Как производят ядерное топливо: путь от руды до реактора
Извлечение урана из урановой руды, обнаруженной геологами под землей, является первым этапом производства ядерного топлива. В естественной форме содержание урана в руде составляет около 1%. Чтобы стать ядерным топливом, руда должна пройти сложный процесс обработки, пишет автор блога „Путь атома“ Андрес Ингерман.
1 этап – добыча урановой руды
Сначала на горно-обогатительном комбинате получают концентрат урановой руды, который профессионалы называют „желтым кеком“. Этот концентрат является сырьем для производства ядерного топлива и закупается атомными электростанциями. Крупнейшими поставщиками данного сырья являются такие страны как Казахстан, Канада и Австралия.
Природный уран состоит из двух изотопов: уран-238 (99,3%) и уран-235 (0,7%). Последний необходим для генерации электроэнергии в ядерных реакторах. Для использования на атомных электростанциях содержание урана-235 в концентрате урановой руды увеличивается с 0,7% до 5% путем обогащения, что является важным этапом в процессе производства ядерного топлива.
2 этап – конверсия урана
Концентрат урановой руды в ходе химических процессов превращается в гексафторид урана, соединение урана с фтором. Гексафторид урана выглядит как серый порошок, который при нагреве превращается в газ.
3 этап – обогащение урана
Газообразный гексафторид урана проходит через газовые центрифуги, где в нем увеличивается содержание урана-235 за счет удаления урана-238. Это приводит к получению обогащенного уранового продукта с содержанием урана-235 до 5%.
4 этап – реконверсия урана
Уран отчищается от фтора, образуя оксид урана, соединение обогащенного урана с кислородом. Этот процесс обычно проходит на заводе, где также происходит фабрикация ядерного топлива.
5 этап – фабрикация ядерного топлива
На заводе из порошка оксида урана формируются топливные таблетки, которые запекаются в печи, образуя кристаллическую решетку, схожую с керамикой.
Затем таблетки ядерного топлива помещаются в тонкостенные полые стержни (ТВЭЛы), которые собираются в тепловыделяющие сборки (ТВС). Позднее именно они размещаются в активной зоне реактора.
