Cómo se transporta el uranio a una central eléctrica. Combustible nuclear. Centrales nucleares en Rusia
Japón, al igual que Estados Unidos, almacena las barras de combustible gastado en piscinas de almacenamiento temporal directamente en las centrales nucleares, donde se protegen con el mismo grado de seguridad que se brinda a la central.
Datos publicados ayer por Tokyo Electric Power (opera la estación): en total, se almacenaron 11.195 conjuntos de barras de combustible en Fukushima-1 (coloquialmente, barras de combustible)
. Cada uno tiene más de 4 metros de largo y contiene (en promedio) 135 kilogramos de uranio. También existen barras de combustible con plutonio (MOX).
Aún cada uno de los seis reactores contiene un promedio de 500 barras de combustible (de 400 a 600 en cada uno). Se trata de unas 70 toneladas de uranio (u óxido de uranio con plutonio). Aproximadamente tres veces menos (si mi memoria no me falla) que en el reactor que explotó en Chernobyl. Alrededor de diez de 200 toneladas se esparcieron en Chernobyl. Lo que te permite engañar a la gente. Dicen que la escala no es la misma. Solo el problema principal y el uranio no están en los reactores.
En la piscina sobre el propio reactor No. 4, había 548 barras de combustible, removidas solo en noviembre-diciembre (es decir, el más caliente).
Los conjuntos 6291 están ubicados en la piscina de combustible gastado común inmediatamente fuera de la cubierta exterior del reactor No. 4. 32 de los 514 elementos combustibles de la piscina del Reactor 3 contienen MOX (una mezcla de uranio y plutonio).
De este modo en el territorio de la central nuclear solo hay 14 mil 195 barras de combustible de 135 kilogramos de uranio (y plutonio) en todos total casi ¡¡¡DOS MIL TONELADAS!!!
DIEZ VECES MÁS que en la 4ª cuadra apurada con nosotros. Y estas miles de toneladas estaban antes del accidente en una docena de lugares diferentes: en los reactores, en las piscinas sobre ellos y al lado de la Unidad 4.
Ahora estudiemos las imágenes del bloque No. 4. Arriba - inmediatamente después de la explosión-incendio. Abajo - fotos de ayer (17 de marzo). Como se puede ver en la primera superior, no fue en absoluto el techo el que saltó por los aires, como en la explosión del hidrógeno acumulado, sino que sólo se hundió, conservando incluso algo de integridad. Pero la pared lateral al nivel de la piscina de enfriamiento fue volada por completo. Por cierto, en el mismo nivel hay un agujero en el bloque No. 2.
Bloques 4, 3, 2, 1 de izquierda a derecha.
En el diagrama, las piscinas de retención están coloreadas de azul sobre el reactor:
Y ahora hagamos una pregunta simple después de ver los bloques No. 3 y No. 4 ya completamente destruidos en la foto de ayer. ¿Qué causó tal destrucción y qué pasó con 143 toneladas de uranio y plutonio en 1062 barras de combustible almacenadas en las piscinas de las unidades de energía destruidas? ¿Y dónde están las piscinas en sí, si los esqueletos son visibles de principio a fin?
A continuación se muestra más sobre qué tipo de cocina atómica japonesa. Al menos ahora entiendo por qué a los japoneses les encanta comer pez globo. Ligeramente equivocado, y hola, espíritus de los antepasados. Una variante de la ruleta rusa a escala nacional.
La gran mayoría de los elementos combustibles de los reactores problemáticos se encuentran en las piscinas de combustible gastado, no en los propios reactores.
El agua de las piscinas se evapora o se filtra por los agujeros, o las piscinas se destruyen por completo, mientras que los intentos de agregar agua fallan. Aunque las barras de combustible gastado generan significativamente menos calor que en un reactor, se derriten y emiten niveles extremadamente altos de radiación.
Los niveles muy altos de radiación por encima de las piscinas de combustible gastado indican que el agua de las piscinas de 13 metros de profundidad ha llegado tan lejos que los elementos combustibles de más de 4 metros de altura han quedado expuestos y han comenzado a derretirse. Los ensamblajes de barras de combustible gastado irradian menos calor que los ensamblajes nuevos dentro del núcleo de un reactor en funcionamiento, pero aun así generan suficiente calor y radiactividad como para cubrirlos con una capa de agua circulante de 9 metros para evitar el sobrecalentamiento. Ahora calcule usted mismo el volumen de agua para llenar la piscina. No estoy hablando de reemplazarlo por uno frío. Capa de agua de 13 metros y más de medio millar de barras de combustible en cada una. No son decenas ni centenas, más de mil toneladas de agua. ¿Qué tipo de camiones de bomberos hay? ¿Qué rociaron 64 toneladas desde un helicóptero?
El miércoles, el presidente de la Comisión Reguladora Nuclear de EE. UU., Gregory Jaczko, hizo el sensacional anuncio de que la piscina de combustible gastado en la parte superior del Reactor 4 estaba casi vacía y expresó su gran preocupación por la radiactividad que podría liberarse como resultado. Permítanme recordarles que en esta piscina de combustible gastado se almacenan 548 conjuntos de barras de combustible, que se retiraron del reactor recién en noviembre y diciembre pasados, cuando se preparaba el reactor para Mantenimiento, y puede generar más calor que las construcciones más antiguas en otras piscinas.
Michael Friedländer, exoperador senior de una planta de energía nuclear que trabajó durante 13 años en tres reactores estadounidenses, dice que las piscinas de combustible gastado suelen tener un cajón de acero inoxidable de 20 mm de espesor que descansa sobre una base de hormigón armado. Así que aunque se dañe el cajón, según él, "sin destruir el hormigón, el agua no tendrá adónde ir". Y vemos suficiente destrucción.
En cada uno de los lados opuestos de la piscina hay compuertas de acero, de más de 5 metros de altura, con sellos de goma, que se utilizan para cargar elementos combustibles nuevos en el reactor, así como para descargar y almacenar conjuntos gastados. El Sr. Friedländer dijo que las puertas están diseñadas para resistir terremotos, pero las fugas podrían deberse a la magnitud del sismo del viernes pasado, que actualmente se estima que alcanzó una magnitud de 9,0. Incluso si saliera agua a borbotones por la compuerta, aún deberían quedar unos 3 metros de agua hasta la parte superior de los conjuntos de barras de combustible.
Cuando desaparece el agua de la piscina, el calor residual de las barras de combustible de uranio después de su estancia en el reactor nuclear continúa calentando las cubiertas de circonio de las barras. Esto hace que el zirconio se oxide, se oxide y posiblemente incluso se incendie, lo que destruye la integridad de la cubierta de la barra, de la cual los gases radiactivos, como el vapor de yodo, acumulados en las barras durante el tiempo que estuvieron en el reactor, comienzan a escapar bajo presión, dijo Albrecht.
Cada varilla dentro del conjunto contiene una pila vertical de gránulos cilíndricos de óxido de uranio (gránulos). Estos gránulos a veces se sinterizan juntos durante su tiempo de residencia en el reactor, en cuyo caso pueden continuar en pie incluso después de que se haya quemado la carcasa. Según el Sr. Albrecht, si los gránulos se mantienen erguidos, incluso con la desaparición del agua y el zirconio, la reacción de fisión nuclear no comenzará.
Sin embargo, esta semana TEPCO dijo que existe la posibilidad de "subcriticidad" en las piscinas de combustible gastado, es decir, el uranio en las barras de combustible podría volverse crítico, en un sentido nuclear, y reanudar el proceso de fisión que anteriormente tuvo lugar dentro de la reactor, arrojando subproductos radiactivos.
El Sr. Albrecht dijo que esto es muy poco probable, pero que podría suceder si se arrojan montones de gránulos y se mezclan en el piso de la piscina de almacenamiento. TEPCO últimos años cambió la disposición de las estanterías en la piscina para acomodar más ensamblajes en el espacio limitado de la piscina de almacenamiento.
Si ha surgido la "subcriticidad", agregar agua pura en realidad solo puede acelerar el proceso de fisión. Sobre todo el mar, con abundancia de sales. Las autoridades deben agregar agua con gran cantidad boro, porque el boro absorbe neutrones e interrumpe la reacción en cadena nuclear. Solo mientras la frente no sea un rumor o un espíritu.
Si se produce "subcriticidad", el uranio comienza a calentarse. Si ocurre una gran cantidad de fisiones, lo que solo puede ocurrir como último recurso, el uranio se derretirá a través de todo lo que está debajo. Si al mismo tiempo el agua se encuentra en su camino, se producirá una explosión de vapor y una dispersión de uranio fundido. Esto es Chernóbil.
Cada conjunto tiene 64 barras de combustible grandes u 81 barras de combustible más pequeñas, según el proveedor que lo suministre. Los ensamblajes típicos contienen aproximadamente 135 kilogramos de uranio en total.
Una gran problema para los funcionarios japoneses es que el reactor No. 3, que fue el objetivo principal de helicópteros y cañones de agua el jueves, utiliza nuevos y diferentes tipos combustible. Utiliza una mezcla de óxidos, o combustible MOX que contiene una mezcla uranio y plutonio y puede liberar una columna radiactiva más peligrosa si se dispersa durante un incendio o una explosión.
Japón espera resolver el problema de la acumulación de combustible gastado con un plan a gran escala para convertir las varillas en combustible que lo devolverá al programa nuclear. Pero, incluso antes del terremoto del viernes, ese plan era propenso a numerosos contratiempos.
El centro de los planes de Japón es una instalación de reprocesamiento de $ 28 mil millones en la aldea de Rokkase, al norte de la zona del terremoto, que podría recuperar uranio y plutonio de las varillas utilizadas para fabricar combustible MOX. Después de innumerables retrasos en la construcción, las pruebas comenzaron en 2006 y el operador de la planta, Japan Nuclear Fuel, dijo que el trabajo comenzaría en 2010. Sin embargo, a finales de 2010, su apertura se retrasó otros dos años. La planta de fabricación de MOX también está en construcción.
Para completar el proceso de reprocesamiento del combustible nuclear, Japón también construyó el Monju, un reactor reproductor rápido, que entró en pleno funcionamiento en 1994. Sin embargo, un año después luego de un incendio por una fuga de sodio, la planta fue cerrada.
A pesar de las sospechas de que el operador, la Agencia Japonesa de Energía Atómica semiestatal, encubrió la gravedad del accidente, Monju comenzó a operar nuevamente a potencia parcial, alcanzando la criticidad, o una reacción nuclear en cadena sostenida en el reactor, en mayo.
Otro La instalación de reprocesamiento nuclear en Tokaimura cerró en 1999 después de un accidente con un reactor experimental de neutrones rápidos que expuso a cientos de personas cercanas y mató a dos trabajadores.
Materiales usados:
del artículo de KEITH BRADSHER y HIROKO TABUCHI/ Publicación original www.nytimes.com/2011/03/18/world/asia/18 gastado.html
Una fotografía:
http://forum.ixbt.com/topic.cgi?id=64:2968-12
http://nnm.ru/blogs/oldustas/opasnost_ot_basseynov_vyderzhki_pereveshivaet_ugrozu_ot_reaktorov/
y de mis materiales anteriores.
Las centrales nucleares generan anualmente el 10,7% de la generación eléctrica mundial. Junto con las centrales térmicas y las centrales hidroeléctricas, están trabajando para proporcionar luz y calor a la humanidad, permitir el uso de electrodomésticos y hacer nuestra vida más cómoda y fácil. Dio la casualidad de que hoy en día las palabras "planta de energía nuclear" están asociadas con catástrofes y explosiones globales. Los habitantes comunes no tienen la menor idea sobre el funcionamiento de la planta de energía nuclear y su estructura, pero incluso las personas más ignorantes han escuchado y están asustadas por los incidentes en Chernobyl y Fukushima.
¿Qué es una central nuclear? ¿Cómo trabajan? ¿Qué tan peligrosas son las centrales nucleares? No creas en los rumores y mitos, ¡vamos a averiguarlo!
¿Qué es una central nuclear?
El 16 de julio de 1945, se extrajo energía de un núcleo de uranio por primera vez en un sitio de prueba militar en los Estados Unidos. La explosión más poderosa de la bomba atómica, que trajo gran cantidad pérdida de vidas, se convirtió en el prototipo de una fuente de electricidad moderna y absolutamente pacífica.
Por primera vez se recibió electricidad mediante un reactor nuclear el 20 de diciembre de 1951 en el estado de Idaho en los Estados Unidos. Para probar la operatividad, el generador se conectó a 4 lámparas incandescentes y, de forma inesperada para todos, las lámparas se encendieron. A partir de ese momento, la humanidad comenzó a utilizar la energía de un reactor nuclear para generar electricidad.
La primera planta de energía nuclear del mundo se inauguró en Obninsk, en la URSS, en 1954. Su potencia era de solo 5 megavatios.
¿Qué es una central nuclear? Una central nuclear es una instalación nuclear que produce energía mediante un reactor nuclear. Un reactor nuclear funciona con combustible nuclear, generalmente uranio.
El principio de funcionamiento de una instalación nuclear se basa en la reacción de fisión de los neutrones de uranio, que al chocar entre sí se dividen en nuevos neutrones que, a su vez, también chocan y también se dividen. Tal reacción se llama reacción en cadena y es la base de la industria de la energía nuclear. Todo este proceso produce calor, que calienta el agua a un estado terriblemente caliente (320 grados centígrados). Luego, el agua se convierte en vapor, el vapor hace girar la turbina, impulsa un generador eléctrico, que genera electricidad.
La construcción de plantas de energía nuclear ahora se está llevando a cabo a un ritmo acelerado. La razón principal del crecimiento en el número de plantas de energía nuclear en el mundo son las reservas limitadas de combustibles fósiles, en pocas palabras, las reservas de gas y petróleo se están agotando, se necesitan para las necesidades industriales y municipales, y el uranio y el plutonio, que son combustible para las centrales nucleares, se necesitan poco, sus reservas aún son suficientes.
¿Qué es una central nuclear? No es solo electricidad y calor. Además de generar electricidad, las centrales nucleares también se utilizan para desalinizar el agua. Por ejemplo, hay una planta de energía nuclear de este tipo en Kazajstán.
¿Qué combustible se utiliza en las centrales nucleares?
En la práctica, en las centrales nucleares se pueden utilizar varias sustancias capaces de generar electricidad nuclear; el combustible de las centrales nucleares modernas es el uranio, el torio y el plutonio.
El combustible de torio no se utiliza actualmente en las centrales nucleares, porque es más difícil convertirlo en elementos combustibles, en elementos combustibles cortos.
Las barras de combustible son tubos de metal que se colocan dentro de un reactor nuclear. En el interior de los elementos combustibles se encuentran sustancias radiactivas. Estos tubos pueden denominarse instalaciones de almacenamiento de combustible nuclear. La segunda razón del raro uso del torio es su procesamiento complejo y costoso después de su uso en las plantas de energía nuclear.
El combustible de plutonio tampoco se usa en la industria de la energía nuclear, porque. esta sustancia tiene una composición química muy compleja, que aún no se ha aprendido a utilizar correctamente.
combustible de uranio
La principal sustancia que genera energía en las centrales nucleares es el uranio. El uranio se extrae hoy en día de tres formas: minería a cielo abierto, minas cerradas y lixiviación subterránea, mediante perforación de minas. La última forma es especialmente interesante. Para extraer uranio por lixiviación, se vierte una solución de ácido sulfúrico en pozos subterráneos, se satura con uranio y se vuelve a bombear.
Las mayores reservas de uranio del mundo se encuentran en Australia, Kazajstán, Rusia y Canadá. Los yacimientos más ricos se encuentran en Canadá, Zaire, Francia y la República Checa. En estos países, a partir de una tonelada de mineral se obtienen hasta 22 kilogramos de materias primas de uranio. A modo de comparación, en Rusia, se obtiene un poco más de un kilo y medio de uranio de una tonelada de mineral.
Los sitios de extracción de uranio no son radiactivos. En su forma pura, esta sustancia no es muy peligrosa para los humanos; un peligro mucho mayor es el gas radón radiactivo e incoloro, que se forma durante la descomposición natural del uranio.
En forma de mineral, el uranio no se puede utilizar en plantas de energía nuclear, no puede dar ninguna reacción. Primero, las materias primas de uranio se procesan en polvo: óxido de uranio, y luego se convierte en combustible de uranio. El polvo de uranio se convierte en "tabletas" de metal: se prensa en conos pequeños y limpios, que se queman durante un día a temperaturas monstruosamente altas de más de 1500 grados centígrados. Son estos gránulos de uranio los que ingresan a los reactores nucleares, donde comienzan a interactuar entre sí y, en última instancia, dan electricidad a las personas.
Alrededor de 10 millones de gránulos de uranio funcionan simultáneamente en un reactor nuclear.
Por supuesto, los gránulos de uranio no se arrojan al reactor así como así. Se colocan en tubos metálicos hechos de aleaciones de circonio - elementos combustibles, los tubos están interconectados en haces y forman conjuntos combustibles - conjuntos combustibles. Son los elementos combustibles los que con razón pueden denominarse combustibles de plantas de energía nuclear.
Procesamiento de combustible de centrales nucleares
Después de aproximadamente un año de uso, es necesario cambiar el uranio en los reactores nucleares. Las celdas de combustible se enfrían durante varios años y se envían para su corte y disolución. Como resultado de la extracción química, se separan el uranio y el plutonio, que se reutilizan y se utilizan para fabricar combustible nuclear fresco.
Los productos de descomposición del uranio y el plutonio se utilizan para fabricar fuentes de radiación ionizante. Se utilizan en medicina e industria.
Todo lo que queda después de estas manipulaciones se envía a un horno al rojo vivo y se elabora vidrio a partir de los restos, que luego permanece almacenado en instalaciones de almacenamiento especiales. ¿Por qué vidrio? Será muy difícil sacar de él restos de elementos radiactivos, que pueden dañar el medio ambiente.
Noticias de plantas de energía nuclear - aparecieron no hace mucho tiempo nueva manera eliminación de residuos radiactivos. Se han creado los denominados reactores nucleares rápidos o reactores de neutrones rápidos, que funcionan con residuos de combustible nuclear reprocesados. Según los científicos, los restos de combustible nuclear, que ahora se almacenan en instalaciones de almacenamiento, son capaces de proporcionar combustible para reactores de neutrones rápidos durante 200 años.
Además, los nuevos reactores rápidos pueden operar con combustible de uranio, que está hecho de uranio 238, esta sustancia no se usa en las centrales nucleares convencionales, porque. es más fácil para las centrales nucleares actuales procesar uranio 235 y 233, del cual no queda mucho en la naturaleza. Por lo tanto, los nuevos reactores son una oportunidad para utilizar enormes depósitos de uranio 238, que nadie ha utilizado antes.
¿Cómo se construye una central nuclear?
¿Qué es una central nuclear? ¿Qué es este revoltijo de edificios grises que la mayoría de nosotros solo hemos visto en la televisión? ¿Qué tan duraderas y seguras son estas estructuras? ¿Cómo es la estructura de una central nuclear? En el corazón de cualquier planta de energía nuclear se encuentra el edificio del reactor, al lado está la sala de máquinas y el edificio de seguridad.
La construcción de la central nuclear se lleva a cabo de acuerdo con regulaciones, reglamentos y requisitos de seguridad para objetos que trabajan con sustancias radiactivas. Una planta de energía nuclear es un objeto estratégico de pleno derecho del estado. Por lo tanto, el espesor de la colocación de muros y estructuras de refuerzo de hormigón armado en el edificio del reactor es varias veces mayor que el de las estructuras estándar. Por lo tanto, las instalaciones de las centrales nucleares pueden resistir un terremoto de magnitud 8, un tornado, un tsunami, tornados y un accidente aéreo.
El edificio del reactor está coronado por una cúpula, que está protegida por muros de hormigón internos y externos. El muro interior de hormigón está cubierto con una lámina de acero, que en caso de accidente debería crear un espacio de aire cerrado y no liberar sustancias radiactivas al aire.
Cada central nuclear tiene su propia piscina de combustible gastado. Allí se colocan bolitas de uranio que ya han cumplido su condena. Después de que el combustible de uranio se extrae del reactor, permanece extremadamente radiactivo, para que las reacciones dentro de los elementos combustibles dejen de ocurrir, deben pasar de 3 a 10 años (dependiendo del diseño del reactor en el que se utilizó el combustible). situado). En las piscinas de enfriamiento, los gránulos de uranio se enfrían y las reacciones dentro de ellos dejan de ocurrir.
El esquema tecnológico de una central nuclear, o más simplemente, la disposición de una central nuclear, puede ser de varios tipos, así como las características de una central nuclear y el esquema térmico de una central nuclear, depende de el tipo de reactor nuclear que se utiliza en el proceso de generación de electricidad.
central nuclear flotante
Ya sabemos qué es una planta de energía nuclear, pero a los científicos rusos se les ocurrió tomar una planta de energía nuclear y hacerla móvil. A la fecha, el proyecto está casi terminado. Llamaron a este diseño una planta de energía nuclear flotante. Según lo previsto, una central nuclear flotante podrá proporcionar electricidad a una ciudad con una población de hasta doscientas mil personas. Su principal ventaja es la capacidad de moverse por mar. La construcción de una central nuclear con capacidad de movimiento se está llevando a cabo actualmente solo en Rusia.
La noticia de NPP es el lanzamiento inminente de la primera planta de energía nuclear flotante del mundo, que está diseñada para proporcionar energía a la ciudad portuaria de Pevek, ubicada en el Distrito Autónomo de Chukotka en Rusia. La primera planta de energía nuclear flotante se llama "Akademik Lomonosov", se está construyendo una mini planta de energía nuclear en San Petersburgo y se planea lanzarla en 2016-2019. La presentación de la central nuclear a flote tuvo lugar en 2015, luego los constructores presentaron casi proyecto terminado PAES.
La central nuclear flotante está diseñada para proporcionar electricidad a las ciudades más remotas con acceso al mar. El reactor nuclear "Académico Lomonosov" no es tan poderoso como el de las centrales nucleares terrestres, pero tiene una vida útil de 40 años, lo que significa que los habitantes de la pequeña Pevek no sufrirán la falta de electricidad durante casi medio siglo. .
Una central nuclear flotante se puede utilizar no solo como fuente de calor y electricidad, sino también para la desalinización del agua. Según los cálculos, puede producir de 40 a 240 metros cúbicos de agua dulce al día.
El costo de la primera unidad de una central nuclear flotante fue de 16.500 millones de rublos, como vemos, la construcción de centrales nucleares no es un placer barato.
seguridad de centrales nucleares
Después desastre de Chernobyl en 1986 y el accidente de Fukushima en 2011, las palabras planta de energía nuclear causan miedo y pánico en las personas. De hecho, las centrales nucleares modernas están equipadas con la última tecnología, se han desarrollado reglas especiales de seguridad y, en general, la protección de las centrales nucleares consta de 3 niveles:
En el primer nivel, debe garantizarse el funcionamiento normal de la central nuclear. La seguridad de una central nuclear depende en gran medida de una ubicación adecuada para la ubicación de una central nuclear, un proyecto bien elaborado y el cumplimiento de todas las condiciones durante la construcción de un edificio. Todo debe cumplir con la normativa, instrucciones y planos de seguridad.
En el segundo nivel, es importante evitar la transición del funcionamiento normal de la central nuclear a una situación de emergencia. Para ello, existen dispositivos especiales que controlan la temperatura y la presión en los reactores, y reportan los más mínimos cambios en las lecturas.
Si el primer y segundo nivel de protección no funcionaron, se usa el tercero, una respuesta directa a una emergencia. Los sensores reparan el accidente y reaccionan por sí mismos: los reactores se apagan, las fuentes de radiación se localizan, el núcleo se enfría y se informa del accidente.
Por supuesto, una central nuclear requiere una especial atención al sistema de seguridad, tanto en la etapa de construcción como en la etapa de operación. El incumplimiento de una normativa estricta puede tener consecuencias muy graves, pero hoy en día la mayor parte de la responsabilidad de la seguridad de las centrales nucleares recae en los sistemas informáticos, y Factor humano casi completamente excluido. Teniendo en cuenta la alta precisión de las máquinas modernas, se puede estar seguro de la seguridad de las centrales nucleares.
Los expertos aseguran que es imposible recibir una gran dosis de radiación radiactiva en centrales nucleares modernas en funcionamiento estable o estando cerca de ellas. Incluso los trabajadores de las centrales nucleares, que, por cierto, miden diariamente el nivel de radiación recibido, están expuestos a la radiación no más que los residentes comunes de las grandes ciudades.
reactores nucleares
¿Qué es una central nuclear? Esto es principalmente un reactor nuclear en funcionamiento. En su interior tiene lugar el proceso de generación de energía. Los conjuntos de combustible se colocan en un reactor nuclear, en el que los neutrones de uranio reaccionan entre sí, donde transfieren calor al agua, y así sucesivamente.
Las siguientes estructuras están ubicadas dentro de un edificio de reactor particular: una fuente de suministro de agua, una bomba, un generador, turbina de vapor, condensador, desaireadores, limpiador, válvula, intercambiador de calor, reactor propio y regulador de presión.
Los reactores son de varios tipos, dependiendo de qué sustancia actúa como moderador y refrigerante en el dispositivo. Lo más probable es que una central nuclear moderna tenga reactores de neutrones térmicos:
- agua-agua (con agua ordinaria como moderador de neutrones y refrigerante);
- grafito-agua (moderador - grafito, refrigerante - agua);
- grafito-gas (moderador - grafito, refrigerante - gas);
- agua pesada (moderador - agua pesada, refrigerante - agua ordinaria).
Eficiencia de la central nuclear y potencia de la central nuclear
La eficiencia general de una planta de energía nuclear (eficiencia) con un reactor de agua a presión es de aproximadamente el 33%, con un reactor de grafito y agua, aproximadamente el 40%, y uno de agua pesada, aproximadamente el 29%. La viabilidad económica de una central nuclear depende de la eficiencia de un reactor nuclear, la intensidad energética del núcleo del reactor, el factor de utilización de la capacidad instalada anual, etc.
Las noticias sobre plantas de energía nuclear son una promesa de los científicos de aumentar pronto la eficiencia de las plantas de energía nuclear en una vez y media, hasta un 50%. Esto sucederá si los conjuntos de combustible, o los conjuntos de combustible, que se colocan directamente en un reactor nuclear, no se fabrican con aleaciones de circonio, sino con un material compuesto. Los problemas de las plantas de energía nuclear hoy en día son que el circonio no es lo suficientemente resistente al calor, no puede soportar temperaturas y presiones muy altas y, por lo tanto, la eficiencia de las plantas de energía nuclear es baja, mientras que el compuesto puede soportar temperaturas superiores a los mil grados centígrados.
En los EE. UU., Francia y Rusia se están realizando experimentos sobre el uso de un material compuesto como caparazón para gránulos de uranio. Los científicos están trabajando para aumentar la resistencia del material y su aplicación en la energía nuclear.
¿Qué es una central nuclear? Las plantas de energía nuclear son la energía eléctrica del mundo. La capacidad eléctrica total de las centrales nucleares de todo el mundo es de 392.082 MW. La característica de una central nuclear depende principalmente de su potencia. La central nuclear más poderosa del mundo se encuentra en Francia, la potencia de la central nuclear Sivo (cada unidad) es de más de mil quinientos MW (megavatios). La potencia de otras centrales nucleares oscila entre los 12 MW de las minicentrales nucleares (central nuclear de Bilibino, Rusia) y los 1382 MW (central nuclear de Flamanville, Francia). El bloque Flamanville con una capacidad de 1650 MW está en construcción, plantas de energía nuclear Corea del Sur Sin-Kori con una capacidad de planta de energía nuclear de 1400 MW.
Costo de la planta de energía nuclear
Central nuclear, ¿qué es? Esto es mucho dinero también. Hoy en día, la gente necesita cualquier forma de generar electricidad. Se están construyendo centrales hidráulicas, térmicas y nucleares por todas partes en países más o menos desarrollados. La construcción de una planta de energía nuclear no es un proceso fácil, requiere altos costos e inversiones, la mayoría de las veces los recursos financieros provienen de los presupuestos estatales.
El costo de una planta de energía nuclear incluye los costos de capital: el costo de preparación del área, construcción, puesta en funcionamiento del equipo (la cantidad de costos de capital es prohibitiva, por ejemplo, un generador de vapor de una planta de energía nuclear cuesta más de 9 millones de dólares). Además, las plantas de energía nuclear también requieren costos operativos, que incluyen la compra de combustible, el costo de su eliminación, etc.
Por muchas razones, el costo oficial de una planta nuclear es solo una estimación; hoy en día una planta nuclear costaría alrededor de 21-25 mil millones de euros. Construir una unidad nuclear desde cero costaría alrededor de $ 8 millones. En promedio, el período de recuperación de una estación es de 28 años, la vida útil es de 40 años. Como puede ver, las plantas de energía nuclear son un placer bastante costoso, pero, como descubrimos, son increíblemente necesarias y útiles para nosotros.
La industria de la energía nuclear consta de un gran número de empresas para diversos fines. Las materias primas para esta industria se extraen de las minas de uranio. Después de eso, se entrega a las empresas de fabricación de combustible.
Además, el combustible se transporta a las plantas de energía nuclear, donde ingresa al núcleo del reactor. Cuando el combustible nuclear cumple su plazo, es objeto de disposición. Cabe señalar que los desechos peligrosos aparecen no solo después del procesamiento del combustible, sino también en cualquier etapa, desde la extracción de uranio hasta el trabajo en un reactor.
Combustible nuclear
El combustible es de dos tipos. El primero es el uranio extraído en minas, respectivamente, de origen natural. Contiene materias primas que son capaces de formar plutonio. El segundo es un combustible creado artificialmente (secundario).
Además, el combustible nuclear se divide según composición química: metálicos, óxidos, carburos, nitruros y mixtos.
Extracción de uranio y producción de combustible
Una gran parte de la producción de uranio corresponde a unos pocos países: Rusia, Francia, Australia, Estados Unidos, Canadá y Sudáfrica.
El uranio es el principal elemento de combustible en las centrales nucleares. Para ingresar al reactor, pasa por varias etapas de procesamiento. En la mayoría de los casos, los depósitos de uranio se ubican junto al oro y el cobre, por lo que su extracción se lleva a cabo con la extracción de metales preciosos.
En la minería, la salud de las personas corre un gran riesgo porque el uranio es un material tóxico y los gases que se liberan durante su extracción provocan diversas formas de cáncer. Aunque el mineral en sí contiene una cantidad muy pequeña de uranio, del 0,1 al 1 por ciento. La población que vive cerca de las minas de uranio también corre un gran riesgo.
El uranio enriquecido es el principal combustible de las centrales nucleares, pero tras su uso queda una enorme cantidad de residuos radiactivos. A pesar de todos sus peligros, el enriquecimiento de uranio es un proceso integral de creación de combustible nuclear.
En su forma natural, el uranio es prácticamente imposible de usar en cualquier lugar. Para usarlo, debe ser enriquecido. Las centrífugas de gas se utilizan para el enriquecimiento.
El uranio enriquecido se utiliza no solo en la energía nuclear, sino también en la producción de armas.
Transportación
En cualquier etapa del ciclo del combustible hay transporte. Se lleva a cabo por todos formas accesibles R: por tierra, por mar, por aire. Este es un gran riesgo y un gran peligro no solo para el medio ambiente, sino también para los humanos.
Durante el transporte de combustible nuclear o de sus elementos, ocurren muchos accidentes que resultan en la liberación de elementos radiactivos. Esta es una de las muchas razones por las que se considera inseguro.
Desmantelamiento de reactores
Ninguno de los reactores ha sido desmantelado. Incluso el infame Chernobyl es que, según los expertos, el costo del desmantelamiento es igual, o incluso superior, al precio de construir un nuevo reactor. Pero nadie puede decir con certeza cuánto dinero se necesitará: el costo se calculó sobre la base de la experiencia de desmantelar pequeñas estaciones para la investigación. Los expertos ofrecen dos opciones:
- Coloque los reactores y el combustible nuclear gastado en cementerios.
- Construye sarcófagos sobre reactores fuera de servicio.
En los próximos diez años, alrededor de 350 reactores en todo el mundo quedarán fuera de servicio y deberán ser desmantelados. Pero como no se ha inventado el método más adecuado en términos de seguridad y precio, esta cuestión aún está por resolverse.
Actualmente hay 436 reactores en funcionamiento en todo el mundo. Por supuesto, esta es una gran contribución al sistema energético, pero es muy inseguro. Los estudios muestran que en 15-20 años, las plantas de energía nuclear podrán ser reemplazadas por estaciones que operan con energía eólica y paneles solares.
Desperdicios nucleares
Una enorme cantidad de residuos nucleares se genera como resultado de las plantas de energía nuclear. El reprocesamiento del combustible nuclear también deja residuos peligrosos. Sin embargo, ninguno de los países encontró una solución al problema.
Hoy en día, los desechos nucleares se mantienen en instalaciones de almacenamiento temporal, en estanques de agua o enterrados a poca profundidad.
La forma más segura es el almacenamiento en instalaciones de almacenamiento especiales, pero aquí también es posible la fuga de radiación, al igual que con otros métodos.
De hecho, los desechos nucleares tienen algún valor, pero requieren un estricto cumplimiento de las normas para su almacenamiento. Y este es el problema más acuciante.
Un factor importante es el tiempo durante el cual los residuos son peligrosos. Cada uno tiene su propio tiempo de descomposición, durante el cual es tóxico.
Tipos de residuos nucleares
Durante la operación de cualquier planta de energía nuclear, sus desechos ingresan al medio ambiente. Se trata de agua para refrigeración de turbinas y residuos gaseosos.
Los residuos nucleares se dividen en tres categorías:
- Bajo nivel: ropa de empleados de la central nuclear, equipo de laboratorio. Dichos residuos también pueden provenir de instituciones medicas, laboratorios científicos. No suponen un gran peligro, pero requieren el cumplimiento de medidas de seguridad.
- Nivel intermedio: contenedores de metal en los que se transporta combustible. Su nivel de radiación es bastante alto, y quienes están cerca de ellos deben estar protegidos.
- Alto nivel: se trata de combustible nuclear gastado y productos de su procesamiento. El nivel de radiactividad está disminuyendo rápidamente. Desperdicio nivel alto muy pocos, alrededor del 3 por ciento, pero contienen el 95 por ciento de toda la radiactividad.
En 2011, la Planta de Concentrados Químicos de Novosibirsk produjo y vendió el 70% del consumo mundial de isótopo de litio-7 (1300 kg), estableciendo un nuevo récord en la historia de la planta. Sin embargo, el principal producto de NCCP es el combustible nuclear.
Esta frase tiene un efecto impresionante y aterrador en la mente de los residentes de Novosibirsk, obligándolos a imaginar cualquier cosa sobre la empresa: desde trabajadores de tres patas y una ciudad subterránea separada hasta viento radiactivo.
Entonces, ¿qué se esconde realmente detrás de las vallas de la planta más misteriosa de Novosibirsk, que produce combustible nuclear dentro de la ciudad?
JSC "Planta de concentrados químicos de Novosibirsk" es uno de los principales fabricantes mundiales de combustible nuclear para plantas de energía nuclear y reactores de investigación en Rusia y paises extranjeros. El único fabricante ruso de litio metálico y sus sales. Forma parte de la Empresa de Combustibles TVEL de la Corporación Estatal Rosatom.
Llegamos al taller donde se fabrican los ensamblajes de combustible, los ensamblajes de combustible, que se cargan en los reactores de energía nuclear. Este es el combustible nuclear para las centrales nucleares. Para ingresar a la producción, debe ponerse una bata, un sombrero, cubrezapatos de tela y "Pétalo" en la cara.
Todo el trabajo relacionado con los materiales que contienen uranio se concentra en el taller. Este complejo tecnológico es uno de los principales para NCCP (los FA para centrales nucleares ocupan aproximadamente un 50% en la estructura productos vendidos JSC "NCCP").
La sala de control, desde donde se controla el proceso de producción de polvo de dióxido de uranio, a partir del cual se fabrican las pastillas de combustible.
Los trabajadores llevan a cabo el mantenimiento de rutina: en ciertos intervalos, incluso los equipos más nuevos se detienen y revisan. Siempre hay mucho aire en el propio taller: la ventilación por extracción funciona constantemente.
Estos biconos almacenan dióxido de uranio en polvo. Mezclan el polvo y el plastificante, lo que permite comprimir mejor la pastilla.
Una instalación que produce la compresión de pellets de combustible. Así como los niños hacen tortas de arena presionando un molde, aquí también: una bolita de uranio se presiona bajo presión.
Bote de molibdeno con pellets a la espera de ser enviado al horno de recocido. Antes del recocido, las tabletas tienen un tinte verdoso y un tamaño diferente.
Contacto en polvo, tabletas y ambiente reducido al mínimo: todo el trabajo se realiza en cajas. Para corregir algo en el interior, se incorporan guantes especiales en las cajas.
Las antorchas de arriba están quemando hidrógeno. Las tabletas se recocen en hornos a una temperatura de al menos 1750 grados en un entorno reductor de hidrógeno durante más de 20 horas.
Los armarios negros son hornos de hidrógeno de alta temperatura en los que el bote de molibdeno pasa por varias zonas de temperatura. Se abre la compuerta y entra en el horno un bote de molibdeno, por donde escapan las llamas.
Las tabletas terminadas se pulen, ya que deben tener un tamaño estrictamente definido. Y a la salida, los inspectores revisan cada tableta para que no haya astillas, ni grietas, ni defectos.
Una tableta que pesa 4,5 g equivale en términos de liberación de energía a 640 kg de leña, 400 kg de carbón, 360 metros cúbicos. m de gas, 350 kg de aceite.
Tabletas de dióxido de uranio después del recocido en un horno de hidrógeno.
Aquí los tubos de circonio se llenan con gránulos de dióxido de uranio. A la salida, tenemos elementos combustibles terminados (unos 4 m de longitud) - elementos combustibles. Ya se están ensamblando elementos combustibles a partir de barras de combustible, es decir, combustible nuclear.
Tales máquinas de refrescos en las calles de la ciudad ya no se pueden encontrar, quizás solo en NZHK. Aunque en la época soviética eran muy comunes.
En esta máquina, el vaso se puede lavar y luego llenar con agua carbonatada, sin gas o fría.
Según la evaluación del Departamento de Recursos Naturales y Protección Ambiental en 2010, NCCP no tiene un impacto significativo en la contaminación ambiental.
Un par de estas gallinas de pura sangre vive y pone huevos constantemente en un aviario de madera maciza, que se encuentra en el territorio del taller.
Los trabajadores sueldan un marco para un elemento combustible. Los marcos son diferentes, dependiendo de la modificación de los conjuntos de combustible.
La planta emplea a 2277 personas, edad promedio personal - 44,3 años, 58% - hombres. Medio salario supera los 38.000 rublos.
Los tubos grandes son conductos para el sistema de control de protección del reactor. Luego se instalarán 312 barras de combustible en este marco.
CHPP-4 está ubicado al lado del NZHK. En referencia a los ecologistas, los representantes de la central informaron que una central térmica emite 7,5 veces más sustancias radiactivas al año que la NCCP.
El ensamblador Viktor Pustozerov, veterano de la planta y energía nuclear, tiene 2 Órdenes de Gloria Laboral
Cabeza y vástago para TVS. Se instalan al final, cuando las 312 barras de combustible ya están en el marco.
Control final: los elementos combustibles terminados se verifican con sondas especiales para que la distancia entre las barras de combustible sea la misma. Los controladores son en su mayoría mujeres, este es un trabajo muy minucioso.
En dichos contenedores, los conjuntos de combustible se envían al consumidor: 2 casetes en cada uno. En el interior tienen su propia cama de fieltro acogedor.
El combustible para plantas de energía nuclear producido por JSC NCCP se usa en plantas de energía nuclear rusas y también se suministra a Ucrania, Bulgaria, China, India e Irán. El costo de los elementos combustibles es un secreto comercial.
Trabajar en NCCP no es nada mas peligroso que el trabajo en cualquier empresa industrial. El estado de salud de los empleados es monitoreado constantemente. En los últimos años no se ha identificado un solo caso de enfermedades profesionales entre los trabajadores.
Combustible nuclear
El combustible nuclear está casi listo para funcionar.
Combustible nuclear- una sustancia que se utiliza en los reactores nucleares para llevar a cabo una reacción en cadena de fisión nuclear. El combustible nuclear es fundamentalmente diferente de otros tipos de combustible utilizados por la humanidad, es extremadamente altamente eficiente, pero también muy peligroso para los humanos y puede causar accidentes muy graves, lo que impone muchas restricciones en su uso por razones de seguridad. Por esta y muchas otras razones, el combustible nuclear es mucho más difícil de utilizar que cualquier tipo de combustible fósil, y requiere muchas medidas técnicas y organizativas especiales a la hora de utilizarlo, así como altamente calificado personal que se ocupa de ello.
información general
Una reacción nuclear en cadena es la fisión de un núcleo en dos partes, llamadas fragmentos de fisión, con la liberación simultánea de varios (2-3) neutrones que, a su vez, pueden provocar la fisión de los siguientes núcleos. Tal fisión ocurre cuando un neutrón ingresa al núcleo de un átomo de la sustancia original. Los fragmentos de fisión formados durante la fisión nuclear tienen una gran energía cinética. La desaceleración de los fragmentos de fisión en la materia va acompañada de la liberación de una gran cantidad de calor. Los fragmentos de fisión son núcleos formados directamente como resultado de la fisión. Los fragmentos de fisión y sus productos de desintegración radiactiva se conocen comúnmente como productos de fisión. Los núcleos que se fisionan con neutrones de cualquier energía se denominan combustible nuclear (por regla general, se trata de sustancias con un número atómico impar). Hay núcleos que se fisionan solo por neutrones con energías por encima de un cierto valor umbral (por regla general, estos son elementos con un número atómico par). Dichos núcleos se denominan materias primas, ya que cuando un neutrón es capturado por un núcleo umbral, se forman núcleos de combustible nuclear. La combinación de combustible nuclear y materia prima se denomina combustible nuclear. A continuación se muestra la distribución de la energía de fisión del núcleo de 235 U entre diferentes productos de fisión (en MeV):
El uranio natural consta de tres isótopos: 238U (99,282 %), 235U (0,712 %) y 234U (0,006 %). No siempre es adecuado como combustible nuclear, especialmente si los materiales estructurales y el moderador absorben mucho los neutrones. En este caso, el combustible nuclear se fabrica a base de uranio enriquecido. En los reactores térmicos se utiliza uranio con un enriquecimiento inferior al 6%, y en los reactores de neutrones rápidos e intermedios el enriquecimiento de uranio supera el 20%. El uranio enriquecido se obtiene en plantas especiales de enriquecimiento.
Clasificación
El combustible nuclear se divide en dos tipos:
- Uranio natural, que contiene núcleos fisionables 235 U, así como materias primas 238 U, capaces de formar plutonio 239 Pu al capturar un neutrón;
- Combustible secundario que no existe en la naturaleza, incluido el 239 Pu obtenido a partir del combustible del primer tipo, así como los isótopos 233 U formados durante la captura de neutrones por los núcleos de torio 232 Th.
Según la composición química, el combustible nuclear puede ser:
Aspectos teóricos de la aplicación
Las pastillas de combustible se pueden ver en el fragmento seleccionado de este modelo de elementos combustibles con sectores de elementos combustibles recortados para facilitar la visualización.
El combustible nuclear se utiliza en los reactores nucleares en forma de gránulos de unos pocos centímetros de tamaño, donde suele estar ubicado en elementos combustibles herméticamente sellados (TVEL), que a su vez, para facilitar su uso, se combinan en varios cientos de elementos combustibles (FA). ).
aplicar al combustible nuclear altos requisitos en términos de compatibilidad química con el revestimiento de la barra de combustible, debe tener una temperatura de fusión y evaporación suficiente, buena conductividad térmica, un ligero aumento de volumen durante la irradiación de neutrones y capacidad de fabricación.
El uso de uranio metálico, especialmente a temperaturas superiores a 500 °C, es difícil debido a su dilatación. Después de la fisión nuclear, se forman dos fragmentos de fisión cuyo volumen total es mayor que el volumen de un átomo de uranio (plutonio). Parte de los átomos: los fragmentos de fisión son átomos de gases (criptón, xenón, etc.). Los átomos de gas se acumulan en los poros del uranio y crean una presión interna que aumenta con el aumento de la temperatura. Debido a un cambio en el volumen de los átomos en el proceso de fisión y un aumento en la presión interna de los gases, el uranio y otros combustibles nucleares comienzan a hincharse. Se entiende por hinchamiento el cambio relativo en el volumen de combustible nuclear asociado a la fisión nuclear.
El hinchamiento depende del quemado y de la temperatura del elemento combustible. El número de fragmentos de fisión aumenta con el quemado y la presión interna del gas aumenta con el quemado y la temperatura. El hinchamiento del combustible nuclear puede conducir a la destrucción del revestimiento del elemento combustible. El combustible nuclear es menos propenso a hincharse si tiene altas propiedades mecánicas. El uranio metálico simplemente no se aplica a tales materiales. Por tanto, el uso de uranio metálico como combustible nuclear limita la profundidad de quemado, que es una de las principales características del combustible nuclear.
Resistencia a la radiación y propiedades mecánicas los combustibles se mejoran después del dopaje con uranio, en el que se agregan pequeñas cantidades de molibdeno, aluminio y otros metales al uranio. Los aditivos dopantes reducen el número de neutrones de fisión por neutrones capturados por el combustible nuclear. Por lo tanto, las adiciones de aleación al uranio tienden a elegirse entre materiales que absorben neutrones débilmente.
Los buenos combustibles nucleares incluyen algunos de los compuestos refractarios del uranio: óxidos, carburos y compuestos intermetálicos. La mayoría aplicación amplia cerámica recibida - dióxido de uranio UO 2. Su punto de fusión es de 2800 °C, la densidad es de 10,2 g/cm³. El dióxido de uranio no tiene transiciones de fase y es menos propenso a hincharse que las aleaciones de uranio. Esto le permite aumentar el agotamiento hasta varios por ciento. El dióxido de uranio no interactúa con el circonio, el niobio, el acero inoxidable y otros materiales a altas temperaturas. La principal desventaja de la cerámica es la baja conductividad térmica - 4,5 kJ/(m·K), que limita la potencia específica del reactor en términos de temperatura de fusión. Así, la máxima densidad de flujo de calor en los reactores VVER que funcionan con dióxido de uranio no supera los 1,4·10 3 kW/m², mientras que la temperatura máxima en las barras de combustible alcanza los 2200 °C. Además, la cerámica caliente es muy quebradiza y puede agrietarse.
Uso práctico
Recibo
combustible de uranio
Regeneración
Durante la operación de un reactor nuclear, el combustible no se quema por completo, se lleva a cabo el proceso de reproducción de isótopos individuales (Pu). En este sentido, las barras de combustible gastado se envían para su procesamiento para la regeneración y reutilización del combustible.
En la actualidad, para estos fines, el proceso de pyurex más utilizado, cuya esencia es la siguiente: los elementos combustibles se cortan en pedazos y se disuelven en ácido nítrico, luego la solución se purifica a partir de productos de fisión y elementos de capa, U y Pu puros. se aíslan los compuestos. Luego, el dióxido de plutonio PuO 2 resultante se envía a la fabricación de nuevos núcleos, y el uranio se utiliza para la fabricación de núcleos o para el enriquecimiento con 235 U.
El procesamiento y la regeneración de sustancias altamente radiactivas es un proceso complejo y costoso. Después de ser retiradas de los reactores, las barras de combustible se mantienen durante varios años (generalmente de 3 a 6 años) en instalaciones de almacenamiento especiales. Las dificultades también son causadas por el procesamiento y eliminación de desechos no aptos para la regeneración. El costo de todas estas medidas tiene un impacto significativo en eficiencia económica plantas de energía nuclear.
notas
Literatura
- Petunín V.P. Ingeniería termoeléctrica de instalaciones nucleares Moscú: Atomizdat, 1960.
- Levin V. E. Física nuclear y reactores nucleares 4ª ed. - M.: Atomización, 1979.
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