Информация о работе
Подробнее о работе
Технология и технико-экономические основы производства ядерного топлива
- 30 страниц
- 2017 год
- 26 просмотров
- 0 покупок
Гарантия сервиса Автор24
Уникальность не ниже 50%
Фрагменты работ
Введение 3
1 Ядерное топливо 4
2 Ядерно-топливный цикл 8
3 Уран как ядерное топливо 12
3.1 Выгорание ядерного топлива 14
3.2 Производство топливных таблеток UO2 17
3.3 Технология облучённого ядерного топлива 21
3.4 Утилизация радиоактивных отходов 23
4 Экономика ядерно-топливного цикла 27
Заключение 30
Список литературы 31
1 Ядерное топливо
Ядерное топливо —- это материал, содержащий нуклиды, которые делятся при взаимодействии с нейтронами. Делящимися нуклидами являются находящиеся в природном уране изотопы урана, изотопы плутония, искусственно получаемые в процессе ядерных реакций из урана, искусственный 233U, получаемый при облучении нейтронами природного тория.
Первичное ядерное топливо — топливо, содержащее только лишь природные делящиеся нуклиды. а вторичное — топливо, содержащее нуклиды, полученные искусственным путём. Основная масса природного урана (238U) и весь находящийся в природе торий (232Th) представляют собой природный ядерный материал, пригодный для воспроизводства, то есть для получения искусственных делящихся нуклидов, либо вторичного ядерного топлива.
На сегодняшний день развитие ядерной энергетики базируется на природном уране. Природный уран состоит из трех изотопов. Главный изотоп — 238U обладает периодом полураспада, сопоставимым с возрастом планеты.
...
2 Ядерно-топливный цикл
Ядерно-топливный цикл (ЯТЦ) – это совокупность (цикл) операций, включающих следующие основные стадии общего технологического процесса:
• добычу из недр и переработка урановой руды с получением концентратов, их конверсия в гексaфторид и разделение изотопов;
• радиохимическая переработка облучённого ядерного топлива;
• производство ТВЭЛ и ТВС, получение электроэнергии на АЭС;
• транспортировка радиоактивных веществ между отдельными звеньями топливного цикла;
• переработка и захоронение радиоактивных отходов.
Важнейшей составляющей и заключительной частью любого ЯТЦ является радиохимическая переработка и регенерация облучённого ядерного топлива с извлечением, разделением ценных компонентов с дальнейшей переработкой, обезвреживанием и захоронением радиоактивных отходов.
В зависимости от вида ядерного топлива и определенных условий топливные циклы могут различаться в деталях, но общая принципиальная схема остаётся неизменной.
...
3 Уран как ядерное топливо
В отличие от других металлов уран используют не как конструкционный материал, а как эффективный источник энергии.
Веществ, способных к делению под действием нейтронов с выделением энергии, три – 92U235, 92U233, 94Pu239. Из них только лишь U235 встречается в природе (U235 – 0,711, U238 – 99,283 % масс., остальное U234). Два других приобретают искусственным путём в атомных реакторах облучения нейтронами U238 и Th232.
Вероятность ядерных реакций деления выражают величиной эффективного сечения – σ, имеющее размерность площади поперечного сечения ядра мишени.
За единицу сечения принята величина σ = 10-24см — барн. Эта величина приблизительна геометрическому сечению ядер, радиус которых равен 10-12 –10-13 см. Величина σ зависит от природы бомбардирующих частиц, их энергии и многих других факторов.
Изотоп U235 испытывает деление как на медленных (тепловых), так и на быстрых нейтронах с энергией более 1,1 Mэв.
...
3.1 Выгорание ядерного топлива
В случае, если при сжигании твердого топлива (торф, уголь, дрова) совершается полное сгорание вещества с образованием золы, которая затем выбрасывается, то с ядерным топливом совсем иная картина.
Она обусловлена тем, что задолго до полного физического израсходования делящегося изотопа на определённом временном этапе появляется необходимость остановки его применения. Это связано с тем, что по мере выгорания U235 возникает U236 и ряд других элементов продуктов деления, которые поглощают нейтроны и интенсивность процесса деления падает (его называют «ошлаковыванием» или «отравлением» реактора). Поэтому ТВС из активной золы реактора извлекают и заменяют свежими ТВС. Извлечённые ТВС помещают в бассейны выдержки с водой с целью понижения радиоактивности, чтобы в последующем переделе на радиохимическом заводе извлечь оставшийся U235, содержание которого в отдельных случаях достигает 1,5 % масс.
...
3.2 Производство топливных таблеток UO2
В наиболее распространенном типе энергетических ядерных реакторов ВВР-400 и ВВР-1000, в качестве TВЭлов используются керамические таблетки UO2.
Топливные таблетки устанавливаются в циркониевые трубки, которые накапливаются в ТВЭЛ.
Топливные таблетки из спеченного диоксида урана с обогащением по рабочему изотопу U235 Наличие осевого канала в топливном сердечнике понижает предельную температуру топлива до величины не больше 1300 °С. При этом сохраняется структурная однородность, увеличивается геометрическая стабильность топлива и свойство сохранять в твердом растворе и закрытых порах радиоактивные осколочные газы.
После трёхлетней кампании реактора горючее сохраняет в своём объеме вплоть до 97 % криптона, возникающего при выгорании урана.
Технология изготовления топливных таблеток из порошка диоксида урана содержит следующие операции.
Гомогенизация (смешивание) порошка UO2 со связующим.
...
3.3 Технология облучённого ядерного топлива
После кампании ядерного реактора TВЭЛы следует извлечь и переработать. Облученное ядерное топливо включает массу новых ценных элементов, возникших в следствии реакций деления и захвата, но тем не менее оно представляет огромную радиационную опасность. Во время работы с облученным ядерным топливом решается две большие технологические задачи: переработка высокоактивных продуктов деления, а также получение плутония и иных трансурановых элементов. Первые атомные реакторы действовали только на изготовление плутония для военных целей, извлечением которого занимаются радиохимические заводы. Целью радиохимического передела является разделение урана, плутония и продуктов деления.
Сразу после реактора TВЭЛы имеют высокую активность. С целью понижения активности урановое отработанное топливо выдерживают 100 суток.
...
3.4 Утилизация радиоактивных отходов
Радиоактивные отходы (РАО) – это доступные последующему применению изделия, материалы и вещества, которые содержат радионуклиды в количествах, превышающих значения, установленные действующими нормами радиационной безопасности.
Экологически безопасное, надежное устранение радионуклидов из среды обитания человека – одна из наиболее крупных проблем нынешней ядерной энергетики.
Необходимость переработки высокоактивных отходов, определена рядом экономических и экологических факторов. Вопрос переработки РАО очень сложен, принимая во внимание их огромное накопившееся количество.
Из реакторов каждый год выгружают 10 тыс. т облученного ядерного горючего. В следствии переработки 1 т облучённого ядерного топлива возникает 45 т жидких высокоактивных отходов, 150 т жидких среднеeaктивных отходов и 2000 т жидких низкoaктивных отходов [3].
...
4 Экономика ядерно-топливного цикла
К преимуществам замкнутого ЯТЦ относят возвращение в энергетику дорогих делящихся материалов — урана и плутония, что обеспечит атомную энергетику топливом на тысячелетие при любом увеличении потребностей. Помимо этого, объемы высоко радиоактивных отходов, назначенных для вечного захоронения, значительно меньше после переработки ОЯТ, нежели объемы отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) без их переработки.
Основные недостатки замкнутого ЯТЦ – вероятность неуправляемого распространения плутония-239 и других делящихся частей ядерного оружия и присутствие экологически опасного радиохимического производства.
Схема открытого варианта ЯТЦ существенно легче и короче, чем в замкнутом варианте. Нет главного источника загрязнения окружающей среды радионуклидами - радиохимический завод, то есть нет наиболее рaдиациoнно опасного производства.
...
Заключение
В ходе написания данной курсовой работы поставленные цели и задачи выполнены. Рассмотрена технология получения ядерного топлива из урана, показаны схемы ядерно-топливных циклов, выявлены преимущества и недостатки замкнутого ядерно-топливного цикла и незамкнутого.
С целью получения ядерной энергии по схемам с оборотом урана и плутония необходимо существенно меньшее количество природного урана. Основой будущей энергетики, как считают эксперты, будет ядерный реактор на быстрых нейтронах, где целиком или частично как топливо применяется плутоний.
Разумеется, каждый ядерный топливный цикл – опасное и дорогое производство. Подбор оптимального варианта ЯТЦ – серьезная проблема для государства и мира в целом.
В заключение хотелось бы отметить, что высказываются сомнения в рентабельности ядерной энергетики.
...
1. Андреев Г.Г., А.Н. Дьяченко. Введение в химическую технологию ядерного топлива: учебное пособие / Г.Г. Андреев, А.Н. Дьяченко. — Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. – 165 с.
2. Синев Н. М. Экономика ядерной энергетики: Основы технологии и экономики производства ядерного топлива. Экономика АЭС: Учеб. Пособие для вузов. / Н. М. Синев — М.: Эноргоатомиздат, 1987. — 480 с.
3. Петросянц А. М. Ядерная энергетика. / А. М. Петросянц — М.: Наука, 1981. — 272 с.
4. Родионов В. Г. Энергетика: проблемы настоящего и возможности будущего / В. Г. Родионов. — М.: ЭНАС, 2010. — 352 с.
5. Ядерная энергетика / Большой энциклопедический словарь. — Режим доступа: http://enc-dic.com/enc_big/JAdernaja-JEnergetika-71452.html [дата актуализации 19.04.2017 г.]
6. Уран — главный металл атомной энергетики / Проатом. — Режим доступа: http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=30 [дата актуализации 19.04.2017 г.]
7. Роль ядерной энергетики в современном мире. Безопасность и стоимость / Вестник «ЮНИДО» в России. — Режим доступа: http://www.unido-russia.ru/archive/num4/art4_18/ [дата актуализации 20.04.2017 г.]
Форма заказа новой работы
Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям
