Ядерное топливо
Ядерное топливо
Ядерное топливо – это различные вещества и химические элементы, делящиеся нейтронами любых энергий и использующиеся в цепной ядерной реакции деления. Ядерное топливо используется в ядерных реакторах, где оно обычно располагается в герметично закрытых тепловыделяющих элементах. Основными отличиями ядерного топлива от других видов топлива, которые использует человек, являются его высокая эффективность и высокий коэффициент полезного действия, а также риски, связанные с его эксплуатацией. Ядерное топливо может быть различным по химическому составу, но, независимо от его состава, данный вид топлива может быть опасен для человека. Его использование сопряжено с определенной вероятностью аварий со страшными последствиями для экологии и жизни людей.
Общие сведения и применение
В ходе цепной ядерной реакции происходит деление ядра на две части, называемые осколками деления, с одновременным выделением нескольких нейтронов, которые могут в свою очередь вызвать деление следующих ядер. Этот вид деления начинается при попадании нейтрона в ядро атома исходного вещества. Осколки деления, которые образуются при делении ядра, характеризуются высокой кинетической энергией. Ядра, которые делятся нейтронами любых энергий, являются ядерным горючим. Ядра, которые делятся только нейтронами с энергией выше некоторого порогового значения, называются сырьевым материалом, поскольку при захвате нейтрона пороговым ядром образуются ядра ядерного горючего. Как правило, ядерным горючим и ядерным топливом являются вещества с нечётным и с чётным атомным числом соответственно. Ядерное топливо можно разделить на два основных вида - природное урановое, и не встречающееся в природе вторичное топливо, которое получается из топлива первого вида.
На АЭС топливо приходит в виде достаточно сложных технических устройств - тепловыделяющих сборок (ТВС). Загрузка ядерного топлива в реактор осуществляется сборками с различными степенями обогащения топлива, и её предваряют сложнейшие ядерно-физические расчёты конфигурации активной зоны реактора в специализированном программном обеспечении. Получают ядерное топливо различными методами. Основным на данный момент можно считать получение уранового топлива переработкой урановых руд, с использованием процессов обогащения руды. Ториевое и плутониевое ядерное топливо в настоящее время не применяются в силу различных причин - достаточно больших запасов урана, сложной химии процессов получения данных видов топлива, нецелесообразности их применения для некоторых видов реакторов, отсутствия богатых месторождений тория, и т.д.
Переработка и восстановление.
Топливо во время работы ядерного реактора не выгорает полностью. При этом происходит процесс возникновения отдельных изтопов. Отработанные ТВЭЛы направляют на переработку для восстановления топлива и его повторного использования. Зачастую используют процесс дробления ТВЭЛов на части и последующего их растворения. Полученный раствор очищают и используют полученные в ходе этого процесса уран и диоксид плутония для последующего изготовления сердечников, или – в случае урана – повторного обогащения. Восстановление ядерного топлива – высокотехнологичный и трудоемкий, а следовательно, и дорогостоящий процесс. Извлеченные из реактора ТВЭЛы необходимо в течение нескольких лет выдерживать в специально оборудованных хранилищах. А отходы, не подлежащие повторному использованию и восстановлению, необходимо также перерабатывать и организовывать их захоронение.
