• РЕГИСТРАЦИЯ

Ядерный топливный цикл: О современном нам уране

13 6713

БОРИС МАРЦИНКЕВИЧ

Перечитывая то, что я с изрядной долей наглости назвал «Ядерный топливный цикл», почувствовал, что явно чего-то не хватает. Мне кажется, что нужна вот небольшая заметка, чтобы сделать обзор-справку о том, как выглядит «трудовой путь» урана на день сегодняшний, когда о полном покорении закрытого ядерного топливного цикла есть четко прорисованные планы, а практика еще на 90% остается такой, какой она стала где-то в 70-80 годы века минувшего. Вот и попробую сделать такую статью - удобно будет возвращаться, если вдруг что-то подзабыл ось.

Все АЭС, как известно, работают на уране. Пусть он и самый тяжелый из «нерукотворных», но уран - все равно химический элемент и, как химическому элементу полагается, содержится он в земной коре в составе самых разных руд. Входит он в состав этих руд в виде самых разных оксидов и солей, вмещающие породы - тоже разные: карбонаты, силикаты, сульфиды. Выглядит это порой красиво и даже эффектно.

Урановая руда, Фото: staticflickr.com Вот так уран светится в ультрафиолете:

Уран в ультрафиолете, Фото: сезоны-года.рф А это вот, например, уранинит с вкраплениями самородного золота.

Уранинит с вкраплениями самородного золота, Фото: dakotamatrix.com

Минералов с содержанием урана известно более сотни, но практический интерес представляют только 12 из них. Руды подразделяются по категориям: от бедных (с содержанием урана менее 0,1%) до богатых (с содержанием урана более 1%). В Канаде есть руды с содержанием урана 14-18% - даже не знаю, как это называется. Сверхсупербогатые? А руды Бельгийского Конго, обеспечившие реализацию Манхэттенского проекта с их 60% - «рокфеллеровские», то ли?..

На заре атомного проекта были урановые руды неглубокого залегания - 150-300 метров, но сейчас практически все такие карьеры выработаны, и за рудой приходится уходить на глубины в километр, а то и больше. Вот и первые задачи: добыть с такой глубины и очистить от пустых пород.

Если имеем дело с крепкими горными породами, в которых хорошо заметны рудные жилы - будем строить шахты, рубить руду специальными машинами (радиация, знаете ли, эпоха ручной работы миновала) и вытаскивать ее наверх. В России это -Приаргунское месторождение Читинчкой области. Более дешевый, более «продвинутый» метод, экологически менее вредный - это так называемая «технология ПСВ» (поземное скважинное выщелаивание). Грубо: по центру сверлим дыру на нужную глубину, по бокам - еще несколько. В центральную скважину закачиваем серную кислоту, она выщелачивает уран из породы, а полученный раствор выкачивается на поверхность через боковые скважины. Вот, к примеру, как выглядят урановые рудники на месторождениях Хиагда (Бурятия) и Далур (Курганская область):#5

Урановые рудники на месторождениях Хиагда (Бурятия) и Далур (Курганская область),

Фото: armz.ru

Работа людей заканчивается на этапе бурения, вся прочая работа выполняется механизмами да насосами. Поддерживать необходимое давление - вот и вся забота. Никаких «ран» поверхности, никаких рудных отвалов, а серная кислота на глубине больше километра - никакого вреда даже грунтовым водам. Впрочем, метод ПСВ настолько интересен, что стоит к разговору о нем вернуться с большим количеством подробностей.

Рассматриваем случай добычи урановой руды из шахт. Крупные куски породы: 1) сортируют по степени радиоактивности; 2) дробят до мелкого состояния; 3) помещают в автоклавы, где при больших температуре и давлении выщелачивают уран растворами серной или азотной кислоты или карбонатом натрия. Уран при этом переходит в эти замечательные растворы, а пустая порода в буквальном смысле этого слова выпадает в осадок. Далее следует этап № 4: уран из растворов осаждают порциями новых химических реагентов, получая в результате практически чистые соединения урана и этих реагентов. Но что реагентам делать в реакторе, спрашивается? Нечего.

Следовательно, они тоже лишние на этом празднике Менделеева, потому необходим этап № 5: аффинаж с применением бикарбоната аммония. Зубодробительное название, а кто-то ведь именно этим и занимается!.. И теперь остается этап № 6 - полученные после аффинажа сухие чистые осадки урановых солей прокаливают при температурах от 240 до 850 градусов, чтобы получить широко известный в узких кругах желтый кек (он же -закись-окись урана, он же U308). Вот он, родимый.

Желтый кек, Фото: fresher.ru

Хотя цвет, конечно, не всегда такой жизнерадостный, бывает и куда более скромный.

Желтый кек, Фото: http://umma.ua/

Обращу ваше внимание, что все описанные шесть этапов производятся непосредственно возле шахт. Любой урановый рудник - место, где концентрируются химические производства.

Желтый кек удобен тем, что он весьма стабилен, у него низкая радиоактивность -следовательно, он пригоден к транспортировке. И везут его поближе к центрифугам, чтобы произвести последнюю химическую процедуру - из оксида урана перевести во фторид урана. Этот процесс атомщики называют конверсией урана, и без него - просто никак. Фторид урана удобен тем, что при нагреве до 53 градусов он не плавится, а сразу превращается в газ, который и поступает на обогащение при помощи центрифуг. Обогащение - это увеличение концентрации урана-235 с природного значения 0,7% до необходимых 4% (в среднем, на самом деле - от 2,6% до 4,8% для разных типов атомных реакторов). Если кто-то успел соскучиться по внешнему виду наших обогатительных комплексов (а они у нас аж в четырех местах: УЭХК - Уральский электрохимический комбинат в Новоуральске Свердловской области; СХК - Сибирский химкомбинат в Северске Томской области; АЭХК - Ангарский электрохимический комбинат; ЭХЗ -Электрохимический завод в Зеленогорске Красноярского края), то вот, пожалуйста:*!

Обогатительный комплекс, Фото: http://atomicexpert.com/

Из центрифуг, само собой, на выходе - все тот же газ, все тот же фторид урана, только теперь в нем больше урана-235. Газ в реактор не запихнуть - соответственно, фторид приходится снова превращать в оксид урана (точнее - в диоксид, 1102), а это уже порошок.

Порошок диоксида урана методом порошковой металлургии превращают в топливные таблетки диаметром порядка 1 см и толщиной от 1 до 1,5 см. Таблетки аккуратно размещают в тонкостенные трубки из сплава циркония и 1% ниобия длиной в 3,5 метра для современных ВВЭР. Эта трубка, набитая 1.5 кг урановых таблеток, и есть тот самый ТВЭЛ: тепловыделяющий элемент. Вот они, красивые:

Твэлы, Фото: http://infovek.ru/

Происходит эта работа в России на Машиностроительном заводе в городе Электросталь Московской области и на Новосибирском заводе химконцентратов. Цирконий отливают в Глазове Удмуртской республики на Чепецком механическом заводе. ТВЭЛы конструктивно объединяют в TBC - тепловыделяющие сборки. Выглядят они вот так:

TBC - тепловыделяющие сборки, Фото: atomic-energy.ru

В сечении, как видите, шестигранник-сота, и это - советско-российский дизайн. А вот ТВС-«квадрат» дизайна западного:

TBC-«квадрат», Фото: http://nuclear.ru/

У меня часть детства на пасеке деда прошла, так что я весьма пристрастен - наши «соты» мне больше нравятся.

Вот теперь уран в виде таблеток, которые размещены в ТВЭЛ, которые объединены в TBC, можно поместить в «печку» - в активную зону реактора АЭС. В течение следующих 18 месяцев, которые принято называть «топливной компанией», уран «горит», постепенно превращаясь в ОЯТ. Вот картинка того, как выглядит реактор перед началом топливной кампании:

Реактор, Фото: http://pubHcatom.ru/

Мне кажется, что такая вот история урана с картинками нужна была с самого начала рассказа о ядерном топливном цикле. Прошу сильно меня не ругать, за то, что я не сделал ее изначально - блогер я старый только по возрасту, а по молодости ошибки -обычное дело. Предлагаю эту заметку считать « № 0» в цикле рассказов о ядерном топливе!

Автор

Борис Марцинкевич

Инженер механик судовых силовых установок

Я ОТКРЫВАЮ ТАЙНУ: что было за кулисами нашей дуэли с Иоганном Вайсом

✔ Пару месяцев назад перестали появляться статьи от одного из моих самых любимых авторов – Иоганна Вайса. Я старался отгонять плохие мысли и очень надеялся, что вскоре он вернётся из от...

"Советские" креаклы на примере Ехидного Дугласа

Есть много почитателей СССР. Многие вспоминают о нём с теплотой. Другие ностальгируют по юности или детству, пришедшимся на советский период. Нам, родившимся в СССР, есть что вспомнить....

Исторические войны

Исторические войны – это то, что давно мне интересно и важно. Собственно, я уже двенадцать лет ими занимаюсь. С тех пор, когда с нашей стороны оборону держали буквально единицы. Исторически...

Ваш комментарий сохранен и будет опубликован сразу после вашей авторизации.

0 новых комментариев

    MexanikD 14 апреля 2019 г. 12:04

    Машины против демонстрантов: какие монстры усмиряют толпу

    WARHEAD.SUКогда взлетают цены на бензин, как сейчас во Франции, или сталкиваются демонстрации противников и сторонников «светлого будущего», или «борцы за свободу и независимость» начинают ломать заборы — на улицы городов выплёскивается народный протест. Полиция и власти на такое реагируют нервно и на всякий случай готовят спецтехнику. Какую же именно?Александр Потёмк...
    1791
    MexanikD 14 апреля 2019 г. 10:39

    Советский тяжелый пятибашенный танк Т-35

    СОДЕРЖАНИЕ1. История создания2. Использование Т-353. Описание конструкции4. Оценка машины и сравнение ее с зарубежными аналогами5. Технические характеристикиНесмотря на молодой возраст, история танкостроения необычайно богата и увлекательна. Танки появились на поле боя всего лишь сто лет назад, но развития этого вида боевой техники было стремительным, танк можно смело...
    1843
    MexanikD 13 апреля 2019 г. 22:25

    Советский легкий танк Т-26 (двухбашенный) - в бой вместе с пехотой

    СОДЕРЖАНИЕСерийное производство и годы выпускаТТХ советского легкого танка Т-26 Советский легкий танк Т-26 в двухбашенной модификации является техническим развитием английского танка «Виккерс Мк Е», закупленного советским правительством в рамках программы обновления танкового парка РККА. В процессе исследования и адаптации английской машины под нужды и т...
    1245
    MexanikD 13 апреля 2019 г. 19:55

    Танк МС-1 (Т-18) — одна из первых машин советского танкостроения

    СОДЕРЖАНИЕ1. Особенности конструкции2. Основные ТТХ танка МС-13. Технические характеристики образца 1930 года4. Боевое применение Машина МС-1 (Т-18 — название прототипа) стала первенцем советского танкостроения. Танк разрабатывался в 1925-1927 годах на базе трофейной французской машины Renault FT-17, захваченной в ходе советско-польской войны 1920 года. ...
    1141
    MexanikD 13 апреля 2019 г. 18:44

    Электромагнитная пушка — рельсотрон: испытания и перспективы оружия нового поколения

    СОДЕРЖАНИЕ1. Что такое электромагнитная пушка рельсотрон?2. В чем сила рельсотрона?3. Нерешенные проблемы электромагнитных пушек4. Перспективы рельсотронаВ конце прошлого месяца появилась информация об успешном испытании в США электромагнитной пушки (railgun), у нас эту разработку называют рельсотроном. Статью по этому поводу опубликовало  издание The Wall Street...
    1585
    MexanikD 13 апреля 2019 г. 14:06

    Зенитный ракетно-пушечный комплекс «Панцирь-С1»

    СОДЕРЖАНИЕ1. История создания ЗРПК «Панцирь-С1»2. Возможности «Панциря-С1»3. Технические характеристики ЗРПК «Панцирь-С1»Вторая половина прошлого столетия стала временем бурного развития боевой авиации. Самолеты стали быстрее, получили новые виды вооружений и системы прицеливания. Появились боевые вертолеты, поначалу это были неуклюжие и медлительные машины, пригодные...
    860
    MexanikD 13 апреля 2019 г. 11:03

    ЗРК «Тор-М2У»: устройство и ТТХ

    СОДЕРЖАНИЕИстория создания ЗРК «Тор-М2У»Устройство ЗРК «Тор-М2У»Технические характеристики «Тор-М2У»Анализ хода вооруженных конфликтов последних десятилетий наглядно показывает возрастающую роль авиации в ходе боевых действий. В некоторых случаях именно применение военно-воздушных сил сыграло решающую роль и определило исход противостояния. Этому способствует стремите...
    919
    MexanikD 13 апреля 2019 г. 00:31

    САУ «Мста-С»

    СОДЕРЖАНИЕ1. История2. Описание Савушки3. Технические характеристикиНесмотря на возросшую роль авиации в военных конфликтах, которую мы видим на протяжении последних десятилетий, артиллерия остается весьма важным фактором, очень часто решающим исход боевых действий. Особенно это справедливо для самоходных артиллерийских установок, они действительно оправдывают титул «...
    1069
    MexanikD 12 апреля 2019 г. 23:00

    САУ «Акация»: история создания, описание и характеристики

    СОДЕРЖАНИЕ1. История создания2. Описание конструкции3. Боевое применение4. Характеристики 2СЗ «Акация» — это самоходная артиллерийская гаубица калибра 152 мм, разработанная в СССР в конце 60-х годов. Однако, несмотря на довольно преклонный возраст, «Акация» до сих пор стоит на вооружении российской армии.САУ «Акация» предназначена для уничтожения живой с...
    1132
    MexanikD 12 апреля 2019 г. 19:10

    Самоходное артиллерийское орудие «Нона»: история создания и описание

    СОДЕРЖАНИЕ1. История создания2. Описание самоходного орудия3. Боевое применение4. Общая оценка проекта5. Технические характеристики На протяжении большей части своей истории Советский Союз обладал сильнейшими воздушно-десантными войсками в мире. Это была настоящая элита вооруженных сил, и руководство страны очень серьезно относилось к их комплектации и в...
    905
    MexanikD 12 апреля 2019 г. 17:33

    САУ СУ-152 «Зверобой»: история создания, описание и характеристики

    СОДЕРЖАНИЕ1. История создания2. Описание конструкции3. Боевое применение4. Характеристики Вторую мировую войну не зря называют «войной моторов», во время этого конфликта именно танки и самоходные установки определяли исход всех крупнейших боевых операций. Особенно справедливо это для Восточного фронта. Существует целый ряд легендарных боевых машин того п...
    967
    MexanikD 12 апреля 2019 г. 10:07

    Тяжелые огнеметные системы «Буратино» и «Солнцепек»

    СОДЕРЖАНИЕ1. История создания2. Почему именно «Буратино»3. Конструкция ТОС-1 «Буратино»4. ТОС-1А «Солнцепек»5. Преимущества и недостатки6. Технические характеристики тяжелой огнеметной системы «Буратино»В представлении обывателя огнемет - это трубка с раструбом, которая выплевывает струю огня в направлении неприятеля. Однако данный стереотип уже давно устарел и не соо...
    948
    MexanikD 12 апреля 2019 г. 00:18

    Автоматический миномет 2Б9 «Василек»: история создания, описание и технические характеристики

    СОДЕРЖАНИЕ1. История создания2. Описание оружия3. Боевое применение4. Модификации миномета5. Технические характеристики В начале прошлого столетия миномет стал неотъемлемой частью вооружения сухопутных войск, не уменьшилось значение этого оружия и в наши дни. 2Б9 «Василёк» — уникальный автоматический миномет, созданный еще в 70-е годы прошлого столетия, ...
    1354
    MexanikD 11 апреля 2019 г. 22:28

    РСЗО «Торнадо»: устройство и ТТХ

    СОДЕРЖАНИЕ«Торнадо-Г»«Торнадо-С»Россия - один из мировых лидеров в разработке реактивных систем залпового огня (РСЗО). Первая подобная система БМ-13 «Катюша» была создана в СССР еще в канун Второй Мировой войны. Большое внимание уделялось реактивной артиллерии и в послевоенный период. В 1964 году в серийное производство была запущена реактивная система БМ-21 «Град», к...
    964
    MexanikD 11 апреля 2019 г. 12:55

    РСЗО «Смерч»: история создания и характеристики

    СОДЕРЖАНИЕ1. История создания2. Описание3. Боевое применение4. ХарактеристикиНесмотря на развитие авиации и появление все более совершенных управляемых боеприпасов, работы над которыми ведутся во многих странах мира, значение ствольной и реактивной артиллерии не становится меньше. Более того, опыт локальных конфликтов последних десятилетий показывает высокую эффективн...
    828
    MexanikD 11 апреля 2019 г. 10:37

    75 лет освобождению Одессы: «золотой мост» для генерала Холлидта

    Хотя Одесса и расположена у самого Черного моря, на историю ее освобождения в апреле 1944 года значительно повлияла пресная вода. В одном из боев, развернувшихся вначале на удалении от города, был захвачен румынский офицер, сообщивший, что городу грозит экологическая катастрофа В то время Одесса в основном снабжалась водой из реки Днестр, которая за 40 ...
    1092
    MexanikD 11 апреля 2019 г. 09:54

    РСЗО «Град»: история и ТТХ

    СОДЕРЖАНИЕ1. История2. Устройство РСЗО «Град»3. Тактико-технические характеристикиБМ-21 (9К51) «Град» — реактивная система залпового огня (РСЗО), разработанная в Советском Союзе. Ее задачей является уничтожение живой силы, техники, а также командных пунктов, артиллерийских и минометных батарей и других целей в тактическом тылу противника. «Град» относитс...
    1015
    MexanikD 11 апреля 2019 г. 00:57

    «Америка нам поможет!»

    Архивы ЦРУ - о том, почему, зачем и как создавалась НАТОСемьдесят лет назад был создан Североатлантический альянс. Раскол планеты на два лагеря - социалистический и капиталистический - начал оформляться договорами и союзами. В Европе и Азии окончательно опустился железный занавес. Обе стороны шли к этому, постепенно повышая градус противостояния. Развед...
    1098
    MexanikD 11 апреля 2019 г. 00:18

    Советский 240-мм миномет М-240 1950 года - тяжелое вооружение стрелковых частей

    СОДЕРЖАНИЕОсновные детали и особенности конструкцииТактико-технические характеристики миномета М-240 образца 1950 года Советский тяжелый пехотный миномет М-240 калибром 240-мм разрабатывался в 1944-45 и в 1947-49 годах. После проведения полевых испытаний и огневых стрельб получил индекс ГАУ -52-М-864. Создателями нового мощного оружия стал коллектив ОКБ ...
    939
    MexanikD 10 апреля 2019 г. 23:36

    Тяжелое оружие пехоты - 160-мм дивизионный миномет М-160 1949 года

    СОДЕРЖАНИЕ1. Разработка орудия и серийное производство2. Тактико-технические характеристики 160-мм дивизионного миномета М-160 Советский 160-мм дивизионный миномет М-160 образца 1949 года- артиллерийская крупнокалиберная казнозарядная система, поступившая на вооружение советских мотострелковых дивизий. Основное предназначение орудия - уничтожение хорошо ...
    948
    Служба поддержи

    Яндекс.Метрика