Глава 9 Пари, ракети и уран След едновременното поражение на група армии "Център" в Беларус и група армии "Б" в Нормандия, Мартин Борман се убеждава в необходимостта от ускоряване на развитието на операциите "Орел полет" и "Огнена земя". За това той организира спешна среща.

от къде да купя уран? Още през лятото на 1943 г. И.В. Курчатов в своя меморандум за работата на лаборатория № 2 пише на В. М. Молотов: „За да се създаде котел от метален уран и смес от уран с графит, е необходимо през следващите години да се натрупат 100 тона уран. Проучените запаси от това

кой ЩЕ ТЪРСИ УРАН? До зимата на 1944 г. става ясно, че ситуацията с урана е просто катастрофална. Берия, след като се запозна с детайлите на целия атомен проект, бързо реши, че всички усилия за създаване на нови оръжия биха били напразни, ако надежден

"Приравнете урана със златото ..." Този път L.P. Берия пита председателя на Министерския съвет на СССР И.В. Сталин да промени процедурата за отчитане, съхранение, транспортиране и разпространение на урана. В писмото си той пояснява: „С Постановление на Съвета на народните комисари на СССР от 23 септември 1944 г. № 1279-378 сс.

Геолози от няколко американски, немски и швейцарски университети заявиха, че има нужда от преосмисляне на условията, при които могат да се образуват уранови находища. Те разказаха за своето изследване в списание Nature Communications.

Един от най-често срещаните видове уранови отлагания, използвани в атомните електроцентрали, са т. нар. инфилтрационни отлагания от пясъчник. Уранът се добива от минерала уранинит (с идеализираната формула UO2, в природата съдържа както UO2, така и UO3), който се намира в валцови отлагания в пясъчник на голяма дълбочина. Смята се, че урановите отлагания се образуват в продължение на милиони години в резултат на реакции на неорганични съединения.

Учените откриха нови доказателства, че живите микроорганизми, бактерии, могат да генерират различен вид уран, който е в некристална форма. Химичните и физичните свойства на това съединение го отличават от уранинита, образуван от неорганично вещество. Учените стигнаха до това заключение, изучавайки състава на урана в развиващи се и неразработени райони на находища в Уайоминг, където беше открита некристална форма на уран с биологичен произход. Това откритие позволи на учените да предположат, че уранът може да се образува естествено в рудни находища с участието на микроорганизми.

Учените изследваха проби от ролкови отлагания от дълбочина 200 метра. Те установяват, включително чрез изотопен анализ, че 89% от урана в пробите се съдържа в некристална форма и образуването на такива форми на уран е свързано с органична материя или неорганични карбонати. По-голямата част от урана, открит от геолозите в района на разработване на находището, се е образувал преди около 3 милиона години в резултат на дейността на микроорганизми, довели до отлагането на уран.

Изобилието от такъв биогенен, некристален уран може да има последици за възстановяването на околната среда на минните операции и за минните практики като цяло, казват учените. Например, биогенният некристален уран вероятно ще образува водоразтворими форми, за разлика от неговия кристален аналог уранинит. Това може да повлияе на екологичната мобилност на урана, което води до повишена вероятност от замърсяване на водоносния хоризонт за питейна вода.

В бъдеще учените се надяват да проучат произхода на валцовите отлагания в други уранови находища, за да оценят глобалното значение на техните резултати за изясняване на теорията за образуването на уран, както и за неговата екологична миграция и свързаната с това безопасна рекултивация на рудни изработки . За това, наред с други неща, е важно да се разбере дали микробите, които произвеждат уран днес, са същите като тези, които са го образували в земната кора преди три милиона години.

В интернет някои господа много пъти и по всякакви начини са разказвали приказката, че Русия уж е продала „последната уранова риза“ на злите американци и за песен, а сега нямаме оръжеен уран и плутоний за производство атомни бомби. Общо взето, "всички полимери са изпипани."

За да говоря за това как стоят нещата в действителност, ще започна със снимка, която показва общия брой ядрени бойни глави в Русия и САЩ. Картината, както е лесно да се види, показва ситуацията за 2009 г. Както виждате, ние сме далеч по-напред от САЩ по брой бойни глави (включително в тактическите бойни глави - повече от четири пъти). Също така е лесно да се види на снимката, че от 13 000 бойни глави има 8 160 бойни глави, просто няма къде да сложим - за тях няма ракети. Подобна е и ситуацията в САЩ.

В същото време до края на 1985 г. СССР, на върха на своята слава, разполага с около 44 000 ядрени бойни глави. И дори тогава някои от тях нямаше къде да сложат. Съединените щати достигат връх от 32 000 ядрени заряда през 1965 г., след което започват постепенно да намаляват броя на зарядите, но въпреки това до 1995 г. се оказват в ситуация, подобна на нашата, с недостиг на ракети за заряди.

Трябва да се разбере, че ядрен заряд сам по себе си не е вечен - той постепенно се влошава по време на съхранение, неговите делящи се материали, поради саморазпадане, постепенно се отравят от образуваните изотопи и т.н. Стана ясно, че при такъв излишък от стари бойни глави, те трябва да бъдат изхвърлени, а отстранените от тях оръжейни уран и плутоний или да бъдат почистени отново за използване в оръжейни цели, или, което е по-евтино, разредени с нискообогатени уран и се използва като гориво в атомните електроцентрали.

Към 1991 г. ситуацията беше следната: Съединените щати притежаваха около 600 тона оръжеен уран и около 85 тона плутоний. СССР, от друга страна, успя да произведе около 1100-1400 тона оръжеен уран и 155 тона плутоний.

Отделно трябва да се каже, че до 1995 г. единственото предприятие за обогатяване в Съединените щати, което отговаря както за производството на оръжеен уран, така и за доставката на уран за реактори за атомни електроцентрали в Съединените щати - сегашната компания USEC - беше структурно звено на Министерството на енергетиката на САЩ (DOE). В същото време броят на собствените си SWU (обогатителни съоръжения за ядрени материали), с които САЩ разполагаха до 1991 г. (а това е единствената газодифузионна инсталация в Падука), беше само 8,5 милиона SWU. А търсенето на всички ядрени реактори, построени до 1979 г. в Съединените щати (след 1979 г. в Съединените щати, реактори не бяха построени - и повече за това по-долу) беше, според оценка, от 11 до 12 милиона SWU годишно.

И с този единствен завод в Падука, като самотен басейн в баня, Съединените щати покриха както производството на оръжейен уран, така и производството на реакторен уран. Сега ли се учудвате, че максималният брой бойни глави, с които разполагат Съединените щати, е по някаква причина не в края на Студената война, а през 1965 г.? Да, да – от 1965 г. атомните електроцентрали в САЩ започнаха да консумират повече уран, отколкото САЩ имаха време да обогатят. И Съединените щати започнаха да покриват разликата, като пуснаха оръжеен уран и плутоний с последващото му използване в гориво за атомни електроцентрали.

Още през 1979 г. Съединените щати осъзнаха, че ако нещата продължат така, те рискуват да останат изобщо без ядрени оръжия. И те бяха принудени да спрат строежа на атомната електроцентрала. За това беше използвано удобно извинение - аварията в атомната електроцентрала Threemile Island. Теоретиците на конспирацията твърдят, че инцидентът е бил нагласен, по-критични хора казват, че е било случайно, но е силно разгласено в медиите.

Въпреки това, вече построените атомни електроцентрали постепенно изяждаха ядрения запас на САЩи американските бизнесмени нямаше да ги затварят, както правят глупавите японци или германци. Трябваше да търся източник на доставки на допълнителни количества ядрено гориво.

От 1987 г. САЩ и СССР приеха редица съвместни споразумения, които понякога се обединяват в един вид координирана програма за „Кооперативно намаляване на заплахите“. В тези споразумения имаше много политически бърборене, но основното им значение за Съединените щати беше икономическо. Тя се състоеше в освобождаване на запаси от оръжейни уран и плутоний, за да покрие недостига на гориво за американските атомни електроцентрали. През февруари 1993 г. Русия и Съединените щати подписаха споразумение за продажба на 500 тона уран, извлечен от стари ядрени бойни глави (т.нар. HEU-LEU споразумение, или „мегатони за мегавати“). Изпълнението на споразумението е предназначено за дълъг период (повече от 10 години), а общата сума на договора се оценява на 12 милиарда долара. Това е самото споразумение, за което нашите протралополимери толкова обичат да крещят - казват, ние дадохме на САЩ нашия оръжеен уран, 500 тона, "няма го, шефе!" и т.н.

Добре, първо, никой не изпращаше оръжеен уран в САЩ ... Оръжейният уран има степен на обогатяване над 90%, но се доставя в Съединените щати в разредена форма (обеднен или естествен уран), така че концентрацията на U-235 в получената смес е около 4%. Освен това се смята, че Русия просто е измамила Съединените щати, като доставя предимно конвенционален уран с ниско обогатяване.

За да разберете ситуацията, ще ви информирам за един малко известен факт, че като част от програмата за сътрудничество за намаляване на заплахата, САЩ спряха последния реактор за производство на плутоний през 1992 г. В Русия последният такъв реактор (в Железногорск) беше спрян едва през април 2010 г. И дори тогава само защото Русия има по пътя си мощен търговски реактор-размножител, който получава голямо количество плутоний практически безплатно, заедно с генерирането на енергия. Не пасва ли добре на продажбата на "екстра" оръжейни материали?

Второ, руснаците хвърлиха САЩ на суровини. ... През 90-те години, след отделянето на Украйна и Казахстан, Русия просто не разполагаше с достатъчно природен уран, за да използва напълно своите мощности за обогатяване. Собственото производство на природен уран в Русия беше съсредоточено върху един-единствен обект - Приаргунското находище, където бяха добивани само около 2500 тона руда и бяха необходими поне 7000 тона годишно. Защо да оставим ултрацентрофугата да не работи?

Затова на американците беше казано, че Русия уж няма достатъчно естествен уран, за да разреди оръжейния компонент. За да се осигури поне някакво изпълнение на програмата (а през първите 6 години от договора са били доставени само 50 тона HEU, разреден с всякакъв вид мръсотия), през 1999 г. правителството на САЩ убеждава най-големите западни производители на природни уран - Cameco (Канада), Cogema (сега Areva, Франция) и Nukem (Германия) за продажба на Русия на специална цена от 118 000 тона природен уран! Помислете само за тази цифра – това е суровината за 17 години пълно натоварване на нашите центрофуги. И САЩ ни го предоставиха.

Защо? Защото ситуацията с горивото в САЩ беше абсолютно катастрофална.

През 1998 г. (тоест година преди Съединените щати да бъдат принудени да организират доставките на уранова руда за Русия), правителството на САЩ изпълни програмата си HEU-LEU, като прехвърли 174 тона оръжеен уран в гражданския сектор (една трета от руската двадесетгодишна програма!).

През 2005 г. Министерството на енергетиката на САЩ отново обяви прехвърлянето на допълнителни 40 тона "нестандартен" високообогатен уран за разреждане с естествен уран. Това количество уран по някаква причина се оказа много "разглезено" от изотопа 236U, поради което за него беше обявена отделна програма за "смесване" - BLEU (Blended Low-Enriched Uranium).

Програмата HEU-LEU за нормален оръжеен уран беше продължена от Министерството на енергетиката на САЩ през 2008 г., когато на същия американски изпълнител TVA, който усвои последната партида некачествен уран, бяха предложени още 21 тона оръжеен уран. И още 29,5 тона нормален оръжеен уран бяха разредени от други изпълнители на Министерството на енергетиката на САЩ.

Общо за периода 1993-2013 г. САЩ използваха за своите атомни електроцентрали, освен руските 500 тона виртуален HEU, още 201,2 тона от своя реален високообогатен уран.

Трябва да се подчертае, че целият този уран се оказа гориво за реактори от западен тип. Тоест около 700 тона оръжеен уран бяха кислородната възглавница, която поддържаше американското (и по-общо казано, цялото западно!) производство на ядрена енергия през последните 20 години.

Въпреки това, всички хубави неща свършват. Програмата HEU-LEU също приключи. Да, да – въпреки че формално все още работи до 2014 г., реалните обеми на доставките на руско гориво по тази програма вече са близо до нула. Но руските доставки на HEU-LEU осигуряват около 12% от световното търсене на реакторен уран и 38% от търсенето на реакторен уран в самите Съединени щати.

И така, с какво САЩ ще заредят своите реактори?

Мисля, че няма да сбъркам много, ако го кажа Съединените щати сега разполагат с не повече от 300 тона оръжейни плутоний и уран, включително това, което все още можете да "изберете" от старите, но все още неразглобени бойни глави, без да докосвате стратегическите 1500 бойни глави и още няколко тактически. Ако заменим руската програма с тези 300 тона, това количество изотопи ще ни стигне за 6 години. И тогава вече е необходимо да се строят центрофуги, да се пускат реактори-размножители, да се купува уран на пазарни цени на международния пазар - общо взето работа, работа и пак работа.

И дебелите пиндоси не искат да работят. Следователно, ако Фукушима не се беше случила, американците трябваше да го организират. Не организирахте ли Партията на зелените в Германия с тяхната идиотска програма за „закриване на всички атомни електроцентрали“ и започване на смешни експерименти с производство на енергия с помощта на вятър и слънце? Плащат ли протестите на индианците срещу откриването на вече готова атомна електроцентрала? Платихте ли за затварянето на отлична атомна електроцентрала в Литва?

Запасите от оръжеен уран в Русия са около 780 тона., което например спокойно казва такъв информиран човек като президента на канадската компания Cameco Джери Грунди. Този канадец много добре познава този бизнес - доставя на Русия природен уран на "специални цени" от 1999 г. и до днес. Той усети тези руски "шибани полимери" върху собствената си кожа.

Всъщност ситуацията за САЩ и Запада като цяло е много по-лоша. Факт е, че в западните страни (основно засега с усилията на европейските компании Areva и Urenco) все още се създава разумна индустрия за центробежно обогатяване, а газодифузионните инсталации USEC (САЩ) и самата Areva вече са планирани за затваряне в периода 2015-2017 г. поради изключителна степен на износване на оборудване, което заплашва аварии, на фона на които Чернобил ще изглежда като сладки шеги.

Може ли да се каже колко ще струва уранът утре и кой какво ще струва в света, когато дойде ядрената сутрин? Да, можеш. Нещо повече, дори нелогичните и безумни действия на Германия и Япония, извършващи „икономически харакири“ пред очите ни, отдавна са пресметнати, взети предвид и освен това най-вероятно на някои места признати за правилни и напълно съвместими с „изискването на революционния момент“.

На снимката е ядреният свят през 2010 г. Преди Фукушима и преди "германския консенсус" от 2011 г., който остави Германия с жалък "пън" от някогашното мощно ядрено поколение, чрез едновременно намаляване на броя на работещите силови блокове от 17 на 9.Освен това Зелените поискаха да бъдат затворени всички атомни електроцентрали.

Идната зима, разбира се, ще добави статистика към света за това колко стабилни са мрежите за генериране и разпределение при наличието на такива приятни източници на изпращане и контрол като вятърна и слънчева енергия и при липса на „неекологично чисти“ ядрени електроцентрали. Германия ще даде пример на всички ни, хаха.

Междувременно германската индустрия вече активно купува (изненада! Изненада!) резервни газови бутални агрегати, работещи на газ (Газпром търка дръжките си и брои бъдещите печалби), а генериращите компании говорят за полезността на постоянен блок за генериране на газ (Газпром започва да трие дръжките си три пъти по-бързо), който може поне бързо да вземе „падащи панталони“ от такива горещи и непостоянни момчета като вятъра и слънцето. И да, кой би си помислил - топлоцентралите на въглища не могат да получат мощност толкова бързо, колкото е необходимо от гледна точка на стабилността на мрежите, следователно няма да спасят никого.

За тази бъркотия, разбира се, е виновен лично Путин и неговият агент на влияние – скритата криптокомунистка Ангела Меркел. А не агентите на влияние на Съединените щати, които (САЩ) отчаяно имат нужда да произвеждат ядрено гориво за своите атомни електроцентрали. Просто защото повечето от реакторите се намират в САЩ – там работят 104 от тях. За сравнение, във Франция (която покрива 3/4 от енергийните си нужди за сметка на атомните електроцентрали) има 59 реактора, докато в Русия са само 31 от тях.

Между другото, аварията в Чернобил през 1986 г. беше много удобна за Съединените щати. Толкова е удобно и се е случило в точния момент, че има големи съмнения за инцидента му.

Ситуацията с отхвърлянето на атомната енергия в Япония като цяло изглежда като излизане отвъд границите на доброто и злото.... Страна, която има почти една трета от производството на електроенергия от ядрени реактори, след резултатите от аварията във Фукушима, която е еднакво удобна и навременна за САЩ в момента работи само с 2 реактора от 54... Алтернативната енергия, от която след това можете да изстържете нови киловати, първо трябва да бъде докарана до японските острови, а сега на фона на Китай и Индонезия, които изгребват всички въглища в Азиатско-Тихоокеанския регион, е само природен газ необходими. Освен това - най-скъпият, втечнен. Смятате ли, че ще бъде добре за японската икономика, която вече е неконкурентоспособна на фона на Южна Корея и Китай, ако разходите й все пак нараснат поради потреблението на скъп втечнен газ?

Междувременно с съоръженията за обогатяване в Съединените щати ситуацията е нащрек. „Веднага след приватизацията на USEC започнаха да се повдигат различни обвинения срещу нея, от некомпетентност до нечестно тайно споразумение и подкупи... Финансовото положение на корпорацията е много трудно, а бъдещето на програмата за обогатяване на уран в Съединените щати е въпросните ... Високите режийни разходи и остарелите технологии от 50-те години превърнаха бизнеса на USEC в нерентабилен и напълно зависим от руските субсидии “, пише Бюлетинът на атомните учени през май 2002 г.

Оттогава малко се е променило. „Оперативните организации (в САЩ) мразят USEC. Руснаците мразят USEC. Министерството на енергетиката на САЩ мрази USEC", пише британският вестник Financial Times. И в тези условия на всеобща омраза, корпорацията за обогатяване редовно отлага датите на стартиране на завода Пиктон, постоянно преизчислява нагоре строителната оценка и също така постоянно изисква допълнителни инжекции от федералния бюджет.

Съединените щати загубиха много позиции в горивния цикъл и са зависими от вноса. Конверсията на оръжейния уран е почти единствената област от ядрения горивен цикъл, където компания от Съединените щати все още може да се конкурира с чуждестранни доставчици. И това не е мое мнение - това е мнението на атомната компания "ConverDyn" от самите САЩ.

Така че упоритата работа с оръжейния уран беше от полза за Русия, а в Съединените щати, благодарение на нея, деградацията на ядрената индустрия се ускори. Флагманът на американското обогатяване е USEC, след като работата по програмата HEU-LEU е в дълбока криза и по някаква причина Русия все още има почти 800 тона безплатен оръжеен уран.

Продължавайки разказа за технологиите на затворен ядрен цикъл, бих искал да сложа в мозайка от факти за реактори, изотопи и технологични концепции основната тухла, без която е много трудно да си представим цялостна картина на това, което всички участници в състезание към светлото бъдеще на мирния атом искате да получите.

Говоря за гориво.

Именно около горивото и неговата обработка в затворения ядрено-горивен цикъл се върти цялата интрига на бъдещето на ядрената енергетика. От това зависи как и колко ефективно ще бъде организирана преработката на отработено ядрено гориво и дали затвореният ядрено-горивен цикъл ще се превърне в технологията на бъдещето, или ще остане „хартиен тигър“, който никога няма да може да улови най-много сънлива мишка.

И така, на екрана има яки момчета!

Вдясно е оръжеен уран, отляво е оръжеен плутоний. Ето как изглеждат те в живота, във формата чисти металикоито са те. Както с оръжейния уран, така и с оръжейния плутоний се препоръчва да се работи само със специални защитни ръкавици, а плутоният също трябва да се съхранява в херметична опаковка - най-малките частици плутоний, поради естествената му летливост и висока радиоактивна токсичност (повече от 1000 пъти по-висока от тази за урана) може лесно да се настани в бронхите и белите дробове и впоследствие да причини необратими увреждания на дихателните органи.
В същото време, подобно на много други тежки метали, плутоният и уранът се отстраняват изключително слабо от човешкото тяло - дори след 40 години само половината от тези елементи ще бъдат отстранени от човешкия черен дроб.
Като цяло плутоният и уранът в тяхното гориво, химически и изотопно чисто състояние, вече изискват много внимателно и внимателно боравене.

Но проблемите, които трябва да бъдат решени при използването им в затворения ядрено-горивен цикъл, са още по-трудни ...


Защо е необходим ZYATZ? И за какво става дума - затворен ядрен цикъл? Какво затваряме в този цикъл и каква е тази ядрена алхимия, която ни помага буквално да „правим гориво от нищо“?

ZNFC, по своята същност, в своята уранова версия, е постоянен, многоетапен и трудоемък процес на преобразуване на уран в плутоний.
И изгаряне на получения плутоний заедно с уран, което отново ни дава допълнителенколичества плутоний, получен отново от уран.
В рамките на изотопната механика вече някак си анализирах тази магия тук.

В рамките на използването и преработката на горивото този "изотопен кръгъл танц" изглежда още по-интересен.
Първо, днешните проекти на реактори включват периодично зареждане и разтоварване на ядрено гориво. Поради факта, че плутоний не се среща в нашата "дива природа", реакторът се зарежда естествен или обогатен уран.
Днес само един тип индустриални реактори в света работят с естествен уран - канадските реактори CANDU и техните клонинги в няколко други страни (например Индия):

Това всъщност е единственият реактор с тежка вода до момента - днес могат само реактори CANDU работи с естествен уранбез нужда от каквито и да е сложни процеси на разделяне на изотопи на уран – било то в съвременните центрофуги или в газодифузионни инсталации, които вече са нещо от миналото.
Освен това реакторите CANDU по принцип могат дори да "изядат" с малко модифициране и фина настройка, дори отработено ядрено гориво(ОЯГ) зад реактори с вода под налягане от тип VVER или PWR.

„NS? И как е - да изгориш отново това, което вече е изгоряло? “ – ще попита читателят. И със сигурност ще бъде прав – в случай на нефт, газ или въглища. Тези химически горива всъщност изгарят напълно в процеса на генериране на енергия. Но в случая с ядреното гориво, както казваше другарят Сталин: „не беше така, не беше така савсем“.

Работата е там, че нито един от реакторите горивото не изгаря напълно... В даден момент от време съдържанието на делящия се изотоп в ядрото просто пада под определени критични нива и самоподдържащата се верижна реакция просто става невъзможна - дори при абсорбиращи пръти, които са напълно извадени от ядрото, неутроните от деленето на някакво ядро ​​235 U просто не може да намери следните ядра, за да продължи верижната реакция.
Работата е там, че, както вече писах в статията си за механиката на изотопите, част от неутроните от верижната реакция на делене на уран неизбежно се абсорбират от структурите на реактора, част се забавя от забавителя и охлаждащата течност и значителна част от неутроните бавно превръщат 238 U, съдържащи се в горивните пръти, в същия 239 Pu, който е показан на горната снимка.
Освен това е много важно да се отбележи, че такъв процес на постепенно превръщане на уран в плутоний е в ход от първата секундаот момента, в който започна ядрена реакция в активната зона на ядрен реактор.
Тоест, въпреки факта, че за инициирането на реакцията на делене, човечеството все още има едно "ядрен мач" под формата на лесно разделящия се изотоп 235 U, дори в съвременните реактори с вода под налягане като VVER или PWR не гори само уран 235 U... В тях, като се започне от първата секунда от началото на верижната реакция, вторият "корав човек" - плутоний започва да се образува (и гори!).

С каква стойност се характеризира процентът на изгаряне на горивото? Както можете да си представите, претеглянето на „изгорял“ горивен елемент е практически безполезно - за разлика от автомобил с висококачествени въглища, който почти напълно се трансформира във формата на въглероден диоксид (CO 2), оставяйки ни само шепа негорима пепел, горивният елемент практически не губи първоначалната си маса.
Цялата му първоначална маса, с изключение на загубите на неутрони и малкото отделяне на инертни газове, образувани като продукти на реакцията, остава вътре в горивния прът.
Ето защо, за да измерят процента на изгаряне на първоначалното гориво, атомните учени излязоха с хитър параметър: мегават на ден на тон горивоили съкратено - MW ден / тон.
Този параметър може да бъде измерен директно, като се измери моментната мощност на реактора и се знае стойността на пълното му първоначално натоварване. Разбираемо, поради факта, че горивото в реактора постепенно изгаря и се разгражда, при равни други условия, „прясното” ядрено гориво произвежда по-висока моментна стойност на MW · дни на тон, отколкото изразходваното.
Следователно, за „настройване” на реактора по отношение на мощността, в зависимост от „свежестта” на горивото, се използват специални управляващи пръти (неутронни абсорбатори), които поемат част от излишния неутронен поток от прясното гориво.
Относително казано, абсорбиращите пръти са "дроселната клапа" на реактора, която в зависимост от степента на отварянето му позволява на ядреното гориво да прояви целия потенциал на верижна реакция, с който разполага.

В долната част - активната зона на реактора с горивни пръти, в горната част - канали за контролни пръти.
Разрезен модел на малък реактор. Мащаб 1: 1.

Към днешна дата основният ограничаващ фактор за степента на изгаряне на ядреното гориво обаче в никакъв случай не е възможността за управление на реактора с контролни пръти. Управляващите пръти на реактора в никакъв случай не са на „горния шелф“ („газ до повреда, а после ще видим“) в края на кампанията за използване на ядрено гориво в реактора.
Основното ограничение на дълбочината на изгаряне на ядреното гориво днес е свързано с натрупване на продукти на делене... В резултат на всяко делене на ураново ядро ​​вместо един атом се образуват два нови, чийто общ обем е приблизително два пъти по-голям от обема на отделения атом, тъй като всички атоми на химичните елементи като цяло имат приблизително същите обеми. Освен това новите атоми, които са фрагменти на делене, принадлежат към други химични елементи, поради което не могат да бъдат поставени във възлите на кристалната решетка на урана.
Е, за лека закуска, както вече споменах, част от продуктите на делене са газове (основно инертни криптон и ксенон, както и вездесъщият хелий), които допълнително надуват злополучния TVEL отвътре.
Тъй като всички тези процеси водят до увеличаване на обема на материята вътре в горивния прът, дълбочината на изгаряне на ядреното гориво днес е ограничена изключително от налягането на реакционните продукти вътре в горивния прът - и способността на неговата конструкция да издържа на това налягане .
Самите горивни пръти, елементарните градивни елементи на ядреното гориво, вече са преминали през моя блог. Ето ги и тях:

Това са малки „таблетки“, в които в процеса на производство на ядрено гориво се поставя обогатен уран или в бъдеще затворен ядрен горивен цикъл, смесено уран-плутониево гориво. Вторият вариант се нарича още MOX (или MOX) гориво, съкратено от смесени оксиди.
Това е метално оксидно (макар и в по-голяма степен не смесено, а чисто ураново) гориво, което сега се използва от повечето атомни електроцентрали. Защо?

Работата е там, че чистият метален уран наистина е „твърд човек“. Интегралната дълбочина на изгаряне за метален уран е общо 3000-3500 MW · ден / т.След този момент продуктите на реакцията разбиват чисто уранова горивна пръчка, като капка никотин - беден хамстер от добре познат анекдот.
Тъй като деленето на 1 грам уран е придружено от освобождаване на около 1 MW · дни енергия, лесно е да се изчисли колко грама уран могат да бъдат изгорени от първоначалния тон, просто като се напишат вместо мегават-дни термични енергийни грамове консумиран уран. Ето такъв малък трик на атомната аритметика. Желаещите могат, в съответствие с един грам уран, с един мегават-ден енергия, да видят музиката на вселенските сфери и ръката на нашия Господ, но само ще кажа: стана страхотно, удобно е да броим.
По този начин, използвайки метални уранови горивни пръти, в идеалния случай е възможно да се изгорят около 3500 грама (3,5 килограма) уран на реакторна кампания от всеки тон уран, първоначално зареден в реактора.
В случай, че без повече приказки заредим в нашия реактор конвенционален естествен уран, така те обикновено правеха - горивните пръти бяха образувани от просто метално ураново гориво и изгаряха около половината от количеството светлина, "изгаряйки" изотоп 235 U, съдържащ се в естествения уран.
Така 0,2-0,3% от изотопа 235 U остава в отработеното ядрено гориво на реактори с природен уран. Повторното обогатяване на такъв уран засега не е икономически осъществимо, поради което обикновено остава под формата на т.нар. отпадък (или изчерпан ) уран. Въпреки това, отпадъчният уран от такива реактори, заедно с остатъците от газови центрофуги и депата на газодифузионни инсталации, могат по-късно лесно да бъдат използвани като плодороден материал в реакторите за размножаване на
бързи неутрони.

Поради толкова ниската стойност както на абсолютното (в MW · дни), така и на относителното (не повече от 50%) изгаряне на ядреното гориво, работата на реактор от естествен уран се превръща в ад за операторите.
Всъщност работата с реактор от естествен уран е постоянна, ежедневна подмяна на отработено ядрено гориво с прясно. Ако сте погледнали снимката на реактора CANDU и сте помислили, че това е момент на неговата рядка и рядка поддръжка, тогава трябва да ви разочаровам.
Реакторите с естествен уран трябва да се зареждат с гориво почти постоянно. И така, в защитни костюми, в респиратори и ръкавици, при спазване на всички предпазни мерки при работа с прясно и особено с отработено ядрено гориво, което вече е поело неутрони, набъбнало от реакционни продукти и инертни газове и свети малко на тъмно .

Въпреки това, за урановите съединения, изгарянето на ядреното гориво може да бъде много по-голямо. Например, урановият оксид е много поресто вещество и следователно е в състояние да натрупва много повече от метален уран, продукти на делене и инертни газове вътре в горивен елемент без видими смущения във формата на горивния елемент - до 40 000 MW - до 100 000 MW · ден / t.
Лесно е да се изчисли, че такива стойности на дълбочината на изгаряне (според правилото "мегават-дни са равни на грам уран") съответстват на изгарянето на горивни елементи в тон от 40 до 100 килограма 235 U.
Като се има предвид, че днес съвременните реактори с вода под налягане работят с обогатен уран с процентно съдържание на изотопи 235 U в границата 3,5-4,5%, това ни води до парадокс: съвременните VVER и PWR реактори сякаш изгарят лек 235 U изотоп дори повечеотколкото им беше дадено при първоначалното зареждане с ядрено гориво.

В действителност обаче това не е така.
Днес, всъщност, когато се използва уран с обогатяване от 3,5-4,5% в изотопа 235 U, около 50% енергияразпределени по време на кампанията за зареждане на такъв реактор, възниква поради деленето на плутониеви изотопни атоми- 239 Pu, произведени директно в TVEL.
Това е момчета.
Плутоният вече ни дава (днес!) около половината от цялата енергия, който черпим от процеса на делене на тежки ядра.

Като се има предвид приноса на плутония за работата на реактори с обогатен уран, можете, въз основа на постигнатото изгаряне на ядрено гориво и изчисления принос на плутония към това отделяне на топлина, да изчислите колко уран действително гори модерен реактор с вода под налягане в своите „пещи“ .
Резултатът, мисля, ще изненада и вас.
Съвременните реактори си тръгват около половината от първоначалното съдържание на уран в прясното горивокато просто го изпрати в отработено ядрено гориво. TVEL и горивните касети просто се провалят, преди верижната реакция да успее да изгори целия лек уран от изотопа 235 U, съдържащ се в реактора!

Това не е бисквитка, а мъж - за щастие, не Гордън Фрийман.
Метален плутоний без защитен филм.

Благодарение на контролираното изгаряне на 235 U и умелата замяна на изгорения уран с плутоний, прясно произведен директно в горивния елемент от 238 U, продължителността на работа на реакторите с обогатен уран сега се увеличава стъпка по стъпка. В същото време, интересно е, че общото ниво на обогатяване на гориво не нараства толкова значително, колкото продължителността на кампанията за работа на реактора при едно натоварване.

В началото на експлоатацията на реактора стандартната кампания за VVER и PWR се считаше за 12-месечна, едногодишна кампания.
В средата на 80-те години на миналия век в САЩ е стартирана разширена кампания на една от станциите с 4-контурния реактор Westinghouse PWR с окончателен преход към 18-месечен ядрен горивен цикъл. След научната обосновка на пилотната експлоатация, всички атомни електроцентрали с PWR в Съединените щати започнаха прехода към 18-месечен горивен цикъл, завършвайки го напълно до 1997-98 г., малко по-късно този процес започна във всички части на света с реактори с вода под налягане, с изключение на руските.

Например във Франция до края на 90-те години всички реактори с мощност над 900 MW преминаха към 18-месечна кампания. В края на 90-те и началото на 2000-те много западни PWR започнаха да преминават към 24-месечен цикъл, но повечето от тези реактори са с мощност 900 MW или по-малко. Така в продължение на почти две десетилетия западните PWR с капацитет, близък до този на VVER-1000, се характеризират с 18-месечна горивна кампания, с тенденция към преминаване към 24-месечна периодичност на натоварване на активната зона. От друга страна, реакторите ВВЕР-1000 започнаха преминаването към 18-месечен горивен цикъл едва през 2008 г. (1-ви блок на АЕЦ Балаково) и се планира този процес да приключи напълно през 2014 г.
Защо руските ядрени учени толкова бавно преминават към дългосрочни кампании в руски реактори с водно охлаждане под налягане? В крайна сметка, именно високият ICUF, намаляването на разходите за поддръжка на реактора и времето за престой и намаляването на дозите на радиация на експлоатационния персонал - това е смисълът на прехода към дълги кампании за зареждане с ядрено гориво .

Всичко е за разликата в инженерните подходи и дизайна на руския VVER и западния PWR. В тези реактори се използват различни горивни касети (ГС), в които са опаковани горивните пръти. Това са много прословутите „квадрати“ и „шестоъгълници“, за които всички медии говорят толкова дълго. Ето визуално сравнение:

Това е напречно сечение на активните части на два реактора със сравнима мощност - руският VVER-1000 (1000 MW електрическа мощност) и американският Westinghouse PWR 4-контурен (1100 MW електрическа мощност). Както виждате, американският "брат" на VVER е доста по-дебел в кръста.
Диаметърът на западния PWR обикновено е 4,83 метра и дори повече, докато корпусът на VVER има диаметър само 4,535 м. Смята се, че такъв диаметър на корпуса VVER е определен, както винаги, от „разстоянието между прикладите на древните римски коне" (и по-точно, по-долу са правилата за транспортиране по железниците на СССР), но като цяло изборът на такова разположение на реактора беше повлиян и от друго качество на шестоъгълника, тоест шестоъгълното подреждане на горивни касети в активната зона.
Квадратната опаковка на горивните касети е много по-ниска от шестоъгълната по отношение на неравномерността на потока на охлаждащата течност върху напречното сечение на горивните касети - квадратът се охлажда добре в ъглите, но много лошо - в средата на горивните касети . Но шестоъгълникът на руския горивен блок е много по-близък по форма до идеален кръг, поради което охлаждането на шестоъгълния, шестоъгълен горивен блок е много по-равномерно. Следователно, в западните сглобки първоначално са използвани решетки-усилватели, инсталирани на горивни касети, за смесване на охлаждащата течност в напречното сечение на модула.

Въпреки това, както във всеки реален живот - всяко инженерно решение има своя "тъмна" страна. След като получиха много предимства поради доброто компактно опаковане на горивни касети в активната зона на реактора - по отношение на теглото на конструкцията, мощността на помпата, топлообмена между водата и горивните касети, съветските дизайнери получиха по-високи стойности на специфично топлинно натоварване за VVER от тези получен в западния PWR : западният реактор има специфично топлинно натоварване от 100 kW / литър охлаждаща течност, докато VVER вече има 110 kW / литър.
Поради този неприятен факт съветските, а след това и руските шестоъгълни възли са изминали много дълъг път за подобряване на качеството.

Поради толкова интензивен топлинен режим на работа на активната зона на реактора, общият процент на аварии на възли от тип „шестоъгълник“ за целия период на „атомната ера“ е бил исторически средно по-високаотколкото западния "площад". има голям и дълъг доклад на МААЕ какво, къде и кога е "изтекло" от горивните касети в реактори с различни конструкции и с различни видове горивни касети, всички последващи данни са от него.

Но до 2006 г. руските специалисти настроиха шестоъгълните горивни касети за VVER, така че да имаме 9 разхерметизиране на горивни касети, средно по света - 10, а в САЩ - 17 "квадратни" течове на 1000 броя, заредени в реактора.

И това въпреки факта, че дори десетилетие по-рано ситуацията беше различна: шестоъгълни горивни касети от VVERs дадоха течове и повреди в 39 случая от 1000, в САЩ PWR с „квадратно“ гориво изтече в 20 случая на всеки хиляда горивни касети , а в Япония имаше само 0,5 течове на горивни касети на всеки 1000 единици.

Като този.
Силните момчета са от решаващо значение за ядрената ера. Сега реакторът трябва да служи най-малко 60 години, горивният блок в близко бъдеще ще осигури изгаряне на гориво от повече от 40 000 MW · ден/т, кампанията на реактора определено ще достигне 24 месеца, а ICUF трябва уверено да прекрачи 90-те % марка.

Е, половината от цялата енергия, получена днес от атомите на изкуствен плутоний, произведен от самото човечество, скоро неизбежно ще се превърне в три четвърти и вероятно дори ще надхвърли границата от 90%, следвайки ICUM на атомните електроцентрали.

И тук най-накрая стигаме до ZYATZ. Което започна много отдавна и е напълно незабележимо днес в Белгия ...