prima è quindi chiamata combustibile nucleare.
Il combustibile nucleare è diviso in due classi:
Dal punto di vista Composizione chimica, esistono tali tipi di combustibile nucleare:
Il combustibile per i reattori nucleari viene utilizzato sotto forma di piccoli pellet. Sono collocati in elementi di combustibile sigillati ermeticamente (TVEL), che, a loro volta, sono combinati in diverse centinaia di gruppi di combustibile (FA). Il combustibile nucleare è soggetto a severi requisiti di compatibilità con il rivestimento delle barre di combustibile. Dovrebbe avere una temperatura di fusione ed evaporazione sufficiente, una buona conduttività termica e non aumentare notevolmente di volume sotto l'irradiazione di neutroni. Viene presa in considerazione anche la producibilità della produzione.
Le centrali nucleari e altri impianti nucleari ricevono combustibile sotto forma di gruppi di combustibile. Possono essere caricati nel reattore sia durante il suo funzionamento (al posto dei gruppi di combustibile esauriti) sia durante la campagna di riparazione. In quest'ultimo caso, i gruppi di combustibile vengono cambiati in grandi gruppi. In questo caso, solo un terzo del carburante viene completamente sostituito. I gruppi più bruciati vengono scaricati dalla parte centrale del reattore e al loro posto vengono posti i gruppi parzialmente bruciati che erano precedentemente situati in aree meno attive. Di conseguenza, vengono installati nuovi gruppi di carburante al posto di questi ultimi. Questo semplice schema di riorganizzazione è considerato tradizionale e presenta una serie di vantaggi, il principale dei quali è garantire un rilascio uniforme di energia. Naturalmente, questo è uno schema condizionale, che dà solo idee generali sul processo.
Dopo aver rimosso il combustibile nucleare esaurito dal nocciolo del reattore, viene inviato alla piscina del combustibile esaurito, che, di norma, si trova nelle vicinanze. Il fatto è che i gruppi di combustibile esaurito contengono un'enorme quantità di frammenti di fissione di uranio. Dopo lo scarico dal reattore, ogni elemento di combustibile contiene circa 300mila Curie sostanze radioattive emettendo 100 kWh di energia. A causa di ciò, il carburante si autoriscalda e diventa altamente radioattivo.
La temperatura del carburante appena scaricato può raggiungere i 300°C. Pertanto, viene conservato per 3-4 anni sotto uno strato d'acqua, la cui temperatura viene mantenuta entro l'intervallo stabilito. Man mano che il carburante viene immagazzinato sott'acqua, la radioattività del carburante e la potenza delle sue emissioni residue diminuiscono. Circa tre anni dopo, l'autoriscaldamento dei gruppi combustibili raggiunge già i 50–60°C. Quindi il carburante viene rimosso dalle vasche e inviato alla lavorazione o allo smaltimento.
L'uranio metallico è usato relativamente raramente come combustibile per i reattori nucleari. Quando una sostanza raggiunge una temperatura di 660°C, si verifica una transizione di fase, accompagnata da un cambiamento nella sua struttura. In poche parole, l'uranio aumenta di volume, il che può portare alla distruzione dell'elemento combustibile. In caso di irraggiamento prolungato ad una temperatura di 200-500°C, la sostanza subisce una crescita per irraggiamento. L'essenza di questo fenomeno è l'allungamento dell'asta di uranio irradiato di 2-3 volte.
L'uso dell'uranio metallico a temperature superiori a 500°C è difficile a causa del suo rigonfiamento. Dopo la fissione del nucleo si formano due frammenti il cui volume totale supera il volume del nucleo stesso. Parte dei frammenti di fissione è rappresentata da atomi di gas (xeno, krypton, ecc.). Il gas si accumula nei pori dell'uranio e forma una pressione interna che aumenta all'aumentare della temperatura. Aumentando il volume degli atomi e aumentando la pressione dei gas combustibile nucleare comincia a gonfiarsi. Pertanto, questo si riferisce alla variazione relativa di volume associata alla fissione nucleare.
La forza di rigonfiamento dipende dalla temperatura delle barre di combustibile e dalla combustione. Con un aumento della combustione, aumenta il numero di frammenti di fissione e, con un aumento della temperatura e della combustione, aumenta la pressione interna dei gas. Se il carburante ha proprietà meccaniche più elevate, è meno soggetto a rigonfiamenti. L'uranio metallico non è uno di questi materiali. Pertanto, il suo utilizzo come combustibile per reattori nucleari ne limita la profondità di combustione, che è una delle principali caratteristiche di tale combustibile.
Le proprietà meccaniche dell'uranio e la sua resistenza alle radiazioni sono migliorate drogando il materiale. Questo processo prevede l'aggiunta di alluminio, molibdeno e altri metalli. Grazie ai droganti, il numero di neutroni di fissione richiesti per cattura è ridotto. Pertanto, per questi scopi vengono utilizzati materiali che assorbono debolmente i neutroni.
Alcuni composti refrattari dell'uranio sono considerati un buon combustibile nucleare: carburi, ossidi e composti intermetallici. Il più comune di questi è il biossido di uranio (ceramica). Il suo punto di fusione è di 2800°C e la sua densità è di 10,2 g/cm 3 .
Poiché questo materiale non ha transizioni di fase, è meno soggetto a rigonfiamenti rispetto alle leghe di uranio. Grazie a questa caratteristica, la temperatura di combustione può essere aumentata di diversi punti percentuali. Sul alte temperature la ceramica non interagisce con niobio, zirconio, acciaio inossidabile e altri materiali. Il suo principale svantaggio è la sua bassa conducibilità termica - 4,5 kJ (m * K), che limita densità di potenza reattore. Inoltre, le ceramiche calde sono soggette a crepe.
Il plutonio è considerato un metallo a basso punto di fusione. Fonde a 640°C. A causa delle scarse proprietà plastiche, non è praticamente suscettibile di lavorazione. La tossicità della sostanza complica la tecnologia di produzione delle barre di combustibile. Nell'industria nucleare sono stati ripetutamente fatti tentativi per utilizzare il plutonio ei suoi composti, ma non hanno avuto successo. Non è pratico utilizzare combustibile per centrali nucleari contenenti plutonio a causa della diminuzione di circa 2 volte del periodo di accelerazione, che non è progettato per i sistemi di controllo del reattore standard.
Per la produzione di combustibile nucleare, di norma vengono utilizzati biossido di plutonio, leghe di plutonio con minerali e una miscela di carburi di plutonio con carburi di uranio. I combustibili in dispersione, in cui particelle di composti di uranio e plutonio sono poste in una matrice metallica di molibdeno, alluminio, acciaio inossidabile e altri metalli, hanno elevate proprietà meccaniche e conduttività termica. La resistenza alle radiazioni e la conduttività termica del combustibile di dispersione dipendono dal materiale della matrice. Ad esempio, nella prima centrale nucleare, il combustibile in dispersione era costituito da particelle di una lega di uranio con il 9% di molibdeno, che erano riempite di molibdeno.
Per quanto riguarda il combustibile al torio, attualmente non viene utilizzato a causa delle difficoltà nella produzione e nella lavorazione delle barre di combustibile.
Volumi significativi della principale materia prima per il combustibile nucleare - l'uranio - sono concentrati in diversi paesi: Russia, Stati Uniti, Francia, Canada e Sudafrica. I suoi depositi si trovano solitamente vicino a oro e rame, quindi tutti questi materiali vengono estratti contemporaneamente.
La salute delle persone che lavorano nelle miniere è a grande rischio. Il fatto è che l'uranio è un materiale tossico e i gas rilasciati durante la sua estrazione possono causare il cancro. E questo nonostante il minerale non contenga più dell'1% di questa sostanza.
La produzione di combustibile nucleare dal minerale di uranio comprende fasi quali:
Durante il funzionamento di un reattore nucleare, il combustibile non può esaurirsi completamente, quindi vengono riprodotti gli isotopi liberi. A questo proposito, le barre di combustibile esaurito sono soggette a rigenerazione ai fini del riutilizzo.
Oggi questo problema è risolto dal processo Purex, che consiste nei seguenti passaggi:
Successivamente, il biossido di plutonio risultante viene utilizzato per la produzione di nuovi nuclei e l'uranio viene utilizzato per l'arricchimento o anche per la fabbricazione di nuclei. Il ritrattamento del combustibile nucleare è un processo complesso e costoso. Il suo costo ha un impatto significativo su fattibilità economica utilizzo di centrali nucleari. Lo stesso si può dire dello smaltimento delle scorie di combustibile nucleare non idonee alla rigenerazione.
Lo stoccaggio del combustibile nucleare irradiato è un processo complesso che richiede maggiori misure di sicurezza. Al complesso minerario e chimico di Zheleznogorsk ( Regione di Krasnojarsk) sono presenti impianti di stoccaggio di SNF raffreddati ad acqua ea secco. L'impianto sta sviluppando tecnologie per il ritrattamento del combustibile esaurito, che aiuteranno Rosatom a muoversi verso la chiusura del ciclo del combustibile nucleare.
Il destino del combustibile nucleare esaurito può svilupparsi in modi diversi. Nella maggior parte dei paesi, il combustibile nucleare che ha funzionato a tempo debito in un reattore di una centrale nucleare è considerato scorie radioattive e viene inviato a cimiteri o esportato all'estero. I fautori di questo approccio (tra cui, ad esempio, Stati Uniti, Canada, Finlandia) sono dell'opinione che il pianeta abbia riserve sufficienti di minerale di uranio per padroneggiare il processo costoso, complesso e potenzialmente pericoloso del ritrattamento del combustibile nucleare esaurito. La Russia e diverse altre potenze nucleari (tra cui Francia, Inghilterra, India) stanno sviluppando tecnologie per il ritrattamento del combustibile irradiato e si stanno adoperando per chiudere completamente il ciclo del combustibile in futuro.
Il ciclo chiuso presuppone che il combustibile ottenuto dal minerale di uranio e speso nel reattore venga elaborato ripetutamente e utilizzato nelle centrali nucleari. Di conseguenza, l'energia nucleare si trasformerà effettivamente in una risorsa rinnovabile, la quantità di scorie radioattive diminuirà e l'umanità riceverà energia relativamente economica per migliaia di anni.
L'attrattiva dell'elaborazione SNF è spiegata dal basso consumo di combustibile nucleare durante una campagna: nei più comuni reattori ad acqua pressurizzata (VVER) non supera il 3-5%, nei reattori a canale ad alta potenza obsoleti (RBMK) - solo 2 %, e solo nei reattori a neutroni veloci (FN) può raggiungere il 20%, ma finora ci sono solo due di questi reattori su scala commerciale al mondo (entrambi in Russia, presso la centrale nucleare di Beloyarsk). Pertanto, SNF è una fonte di componenti preziosi, inclusi isotopi di uranio e plutonio.
Ricordiamo che il combustibile nucleare viene fornito alle centrali nucleari sotto forma di gruppi di combustibile (FA), costituiti da barre sigillate (elementi di combustibile - barre di combustibile) riempite con compresse di esafluoruro di uranio.
Il gruppo di combustibile per VVER è costituito da 312 barre di combustibile montate su un telaio esagonale (foto di NCCP PJSC)
Il combustibile nucleare esaurito (SNF) delle centrali nucleari richiede un trattamento speciale. Mentre si trovano nel reattore, le barre di combustibile si accumulano un gran numero di prodotti di fissione, e anche anni dopo essere stati rimossi dal nucleo, emettono calore: nell'aria, le aste si riscaldano fino a diverse centinaia di gradi. Pertanto, al termine della campagna del combustibile, i gruppi irradiati vengono collocati in vasche di combustibile esaurito in loco. L'acqua rimuove il calore in eccesso e protegge il personale delle centrali nucleari dall'aumento dei livelli di radiazioni.
Da tre a cinque anni dopo, i gruppi di combustibile emettono ancora calore, ma la temporanea mancanza di raffreddamento non è più pericolosa. Gli ingegneri atomici lo usano per portare SNF dalla centrale elettrica a strutture di stoccaggio specializzate. In Russia, il combustibile esaurito viene inviato a Mayak Regione di Chelyabinsk) e l'impianto chimico degli isotopi del complesso minerario e chimico (territorio di Krasnoyarsk). MCC è specializzata nello stoccaggio del combustibile per i reattori VVER-1000 e RBMK-1000. L'impresa gestisce un impianto di stoccaggio "umido" (raffreddato ad acqua) costruito nel 1985 e uno a secco, avviato gradualmente nel 2011-2015.
“Per il trasporto di VVER SNF ferrovia i gruppi di carburante sono collocati in un TUK (kit di imballaggio per il trasporto) certificato secondo gli standard IAEA, - afferma Igor Seelev, direttore dell'Isotope-Chemical Plant dell'MCC. - Ogni TUK contiene 12 assemblee. Un tale contenitore in acciaio inossidabile fornisce una protezione completa dalle radiazioni per il personale e il pubblico. L'integrità dell'imballo non sarà compromessa nemmeno in caso di grave incidente ferroviario. Il treno con il combustibile nucleare esaurito è accompagnato da un impiegato del nostro impianto e da guardie armate”.
Lungo la strada, l'SNF ha il tempo di riscaldarsi fino a 50-80 ° C, quindi il TUK che arriva all'impianto viene inviato all'unità di raffreddamento, dove gli viene fornita acqua attraverso tubazioni ad una velocità di 1 cm / min - esso è impossibile cambiare bruscamente la temperatura del carburante. Dopo 3-5 ore il contenitore viene raffreddato a 30°C. L'acqua viene drenata e il TUK viene trasferito in una piscina profonda 8 m per ricaricare. Il coperchio del contenitore viene aperto direttamente sott'acqua. E sott'acqua, ogni gruppo di carburante viene trasferito in una custodia da 20 posti. Certo, non ci sono sommozzatori al Mining and Chemical Combine, tutte le operazioni vengono eseguite con l'ausilio di una gru speciale. La stessa gru sposta la cassa con gli assiemi nel vano di stoccaggio.
Il TUK rilasciato viene inviato per la decontaminazione, dopodiché può essere trasportato su rotaia senza ulteriori precauzioni. L'MCC effettua più di 20 voli verso le centrali nucleari all'anno, diversi container in ogni scaglione.
La volta "bagnata" potrebbe essere scambiata per una gigantesca palestra scolastica se non fosse per le lamiere sul pavimento. Se guardi da vicino, puoi vedere che le strisce divisorie gialle sono portelli stretti. Quando è necessario mettere il coperchio in un particolare vano, la gru si muove lungo queste corsie come su guide, spostando il carico sott'acqua.
Sopra le assemblee, una barriera affidabile alle radiazioni è uno strato di due metri di acqua demineralizzata. C'è una normale situazione di radiazioni nel magazzino. Gli ospiti possono persino camminare sui tombini e guardarci dentro.
L'impianto di stoccaggio è progettato pensando agli incidenti di base e oltre la progettazione, ovvero è resistente a terremoti incredibili e altri eventi irrealistici. Per motivi di sicurezza, il pool di stoccaggio è diviso in 20 scomparti. In caso di ipotetica perdita, ciascuno di questi moduli in calcestruzzo può essere isolato dagli altri e gli assiemi trasferiti in un compartimento non danneggiato. Mezzi passivi pensati per mantenere il livello dell'acqua per una rimozione affidabile del calore.
Nel 2011, anche prima degli eventi di Fukushima, il caveau è stato ampliato e le misure di sicurezza sono state rafforzate. A seguito della ricostruzione nel 2015, è stato ottenuto un permesso per l'esercizio fino al 2045. Oggi, l'impianto di stoccaggio "umido" accetta gruppi di carburante del tipo VVER-1000 di produzione russa ed estera. I pool consentono di posizionare più di 15mila gruppi di carburante. Tutte le informazioni sulla SNF schierata sono registrate in un database elettronico.
“Il nostro obiettivo è che lo stoccaggio raffreddato ad acqua sia solo una fase intermedia prima dello stoccaggio o della lavorazione a secco. In questo senso, la strategia di MCC e Rosatom corrisponde al vettore globale di sviluppo, - spiega Igor Seelev. - Nel 2011 abbiamo commissionato la prima fase dell'impianto di stoccaggio a secco RBMK-1000 SNF e nel dicembre 2015 abbiamo completato la costruzione dell'intero complesso. Nello stesso 2015 è stata avviata presso l'MCC la produzione di combustibile MOX da SNF riprocessato. A dicembre 2016 è stato effettuato il primo rifornimento di carburante VVER-1000 dallo stoccaggio “umido” a quello secco.
I moduli di cemento sono collocati nella sala di stoccaggio e in essi sono presenti contenitori sigillati con combustibile nucleare esaurito riempiti con una miscela di azoto ed elio. Raffredda il gruppo con aria esterna, che scorre per gravità attraverso i condotti. Ciò non richiede ventilazione forzata: l'aria si muove a causa di una certa disposizione dei canali e il calore viene rimosso a causa del trasferimento di calore convettivo. Il principio è lo stesso del tiraggio nel camino.
Lo stoccaggio a secco di SNF è molto più sicuro ed economico. A differenza di uno stoccaggio "umido", non ci sono costi per l'approvvigionamento idrico e il trattamento dell'acqua e non è necessario organizzare la circolazione dell'acqua. L'oggetto non subirà danni in caso di mancanza di corrente e non è richiesto alcun intervento da parte del personale, se non l'effettivo caricamento del carburante. In questo senso, la creazione della tecnologia a secco rappresenta un enorme passo avanti. Tuttavia, è impossibile abbandonare completamente l'accumulo raffreddato ad acqua. A causa del maggiore rilascio di calore, i gruppi VVER-1000 dovrebbero rimanere in acqua per i primi 10-15 anni. Solo dopo possono essere spostati in una stanza asciutta o inviati per l'elaborazione.
“Il principio dell'organizzazione di un impianto di stoccaggio a secco è molto semplice”, afferma Igor Seelev, “tuttavia, nessuno l'ha proposto prima. Ora il brevetto per la tecnologia appartiene a un gruppo di scienziati russi. E questo è un argomento adatto per l'espansione di Rosatom nel mercato internazionale, perché molti paesi sono interessati alla tecnologia di stoccaggio a secco. I giapponesi, i francesi e gli americani sono già venuti da noi. Sono in corso negoziati per portare il combustibile nucleare esaurito all'MCC da quelle centrali nucleari che gli scienziati nucleari russi stanno costruendo all'estero".
L'avvio dello stoccaggio a secco è stato particolarmente importante per gli impianti con reattori RBMK. Prima della sua creazione, c'era il rischio di fermare le capacità delle centrali nucleari di Leningrado, Kursk e Smolensk a causa del trabocco degli impianti di stoccaggio in loco. L'attuale capacità dell'impianto di stoccaggio a secco MCC è sufficiente per accogliere gli assemblaggi RBMK esauriti da tutte le stazioni russe. A causa del minore rilascio di calore, vengono immediatamente inviati allo stoccaggio a secco, bypassando quello "umido". SNF può restare qui per 100 anni. Forse, durante questo periodo, verranno create tecnologie economicamente interessanti per la sua elaborazione.
Si prevede che il Centro sperimentale di dimostrazione (ODC) per il ritrattamento del combustibile nucleare esaurito, in costruzione a Zheleznogorsk, sarà commissionato entro il 2020. Il primo complesso di avviamento per la produzione di combustibile MOX (ossido misto uranio-plutonio) produce solo 10 assiemi all'anno, poiché le tecnologie sono ancora in fase di sviluppo e miglioramento. In futuro, la capacità dell'impianto aumenterà in modo significativo. Oggi gli assemblaggi possono essere inviati per il ritrattamento da entrambi gli impianti di stoccaggio dell'Isotope Chemical Plant, ma è ovvio che, da un punto di vista economico, è più vantaggioso iniziare con il trattamento di SNF accumulato nell'impianto di stoccaggio "umido" . Si prevede che in futuro, oltre ai gruppi VVER-1000, l'azienda sarà in grado di elaborare gruppi di combustibili di reattori a neutroni veloci, gruppi di combustibili di uranio ad alto arricchimento (HEU) e gruppi di combustibili progettati all'estero. L'impianto di produzione produrrà polvere di ossido di uranio, una miscela di uranio, plutonio, ossidi di attinidi e prodotti di fissione solidificati.
ODC è posizionato come il più moderno impianto radiochimico di 3+ generazione al mondo (gli stabilimenti della società francese Areva hanno 2+ generazione). caratteristica principale tecnologie introdotte presso il Mining and Chemical Combine: l'assenza di liquidi e una minore quantità di scorie radioattive solide durante il trattamento del combustibile nucleare esaurito.
Il combustibile MOX viene fornito ai reattori di tipo BN presso la centrale nucleare di Beloyarsk. Rosatom sta anche lavorando alla creazione del combustibile REMIX, che dopo il 2030 potrà essere utilizzato nei reattori di tipo VVER. A differenza del combustibile MOX, in cui il plutonio è mescolato con l'uranio impoverito, il combustibile REMIX dovrebbe essere composto da una miscela di plutonio e uranio arricchito.
A condizione che il paese abbia un numero sufficiente di centrali nucleari con tipi diversi reattori funzionanti a combustibile misto, Rosatom potrà avvicinarsi alla chiusura del ciclo del combustibile nucleare.
Mining and Chemical Combine, Federal State Unitary Enterprise, Federal Nuclear Organization (FGUP FYAO "MCC"), un'impresa della State Corporation per energia atomica Rosatom, divisione ZSZhTS. Situato a ZATO Zheleznogorsk, nel territorio di Krasnoyarsk. Federal State Unitary Enterprise FYAO Mining and Chemical Combine è l'impresa chiave di Rosatom per la creazione complesso tecnologico ciclo chiuso del combustibile nucleare (CNFC) basato su tecnologie innovative nuova generazione.
Inizialmente, SNF è stato rielaborato esclusivamente allo scopo di estrarre il plutonio nella produzione di armi nucleari. Allo stato attuale, la produzione di plutonio per armi è praticamente cessata. Successivamente è nata la necessità di trattare il combustibile dei reattori di potenza. Uno degli obiettivi del ritrattamento del combustibile del reattore di potenza è riutilizzare come combustibile per reattori di potenza, anche come parte del combustibile MOX o per l'attuazione di un ciclo chiuso del combustibile (CFFC). Entro il 2025, si prevede di creare un impianto radiochimico di elaborazione su larga scala, che offrirà l'opportunità di risolvere il problema sia del combustibile immagazzinato che del combustibile nucleare esaurito scaricato dalle centrali nucleari esistenti e pianificate. Presso il GCC di Zheleznogorsk, è previsto il trattamento sia nel centro di dimostrazione sperimentale (ODC) che nella produzione su larga scala di SNF dai reattori ad acqua pressurizzata VVER-1000 e la maggior parte dei rifiuti dai reattori a canale RBMK-1000. I prodotti della rigenerazione saranno utilizzati nel ciclo del combustibile nucleare, l'uranio nella produzione di combustibile per i reattori a neutroni termici, il plutonio (insieme al nettunio) per i reattori a neutroni veloci, che hanno proprietà neutroniche che danno la possibilità di chiudere efficacemente il ciclo del combustibile nucleare. Allo stesso tempo, il tasso di ritrattamento di RBMK SNF dipenderà dalla domanda di prodotti di rigenerazione (sia uranio che plutonio) nel ciclo del combustibile nucleare. Tali approcci hanno costituito la base del Programma per la creazione di infrastrutture e la gestione dei SNF per il periodo 2011-2020 e per il periodo fino al 2030, approvato nel novembre 2011.
In Russia, la Mayak Production Association, fondata nel 1948, è considerata la prima impresa in grado di trattare il combustibile nucleare esaurito. Altri grandi impianti radiochimici in Russia sono il Siberian Chemical Combine e il Zheleznogorsk Mining and Chemical Combine. Grandi produzioni radiochimiche operano in Inghilterra (impianto di Sellafield), in Francia (impianto Cogema (Inglese) russo); la produzione è prevista in Giappone (Rokkasho, anni 2010), Cina (Lanzhou, 2020), Krasnoyarsk-26 (RT-2, anni 2020). Gli Stati Uniti hanno abbandonato il trattamento di massa del combustibile scaricato dai reattori e lo stoccano in speciali impianti di stoccaggio.
Il combustibile nucleare è molto spesso un contenitore sigillato in lega di zirconio o acciaio, spesso indicato come elemento combustibile (FEL). L'uranio in essi contenuto è sotto forma di piccoli granuli di ossido o (molto meno spesso) altri composti di uranio resistenti al calore, come il nitruro di uranio. Il decadimento dell'uranio produce molti altri isotopi instabili elementi chimici, compresi i gas. I requisiti di sicurezza regolano la tenuta dell'elemento combustibile per l'intera vita utile e tutti questi prodotti di decadimento rimangono all'interno dell'elemento combustibile. Oltre ai prodotti di decadimento, rimangono quantità significative di uranio-238, piccole quantità di uranio-235 incombusto e plutonio prodotto nel reattore.
Il compito del ritrattamento è ridurre al minimo il rischio di radiazioni di SNF, smaltire in modo sicuro i componenti inutilizzati, isolare materiale utile e garantire il loro uso continuato. Per questo, il più comunemente usato metodi chimici separazione. Più metodi semplici stanno elaborando in soluzioni, tuttavia, questi metodi danno il numero più grande scorie radioattive liquide, quindi tali metodi erano popolari solo all'alba dell'era nucleare. Attualmente alla ricerca di metodi per ridurre al minimo la quantità di rifiuti, preferibilmente solidi. Sono più facili da smaltire mediante vetrificazione.
Al centro di tutto il moderno schemi tecnologici trattamento del combustibile nucleare esaurito (SNF) sono processi di estrazione, molto spesso il cosiddetto processo Purex (dall'inglese. Pu U Recovery EXtraction), che consiste nella rimozione riduttiva del plutonio da un estratto congiunto con uranio e prodotti di fissione. Gli schemi di elaborazione specifici differiscono nell'insieme dei reagenti utilizzati, nella sequenza delle singole fasi tecnologiche e nella strumentazione.
Il plutonio separato dal ritrattamento può essere utilizzato come combustibile se miscelato con ossido di uranio. Per il combustibile dopo una campagna sufficientemente lunga, quasi due terzi del plutonio sono isotopi Pu-239 e Pu-241 e circa un terzo è Pu-240, motivo per cui non può essere utilizzato per effettuare cariche nucleari affidabili e prevedibili (il 240 isotopo è un inquinante).
L'utente di LiveJournal uralochka scrive nel suo blog: Ho sempre voluto visitare Mayak.
Non è uno scherzo, questo è un posto che è una delle imprese più high-tech in Russia, qui
Nel 1948 fu lanciato il primo reattore nucleare in URSS, furono rilasciati gli specialisti di Mayak
carica di plutonio per il primo Soviet bomba nucleare. Una volta fu chiamato Ozersk
Chelyabinsk-65, Chelyabinsk-40, dal 1995 è diventata Ozersk. Abbiamo a Trekhgorny,
una volta Zlatoust-36, città anch'essa chiusa, si chiamava sempre Ozersk
"Sorokovka", trattata con rispetto e soggezione.
Questo ora può essere letto molto nelle fonti ufficiali, e ancora di più in quelle non ufficiali,
ma c'è stato un tempo in cui anche la posizione e il nome approssimativi di queste città erano mantenuti nel modo più rigoroso
segreto. Ricordo come io e mio nonno Yakovlev Evgeny Mikhailovich andammo a pescare, anatra
domande locali - da dove veniamo, il nonno rispondeva sempre da Yuryuzan (una città vicina con Trekhgorny),
e all'ingresso della città non c'erano segni se non l'immancabile "mattone". Il nonno ne aveva uno
migliori amici, si chiamava Mitroshin Yuri Ivanovich, per qualche motivo l'ho chiamato per tutta la mia infanzia in nessun altro modo
come Vanaliz, non so perché. Ricordo come chiesi a mia nonna perché,
Vanalysis, così calvo, non c'è un solo capello? La nonna, allora, in un sussurro mi ha spiegato,
che Yuri Ivanovich prestò servizio nei "quaranta" ed eliminò le conseguenze di un grosso incidente nel 1957,
ha ricevuto una grande dose di radiazioni, ha rovinato la sua salute e i suoi capelli non crescono più ...
... E ora, dopo molti anni, io, come fotoreporter, riprenderò lo stesso impianto RT-1 per
agenzia "Foto ITAR-TASS". Il tempo cambia tutto.
Ozersk è una città di regime, ingresso con pass, il mio profilo è stato controllato per più di un mese e
tutto è pronto, puoi andare. Sono stato accolto dal servizio stampa al posto di blocco, a differenza
il nostro qui ha un normale sistema computerizzato, si entra da qualsiasi posto di blocco, si esce così
lo stesso da chiunque. Successivamente, siamo andati all'edificio amministrativo del servizio stampa, da dove sono partito
la mia macchina, mi è stato consigliato di lasciare anche il mio cellulare, perché sul territorio dello stabilimento con
le comunicazioni mobili sono vietate. Detto fatto, andiamo a RT-1. In fabbrica
abbiamo faticato a lungo al posto di blocco, in qualche modo non ci hanno fatto passare subito con tutta la mia attrezzatura fotografica, ma eccola qui
È successo. Ci è stato dato un uomo severo con una fondina nera alla cintura e vestiti di bianco. Ci siamo incontrati
con l'amministrazione, hanno formato per noi un'intera squadra di accompagnatori e siamo passati alla dignità. passante.
Purtroppo, il territorio esterno dell'impianto e gli eventuali sistemi di sicurezza da fotografare
severamente vietato, quindi per tutto questo tempo la mia macchina fotografica è rimasta in uno zaino. Ecco il telaio I
L'ho tolto proprio alla fine, qui inizia condizionatamente il territorio “sporco”. La separazione è
davvero condizionale, ma osservato molto rigorosamente, questo è ciò che ti permette di non smontare
sporcizia radioattiva in tutto il quartiere.
San. il passo è separato, le donne da un ingresso, gli uomini da un altro. io i miei compagni
indicò l'armadietto, disse togli tutto (ma proprio tutto), metti le infradito di gomma, chiudi
armadietto e spostati verso quella finestra. Così ho fatto. Sono completamente nudo, in una mano
io la chiave, in un altro zaino con una macchina fotografica, e la donna dalla finestra, che per qualche motivo c'è
troppo basso, per tale la mia posizione, è interessata a quale numero di scarpe ho. Per molto tempo
Non dovevo essere imbarazzato, mi hanno prontamente dato qualcosa come mutande, una maglietta leggera,
tute e scarpe. Tutto è bianco, pulito e molto piacevole al tatto. Vestito, attaccato a
una tavoletta dosimetrica nel taschino e mi sono sentito più sicuro. Puoi andartene.
I ragazzi mi hanno subito detto di non appoggiare lo zaino per terra, di non toccare troppo,
scatta solo foto di ciò che ti è permesso. Sì, nessun problema - dico, lo zaino è troppo presto per me
butta via, e nemmeno io ho bisogno di segreti. Qui è il posto dove vestirsi e decollare.
scarpe sporche. Il centro è pulito, i bordi sono sporchi. Soglia condizionale del territorio dell'impianto.
Abbiamo fatto il giro dello stabilimento in un piccolo autobus. Area esterna senza speciale
abbellimento, blocchi di officine collegate da gallerie per il passaggio del personale e il trasferimento della chimica attraverso tubi.
Da un lato è presente un'ampia galleria per l'aspirazione dell'aria pulita dal bosco limitrofo. esso
fatto in modo che le persone nei negozi respirino l'esterno aria pulita. RT-1 è solo
una delle sette fabbriche della Mayak Production Association, il suo scopo è quello di ricevere ed elaborare il nucleare esaurito
carburante (SNF). Questa è l'officina da cui tutto ha inizio, qui arrivano i container con il combustibile nucleare esaurito.
Sulla destra c'è un carro con il coperchio aperto. Gli specialisti svitano le viti superiori con uno speciale
attrezzatura. Dopodiché, tutti vengono rimossi da questa stanza, la grande porta si chiude.
circa mezzo metro di spessore (purtroppo le guardie di sicurezza hanno chiesto di rimuovere le immagini con esso).
Ulteriore lavoro viene svolto da gru, controllate a distanza tramite telecamere. Le gru decollano
copre e rimuove i gruppi con combustibile nucleare esaurito.
Le assemblee vengono trasferite tramite gru a questi portelli. Presta attenzione alle croci, sono disegnate,
per facilitare il posizionamento della posizione della gru. Sotto i portelli, le assemblee sono immerse
liquido - condensato (semplicemente parlando, in acqua distillata). Dopo questa costruzione
i carrelli vengono spostati nella piscina adiacente, che è un magazzino temporaneo.
Non so esattamente come si chiami, ma l'essenza è chiara: un semplice dispositivo per non farlo
trascinare polvere radioattiva da una stanza all'altra.
A sinistra c'è la stessa porta.
E questa è la stanza adiacente. Sotto i piedi dei dipendenti c'è una piscina, con una profondità da 3,5 a 14
metri pieni di condensa. ? Puoi anche vedere due isolati dalla centrale nucleare di Beloyarsk, la loro lunghezza è di 14 metri.
Si chiamano AMB - "Peaceful Big Atom".
Quando guardi tra le lastre di metallo, vedi qualcosa come questa immagine. Sotto la condensa
si può vedere l'assemblaggio di elementi di combustibile da un reattore navale.
Ma queste assemblee provenivano solo da centrali nucleari. Quando le luci erano spente, brillavano di un pallido bagliore azzurro.
Molto impressionante. Questo è il bagliore di Cherenkov, sull'essenza di questo fenomeno fisico si può leggere su wikipedia.
Vista generale dell'officina.
Vai avanti. Transizioni tra i reparti lungo i corridoi con luce gialla fioca. Abbastanza sotto i piedi
rivestimento specifico, arrotolato in tutti gli angoli. Gente in bianco. In generale, in qualche modo immediatamente "messa nera"
ricordato))). A proposito, riguardo al rivestimento, una soluzione molto ragionevole, da un lato è più comodo da lavare,
nulla si incastrerà da nessuna parte e, cosa più importante, in caso di perdite o incidenti, il pavimento può essere sporco
facile da smontare.
Come mi hanno spiegato, lo sono ulteriori operazioni con combustibile nucleare esaurito spazi chiusi in modalità automatica.
L'intero processo una volta era controllato da queste console, ma ora tutto avviene da tre terminali.
Ognuno di loro funziona sul proprio server autonomo, tutte le funzioni sono duplicate. In caso di rifiuto di tutti
terminali, l'operatore sarà in grado di terminare i processi dalla console.
Brevemente su ciò che sta accadendo con il combustibile nucleare esaurito. Gli assemblaggi vengono smontati, il ripieno viene rimosso, segato
parti e posto in un solvente (acido nitrico), dopo di che il combustibile esaurito disciolto
passa intero complesso da lì si estraggono trasformazioni chimiche, uranio, plutonio, nettunio.
Le parti insolubili che non possono essere riciclate vengono pressate e smaltate. E memorizzato su
area dell'impianto sotto costante sorveglianza. L'output dopo tutti questi processi è formato
gli assemblaggi già pronti sono già "caricati" con carburante fresco, che viene prodotto qui. Via Faro
svolge ciclo completo occuparsi del combustibile nucleare.
Dipartimento per il lavoro con il plutonio.
Otto strati di vetro al piombo da 50 mm proteggono dagli elementi attivi dell'operatore. Manipolatore
collegati esclusivamente da collegamenti elettrici, non sono presenti “fori” di collegamento con il vano interno.
Ci siamo trasferiti nel negozio, che si occupa della spedizione dei prodotti finiti.
Il contenitore giallo è destinato al trasporto di gruppi di combustibili finiti. In primo piano sono i coperchi dei contenitori.
All'interno del contenitore, a quanto pare, le barre di combustibile sono montate qui.
L'operatore della gru controlla la gru da qualsiasi luogo a lui conveniente.
Contenitori interamente in acciaio inox sui lati. Come mi hanno spiegato, ce ne sono solo 16 al mondo.
Le scorie nucleari e le scorie di combustibile nucleare sono due assolutamente concetti diversi. Entrambi sono smaltiti in modi diversi. Va notato che il problema dello smaltimento dei rifiuti di combustibile nucleare non è acuto, poiché oggi esistono meccanismi per il loro trattamento ai fini di un ulteriore utilizzo.
Questi sono elementi combustibili. Contengono i resti di combustibile nucleare e altri componenti. Imprese industriali elaborare la sostanza utilizzando meccanismi speciali. Di conseguenza, le scorie si trasformano nuovamente in un combustibile a tutti gli effetti utilizzato per il servizio di impianti nucleari di qualsiasi tipo (centrali nucleari, sottomarini, industria).
Un quadro completamente diverso con le scorie nucleari. Oggi non esiste un meccanismo per la loro elaborazione. In effetti, è possibile solo il riciclaggio. Ma questo processo ha già delle sfumature che finora l'umanità non è stata in grado di risolvere.
Esistono diversi tipi di tali rifiuti:
Ogni tipo di rifiuto viene smaltito a modo suo. Quindi, i solidi vengono bruciati, quindi le ceneri vengono mescolate con il cemento. Le lastre risultanti vengono conservate in appositi magazzini. I liquidi vengono evaporati, imballati in contenitori destinati a questo scopo e sepolti nel terreno. Il processo di riciclaggio dei componenti elementari degli impianti nucleari è molto più complicato.
Si scopre che i rifiuti di combustibile nucleare sono molto più utili per l'umanità? Esattamente. Ci sono molte aree dell'attività umana in cui vengono utilizzati rifiuti riciclati. Esso:
In tutto il mondo vige il divieto di importazione di scorie nucleari nel Paese. Tuttavia, visto il processo del loro smaltimento, sorge spontanea una domanda: dove conservare i contenitori con loro? Dopotutto, sono necessari appezzamenti di terreno davvero grandi che possono essere utilizzati come "cimitero" per i rifiuti dell'industria nucleare.
Nonostante i divieti esistenti, molti paesi del "terzo mondo" accettano di destinare i propri terreni allo smaltimento dei contenitori dei rifiuti. Naturalmente, non gratis. Finora, tale lealtà sta salvando la situazione, ma cosa accadrà dopo quando queste aree saranno semplicemente riempite al massimo?
Incredibilmente, non esiste ancora una soluzione a questo problema. Gli scienziati in nessun paese non hanno ancora trovato opportunità per lo smaltimento di altri rifiuti, il che è estremamente allarmante e preoccupante per l'umanità. Tuttavia, persone moderne riferirsi a questo problema approssimativamente come segue: "abbastanza per la mia vita, e quindi non è una mia preoccupazione". Completamente miope e spericolato, ma avanti questo momento non ci sono strumenti per cambiare lo stato delle cose con lo smaltimento e il trattamento delle scorie nucleari.
Sebbene lo smaltimento del combustibile nucleare non sconcerti troppo l'umanità, c'è un'altra domanda: come immagazzinare i rifiuti in modo sicuro e affidabile? La sostanza esaurita è soggetta a "recupero", tuttavia, prima che ciò avvenga, i rifiuti devono essere stoccati da qualche parte, è necessario trasportarli. Tutti questi processi sono associati a una vera minaccia per ambiente e, naturalmente, una persona.
Nel 1998, le autorità russe hanno avviato una legge per consentire l'importazione di scorie di combustibile nucleare da Paesi esteri. L'opportunità di ricevere il combustibile esaurito per il suo ulteriore trattamento in Russia e l'operazione ha spinto i deputati a prendere tale decisione. Naturalmente, il costo delle materie prime sarebbe molto redditizio per il bilancio della Federazione Russa. Secondo alcuni calcoli, ottenere rifiuti in questo modo è molto più economico della produzione propria di combustibile nucleare.
A quel tempo, la legge non è stata adottata, ma sono ancora attive discussioni sull'opportunità della sua adozione. Da un lato, è economicamente vantaggioso per il Paese. D'altra parte, richiede l'organizzazione e l'attrezzatura di strutture di stoccaggio affidabili, nonché un approccio competente ai processi di trasporto. Questi sono gli unici "limitatori" che non ti permettono di decidere su un tale passo. Tutti gli impianti per il trattamento del combustibile nucleare esaurito sono disponibili nel paese.
Per il momento si attende una decisione in merito. Tuttavia, questo può essere considerato un trend positivo. Perché fa piacere che i governanti, tuttavia, pensino non solo alla redditività di un'impresa del genere, ma anche al possibile conseguenze negative per la popolazione della Russia.
