परमाणु ईंधन। परमाणु ईंधन कैसे बनता है (29 तस्वीरें)। परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के नकारात्मक पक्ष

परमाणु ऊर्जा का उपयोग थर्मल पावर इंजीनियरिंग में किया जाता है, जब रिएक्टरों में गर्मी के रूप में परमाणु ईंधन से ऊर्जा प्राप्त की जाती है। इसका उपयोग बिजली उत्पन्न करने के लिए किया जाता है परमाणु ऊर्जा संयंत्र (एनपीपी), समुद्र के पानी के विलवणीकरण के लिए, बड़े समुद्री जहाजों के बिजली संयंत्रों के लिए।

परमाणु ऊर्जा की उपस्थिति, सबसे पहले, 1932 में खोजे गए न्यूट्रॉन की प्रकृति के कारण होती है। हाइड्रोजन नाभिक को छोड़कर, न्यूट्रॉन सभी परमाणु नाभिकों का हिस्सा हैं। नाभिक में बंधे हुए न्यूट्रॉन अनिश्चित काल तक मौजूद रहते हैं। अपने मुक्त रूप में, वे अल्पकालिक होते हैं, क्योंकि वे या तो 11.7 मिनट के आधे जीवन के साथ क्षय हो जाते हैं, एक प्रोटॉन में बदल जाते हैं और एक इलेक्ट्रॉन और एक न्यूट्रिनो का उत्सर्जन करते हैं, या जल्दी से परमाणुओं के नाभिक द्वारा कब्जा कर लिया जाता है।

आधुनिक परमाणु ऊर्जा प्राकृतिक समस्थानिक के विखंडन के दौरान निकलने वाली ऊर्जा के उपयोग पर आधारित है यूरेनियम-235. परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में, एक नियंत्रित परमाणु विखंडन प्रतिक्रिया होती है परमाणु भट्टी. नाभिकीय विखंडन उत्पन्न करने वाले न्यूट्रॉनों की ऊर्जा के अनुसार, थर्मल और फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टरों के बीच अंतर.

परमाणु ऊर्जा संयंत्र की मुख्य इकाई एक परमाणु रिएक्टर है, जिसका चित्र अंजीर में दिखाया गया है। 1. ऊर्जा परमाणु ईंधन से प्राप्त की जाती है, और फिर इसे गर्मी के रूप में दूसरे काम कर रहे तरल पदार्थ (पानी, धातु या कार्बनिक तरल, गैस) में स्थानांतरित कर दिया जाता है; फिर इसे पारंपरिक लोगों की तरह ही बिजली में बदल दिया जाता है।

वे प्रक्रिया को नियंत्रित करते हैं, प्रतिक्रिया को बनाए रखते हैं, शक्ति को स्थिर करते हैं, विशेष मोबाइल का उपयोग करके रिएक्टर को शुरू और बंद करते हैं नियंत्रक छड़ें 6 और 7 उन सामग्रियों से जो थर्मल न्यूट्रॉन को गहन रूप से अवशोषित करते हैं। वे एक नियंत्रण प्रणाली द्वारा संचालित होते हैं 5 . कार्रवाई नियंत्रक छड़ेंकोर में न्यूट्रॉन प्रवाह की शक्ति में परिवर्तन में प्रकट होते हैं। चैनलों द्वारा 10 पानी घूमता है, जैविक सुरक्षा कंक्रीट को ठंडा करता है

नियंत्रण छड़ें बोरॉन या कैडमियम से बनी होती हैं, जो ऊष्मीय, विकिरण और संक्षारण प्रतिरोधी, यांत्रिक रूप से मजबूत होती हैं, और इनमें अच्छी गर्मी हस्तांतरण गुण होते हैं।

बड़े पैमाने पर स्टील के मामले के अंदर 3 एक टोकरी है 8 ईंधन तत्वों के साथ 9 . शीतलक पाइपलाइन के माध्यम से प्रवेश करता है 2 , कोर के माध्यम से गुजरता है, सभी ईंधन तत्वों को धोता है, गर्म करता है और पाइपलाइन के माध्यम से 4 भाप जनरेटर में प्रवेश करता है।

चावल। 1. परमाणु रिएक्टर

रिएक्टर को एक मोटे कंक्रीट जैविक नियंत्रण उपकरण के अंदर रखा गया है। 1 , जो आसपास के स्थान को न्यूट्रॉन, अल्फा, बीटा, गामा विकिरण के प्रवाह से बचाता है।

ईंधन तत्व (ईंधन छड़)रिएक्टर का मुख्य भाग है। उनमें सीधे एक परमाणु प्रतिक्रिया होती है और गर्मी निकलती है, अन्य सभी भाग गर्मी को बचाने, नियंत्रित करने और हटाने का काम करते हैं। संरचनात्मक रूप से, ईंधन तत्वों को रॉड, प्लेट, ट्यूबलर, गोलाकार आदि से बनाया जा सकता है। अक्सर वे रॉड होते हैं, 1 मीटर तक लंबे, 10 मिमी व्यास तक। वे आमतौर पर यूरेनियम छर्रों से या छोटी ट्यूबों और प्लेटों से इकट्ठे होते हैं। बाहर, ईंधन की छड़ें संक्षारण प्रतिरोधी, पतली धातु की म्यान से ढकी होती हैं। खोल के लिए ज़िरकोनियम, एल्यूमीनियम, मैग्नीशियम मिश्र धातु, साथ ही मिश्र धातु स्टेनलेस स्टील का उपयोग किया जाता है।

रिएक्टर कोर में परमाणु प्रतिक्रिया के दौरान बिजली संयंत्रों के इंजन (टरबाइन) के काम कर रहे तरल पदार्थ में जारी गर्मी का हस्तांतरण सिंगल-लूप, डबल-लूप और थ्री-लूप योजनाओं (छवि 2) के अनुसार किया जाता है।

चावल। 2. परमाणु ऊर्जा संयंत्र
ए - एकल-सर्किट योजना के अनुसार; बी - दो सर्किट योजना के अनुसार; सी - तीन सर्किट योजना के अनुसार
1 - रिएक्टर; 2, 3 - जैविक सुरक्षा; 4 - दबाव नियामक; 5 - टरबाइन; 6 - विद्युत जनरेटर; 7 - संधारित्र; 8 - पंप; 9 - आरक्षित क्षमता; 10 - पुनर्योजी हीटर; 11 - भाप जनरेटर; 12 - पंप; 13 - मध्यवर्ती ताप विनिमायक

प्रत्येक सर्किट एक बंद प्रणाली है। रिएक्टर 1 (सभी थर्मल सर्किट में) प्राथमिक के अंदर रखा गया 2 और माध्यमिक 3 जैविक सुरक्षा। यदि परमाणु ऊर्जा संयंत्र एकल-सर्किट थर्मल योजना के अनुसार बनाया गया है, तो दबाव नियामक के माध्यम से रिएक्टर से भाप 4 टर्बाइन में प्रवेश करता है 5 . टर्बाइन शाफ्ट जनरेटर शाफ्ट से जुड़ा है 6 जिसमें विद्युत धारा उत्पन्न होती है। निकास भाप कंडेनसर में प्रवेश करती है, जहां इसे ठंडा किया जाता है और पूरी तरह से संघनित किया जाता है। पंप 8 एक पुनर्योजी हीटर के लिए घनीभूत निर्देशित करता है 10 , और फिर यह रिएक्टर में प्रवेश करता है।

दो-सर्किट योजना के साथ, रिएक्टर में गरम किया गया शीतलक भाप जनरेटर में प्रवेश करता है 11 , जहां कार्यशील द्रव के शीतलक (द्वितीयक सर्किट के पानी को खिलाएं) को सतह के हीटिंग द्वारा गर्मी स्थानांतरित की जाती है। दबाव वाले पानी के रिएक्टरों में, भाप जनरेटर में शीतलक को लगभग 15 ... 40 ° C और फिर एक परिसंचरण पंप द्वारा ठंडा किया जाता है। 12 रिएक्टर को लौटें।

तीन-लूप योजना के साथ, रिएक्टर से शीतलक (आमतौर पर तरल सोडियम) एक मध्यवर्ती ताप विनिमायक को भेजा जाता है 13 और वहां से परिसंचरण पंप द्वारा 12 रिएक्टर को लौटें। द्वितीयक परिपथ में शीतलक भी तरल सोडियम है। यह सर्किट विकिरणित नहीं है और इसलिए गैर-रेडियोधर्मी है। दूसरे सर्किट का सोडियम भाप जनरेटर में प्रवेश करता है 11 , काम कर रहे तरल पदार्थ को गर्मी देता है, और फिर परिसंचरण पंप को मध्यवर्ती ताप विनिमायक में वापस भेज दिया जाता है।

परिसंचरण परिपथों की संख्या रिएक्टर के प्रकार, प्रयुक्त शीतलक, इसके परमाणु-भौतिक गुणों और रेडियोधर्मिता की डिग्री को निर्धारित करती है। सिंगल-लूप योजना का उपयोग उबलते पानी के रिएक्टरों और गैस-कूल्ड रिएक्टरों में किया जा सकता है। सबसे व्यापक डबल सर्किटजब पानी, गैस और कार्बनिक तरल पदार्थों के ताप वाहक के रूप में उपयोग किया जाता है। तरल धातु शीतलक (सोडियम, पोटेशियम, सोडियम-पोटेशियम मिश्र धातु) का उपयोग करके फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर वाले परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में तीन-सर्किट योजना का उपयोग किया जाता है।

परमाणु ईंधन हो सकता है यूरेनियम-235, यूरेनियम-233 और प्लूटोनियम-232. परमाणु ईंधन प्राप्त करने के लिए कच्चा माल - प्राकृतिक यूरेनियम और थोरियम. एक ग्राम विखंडनीय पदार्थ (यूरेनियम-235) की परमाणु प्रतिक्रिया के दौरान, 22×10 3 kWh (19×10 6 cal) के बराबर ऊर्जा निकलती है। इतनी मात्रा में ऊर्जा प्राप्त करने के लिए 1900 किलो तेल को जलाना आवश्यक है।

यूरेनियम -235 आसानी से उपलब्ध है, इसका ऊर्जा भंडार लगभग जीवाश्म ईंधन के समान है। हालांकि, इतनी कम दक्षता के साथ परमाणु ईंधन का उपयोग करना, जैसा कि अभी है, उपलब्ध यूरेनियम स्रोत 50-100 वर्षों में समाप्त हो जाएंगे। इसी समय, परमाणु ईंधन के व्यावहारिक रूप से अटूट "जमा" हैं - यह समुद्र के पानी में भंग यूरेनियम है। यह समुद्र में भूमि की तुलना में सैकड़ों गुना अधिक प्रचुर मात्रा में है। समुद्र के पानी से एक किलोग्राम यूरेनियम डाइऑक्साइड प्राप्त करने की लागत लगभग $ 60-80 है, और भविष्य में यह घटकर $ 30 हो जाएगी, और भूमि पर सबसे अमीर जमा में उत्पादित यूरेनियम डाइऑक्साइड की लागत $ 10-20 है। इसलिए, कुछ समय बाद, भूमि और "समुद्र के पानी पर" की लागत उसी क्रम की हो जाएगी।

परमाणु ईंधन की लागत जीवाश्म कोयले की तुलना में लगभग आधी है। कोयले से चलने वाले बिजली संयंत्रों में, बिजली की लागत का 50-70% ईंधन के हिस्से पर पड़ता है, और परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में - 15-30%। 2.3 मिलियन kW (उदाहरण के लिए, समारा जीआरईएस) की क्षमता वाला एक आधुनिक थर्मल पावर प्लांट प्रतिदिन लगभग 18 टन कोयले (6 ट्रेनें) या 12 हजार टन ईंधन तेल (4 ट्रेनें) की खपत करता है। एक ही शक्ति का परमाणु, दिन के दौरान केवल 11 किलो परमाणु ईंधन की खपत करता है, और वर्ष के दौरान 4 टन। हालांकि, निर्माण, संचालन और मरम्मत के मामले में एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र थर्मल की तुलना में अधिक महंगा है। उदाहरण के लिए, 2–4 मिलियन kW की क्षमता वाले परमाणु ऊर्जा संयंत्र के निर्माण में थर्मल की तुलना में लगभग 50-100% अधिक खर्च होता है।

एनपीपी निर्माण के लिए पूंजीगत लागत को कम करना संभव है:

1. उपकरणों का मानकीकरण और एकीकरण;
2. कॉम्पैक्ट रिएक्टर डिजाइन का विकास;
3. प्रबंधन और विनियमन प्रणाली में सुधार;
4. ईंधन भरने के लिए रिएक्टर के बंद होने की अवधि को कम करना।

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों (परमाणु रिएक्टर) की एक महत्वपूर्ण विशेषता ईंधन चक्र की दक्षता है। ईंधन चक्र की अर्थव्यवस्था में सुधार करने के लिए, आपको यह करना चाहिए:

• परमाणु ईंधन जलने की गहराई बढ़ाने के लिए;
• प्लूटोनियम के प्रजनन अनुपात में वृद्धि।

यूरेनियम-235 नाभिक के प्रत्येक विखंडन से 2-3 न्यूट्रॉन निकलते हैं। इनमें से केवल एक का उपयोग आगे की प्रतिक्रिया के लिए किया जाता है, बाकी खो जाते हैं। हालांकि, तेजी से न्यूट्रॉन रिएक्टर बनाकर परमाणु ईंधन के प्रजनन के लिए उनका उपयोग करना संभव है। जब रिएक्टर तेज न्यूट्रॉन पर काम कर रहा होता है, तो 1 किलो जले हुए यूरेनियम -235 के लिए एक साथ लगभग 1.7 किलोग्राम प्लूटोनियम-239 प्राप्त करना संभव होता है। इस तरह, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की कम तापीय क्षमता को कवर किया जा सकता है।

फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर ईंधन न्यूट्रॉन रिएक्टरों की तुलना में दस गुना अधिक कुशल (परमाणु ईंधन के उपयोग के मामले में) हैं। उनके पास कोई मॉडरेटर नहीं है और अत्यधिक समृद्ध परमाणु ईंधन का उपयोग करते हैं। कोर से निकलने वाले न्यूट्रॉन को संरचनात्मक सामग्री द्वारा नहीं, बल्कि यूरेनियम -238 या थोरियम -232 द्वारा अवशोषित किया जाता है।

भविष्य में, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए मुख्य विखंडनीय सामग्री प्लूटोनियम -239 और यूरेनियम -233 होगी, जो क्रमशः यूरेनियम -238 और थोरियम -232 से फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टरों में प्राप्त की जाएगी। रिएक्टरों में यूरेनियम -238 को प्लूटोनियम -239 में बदलने से परमाणु ईंधन के संसाधनों में लगभग 100 गुना और थोरियम -232 से यूरेनियम -233 में 200 गुना बढ़ जाएगा।

अंजीर पर। चित्र 3 एक तेज न्यूट्रॉन परमाणु ऊर्जा संयंत्र का आरेख दिखाता है।

फास्ट न्यूट्रॉन पर परमाणु ऊर्जा संयंत्र की विशिष्ट विशेषताएं हैं:

1. एक परमाणु रिएक्टर की क्रांतिकता में परिवर्तन परावर्तकों का उपयोग करके परिधि से वापस कोर तक परमाणु ईंधन के विखंडन न्यूट्रॉन के हिस्से को परावर्तित करके किया जाता है। 3 ;
2. रिफ्लेक्टर 3 घुमा सकते हैं, न्यूट्रॉन के रिसाव को बदल सकते हैं और, परिणामस्वरूप, विखंडन प्रतिक्रियाओं की तीव्रता;
3. परमाणु ईंधन का पुनरुत्पादन किया जाता है;
4. रिएक्टर से अतिरिक्त तापीय ऊर्जा को हटाने के लिए कूलर-रेडिएटर का उपयोग किया जाता है 6 .

चावल। 3. तेज न्यूट्रॉन पर परमाणु ऊर्जा संयंत्र की योजना:
1 - ईंधन तत्व; 2 - अक्षय परमाणु ईंधन; 3 - तेज न्यूट्रॉन परावर्तक; 4 - परमाणु रिएक्टर; 5 - बिजली का उपभोक्ता; 6 - रेफ्रिजरेटर-एमिटर; 7 - तापीय ऊर्जा का विद्युत ऊर्जा में रूपांतरण; 8 - विकिरण सुरक्षा।

तापीय ऊर्जा का विद्युत ऊर्जा में रूपांतरण

परमाणु ऊर्जा संयंत्र द्वारा उत्पन्न तापीय ऊर्जा के उपयोग के सिद्धांत के अनुसार, कन्वर्टर्स को 2 वर्गों में विभाजित किया जा सकता है:

1. मशीन (गतिशील);
2. मशीन रहित (प्रत्यक्ष कन्वर्टर्स)।

मशीन कन्वर्टर्स में, एक गैस टरबाइन प्लांट आमतौर पर रिएक्टर से जुड़ा होता है, जिसमें काम करने वाला तरल पदार्थ हाइड्रोजन, हीलियम, हीलियम-क्सीनन मिश्रण हो सकता है। टर्बोजेनरेटर को सीधे बिजली में आपूर्ति की गई गर्मी को परिवर्तित करने की दक्षता काफी अधिक है - कनवर्टर की दक्षता η = 0,7-0,75.

एक गतिशील गैस टरबाइन (मशीन) कनवर्टर के साथ एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र का आरेख अंजीर में दिखाया गया है। 4.

एक अन्य प्रकार का मशीन कनवर्टर एक मैग्नेटोगैसडायनामिक या मैग्नेटोहाइड्रोडायनामिक जनरेटर (एमजीडीजी) है। ऐसे जनरेटर का आरेख अंजीर में दिखाया गया है। 5. जनरेटर आयताकार क्रॉस सेक्शन का एक चैनल है, जिसकी दो दीवारें एक ढांकता हुआ से बनी होती हैं, और जिनमें से दो विद्युत प्रवाहकीय सामग्री से बनी होती हैं। एक विद्युत प्रवाहकीय कार्यशील द्रव चैनलों के माध्यम से चलता है - तरल या गैसीय, जो एक चुंबकीय क्षेत्र द्वारा प्रवेश किया जाता है। जैसा कि आप जानते हैं, जब एक कंडक्टर चुंबकीय क्षेत्र में चलता है, तो एक ईएमएफ उत्पन्न होता है, जो इलेक्ट्रोड के साथ होता है 2 बिजली के उपभोक्ता को हस्तांतरित 3 . कार्यशील ऊष्मा प्रवाह का ऊर्जा स्रोत परमाणु रिएक्टर में निकलने वाली ऊष्मा है। यह तापीय ऊर्जा एक चुंबकीय क्षेत्र में आवेशों की गति पर खर्च की जाती है, अर्थात। वर्तमान-वाहक जेट की गतिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है, और गतिज ऊर्जा विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है।

चावल। 4. गैस टरबाइन कनवर्टर के साथ परमाणु ऊर्जा संयंत्र की योजना:
1 - रिएक्टर; 2 - तरल धातु शीतलक के साथ सर्किट; 3 - गैस को गर्मी की आपूर्ति के लिए हीट एक्सचेंजर; 4 - टरबाइन; 5 - विद्युत जनरेटर; 6 - कंप्रेसर; 7 - रेडिएटर-रेडिएटर; 8 - गर्मी हटाने का सर्किट; 9 - परिसंचरण पंप; 10 - गर्मी हटाने के लिए हीट एक्सचेंजर; 11 - हीट एक्सचेंजर-रीजेनरेटर; 12 - गैस टरबाइन कनवर्टर के कार्यशील द्रव के साथ सर्किट।

विद्युत ऊर्जा में तापीय ऊर्जा के प्रत्यक्ष कन्वर्टर्स (मशीन रहित) में विभाजित हैं:

1. थर्मोइलेक्ट्रिक;
2. थर्मोनिक;
3. विद्युत रासायनिक

थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर (टीईजी) सीबेक सिद्धांत पर आधारित हैं, जिसमें यह तथ्य शामिल है कि एक बंद सर्किट में असमान सामग्री से युक्त, एक थर्मोइलेक्ट्रिक पावर उत्पन्न होती है यदि इन सामग्रियों के संपर्क के बिंदुओं पर तापमान अंतर बनाए रखा जाता है (चित्र। 6) . बिजली उत्पन्न करने के लिए, सेमीकंडक्टर टीईजी का उपयोग करने की सलाह दी जाती है, जिनकी दक्षता अधिक होती है, जबकि गर्म जंक्शन का तापमान 1400 K और उससे अधिक तक लाया जाना चाहिए।

थर्मिओनिक कन्वर्टर्स (TEC) उच्च तापमान (चित्र 7) को गर्म किए गए कैथोड से इलेक्ट्रॉनों के उत्सर्जन के परिणामस्वरूप बिजली प्राप्त करना संभव बनाता है।

चावल। 5. मैग्नेटोगैसडायनामिक जनरेटर:
1 - चुंबकीय क्षेत्र; 2 - इलेक्ट्रोड; 3 - बिजली का उपभोक्ता; 4 - ढांकता हुआ; 5 - कंडक्टर; 6 - काम कर रहे तरल पदार्थ (गैस)।

चावल। 6. थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर ऑपरेशन की योजना

चावल। 7. थर्मोनिक कनवर्टर के संचालन की योजना

उत्सर्जन धारा को बनाए रखने के लिए, कैथोड को ऊष्मा की आपूर्ति की जाती है क्यूएक । कैथोड द्वारा उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन, वैक्यूम गैप को पार कर, एनोड तक पहुंच जाते हैं और इसके द्वारा अवशोषित हो जाते हैं। एनोड पर इलेक्ट्रॉनों के "संघनन" के दौरान, विपरीत संकेत वाले इलेक्ट्रॉनों के कार्य फ़ंक्शन के बराबर ऊर्जा जारी की जाती है। अगर हम कैथोड को गर्मी की निरंतर आपूर्ति और एनोड से इसे हटाने को सुनिश्चित करते हैं, तो लोड के माध्यम से आरप्रत्यक्ष धारा प्रवाहित होगी। 2200 K से ऊपर कैथोड तापमान पर इलेक्ट्रॉन उत्सर्जन कुशलतापूर्वक होता है।

एनपीपी संचालन की सुरक्षा और विश्वसनीयता

परमाणु ऊर्जा के विकास में मुख्य मुद्दों में से एक परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की विश्वसनीयता और सुरक्षा सुनिश्चित करना है।

विकिरण सुरक्षा द्वारा सुनिश्चित किया जाता है:

1. विकिरण के संपर्क से कर्मियों की जैविक सुरक्षा के लिए विश्वसनीय संरचनाओं और उपकरणों का निर्माण;
2. एनपीपी परिसर को उसकी सीमा से बाहर छोड़ने वाली हवा और पानी का शुद्धिकरण;
3. रेडियोधर्मी संदूषण का निष्कर्षण और विश्वसनीय स्थानीयकरण;
4. एनपीपी परिसर का दैनिक डोसिमेट्रिक नियंत्रण और कर्मियों का व्यक्तिगत डोसिमेट्रिक नियंत्रण।

एनपीपी परिसर, संचालन के तरीके और उनमें स्थापित उपकरणों के आधार पर, 3 श्रेणियों में विभाजित हैं:

1. सख्त शासन क्षेत्र;
2. प्रतिबंधित क्षेत्र;
3. सामान्य मोड क्षेत्र।

कार्मिक लगातार तीसरी श्रेणी के कमरों में हैं, स्टेशन के ये कमरे विकिरण सुरक्षित हैं।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र ठोस, तरल और गैसीय रेडियोधर्मी अपशिष्ट उत्पन्न करते हैं। उनका निपटान इस तरह से किया जाना चाहिए कि पर्यावरण का कोई प्रदूषण न हो।

वेंटिलेशन के दौरान कमरे से निकाली गई गैसों में एरोसोल, रेडियोधर्मी धूल और रेडियोधर्मी गैसों के रूप में रेडियोधर्मी पदार्थ हो सकते हैं। स्टेशन का वेंटिलेशन इस तरह से बनाया गया है कि हवा का प्रवाह सबसे "स्वच्छ" से "प्रदूषित" हो जाता है, और विपरीत दिशा में क्रॉस-फ्लो को बाहर रखा जाता है। स्टेशन के सभी कमरों में, हवा का पूर्ण प्रतिस्थापन एक घंटे से अधिक नहीं किया जाता है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के संचालन के दौरान, रेडियोधर्मी कचरे को हटाने और निपटाने की समस्या उत्पन्न होती है। रिएक्टरों में खर्च की जाने वाली ईंधन की छड़ें परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में सीधे पानी के पूल में एक निश्चित समय का सामना करती हैं, जब तक कि छोटे आधे जीवन के साथ आइसोटोप का स्थिरीकरण नहीं होता है, जिसके बाद पुनर्जनन के लिए ईंधन की छड़ें विशेष रेडियोकेमिकल संयंत्रों में भेजी जाती हैं। वहां, ईंधन की छड़ों से परमाणु ईंधन निकाला जाता है, और रेडियोधर्मी कचरे को दफनाया जाता है।

यूरेनियम या प्लूटोनियम पर आधारित परमाणु ईंधन का जीवन चक्र खनन उद्यमों, रासायनिक संयंत्रों, गैस सेंट्रीफ्यूज में शुरू होता है, और उस समय समाप्त नहीं होता है जब ईंधन असेंबली को रिएक्टर से उतार दिया जाता है, क्योंकि प्रत्येक ईंधन असेंबली को एक लंबा रास्ता तय करना होता है। निपटान और फिर पुन: प्रसंस्करण।

परमाणु ईंधन के लिए कच्चे माल का निष्कर्षण

यूरेनियम पृथ्वी पर सबसे भारी धातु है। पृथ्वी के यूरेनियम का लगभग 99.4% यूरेनियम -238 है, और केवल 0.6% यूरेनियम -235 है। अंतर्राष्ट्रीय परमाणु ऊर्जा एजेंसी की "रेड बुक" रिपोर्ट फुकुशिमा -1 दुर्घटना के बावजूद यूरेनियम उत्पादन और मांग में वृद्धि दर्शाती है, जिसने कई लोगों को परमाणु ऊर्जा की संभावनाओं के बारे में सोचने पर मजबूर कर दिया। अकेले पिछले कुछ वर्षों में, खोजे गए यूरेनियम भंडार में 7% की वृद्धि हुई है, जो नए जमा की खोज से जुड़ा है। कजाकिस्तान, कनाडा और ऑस्ट्रेलिया दुनिया के 63% यूरेनियम का उत्पादन करने वाले सबसे बड़े उत्पादक बने हुए हैं। इसके अलावा, ऑस्ट्रेलिया, ब्राजील, चीन, मलावी, रूस, नाइजर, अमेरिका, यूक्रेन, चीन और अन्य देशों में धातु के भंडार हैं। इससे पहले, प्रोनेड्रा ने लिखा था कि 2016 में रूसी संघ में 7.9 हजार टन यूरेनियम का खनन किया गया था।

आज, यूरेनियम का तीन अलग-अलग तरीकों से खनन किया जाता है। खुली विधि अपनी प्रासंगिकता नहीं खोती है। इसका उपयोग उन मामलों में किया जाता है जहां जमा पृथ्वी की सतह के करीब होते हैं। ओपन पिट विधि में, बुलडोजर एक खदान बनाते हैं, फिर अशुद्धियों वाले अयस्क को प्रसंस्करण परिसरों में परिवहन के लिए डंप ट्रकों में लोड किया जाता है।

अक्सर अयस्क पिंड बहुत गहराई पर स्थित होता है, ऐसे में भूमिगत खनन पद्धति का उपयोग किया जाता है। एक खदान दो किलोमीटर गहरी तक टूट जाती है, चट्टान, ड्रिलिंग द्वारा, क्षैतिज बहाव में खनन की जाती है, जिसे मालवाहक लिफ्टों में ऊपर की ओर ले जाया जाता है।

मिश्रण, जिसे इस प्रकार ऊपर से बाहर ले जाया जाता है, में कई घटक होते हैं। चट्टान को कुचल दिया जाना चाहिए, पानी से पतला होना चाहिए और अतिरिक्त हटा दिया जाना चाहिए। इसके बाद, लीचिंग प्रक्रिया को पूरा करने के लिए मिश्रण में सल्फ्यूरिक एसिड मिलाया जाता है। इस प्रतिक्रिया के दौरान, रसायनज्ञों को यूरेनियम लवण का एक पीला अवक्षेप मिलता है। अंत में, अशुद्धियों वाले यूरेनियम को रिफाइनरी में परिष्कृत किया जाता है। इसके बाद ही यूरेनियम ऑक्साइड प्राप्त होता है, जिसका स्टॉक एक्सचेंज में कारोबार होता है।

एक अधिक सुरक्षित, पर्यावरण के अनुकूल और लागत प्रभावी तरीका है, जिसे बोरहोल इन-सीटू लीचिंग (एसआईएल) कहा जाता है।

क्षेत्र विकास की इस पद्धति के साथ, क्षेत्र कर्मियों के लिए सुरक्षित रहता है, और विकिरण पृष्ठभूमि बड़े शहरों में पृष्ठभूमि से मेल खाती है। लीचिंग द्वारा यूरेनियम का खनन करने के लिए, आपको षट्भुज के कोनों पर 6 छेद ड्रिल करने होंगे। सल्फ्यूरिक एसिड को इन कुओं के माध्यम से यूरेनियम जमा में पंप किया जाता है, यह अपने लवण के साथ मिलाता है। यह घोल निकाला जाता है, अर्थात् इसे षट्भुज के केंद्र में एक कुएं के माध्यम से बाहर निकाला जाता है। यूरेनियम लवण की वांछित सांद्रता प्राप्त करने के लिए, मिश्रण को कई बार सोरेशन कॉलम के माध्यम से पारित किया जाता है।

परमाणु ईंधन उत्पादन

परमाणु ईंधन का उत्पादन गैस सेंट्रीफ्यूज के बिना अकल्पनीय है, जिनका उपयोग समृद्ध यूरेनियम के उत्पादन के लिए किया जाता है। आवश्यक एकाग्रता तक पहुंचने के बाद, तथाकथित गोलियों को यूरेनियम डाइऑक्साइड से दबाया जाता है। वे स्नेहक का उपयोग करके बनाए जाते हैं जिन्हें भट्टियों में फायरिंग के दौरान हटा दिया जाता है। फायरिंग तापमान 1000 डिग्री तक पहुंच जाता है। उसके बाद, बताई गई आवश्यकताओं के अनुपालन के लिए गोलियों की जाँच की जाती है। सतह की गुणवत्ता, नमी की मात्रा, ऑक्सीजन और यूरेनियम पदार्थ का अनुपात।

वहीं, एक अन्य वर्कशॉप में ईंधन तत्वों के लिए ट्यूबलर शेल तैयार किए जा रहे हैं। शेल ट्यूबों में गोलियों की बाद की खुराक और पैकेजिंग, सीलिंग, परिशोधन सहित उपरोक्त प्रक्रियाओं को ईंधन निर्माण कहा जाता है। रूस में, मॉस्को क्षेत्र में "मशीन-बिल्डिंग प्लांट", नोवोसिबिर्स्क में "नोवोसिबिर्स्क प्लांट ऑफ़ केमिकल कॉन्संट्रेट्स", "मॉस्को प्लांट ऑफ़ पॉलीमेटल्स" और अन्य द्वारा ईंधन असेंबलियों (एफए) का निर्माण किया जाता है।

ईंधन असेंबलियों का प्रत्येक बैच एक विशिष्ट प्रकार के रिएक्टर के लिए बनाया गया है। यूरोपीय ईंधन असेंबलियों को एक वर्ग के रूप में बनाया जाता है, और रूसी - एक हेक्सागोनल खंड के साथ। रूसी संघ में, VVER-440 और VVER-1000 प्रकार के रिएक्टरों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। VVER-440 के लिए पहला ईंधन तत्व 1963 में और VVER-1000 के लिए - 1978 में विकसित होना शुरू हुआ। इस तथ्य के बावजूद कि रूस में फुकुशिमा सुरक्षा प्रौद्योगिकियों के साथ नए रिएक्टर सक्रिय रूप से पेश किए जा रहे हैं, पूरे देश और विदेशों में कई पुरानी शैली की परमाणु सुविधाएं चल रही हैं, इसलिए विभिन्न प्रकार के रिएक्टरों के लिए ईंधन असेंबली समान रूप से प्रासंगिक हैं।

उदाहरण के लिए, RBMK-1000 रिएक्टर के एक सक्रिय क्षेत्र के लिए ईंधन असेंबलियों को प्रदान करने के लिए, जिरकोनियम मिश्र धातुओं से बने 200 हजार से अधिक घटकों के साथ-साथ यूरेनियम डाइऑक्साइड के 14 मिलियन sintered छर्रों की आवश्यकता होती है। कभी-कभी ईंधन असेंबली के निर्माण की लागत कोशिकाओं में निहित ईंधन की लागत से अधिक हो सकती है, यही कारण है कि प्रत्येक किलोग्राम यूरेनियम से उच्च ऊर्जा वापसी सुनिश्चित करना इतना महत्वपूर्ण है।

उत्पादन प्रक्रिया की लागत % में

अनुसंधान रिएक्टरों के लिए ईंधन असेंबलियों के बारे में अलग से कहा जाना चाहिए। वे इस तरह से डिज़ाइन किए गए हैं कि न्यूट्रॉन पीढ़ी की प्रक्रिया के अवलोकन और अध्ययन को यथासंभव आरामदायक बनाया जा सके। रूस में परमाणु भौतिकी, आइसोटोप के उत्पादन, विकिरण चिकित्सा के क्षेत्र में प्रयोगों के लिए इस तरह की ईंधन छड़ें नोवोसिबिर्स्क प्लांट ऑफ केमिकल कॉन्सेंट्रेट्स द्वारा निर्मित की जाती हैं। TVS को यूरेनियम और एल्युमीनियम के साथ निर्बाध तत्वों के आधार पर बनाया गया है।

रूसी संघ में परमाणु ईंधन का उत्पादन ईंधन कंपनी TVEL (रोसाटॉम का एक प्रभाग) द्वारा किया जाता है। उद्यम कच्चे माल के संवर्धन, ईंधन तत्वों के संयोजन पर काम कर रहा है, और ईंधन लाइसेंसिंग सेवाएं भी प्रदान करता है। व्लादिमीर क्षेत्र में कोवरोव मैकेनिकल प्लांट और सेवरडलोव्स्क क्षेत्र में यूराल गैस सेंट्रीफ्यूज प्लांट रूसी ईंधन असेंबलियों के लिए उपकरण बनाते हैं।

ईंधन छड़ के परिवहन की विशेषताएं

प्राकृतिक यूरेनियम की विशेषता निम्न स्तर की रेडियोधर्मिता है, हालांकि, ईंधन असेंबलियों के उत्पादन से पहले, धातु एक संवर्धन प्रक्रिया से गुजरती है। प्राकृतिक अयस्क में यूरेनियम -235 की सामग्री 0.7% से अधिक नहीं है, और रेडियोधर्मिता 25 बीक्यूरेल प्रति 1 मिलीग्राम यूरेनियम है।

ईंधन असेंबलियों में रखे यूरेनियम छर्रों में यूरेनियम -235 5% की एकाग्रता के साथ यूरेनियम होता है। परमाणु ईंधन के साथ तैयार ईंधन असेंबलियों को विशेष उच्च शक्ति वाले धातु के कंटेनरों में ले जाया जाता है। परिवहन के लिए, रेल, सड़क, समुद्र और यहां तक ​​कि हवाई परिवहन का उपयोग किया जाता है। प्रत्येक कंटेनर में दो असेंबली होती हैं। गैर-विकिरणित (ताजा) ईंधन के परिवहन से विकिरण का खतरा नहीं होता है, क्योंकि विकिरण ज़िरकोनियम ट्यूबों से आगे नहीं जाता है जिसमें दबाए गए यूरेनियम छर्रों को रखा जाता है।

ईंधन के एक बैच के लिए एक विशेष मार्ग विकसित किया जाता है, कार्गो को निर्माता या ग्राहक (अधिक बार) के सुरक्षा कर्मियों के साथ ले जाया जाता है, जो मुख्य रूप से उपकरणों की उच्च लागत के कारण होता है। परमाणु ईंधन उत्पादन के पूरे इतिहास में, ईंधन असेंबलियों से जुड़ी एक भी परिवहन दुर्घटना दर्ज नहीं की गई है जो पर्यावरण की विकिरण पृष्ठभूमि को प्रभावित करती है या हताहतों की संख्या को जन्म देती है।

रिएक्टर कोर में ईंधन

परमाणु ईंधन की एक इकाई - टीवीईएल - लंबे समय तक भारी मात्रा में ऊर्जा जारी करने में सक्षम है। न तो कोयले और न ही गैस की तुलना ऐसे संस्करणों से की जा सकती है। किसी भी परमाणु ऊर्जा संयंत्र में ईंधन का जीवन चक्र ईंधन संयोजन गोदाम में ताजा ईंधन को उतारने, हटाने और भंडारण से शुरू होता है। जब रिएक्टर में ईंधन का पिछला बैच जल जाता है, तो कार्मिक कोर (रिएक्टर का कार्य क्षेत्र, जहां क्षय प्रतिक्रिया होती है) में लोड करने के लिए ईंधन असेंबलियों को पूरा करता है। एक नियम के रूप में, ईंधन आंशिक रूप से पुनः लोड किया जाता है।

रिएक्टर की पहली शुरुआत के समय ही ईंधन पूरी तरह से कोर में लोड होता है। यह इस तथ्य के कारण है कि रिएक्टर में ईंधन तत्व असमान रूप से जलते हैं, क्योंकि रिएक्टर के विभिन्न क्षेत्रों में न्यूट्रॉन प्रवाह तीव्रता में भिन्न होता है। लेखांकन उपकरणों के लिए धन्यवाद, स्टेशन के कर्मचारियों के पास वास्तविक समय में ईंधन की प्रत्येक इकाई के जलने की डिग्री की निगरानी करने और इसे बदलने की क्षमता है। कभी-कभी, नए ईंधन असेंबलियों को लोड करने के बजाय, असेंबलियों को आपस में ले जाया जाता है। सक्रिय क्षेत्र के केंद्र में, बर्नआउट सबसे अधिक तीव्रता से होता है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र के बाद टीवीएस

यूरेनियम जिसने परमाणु रिएक्टर में काम किया है उसे विकिरणित या जला हुआ कहा जाता है। और ऐसे ईंधन असेंबलियों - खर्च किए गए परमाणु ईंधन। एसएनएफ को रेडियोधर्मी कचरे से अलग रखा जाता है, क्योंकि इसमें कम से कम 2 उपयोगी घटक होते हैं - बिना जला हुआ यूरेनियम (धातु का बर्नआउट कभी भी 100% तक नहीं पहुंचता) और ट्रांसयूरेनियम रेडियोन्यूक्लाइड।

हाल ही में, भौतिकविदों ने उद्योग और चिकित्सा में एसएनएफ में संचित रेडियोधर्मी समस्थानिकों का उपयोग करना शुरू कर दिया है। ईंधन के अपने अभियान पर काम करने के बाद (रेटेड शक्ति पर संचालन की शर्तों के तहत असेंबली रिएक्टर कोर में है), इसे खर्च किए गए ईंधन पूल में भेजा जाता है, फिर सीधे रिएक्टर डिब्बे में भंडारण के लिए, और उसके बाद - के लिए प्रसंस्करण या निपटान। कूलिंग पूल को गर्मी को दूर करने और आयनकारी विकिरण से बचाने के लिए डिज़ाइन किया गया है, क्योंकि रिएक्टर से निकाले जाने के बाद ईंधन असेंबलियां खतरनाक रहती हैं।

अमेरिका, कनाडा या स्वीडन में, SNF को पुनर्संसाधन के लिए नहीं भेजा जाता है। रूस सहित अन्य देश बंद ईंधन चक्र पर काम कर रहे हैं। यह परमाणु ईंधन उत्पादन की लागत को काफी कम करने की अनुमति देता है, क्योंकि एसएनएफ के हिस्से का पुन: उपयोग किया जाता है।

ईंधन की छड़ें एसिड में घुल जाती हैं, जिसके बाद शोधकर्ता प्लूटोनियम और अप्रयुक्त यूरेनियम को कचरे से अलग करते हैं। लगभग 3% कच्चे माल का पुन: उपयोग नहीं किया जा सकता है; ये उच्च स्तर के अपशिष्ट हैं जो बिटुमिनाइजेशन या विट्रिफिकेशन प्रक्रियाओं से गुजरते हैं।

खर्च किए गए परमाणु ईंधन से 1% प्लूटोनियम प्राप्त किया जा सकता है। इस धातु को समृद्ध करने की आवश्यकता नहीं है, रूस इसका उपयोग नवीन MOX ईंधन के उत्पादन की प्रक्रिया में करता है। एक बंद ईंधन चक्र एक ईंधन असेंबली को लगभग 3% सस्ता बनाना संभव बनाता है, हालांकि, इस तकनीक के लिए औद्योगिक इकाइयों के निर्माण में बड़े निवेश की आवश्यकता होती है, इसलिए यह अभी तक दुनिया में व्यापक नहीं हुआ है। फिर भी, रोसाटॉम ईंधन कंपनी इस दिशा में अनुसंधान बंद नहीं करती है। प्रोनेड्रा ने हाल ही में लिखा है कि रूसी संघ रिएक्टर कोर में अमेरिकियम, क्यूरियम और नेप्च्यूनियम आइसोटोप का उपयोग करने में सक्षम ईंधन पर काम कर रहा है, जो अत्यधिक रेडियोधर्मी कचरे के 3% में शामिल हैं।

परमाणु ईंधन उत्पादक: रेटिंग

1. कुछ समय पहले तक, फ्रांसीसी कंपनी अरेवा ने ईंधन असेंबलियों के लिए विश्व बाजार का 31% हिस्सा प्रदान किया था। कंपनी परमाणु ईंधन के उत्पादन और परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए घटकों के संयोजन में लगी हुई है। 2017 में, अरेवा ने एक गुणात्मक उन्नयन का अनुभव किया, नए निवेशक कंपनी में आए, और 2015 का भारी नुकसान 3 गुना कम हो गया।
2. वेस्टिंगहाउस जापानी कंपनी तोशिबा का अमेरिकी डिवीजन है। यह पूर्वी यूरोप में बाजार को सक्रिय रूप से विकसित करता है, यूक्रेनी एनपीपी को ईंधन असेंबलियों की आपूर्ति करता है। तोशिबा के साथ, यह परमाणु ईंधन के उत्पादन के लिए विश्व बाजार का 26% प्रदान करता है।
3. राज्य निगम रोसाटॉम (रूस) की ईंधन कंपनी टीवीईएल तीसरे स्थान पर है। TVEL विश्व बाजार का 17% प्रदान करता है, इसका दस साल का अनुबंध पोर्टफोलियो $30 बिलियन का है और 70 से अधिक रिएक्टरों को ईंधन की आपूर्ति करता है। TVEL VVER रिएक्टरों के लिए ईंधन असेंबलियों का विकास करता है, और पश्चिमी डिजाइन के परमाणु प्रतिष्ठानों के लिए बाजार में भी प्रवेश करता है।
4. जापान न्यूक्लियर फ्यूल लिमिटेड, नवीनतम आंकड़ों के अनुसार, विश्व बाजार का 16% प्रदान करता है, जापान में ही अधिकांश परमाणु रिएक्टरों को ईंधन असेंबलियों की आपूर्ति करता है।
5. मित्सुबिशी हेवी इंडस्ट्रीज एक जापानी दिग्गज है जो पश्चिमी शैली के रिएक्टरों के लिए टर्बाइन, टैंकर, एयर कंडीशनर और हाल ही में परमाणु ईंधन बनाती है। मित्सुबिशी हेवी इंडस्ट्रीज (मूल कंपनी का एक प्रभाग) अरेवा के साथ मिलकर APWR परमाणु रिएक्टरों के निर्माण, अनुसंधान गतिविधियों में लगा हुआ है। यह वह कंपनी है जिसे जापानी सरकार ने नए रिएक्टर विकसित करने के लिए चुना था।

परमाणु ऊर्जा बिजली पैदा करने का एक आधुनिक और तेजी से विकसित होने वाला तरीका है। क्या आप जानते हैं कि परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की व्यवस्था कैसे की जाती है? परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन का सिद्धांत क्या है? आज किस प्रकार के परमाणु रिएक्टर मौजूद हैं? हम एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन की योजना पर विस्तार से विचार करने की कोशिश करेंगे, परमाणु रिएक्टर की संरचना में तल्लीन करेंगे और यह पता लगाएंगे कि बिजली पैदा करने की परमाणु विधि कितनी सुरक्षित है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र का आयोजन कैसे किया जाता है?

कोई भी स्टेशन रिहायशी इलाके से दूर एक बंद इलाका होता है। इसके क्षेत्र में कई इमारतें हैं। सबसे महत्वपूर्ण इमारत रिएक्टर बिल्डिंग है, इसके बगल में टर्बाइन हॉल है जहां से रिएक्टर को नियंत्रित किया जाता है, और सुरक्षा भवन।

परमाणु रिएक्टर के बिना योजना असंभव है। एक परमाणु (परमाणु) रिएक्टर एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र का एक उपकरण है, जिसे इस प्रक्रिया में ऊर्जा की अनिवार्य रिहाई के साथ न्यूट्रॉन विखंडन की एक श्रृंखला प्रतिक्रिया को व्यवस्थित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। लेकिन परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन का सिद्धांत क्या है?

पूरे रिएक्टर प्लांट को रिएक्टर बिल्डिंग में रखा गया है, एक बड़ा कंक्रीट टावर जो रिएक्टर को छुपाता है और दुर्घटना की स्थिति में, परमाणु प्रतिक्रिया के सभी उत्पाद शामिल होंगे। इस बड़े टॉवर को कंटेनमेंट, हर्मेटिक शेल या कंटेनमेंट कहा जाता है।

नए रिएक्टरों के नियंत्रण क्षेत्र में 2 मोटी कंक्रीट की दीवारें हैं - गोले।
80 सेमी मोटा बाहरी आवरण नियंत्रण क्षेत्र को बाहरी प्रभावों से बचाता है।

1 मीटर 20 सेमी की मोटाई वाले आंतरिक खोल में इसके उपकरण में विशेष स्टील के केबल होते हैं, जो कंक्रीट की ताकत को लगभग तीन गुना बढ़ा देते हैं और संरचना को उखड़ने नहीं देंगे। अंदर की तरफ, इसे विशेष स्टील की एक पतली शीट के साथ पंक्तिबद्ध किया गया है, जिसे रोकथाम के लिए अतिरिक्त सुरक्षा के रूप में काम करने के लिए डिज़ाइन किया गया है और दुर्घटना की स्थिति में, रिएक्टर की सामग्री को नियंत्रण क्षेत्र के बाहर जारी होने से रोकता है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र का ऐसा उपकरण 200 टन वजन वाले विमान के गिरने, 8-तीव्रता के भूकंप, बवंडर और सुनामी का सामना कर सकता है।

पहला दबाव वाला बाड़ा 1968 में अमेरिकी परमाणु ऊर्जा संयंत्र कनेक्टिकट यांकी में बनाया गया था।

कंटेनमेंट एरिया की कुल ऊंचाई 50-60 मीटर है।

परमाणु रिएक्टर किससे बना होता है?

परमाणु रिएक्टर के संचालन के सिद्धांत और इसलिए परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन के सिद्धांत को समझने के लिए, आपको रिएक्टर के घटकों को समझने की जरूरत है।

• सक्रिय क्षेत्र। यह वह क्षेत्र है जहां परमाणु ईंधन (हीट रिलीजर) और मॉडरेटर रखे जाते हैं। ईंधन के परमाणु (अक्सर यूरेनियम ईंधन है) एक विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया करते हैं। मॉडरेटर को विखंडन प्रक्रिया को नियंत्रित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, और आपको गति और ताकत के संदर्भ में आवश्यक प्रतिक्रिया करने की अनुमति देता है।
• न्यूट्रॉन परावर्तक। परावर्तक सक्रिय क्षेत्र को घेर लेता है। इसमें मॉडरेटर के समान सामग्री होती है। वास्तव में, यह एक बॉक्स है, जिसका मुख्य उद्देश्य न्यूट्रॉन को कोर छोड़ने और पर्यावरण में प्रवेश करने से रोकना है।
• शीतलक। शीतलक को उस ऊष्मा को अवशोषित करना चाहिए जो ईंधन परमाणुओं के विखंडन के दौरान जारी की गई थी और इसे अन्य पदार्थों में स्थानांतरित कर दिया। शीतलक काफी हद तक यह निर्धारित करता है कि परमाणु ऊर्जा संयंत्र कैसे डिजाइन किया गया है। आज का सबसे लोकप्रिय शीतलक पानी है।
  रिएक्टर नियंत्रण प्रणाली। सेंसर और तंत्र जो परमाणु ऊर्जा संयंत्र रिएक्टर को क्रिया में लाते हैं।

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए ईंधन

परमाणु ऊर्जा संयंत्र क्या करता है? परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए ईंधन रेडियोधर्मी गुणों वाले रासायनिक तत्व हैं। सभी परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में यूरेनियम एक ऐसा तत्व है।

स्टेशनों के डिजाइन का तात्पर्य है कि परमाणु ऊर्जा संयंत्र जटिल मिश्रित ईंधन पर काम करते हैं, न कि शुद्ध रासायनिक तत्व पर। और प्राकृतिक यूरेनियम से यूरेनियम ईंधन निकालने के लिए, जिसे एक परमाणु रिएक्टर में लोड किया जाता है, आपको बहुत सारे जोड़तोड़ करने की आवश्यकता होती है।

समृद्ध यूरेनियम

यूरेनियम में दो समस्थानिक होते हैं, अर्थात इसमें विभिन्न द्रव्यमान वाले नाभिक होते हैं। उन्हें प्रोटॉन और न्यूट्रॉन आइसोटोप -235 और आइसोटोप -238 की संख्या के आधार पर नामित किया गया था। 20वीं सदी के शोधकर्ताओं ने अयस्क से यूरेनियम 235 निकालना शुरू किया, क्योंकि। इसे विघटित करना और बदलना आसान था। यह पता चला कि प्रकृति में ऐसे यूरेनियम का केवल 0.7% है (शेष प्रतिशत 238 वें आइसोटोप में चला गया)।

इस मामले में क्या करें? उन्होंने यूरेनियम को समृद्ध करने का फैसला किया। यूरेनियम का संवर्धन एक ऐसी प्रक्रिया है जब इसमें कई आवश्यक 235x समस्थानिक और कुछ अनावश्यक 238x समस्थानिक बचे होते हैं। यूरेनियम संवर्द्धक का कार्य 0.7% से लगभग 100% यूरेनियम-235 बनाना है।

यूरेनियम को दो तकनीकों - गैस प्रसार या गैस सेंट्रीफ्यूज का उपयोग करके समृद्ध किया जा सकता है। उनके उपयोग के लिए, अयस्क से निकाले गए यूरेनियम को गैसीय अवस्था में परिवर्तित किया जाता है। गैस के रूप में यह समृद्ध होता है।

यूरेनियम पाउडर

समृद्ध यूरेनियम गैस एक ठोस अवस्था में परिवर्तित हो जाती है - यूरेनियम डाइऑक्साइड। यह शुद्ध ठोस यूरेनियम 235 बड़े सफेद क्रिस्टल जैसा दिखता है जिसे बाद में यूरेनियम पाउडर में कुचल दिया जाता है।

यूरेनियम की गोलियां

यूरेनियम छर्रे ठोस धातु के वाशर होते हैं, जो कुछ सेंटीमीटर लंबे होते हैं। यूरेनियम पाउडर से ऐसी गोलियों को मोल्ड करने के लिए, इसे एक पदार्थ - एक प्लास्टिसाइज़र के साथ मिलाया जाता है, यह टैबलेट दबाने की गुणवत्ता में सुधार करता है।

प्रेस किए गए वाशर को 1200 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर एक दिन से अधिक समय तक बेक किया जाता है ताकि टैबलेट को विशेष ताकत और उच्च तापमान का प्रतिरोध मिल सके। जिस तरह से परमाणु ऊर्जा संयंत्र सीधे काम करता है वह इस बात पर निर्भर करता है कि यूरेनियम ईंधन कितनी अच्छी तरह संपीड़ित और बेक किया गया है।

गोलियाँ मोलिब्डेनम बक्से में बेक की जाती हैं, क्योंकि। केवल यह धातु डेढ़ हजार डिग्री से अधिक "नारकीय" तापमान पर पिघलने में सक्षम नहीं है। उसके बाद, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए यूरेनियम ईंधन तैयार माना जाता है।

टीवीईएल और टीवीएस क्या है?

रिएक्टर कोर एक विशाल डिस्क या पाइप की तरह दिखता है जिसमें दीवारों में छेद होते हैं (रिएक्टर के प्रकार के आधार पर), मानव शरीर से 5 गुना बड़ा। इन छिद्रों में यूरेनियम ईंधन होता है, जिसके परमाणु वांछित प्रतिक्रिया करते हैं।

रिएक्टर में केवल ईंधन फेंकना असंभव है, ठीक है, यदि आप पूरे स्टेशन का विस्फोट और आस-पास के कुछ राज्यों के परिणामों के साथ दुर्घटना नहीं करना चाहते हैं। इसलिए, यूरेनियम ईंधन को ईंधन की छड़ों में रखा जाता है, और फिर ईंधन असेंबलियों में एकत्र किया जाता है। इन संक्षिप्ताक्षरों का क्या अर्थ है?

• टीवीईएल - ईंधन तत्व (रूसी कंपनी के उसी नाम से भ्रमित नहीं होना चाहिए जो उन्हें पैदा करता है)। दरअसल, यह जिरकोनियम मिश्र धातुओं से बनी एक पतली और लंबी जिरकोनियम ट्यूब होती है, जिसमें यूरेनियम के छर्रे रखे जाते हैं। यह ईंधन की छड़ों में है कि यूरेनियम परमाणु एक दूसरे के साथ बातचीत करना शुरू करते हैं, प्रतिक्रिया के दौरान गर्मी छोड़ते हैं।

जिरकोनियम को इसकी अपवर्तकता और जंग रोधी गुणों के कारण ईंधन छड़ के उत्पादन के लिए एक सामग्री के रूप में चुना गया था।

ईंधन तत्वों का प्रकार रिएक्टर के प्रकार और संरचना पर निर्भर करता है। एक नियम के रूप में, ईंधन छड़ की संरचना और उद्देश्य नहीं बदलता है, ट्यूब की लंबाई और चौड़ाई भिन्न हो सकती है।

मशीन 200 से अधिक यूरेनियम छर्रों को एक जिरकोनियम ट्यूब में लोड करती है। रिएक्टर में कुल मिलाकर लगभग 10 मिलियन यूरेनियम छर्रे एक साथ काम करते हैं।
एफए - ईंधन विधानसभा। एनपीपी कार्यकर्ता ईंधन असेंबलियों को बंडल कहते हैं।

वास्तव में, ये कई टीवीईएल एक साथ जुड़े हुए हैं। फ्यूल असेंबली रेडीमेड न्यूक्लियर फ्यूल है, जिस पर न्यूक्लियर पावर प्लांट चलता है। यह ईंधन असेंबली है जिसे परमाणु रिएक्टर में लोड किया जाता है। एक रिएक्टर में लगभग 150 - 400 ईंधन असेंबलियाँ रखी जाती हैं।
ईंधन असेंबली किस रिएक्टर में काम करेगी, इसके आधार पर वे अलग-अलग आकार में आते हैं। कभी-कभी बंडलों को एक घन में, कभी बेलनाकार में, कभी-कभी एक षट्कोणीय आकार में मोड़ा जाता है।

4 साल के संचालन के लिए एक ईंधन असेंबली उतनी ही ऊर्जा उत्पन्न करती है जितनी 670 वैगन कोयले, प्राकृतिक गैस के साथ 730 टैंक या तेल से लदी 900 टैंकों को जलाने पर होती है।
आज, ईंधन असेंबलियों का उत्पादन मुख्य रूप से रूस, फ्रांस, संयुक्त राज्य अमेरिका और जापान के कारखानों में किया जाता है।

अन्य देशों में परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए ईंधन पहुंचाने के लिए, ईंधन असेंबलियों को लंबी और चौड़ी धातु के पाइपों में सील कर दिया जाता है, हवा को पाइप से बाहर निकाल दिया जाता है और विशेष मशीनों द्वारा बोर्ड कार्गो विमान पर पहुंचाया जाता है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए परमाणु ईंधन का वजन बहुत अधिक होता है, tk। यूरेनियम ग्रह पर सबसे भारी धातुओं में से एक है। इसका विशिष्ट गुरुत्व स्टील के 2.5 गुना है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र: संचालन का सिद्धांत

परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन का सिद्धांत क्या है? परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के संचालन का सिद्धांत एक रेडियोधर्मी पदार्थ - यूरेनियम के परमाणुओं के विखंडन की श्रृंखला प्रतिक्रिया पर आधारित है। यह प्रतिक्रिया एक परमाणु रिएक्टर के मूल में होती है।

यदि आप परमाणु भौतिकी की पेचीदगियों में नहीं जाते हैं, तो परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन का सिद्धांत इस तरह दिखता है:
परमाणु रिएक्टर शुरू होने के बाद, ईंधन की छड़ से अवशोषित छड़ें हटा दी जाती हैं, जो यूरेनियम को प्रतिक्रिया करने से रोकती हैं।

जैसे ही छड़ें हटा दी जाती हैं, यूरेनियम न्यूट्रॉन एक दूसरे के साथ बातचीत करना शुरू कर देते हैं।

जब न्यूट्रॉन टकराते हैं, परमाणु स्तर पर एक छोटा विस्फोट होता है, ऊर्जा निकलती है और नए न्यूट्रॉन पैदा होते हैं, एक श्रृंखला प्रतिक्रिया होने लगती है। इस प्रक्रिया से गर्मी निकलती है।

गर्मी को शीतलक में स्थानांतरित कर दिया जाता है। शीतलक के प्रकार के आधार पर, यह भाप या गैस में बदल जाता है, जो टरबाइन को घुमाता है।

टरबाइन एक विद्युत जनरेटर चलाता है। यह वह है जो वास्तव में बिजली उत्पन्न करता है।

यदि आप इस प्रक्रिया का पालन नहीं करते हैं, तो यूरेनियम न्यूट्रॉन एक दूसरे से तब तक टकरा सकते हैं जब तक कि रिएक्टर को उड़ा न दिया जाए और पूरे परमाणु ऊर्जा संयंत्र को नष्ट न कर दिया जाए। कंप्यूटर सेंसर प्रक्रिया को नियंत्रित करते हैं। वे रिएक्टर में तापमान में वृद्धि या दबाव में बदलाव का पता लगाते हैं और प्रतिक्रियाओं को स्वचालित रूप से रोक सकते हैं।

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों और ताप विद्युत संयंत्रों (थर्मल पावर प्लांट) के संचालन के सिद्धांत में क्या अंतर है?

काम में अंतर केवल पहले चरण में है। परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में, शीतलक यूरेनियम ईंधन के परमाणुओं के विखंडन से गर्मी प्राप्त करता है, थर्मल पावर प्लांटों में शीतलक कार्बनिक ईंधन (कोयला, गैस या तेल) के दहन से गर्मी प्राप्त करता है। यूरेनियम के परमाणुओं या कोयले के साथ गैस के गर्मी छोड़ने के बाद, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों और थर्मल पावर प्लांटों के संचालन की योजनाएँ समान हैं।

परमाणु रिएक्टरों के प्रकार

परमाणु ऊर्जा संयंत्र कैसे काम करता है यह इस बात पर निर्भर करता है कि उसका परमाणु रिएक्टर कैसे काम करता है। आज दो मुख्य प्रकार के रिएक्टर हैं, जिन्हें न्यूरॉन्स के स्पेक्ट्रम के अनुसार वर्गीकृत किया गया है:
एक धीमा न्यूट्रॉन रिएक्टर, जिसे थर्मल रिएक्टर भी कहा जाता है।

इसके संचालन के लिए 235 यूरेनियम का उपयोग किया जाता है, जो संवर्धन, यूरेनियम गोलियों के निर्माण आदि के चरणों से गुजरता है। आज, धीमे न्यूट्रॉन रिएक्टर विशाल बहुमत में हैं।
फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर।

ये रिएक्टर भविष्य हैं, क्योंकि वे यूरेनियम -238 पर काम करते हैं, जो प्रकृति में एक पैसा एक दर्जन है और इस तत्व को समृद्ध करना आवश्यक नहीं है। ऐसे रिएक्टरों का नुकसान केवल डिजाइन, निर्माण और लॉन्च के लिए बहुत अधिक लागत में है। आज, फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर केवल रूस में काम करते हैं।

फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टरों में शीतलक पारा, गैस, सोडियम या सीसा होता है।

स्लो न्यूट्रॉन रिएक्टर, जो आज दुनिया के सभी परमाणु ऊर्जा संयंत्रों द्वारा उपयोग किए जाते हैं, भी कई प्रकार के होते हैं।

IAEA संगठन (अंतर्राष्ट्रीय परमाणु ऊर्जा एजेंसी) ने अपना स्वयं का वर्गीकरण बनाया है, जिसका उपयोग विश्व परमाणु उद्योग में सबसे अधिक बार किया जाता है। चूंकि परमाणु ऊर्जा संयंत्र के संचालन का सिद्धांत काफी हद तक शीतलक और मॉडरेटर की पसंद पर निर्भर करता है, आईएईए ने इन अंतरों पर अपना वर्गीकरण आधारित किया है।

रासायनिक दृष्टिकोण से, ड्यूटेरियम ऑक्साइड एक आदर्श मॉडरेटर और शीतलक है, क्योंकि इसके परमाणु अन्य पदार्थों की तुलना में यूरेनियम के न्यूट्रॉन के साथ सबसे प्रभावी ढंग से बातचीत करते हैं। सीधे शब्दों में कहें, भारी पानी न्यूनतम नुकसान और अधिकतम परिणामों के साथ अपना कार्य करता है। हालांकि, इसके उत्पादन में पैसा खर्च होता है, जबकि हमारे लिए सामान्य "प्रकाश" और परिचित पानी का उपयोग करना बहुत आसान है।

परमाणु रिएक्टरों के बारे में कुछ तथ्य...

यह दिलचस्प है कि एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र रिएक्टर कम से कम 3 वर्षों के लिए बनाया गया है!
एक रिएक्टर बनाने के लिए, आपको ऐसे उपकरणों की आवश्यकता होती है जो 210 किलो एम्पीयर के विद्युत प्रवाह पर चलते हैं, जो कि एक व्यक्ति की जान लेने वाले करंट से दस लाख गुना अधिक है।

परमाणु रिएक्टर के एक खोल (संरचनात्मक तत्व) का वजन 150 टन होता है। एक रिएक्टर में ऐसे 6 तत्व होते हैं।

दबावयुक्त जल रिएक्टर

हमने पहले ही पता लगा लिया है कि परमाणु ऊर्जा संयंत्र सामान्य रूप से कैसे काम करता है, "इसे हल करने" के लिए आइए देखें कि सबसे लोकप्रिय दबाव वाला परमाणु रिएक्टर कैसे काम करता है।
आज पूरी दुनिया में जेनरेशन 3+ प्रेशराइज्ड वॉटर रिएक्टरों का इस्तेमाल किया जाता है। उन्हें सबसे विश्वसनीय और सुरक्षित माना जाता है।

अपने संचालन के सभी वर्षों में दुनिया के सभी दबाव वाले जल रिएक्टर पहले ही 1000 से अधिक वर्षों से परेशानी मुक्त संचालन हासिल करने में कामयाब रहे हैं और कभी भी गंभीर विचलन नहीं दिया है।

दबाव वाले जल रिएक्टरों पर आधारित परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की संरचना का तात्पर्य है कि आसुत जल ईंधन की छड़ों के बीच घूमता है, जिसे 320 डिग्री तक गर्म किया जाता है। इसे वाष्प अवस्था में जाने से रोकने के लिए इसे 160 वायुमंडल के दबाव में रखा जाता है। एनपीपी योजना इसे प्राथमिक जल कहती है।

गर्म पानी भाप जनरेटर में प्रवेश करता है और माध्यमिक सर्किट के पानी को अपनी गर्मी देता है, जिसके बाद यह फिर से रिएक्टर में "वापस" हो जाता है। बाह्य रूप से, ऐसा लगता है कि प्राथमिक जल सर्किट के पाइप अन्य पाइपों के संपर्क में हैं - दूसरे सर्किट का पानी, वे गर्मी को एक दूसरे में स्थानांतरित करते हैं, लेकिन पानी संपर्क नहीं करते हैं। ट्यूब संपर्क में हैं।

इस प्रकार, माध्यमिक सर्किट के पानी में विकिरण की संभावना, जो आगे बिजली पैदा करने की प्रक्रिया में भाग लेगा, को बाहर रखा गया है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र सुरक्षा

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के संचालन के सिद्धांत को सीखने के बाद, हमें यह समझना चाहिए कि सुरक्षा की व्यवस्था कैसे की जाती है। परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के डिजाइन के लिए आज सुरक्षा नियमों पर अधिक ध्यान देने की आवश्यकता है।
परमाणु ऊर्जा संयंत्र की सुरक्षा की लागत संयंत्र की कुल लागत का लगभग 40% है।

एनपीपी योजना में 4 भौतिक अवरोध शामिल हैं जो रेडियोधर्मी पदार्थों की रिहाई को रोकते हैं। इन बाधाओं को क्या करना चाहिए? सही समय पर, परमाणु प्रतिक्रिया को रोकने में सक्षम हो, कोर और रिएक्टर से लगातार गर्मी हटाने को सुनिश्चित करें, और रेडियोन्यूक्लाइड्स को नियंत्रण (रोकथाम क्षेत्र) से मुक्त होने से रोकें।

• पहला अवरोध यूरेनियम छर्रों की ताकत है।यह महत्वपूर्ण है कि वे परमाणु रिएक्टर में उच्च तापमान के प्रभाव में न गिरें। कई मायनों में, परमाणु ऊर्जा संयंत्र कैसे काम करता है यह इस बात पर निर्भर करता है कि उत्पादन के प्रारंभिक चरण में यूरेनियम छर्रों को "बेक्ड" कैसे किया गया था। यदि यूरेनियम ईंधन छर्रों को गलत तरीके से बेक किया जाता है, तो रिएक्टर में यूरेनियम परमाणुओं की प्रतिक्रिया अप्रत्याशित होगी।
• दूसरा अवरोध ईंधन की छड़ों की जकड़न है।ज़िरकोनियम ट्यूबों को कसकर बंद कर दिया जाना चाहिए, अगर जकड़न टूट गई है, तो सबसे अच्छा रिएक्टर क्षतिग्रस्त हो जाएगा और काम बंद हो जाएगा, कम से कम सब कुछ हवा में उड़ जाएगा।
• तीसरा अवरोध एक मजबूत स्टील रिएक्टर पोत हैए, (वही बड़ा टॉवर - एक नियंत्रण क्षेत्र) जो सभी रेडियोधर्मी प्रक्रियाओं को अपने आप में "होल्ड" करता है। पतवार क्षतिग्रस्त है - विकिरण वातावरण में छोड़ा जाएगा।
• चौथा अवरोध आपातकालीन सुरक्षा छड़ है।सक्रिय क्षेत्र के ऊपर, मॉडरेटर वाली छड़ें चुम्बकों पर निलंबित होती हैं, जो 2 सेकंड में सभी न्यूट्रॉन को अवशोषित कर सकती हैं और श्रृंखला प्रतिक्रिया को रोक सकती हैं।

यदि कई डिग्री सुरक्षा के साथ परमाणु ऊर्जा संयंत्र के निर्माण के बावजूद, रिएक्टर कोर को सही समय पर ठंडा करना संभव नहीं है, और ईंधन का तापमान 2600 डिग्री तक बढ़ जाता है, तो सुरक्षा प्रणाली की आखिरी उम्मीद खेल में आती है - तथाकथित पिघल जाल।

तथ्य यह है कि इस तरह के तापमान पर रिएक्टर पोत का तल पिघल जाएगा, और परमाणु ईंधन और पिघली हुई संरचनाओं के सभी अवशेष रिएक्टर कोर के ऊपर निलंबित एक विशेष "ग्लास" में प्रवाहित होंगे।

पिघला हुआ जाल प्रशीतित और दुर्दम्य है। यह तथाकथित "बलिदान सामग्री" से भरा है, जो धीरे-धीरे विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया को रोकता है।

इस प्रकार, एनपीपी योजना में सुरक्षा के कई डिग्री शामिल हैं, जो दुर्घटना की किसी भी संभावना को लगभग पूरी तरह से बाहर कर देता है।

खर्च किया गया परमाणु ईंधन यूरेनियम है जिसने परमाणु रिएक्टर में काम किया है और इसमें रेडियोधर्मी विखंडन उत्पाद शामिल हैं। इसलिए, इसे विकिरणित या जला हुआ परमाणु ईंधन भी कहा जाता है।

एसएनएफ रेडियोधर्मी कचरे (आरडब्ल्यू) से कैसे अलग है? सबसे पहले, तथ्य यह है कि एसएनएफ एक मूल्यवान उत्पाद है जिसमें 2 उपयोगी घटक होते हैं - बिना जले हुए यूरेनियम और ट्रांसयूरेनियम तत्व। इसके अलावा, विखंडन उत्पादों में रेडियोन्यूक्लाइड (रेडियोधर्मी समस्थानिक) होते हैं, जिनका उद्योग, चिकित्सा और वैज्ञानिक अनुसंधान में भी सफलतापूर्वक उपयोग किया जा सकता है।

रिएक्टर से हटाए जाने के बाद, खर्च किया गया परमाणु ईंधन (एसएनएफ) रेडियोधर्मिता को बरकरार रखता है और गर्मी छोड़ता है। इसलिए, गर्मी को दूर करने और आयनकारी विकिरण से बचाने के लिए इस तरह के ईंधन को कुछ समय के लिए पानी के नीचे पूल में रखा जाता है। अगला कदम हो सकता है:

• अंतिम निपटान एक खुले ईंधन चक्र का पूरा होना है जैसा कि संयुक्त राज्य अमेरिका, कनाडा और स्वीडन में किया जाता है।
• आगे के उपयोग के लिए खर्च किए गए परमाणु ईंधन का पुन: प्रसंस्करण - एक बंद ईंधन चक्र। बंद ईंधन चक्र का मार्ग रूस, ग्रेट ब्रिटेन, फ्रांस और जापान द्वारा चुना गया था।

खर्च किए गए परमाणु ईंधन को शुरू में सीधे रिएक्टर भवन में संग्रहित किया जाता है। फिर इसे विशेष "ड्राई स्टोरेज" गोदामों में दूसरे स्थान पर ले जाया जाता है। आज के प्रकाश जल रिएक्टरों के लिए बंद ईंधन चक्र में, ईंधन ठीक उसी पथ पर चलता है। यूरेनियम खानों और कारखानों से शुरू होकर, यूरेनियम रिएक्टर ईंधन के निर्माण के लिए परिवर्तन और संवर्धन के सभी चरणों से गुजरता है।रिएक्टर से ईंधन निकालने के बाद, ईंधन की छड़ों को रिफाइनरियों में संसाधित किया जाता है जहां उन्हें कुचल दिया जाता है और एसिड में भंग कर दिया जाता है। एक विशेष रासायनिक उपचार के बाद, खर्च किए गए ईंधन से दो मूल्यवान उत्पाद प्राप्त होते हैं: प्लूटोनियम और अप्रयुक्त यूरेनियम। लगभग 3% ईंधन उच्च स्तरीय अपशिष्ट के रूप में रहता है। बिटुमिनाइजेशन, कंक्रीटिंग या विट्रिफिकेशन के बाद, ये अत्यधिक रेडियोधर्मी सामग्री दीर्घकालिक निपटान के अधीन हैं।

खर्च किए गए परमाणु ईंधन में लगभग 1% प्लूटोनियम होता है। यह एक बहुत अच्छा परमाणु ईंधन है जिसे किसी संवर्धन प्रक्रिया की आवश्यकता नहीं है। मिश्रित ऑक्साइड या एमओएक्स ईंधन बनाने के लिए प्लूटोनियम को मिश्रित यूरेनियम के साथ मिलाया जा सकता है, जिसे रिएक्टरों में लोड करने के लिए ताजा ईंधन असेंबलियों के रूप में आपूर्ति की जाती है। इसका उपयोग रिएक्टरों में लोड करने के लिए किया जा सकता है। बरामद यूरेनियम को अतिरिक्त संवर्द्धन के लिए वापस किया जा सकता है या ऑपरेटिंग रिएक्टरों के लिए ताजा ईंधन के रूप में आपूर्ति की जा सकती है। अतिरिक्त खनन के बिना यूरेनियम के उपयोग को अधिकतम करने के लिए एक बंद ईंधन चक्र एक अधिक कुशल प्रणाली है (ऊर्जा इकाइयों के संदर्भ में, बचत लगभग 30% है)। और यद्यपि उद्योग ने इस दृष्टिकोण को तुरंत मंजूरी दे दी, लेकिन खर्च किए गए परमाणु ईंधन के प्रसंस्करण के लिए ऐसी योजनाएं अभी तक व्यापक नहीं हुई हैं।

यूरेनियम की संभावनाओं के इतने अधूरे उपयोग का एक कारण यह है कि अधिकांश मौजूदा औद्योगिक रिएक्टर तथाकथित "हल्के पानी" एलडब्ल्यूआर रिएक्टरों से संबंधित हैं। वे कई मायनों में अच्छे हैं, लेकिन वे ईंधन से सभी ऊर्जा को अंतिम वाट तक निचोड़ने के लिए डिज़ाइन नहीं किए गए हैं। हालांकि, अन्य प्रकार के रिएक्टर भी हैं - तथाकथित "तेज़" (तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टर), बहुत अधिक ऊर्जा निकालने के लिए खर्च किए गए ईंधन को "प्रसंस्करण" करने में सक्षम हैं।

टीवीएस (फ्यूल असेंबली)

परमाणु ईंधन- एक नियंत्रित परमाणु विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया करने के लिए परमाणु रिएक्टरों में उपयोग की जाने वाली सामग्री। परमाणु ईंधन मानव जाति द्वारा उपयोग किए जाने वाले अन्य प्रकार के ईंधन से मौलिक रूप से अलग है, यह अत्यंत ऊर्जा गहन है, लेकिन मनुष्यों के लिए भी बहुत खतरनाक है, जो सुरक्षा कारणों से इसके उपयोग पर कई प्रतिबंध लगाता है। इसके लिए और कई अन्य कारणों से, किसी भी प्रकार के जीवाश्म ईंधन की तुलना में परमाणु ईंधन का उपयोग करना अधिक कठिन होता है, और इसके उपयोग के लिए कई विशेष तकनीकी और संगठनात्मक उपायों की आवश्यकता होती है, साथ ही इसके साथ काम करने वाले उच्च योग्य कर्मियों की भी आवश्यकता होती है।

सामान्य जानकारी

एक नाभिकीय श्रृंखला अभिक्रिया एक नाभिक का दो भागों में विखंडन है, जिसे कहा जाता है विखंडन टुकड़े, कई (2-3) न्यूट्रॉन की एक साथ रिहाई के साथ, जो बदले में, निम्नलिखित नाभिक के विखंडन का कारण बन सकता है। ऐसा विखंडन तब होता है जब एक न्यूट्रॉन मूल पदार्थ के परमाणु के नाभिक में प्रवेश करता है। परमाणु विखंडन के दौरान बनने वाले विखंडन के टुकड़ों में बड़ी गतिज ऊर्जा होती है। पदार्थ में विखंडन के टुकड़ों का मंदी बड़ी मात्रा में गर्मी की रिहाई के साथ होता है। विखंडन के टुकड़े सीधे विखंडन के परिणामस्वरूप बनने वाले नाभिक होते हैं। विखंडन के टुकड़े और उनके रेडियोधर्मी क्षय उत्पादों को आमतौर पर कहा जाता है विखंडन उत्पाद. नाभिक कि किसी भी ऊर्जा के न्यूट्रॉन के साथ विखंडन को परमाणु ईंधन कहा जाता है (एक नियम के रूप में, ये एक विषम परमाणु संख्या वाले पदार्थ हैं)। ऐसे नाभिक होते हैं जो केवल एक निश्चित थ्रेशोल्ड मान से ऊपर की ऊर्जा वाले न्यूट्रॉन द्वारा विखंडन करते हैं (एक नियम के रूप में, ये एक समान परमाणु संख्या वाले तत्व हैं)। इस तरह के नाभिक को कच्चा माल कहा जाता है, क्योंकि जब एक न्यूट्रॉन एक दहलीज नाभिक द्वारा कब्जा कर लिया जाता है, तो परमाणु ईंधन के नाभिक बनते हैं। परमाणु ईंधन और कच्चे माल के संयोजन को परमाणु ईंधन कहा जाता है। विभिन्न विखंडन उत्पादों (MeV में) के बीच 235 U नाभिक की विखंडन ऊर्जा का वितरण नीचे दिया गया है:

विखंडन अंशों की गतिज ऊर्जा	162	81%
विखंडन न्यूट्रॉन की गतिज ऊर्जा	5	2,5%
न्यूट्रॉन कैप्चर के साथ -विकिरण की ऊर्जा	10	5%
विखंडन उत्पादों के -विकिरण की ऊर्जा	6	3%
विखंडन उत्पादों के β-विकिरण की ऊर्जा	5	2,5%
न्यूट्रीनो द्वारा ऊर्जा का वहन किया जाता है	11	5,5%
कुल विखंडन ऊर्जा	~200	100%

चूंकि न्यूट्रिनो ऊर्जा को अपरिवर्तनीय रूप से ले जाया जाता है, केवल 188 MeV/atom = 30 pJ/atom = 18 TJ/mol = 76.6 TJ/kg उपयोग के लिए उपलब्ध है (अन्य डेटा के अनुसार (लिंक देखें) 205.2 - 8.6 = 196 .6 MeV /परमाणु)।

प्राकृतिक यूरेनियम में तीन समस्थानिक होते हैं: 238U (99.282%), 235U (0.712%) और 234U (0.006%)। यह हमेशा परमाणु ईंधन के रूप में उपयुक्त नहीं होता है, खासकर यदि संरचनात्मक सामग्री और मॉडरेटर न्यूट्रॉन को बड़े पैमाने पर अवशोषित करते हैं। इस मामले में, परमाणु ईंधन समृद्ध यूरेनियम के आधार पर बनाया जाता है। थर्मल रिएक्टरों में, 6% से कम के संवर्धन वाले यूरेनियम का उपयोग किया जाता है, और तेज और मध्यवर्ती न्यूट्रॉन रिएक्टरों में, यूरेनियम संवर्धन 20% से अधिक होता है। समृद्ध यूरेनियम विशेष संवर्धन संयंत्रों में प्राप्त किया जाता है।

वर्गीकरण

परमाणु ईंधन को दो प्रकारों में बांटा गया है:

• प्राकृतिक यूरेनियम, जिसमें विखंडनीय नाभिक 235 यू, साथ ही कच्चे माल 238 यू, न्यूट्रॉन पर कब्जा करते समय प्लूटोनियम 239 पु बनाने में सक्षम;
• माध्यमिक ईंधन जो प्रकृति में नहीं होता है, जिसमें पहले प्रकार के ईंधन से प्राप्त 239 पु, साथ ही 232 Th थोरियम नाभिक द्वारा न्यूट्रॉन को पकड़ने के दौरान गठित 233 U समस्थानिक शामिल हैं।

रासायनिक संरचना के अनुसार, परमाणु ईंधन हो सकता है:

• मिश्र धातुओं सहित धात्विक ;
• ऑक्साइड (उदाहरण के लिए, यूओ 2);
• कार्बाइड (जैसे पीयूसी 1-एक्स)
• मिश्रित (पुओ 2 + यूओ 2)

आवेदन के सैद्धांतिक पहलू

परमाणु ईंधन का उपयोग परमाणु रिएक्टरों में कुछ सेंटीमीटर आकार के छर्रों के रूप में किया जाता है, जहां यह आमतौर पर भली भांति बंद करके सील किए गए ईंधन तत्वों (टीवीईएल) में स्थित होता है, जो बदले में, उपयोग में आसानी के लिए, कई सौ ईंधन असेंबलियों (एफए) में संयुक्त होते हैं। )

परमाणु ईंधन ईंधन रॉड क्लैडिंग के साथ रासायनिक संगतता के लिए उच्च आवश्यकताओं के अधीन है, इसमें पर्याप्त पिघलने और वाष्पीकरण तापमान, अच्छी तापीय चालकता, न्यूट्रॉन विकिरण के दौरान मात्रा में मामूली वृद्धि और विनिर्माण क्षमता होनी चाहिए।

धात्विक यूरेनियम का उपयोग, विशेष रूप से 500 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर, इसकी सूजन के कारण मुश्किल होता है। परमाणु विखंडन के बाद, दो विखंडन टुकड़े बनते हैं, जिनका कुल आयतन एक यूरेनियम (प्लूटोनियम) परमाणु के आयतन से अधिक होता है। परमाणुओं का हिस्सा - विखंडन के टुकड़े गैसों के परमाणु (क्रिप्टन, क्सीनन, आदि) हैं। यूरेनियम के छिद्रों में गैस के परमाणु जमा हो जाते हैं और एक आंतरिक दबाव बनाते हैं जो बढ़ते तापमान के साथ बढ़ता है। विखंडन की प्रक्रिया में परमाणुओं के आयतन में परिवर्तन और गैसों के आंतरिक दबाव में वृद्धि के कारण, यूरेनियम और अन्य परमाणु ईंधन फूलने लगते हैं। सूजन को परमाणु विखंडन से जुड़े परमाणु ईंधन की मात्रा में सापेक्ष परिवर्तन के रूप में समझा जाता है।

सूजन बर्नअप और ईंधन तत्व तापमान पर निर्भर करती है। बर्नअप के साथ विखंडन के टुकड़ों की संख्या बढ़ जाती है, और बर्नअप और तापमान के साथ गैस का आंतरिक दबाव बढ़ता है। परमाणु ईंधन की सूजन से ईंधन तत्व क्लैडिंग का विनाश हो सकता है। उच्च यांत्रिक गुण होने पर परमाणु ईंधन में सूजन का खतरा कम होता है। धात्विक यूरेनियम ऐसी सामग्री पर लागू नहीं होता है। इसलिए, परमाणु ईंधन के रूप में धातु यूरेनियम का उपयोग जलने की गहराई को सीमित करता है, जो परमाणु ईंधन की मुख्य विशेषताओं में से एक है।

ईंधन के विकिरण प्रतिरोध और यांत्रिक गुणों को डोपिंग यूरेनियम द्वारा सुधारा जाता है, जिसमें यूरेनियम में थोड़ी मात्रा में मोलिब्डेनम, एल्यूमीनियम और अन्य धातुओं को जोड़ा जाता है। डोपिंग एडिटिव्स परमाणु ईंधन द्वारा प्रति न्यूट्रॉन कैप्चर किए गए विखंडन न्यूट्रॉन की संख्या को कम करते हैं। इसलिए, यूरेनियम में मिश्रधातु जोड़ने का विकल्प उन सामग्रियों से चुना जाता है जो न्यूट्रॉन को कमजोर रूप से अवशोषित करते हैं।

अच्छे परमाणु ईंधन में यूरेनियम के कुछ अपवर्तक यौगिक शामिल हैं: ऑक्साइड, कार्बाइड और इंटरमेटेलिक यौगिक। सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किए जाने वाले सिरेमिक - यूरेनियम डाइऑक्साइड यूओ 2। इसका गलनांक 2800 °C है, घनत्व 10.2 g/cm³ है। यूरेनियम डाइऑक्साइड में कोई चरण संक्रमण नहीं होता है और यूरेनियम मिश्र धातुओं की तुलना में सूजन की संभावना कम होती है। यह आपको बर्नआउट को कई प्रतिशत तक बढ़ाने की अनुमति देता है। यूरेनियम डाइऑक्साइड उच्च तापमान पर जिरकोनियम, नाइओबियम, स्टेनलेस स्टील और अन्य सामग्री के साथ बातचीत नहीं करता है। सिरेमिक का मुख्य नुकसान कम तापीय चालकता है - 4.5 kJ/(m·K), जो पिघलने के तापमान के संदर्भ में रिएक्टर की विशिष्ट शक्ति को सीमित करता है। इस प्रकार, यूरेनियम डाइऑक्साइड के लिए VVER रिएक्टरों में अधिकतम ताप प्रवाह घनत्व 1.4⋅10 3 kW/m² से अधिक नहीं होता है, जबकि ईंधन छड़ में अधिकतम तापमान 2200 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच जाता है। इसके अलावा, गर्म सिरेमिक बहुत भंगुर होते हैं और दरार कर सकते हैं।

प्रायोगिक उपयोग

रसीद

यूरेनियम ईंधन

यूरेनियम परमाणु ईंधन अयस्कों के प्रसंस्करण द्वारा प्राप्त किया जाता है। प्रक्रिया कई चरणों में होती है:

• गरीब जमा के लिए: आधुनिक उद्योग में, समृद्ध यूरेनियम अयस्कों की कमी के कारण (अपवाद कनाडा और ऑस्ट्रेलियाई गैर-अनुरूपता प्रकार के जमा हैं, जिसमें यूरेनियम की सांद्रता 3% तक पहुंच जाती है), अयस्कों के भूमिगत लीचिंग की विधि का उपयोग किया जाता है। यह महंगा अयस्क खनन समाप्त करता है। प्रारंभिक तैयारी सीधे भूमिगत हो जाती है। द्वारा इंजेक्शन कुओंसल्फ्यूरिक एसिड को जमा के ऊपर भूमिगत पंप किया जाता है, कभी-कभी फेरिक लवण (यूरेनियम यू (IV) को यू (VI) में ऑक्सीकरण करने के लिए) के साथ, हालांकि अयस्कों में अक्सर लोहा और पाइरोलुसाइट होता है, जो ऑक्सीकरण की सुविधा प्रदान करता है। द्वारा निष्कर्षण कुओंयूरेनियम के साथ सल्फ्यूरिक एसिड का घोल विशेष पंपों के साथ सतह पर उगता है। फिर यह सीधे यूरेनियम के सोखना, हाइड्रोमेटालर्जिकल निष्कर्षण और एक साथ संवर्धन के लिए जाता है।
• अयस्क जमा के लिए: अयस्क सांद्रता और रेडियोमेट्रिक अयस्क सांद्रता का उपयोग करें।
• हाइड्रोमेटेलर्जिकल प्रसंस्करण - शुद्ध यूरेनियम ऑक्साइड (यू 3 ओ 8), सोडियम डाययूरानेट (एनए 2 यू 2 ओ 7) या अमोनियम डाययूरानेट ((एनएच 4) 2 यू 2 ओ 7) प्राप्त करने के लिए यूरेनियम की क्रशिंग, लीचिंग, सोरशन या निष्कर्षण निष्कर्षण।
• यूरेनियम को ऑक्साइड से यूएफ 4 टेट्राफ्लोराइड में या ऑक्साइड से सीधे यूएफ 6 हेक्साफ्लोराइड प्राप्त करने के लिए स्थानांतरण, जिसका उपयोग 235 आइसोटोप में यूरेनियम को समृद्ध करने के लिए किया जाता है।
• गैस थर्मल डिफ्यूजन या सेंट्रीफ्यूजेशन द्वारा संवर्धन।
• 235 समस्थानिक में समृद्ध UF 6 को UO 2 डाइऑक्साइड में परिवर्तित किया जाता है, जिससे ईंधन की छड़ "गोलियाँ" बनाई जाती हैं या इसी उद्देश्य के लिए अन्य यूरेनियम यौगिक प्राप्त किए जाते हैं।