Haz lo que debas. Dónde conseguir uranio
¿De dónde vino el uranio? Lo más probable es que aparezca en explosiones de supernovas. El hecho es que para la nucleosíntesis de elementos más pesados que el hierro, debe existir un poderoso flujo de neutrones, que ocurre justo durante la explosión de una supernova. Parecería que entonces, durante la condensación de la nube de nuevos sistemas estelares formados por ella, el uranio, habiéndose acumulado en la nube protoplanetaria y siendo muy pesado, debería hundirse en las profundidades de los planetas. Pero este no es el caso. El uranio es un elemento radiactivo y libera calor cuando se desintegra. Los cálculos muestran que si el uranio se distribuyera uniformemente por todo el espesor del planeta, al menos con la misma concentración que en la superficie, emitiría demasiado calor. Además, su flujo debería debilitarse a medida que se consume el uranio. Dado que no se observa nada de este tipo, los geólogos creen que al menos un tercio del uranio, y quizás todo, se concentra en la corteza terrestre, donde su contenido es de 2,5 ∙ 10 –4%. No se discute por qué sucedió esto.
¿Dónde se extrae el uranio? No hay tan poco uranio en la Tierra, está en el lugar 38 en términos de abundancia. La mayor parte de este elemento se encuentra en rocas sedimentarias - lutitas carbonáceas y fosforitas: hasta 8 ∙ 10 –3 y 2,5 ∙ 10 –2%, respectivamente. En total, la corteza terrestre contiene 10 14 toneladas de uranio, pero el principal problema es que está muy disperso y no forma depósitos poderosos. Aproximadamente 15 minerales de uranio son de importancia industrial. Esta es una resina de uranio - su base es óxido de uranio tetravalente, mica de uranio - varios silicatos, fosfatos y compuestos más complejos con vanadio o titanio a base de uranio hexavalente.
¿Qué son los rayos Becquerel? Después de que Wolfgang Roentgen descubriera los rayos X, el físico francés Antoine-Henri Becquerel se interesó por el brillo de las sales de uranio, que se produce bajo la influencia de la luz solar. Quería saber si había radiografías aquí también. De hecho, estaban presentes: la sal iluminaba la placa fotográfica a través del papel negro. En uno de los experimentos, sin embargo, la sal no se iluminó y la placa fotográfica aún se oscureció. Cuando se colocó un objeto de metal entre la sal y la placa fotográfica, hubo menos oscurecimiento debajo de él. En consecuencia, los nuevos rayos no surgieron en absoluto debido a la excitación del uranio por la luz y no atravesaron parcialmente el metal. Fueron llamados en un principio "rayos Becquerel". Posteriormente, se descubrió que estos son principalmente rayos alfa con una pequeña adición de rayos beta: el hecho es que los principales isótopos de uranio emiten una partícula alfa durante la descomposición, y los productos hijos también experimentan descomposición beta.
¿Qué tan alta es la radiactividad del uranio? El uranio no tiene isótopos estables; todos son radiactivos. El más longevo es el uranio-238 con una vida media de 4.400 millones de años. Luego viene el uranio-235 - 0,7 mil millones de años. Ambos sufren desintegración alfa y se convierten en los correspondientes isótopos de torio. El uranio-238 constituye más del 99% de todo el uranio natural. Debido a su enorme vida media, la radiactividad de este elemento es baja y, además, las partículas alfa no pueden superar el estrato córneo en la superficie del cuerpo humano. Dicen que IV Kurchatov, después de trabajar con uranio, simplemente se limpió las manos con un pañuelo y no sufrió ninguna enfermedad asociada con la radiactividad.
Los investigadores han recurrido repetidamente a las estadísticas de enfermedades de los trabajadores de las minas y plantas de procesamiento de uranio. Por ejemplo, aquí hay un artículo reciente de expertos canadienses y estadounidenses que analizaron datos sobre la salud de más de 17 mil trabajadores en la mina Eldorado en la provincia canadiense de Saskatchewan durante 1950-1999 ( Investigación ambiental, 2014, 130, 43–50, DOI: 10.1016 / j.envres.2014.01.002). Partieron del hecho de que la radiación actúa con mayor fuerza sobre las células sanguíneas que se multiplican rápidamente, lo que conduce a los tipos correspondientes de cáncer. Las estadísticas mostraron que la incidencia de varios tipos de cáncer de sangre entre los trabajadores mineros es menor que el promedio entre los canadienses. Al mismo tiempo, no se considera que la principal fuente de radiación sea el uranio en sí, sino el radón gaseoso que genera y sus productos de descomposición, que pueden ingresar al cuerpo a través de los pulmones.
¿Por qué es dañino el uranio?? Al igual que otros metales pesados, es altamente tóxico y puede causar insuficiencia renal y hepática. Por otro lado, el uranio, al ser un elemento disperso, está inevitablemente presente en el agua, el suelo y, al concentrarse en la cadena alimentaria, ingresa al cuerpo humano. Es razonable suponer que en el curso de la evolución, los seres vivos han aprendido a neutralizar el uranio en concentraciones naturales. El uranio es el más peligroso en el agua, por lo que la OMS estableció un límite: al principio era de 15 μg / l, pero en 2011 el estándar se aumentó a 30 μg / g. Como regla general, hay mucho menos uranio en el agua: en los EE. UU., En promedio, 6,7 μg / L, en China y Francia, 2,2 μg / L. Pero también hay fuertes desviaciones. Entonces, en algunas áreas de California es cien veces más que el estándar: 2.5 mg / l, y en el sur de Finlandia alcanza los 7.8 mg / l. Los investigadores están tratando de comprender si el estándar de la OMS es demasiado estricto al estudiar el efecto del uranio en los animales. Aquí hay un trabajo típico ( BioMed Research International, 2014, ID 181989; DOI: 10.1155 / 2014/181989). Durante nueve meses, los científicos franceses regaron ratas con agua con aditivos de uranio empobrecido y en una concentración relativamente alta, de 0,2 a 120 mg / l. El valor más bajo es el agua cerca de la mina, el superior no se encuentra en ninguna parte: la concentración máxima de uranio, medida en Finlandia, es de 20 mg / l. Para sorpresa de los autores - el artículo se llama: "La ausencia inesperada de un efecto notable del uranio en los sistemas fisiológicos ..." - el uranio prácticamente no tuvo ningún efecto sobre la salud de las ratas. Los animales comieron bien, aumentaron de peso adecuadamente, no se quejaron de enfermedades y no murieron de cáncer. El uranio, como debería ser, se depositó principalmente en los riñones y los huesos y en una cantidad cien veces menor en el hígado, y su acumulación, como era de esperar, dependía de su contenido en agua. Sin embargo, esto no condujo a insuficiencia renal, ni siquiera a una aparición notable de marcadores moleculares de inflamación. Los autores sugirieron iniciar una revisión de las estrictas directrices de la OMS. Sin embargo, hay una salvedad: el efecto en el cerebro. En el cerebro de las ratas, el uranio era menor que en el hígado, pero su contenido no dependía de la cantidad de agua. Pero el uranio afectó el trabajo del sistema antioxidante del cerebro: la actividad de la catalasa aumentó en un 20%, la glutatión peroxidasa en un 68-90%, la actividad de la superóxido dismutasa disminuyó en un 50% independientemente de la dosis. Esto significa que el uranio estaba causando claramente estrés oxidativo en el cerebro y el cuerpo estaba respondiendo a él. Tal efecto, un fuerte efecto del uranio en el cerebro en ausencia de su acumulación en él, por cierto, así como en los genitales, se ha notado antes. Además, agua con uranio a una concentración de 75-150 mg / L, que investigadores de la Universidad de Nebraska alimentaron a ratas durante seis meses ( Neurotoxicología y Teratología 2005, 27, 1, 135-144; DOI: 10.1016 / j.ntt.2004.09.001), tuvo un efecto en el comportamiento de los animales, principalmente machos, liberados al campo: no cruzaron las líneas como los controles, se pararon sobre sus patas traseras y limpiaron sus piel. Existe evidencia de que el uranio también conduce a alteraciones de la memoria en los animales. El cambio de comportamiento se correlacionó con el nivel de oxidación de lípidos en el cerebro. Resulta que el agua de uranio hizo a las ratas saludables, pero estúpidas. Estos datos nos seguirán siendo útiles en el análisis del llamado Síndrome de la Guerra del Golfo.
¿El uranio está contaminando los sitios de gas de esquisto? Depende de la cantidad de uranio que haya en las rocas que contienen gas y de cómo esté asociado con ellas. Por ejemplo, el profesor asistente Tracy Bank de la Universidad de Buffalo exploró las rocas de esquisto del depósito Marcellus, que se extiende desde el oeste de Nueva York a través de Pensilvania y Ohio hasta Virginia Occidental. Resultó que el uranio está químicamente unido precisamente con la fuente de hidrocarburos (recuerde que el esquisto de carbón relacionado tiene el mayor contenido de uranio). Los experimentos han demostrado que la solución utilizada para fracturar la formación disuelve perfectamente el uranio en sí mismo. “Cuando el uranio de estas aguas sale a la superficie, puede contaminar el área circundante. No presenta un riesgo de radiación, pero el uranio es un elemento venenoso ”, señala Tracy Bank en un comunicado de prensa universitario del 25 de octubre de 2010. Aún no se han elaborado artículos detallados sobre el riesgo de contaminación ambiental por uranio o torio en la extracción de gas de esquisto.
¿Por qué se necesita el uranio? Anteriormente, se utilizaba como pigmento para la fabricación de cerámica y vidrio coloreado. Ahora el uranio es la base de la energía atómica y las armas nucleares. Al mismo tiempo, se utiliza su propiedad única: la capacidad del núcleo para dividirse.
¿Qué es la fisión nuclear? La desintegración del núcleo en dos grandes piezas desiguales. Es debido a esta propiedad que durante la nucleosíntesis debida a la irradiación de neutrones, se forman núcleos más pesados que el uranio con gran dificultad. La esencia del fenómeno es la siguiente. Si la proporción del número de neutrones y protones en el núcleo no es óptima, se vuelve inestable. Por lo general, dicho núcleo expulsa de sí mismo una partícula alfa, dos protones y dos neutrones, o una partícula beta, un positrón, que se acompaña de la transformación de uno de los neutrones en un protón. En el primer caso, se obtiene un elemento de la tabla periódica, espaciado dos celdas hacia atrás, en el segundo, una celda hacia adelante. Sin embargo, además de la emisión de partículas alfa y beta, el núcleo de uranio es capaz de fisión, decayendo en los núcleos de dos elementos en el medio de la tabla periódica, por ejemplo, bario y criptón, lo que hace después de recibir un nuevo neutrón. . Este fenómeno se descubrió poco después del descubrimiento de la radiactividad, cuando los físicos expusieron la radiación recién descubierta a lo que fuera necesario. Así escribe Otto Frisch, participante de los eventos ("Uspekhi fizicheskikh nauk", 1968, 96, 4). Después del descubrimiento de los rayos de berilio, los neutrones, Enrico Fermi los irradió, en particular, uranio para causar la desintegración beta, esperaba obtener el siguiente elemento 93, ahora llamado neptunio, a su costa. Fue él quien descubrió un nuevo tipo de radiactividad en el uranio irradiado, que asoció con la aparición de elementos transuránicos. Al mismo tiempo, la ralentización de los neutrones, por lo que la fuente de berilio se cubrió con una capa de parafina, aumentó esta radiactividad inducida. El radioquímico estadounidense Aristide von Grosse sugirió que uno de estos elementos era el protactinio, pero estaba equivocado. Pero Otto Hahn, que entonces trabajaba en la Universidad de Viena y consideraba que el protactinio descubierto en 1917 era su creación, decidió que estaba obligado a averiguar qué elementos se obtenían en este caso. Junto con Lisa Meitner, a principios de 1938, Hahn sugirió, basándose en los resultados de los experimentos, que se forman cadenas completas de elementos radiactivos, que surgen de repetidas desintegraciones beta de los núcleos del uranio-238 y sus elementos hijos que han absorbido un neutrón. Pronto, Lisa Meitner se vio obligada a huir a Suecia por temor a posibles represalias de los nazis tras el Anschluss austríaco. Hahn, continuando sus experimentos con Fritz Strassmann, descubrió que entre los productos también había bario, un elemento con el número 56, que de ninguna manera se podía obtener del uranio: todas las cadenas de desintegración alfa del uranio terminan en un plomo mucho más pesado. Los investigadores quedaron tan sorprendidos por el resultado que no lo publicaron, solo escribieron cartas a amigos, en particular a Lisa Meitner en Gotemburgo. Allí, el día de Navidad de 1938, la visitó su sobrino, Otto Frisch, y mientras caminaba por las inmediaciones de la ciudad invernal -él iba en esquís, su tía a pie- discutieron la posibilidad de la aparición de bario por irradiación de uranio. debido a la fisión nuclear (para obtener más información sobre Lisa Meitner, consulte “Química y vida”, 2013, No. 4). Al regresar a Copenhague, Frisch literalmente en la escalera de un vapor que partía hacia los Estados Unidos, atrapó a Niels Bohr y le informó sobre la idea de la fisión. Bohr se dio una palmada en la frente y dijo: “¡Oh, qué tontos éramos! Deberíamos habernos dado cuenta de esto antes ". En enero de 1939, se publicó un artículo de Frisch y Meitner sobre la fisión de núcleos de uranio por neutrones. En ese momento, Otto Frisch ya había preparado un experimento de prueba, al igual que muchos grupos estadounidenses que habían recibido un mensaje de Bohr. Dicen que los físicos comenzaron a dispersarse a sus laboratorios justo durante su informe el 26 de enero de 1939 en Washington en la conferencia anual sobre física teórica, cuando captaron la esencia de la idea. Después del descubrimiento de la fisión, Hahn y Strassmann revisaron sus experimentos y encontraron, al igual que sus colegas, que la radiactividad del uranio irradiado no está asociada con los transuranos, sino con la desintegración de los elementos radiactivos formados durante la fisión a partir de la mitad de la tabla periódica.
¿Cómo es la reacción en cadena en el uranio? Poco después de que se probara experimentalmente la posibilidad de fisión de núcleos de uranio y torio (y no hay otros elementos fisibles en la Tierra en una cantidad significativa), Niels Bohr y John Wheeler, que trabajaron en Princeton, y también independientemente de ellos, el físico teórico soviético. J. I. Frenkel y los alemanes Siegfried Flügge y Gottfried von Droste crearon la teoría de la fisión nuclear. De ahí se derivaron dos mecanismos. Uno está relacionado con el umbral de absorción de neutrones rápidos. Según él, para iniciar la fisión, un neutrón debe tener una energía bastante alta, más de 1 MeV para los núcleos de los principales isótopos: uranio-238 y torio-232. A energías más bajas, la absorción de un neutrón por el uranio-238 tiene un carácter resonante. Por ejemplo, un neutrón con una energía de 25 eV tiene un área de captura miles de veces mayor que con otras energías. Al mismo tiempo, no habrá fisión: el uranio-238 se convertirá en uranio-239, que con una vida media de 23,54 minutos se convertirá en neptunio-239, el que tiene una vida media de 2,33 días, en larga duración. vivió plutonio-239. El torio-232 se convertirá en uranio-233.
El segundo mecanismo es la absorción sin umbral de un neutrón, seguido por el tercer isótopo fisible más o menos extendido: el uranio-235 (así como el plutonio-239 y el uranio-233, que están ausentes en la naturaleza): haber absorbido cualquier neutrón, incluso uno lento, el llamado térmico, con energía como para las moléculas que participan en el movimiento térmico: 0.025 eV, tal núcleo se dividirá. Y esto es muy bueno: los neutrones térmicos tienen una sección transversal de captura cuatro veces mayor que los rápidos de megaelectronvoltios. Este es el significado del uranio-235 para toda la historia posterior de la energía atómica: es el que asegura la multiplicación de neutrones en el uranio natural. Después de un impacto de neutrones, el núcleo de uranio-235 se vuelve inestable y rápidamente se divide en dos partes desiguales. En el camino se emiten varios neutrones nuevos (en promedio 2,75). Si caen en los núcleos del mismo uranio, provocarán la multiplicación de neutrones en progresión geométrica: se producirá una reacción en cadena, que dará lugar a una explosión debido a la rápida liberación de una gran cantidad de calor. Ni el uranio-238 ni el torio-232 pueden funcionar de esta manera: después de la fisión, se emiten neutrones con una energía promedio de 1-3 MeV, es decir, si hay un umbral de energía de 1 MeV, una parte significativa de los neutrones ciertamente no lo hará. podrá provocar una reacción, y no habrá multiplicación. Esto significa que estos isótopos deben olvidarse y los neutrones tendrán que reducirse a energía térmica para que interactúen con los núcleos del uranio-235 de la manera más eficiente posible. Al mismo tiempo, no se debe permitir su absorción resonante por el uranio-238: después de todo, en el uranio natural este isótopo es ligeramente inferior al 99,3% y los neutrones chocan con mayor frecuencia con él, y no con el uranio-235 objetivo. Y actuando como moderador, es posible mantener la multiplicación de neutrones a un nivel constante y prevenir una explosión, para controlar una reacción en cadena.
El cálculo realizado por Ya.B. Zeldovich y Yu.B. Khariton en el mismo fatídico 1939 mostró que para ello es necesario utilizar un moderador de neutrones en forma de agua pesada o grafito y enriquecer el uranio natural con uranio-235 mediante al menos 1,83 veces. Entonces esta idea les pareció pura fantasía: “Cabe señalar que aproximadamente el doble enriquecimiento de esas cantidades bastante significativas de uranio, que son necesarias para la implementación de una explosión en cadena,<...>es una tarea extremadamente engorrosa cercana a la impracticabilidad práctica ". Ahora este problema se ha resuelto y la industria nuclear está produciendo en serie uranio para centrales eléctricas, enriquecido con uranio 235 al 3,5%.
¿Qué es la fisión nuclear espontánea? En 1940, G.N. Flerov y K.A. Dado que esta fisión también produce neutrones, si no se les permite volar lejos de la zona de reacción, servirán como iniciadores de la reacción en cadena. Es este fenómeno el que se utiliza para crear reactores nucleares.
¿Por qué se necesita la energía nuclear? Zeldovich y Khariton fueron de los primeros en calcular el efecto económico de la energía atómica ("Uspekhi fizicheskikh nauk", 1940, 23, 4). “... Por el momento, todavía es imposible sacar conclusiones definitivas sobre la posibilidad o imposibilidad de llevar a cabo una reacción de fisión nuclear con cadenas infinitamente ramificadas en el uranio. Si tal reacción es factible, entonces la velocidad de la reacción se ajusta automáticamente para asegurar su fluidez, a pesar de la enorme cantidad de energía a disposición del experimentador. Esta circunstancia es sumamente favorable para el aprovechamiento energético de la reacción. Por tanto, demos -aunque se trata de una división de la piel de un oso sin matar- algunos números que caracterizan las posibilidades del uso energético del uranio. Si el proceso de fisión está en neutrones rápidos, por lo tanto, la reacción captura el isótopo principal de uranio (U238), entonces<исходя из соотношения теплотворных способностей и цен на уголь и уран>el costo de una caloría del isótopo principal del uranio resulta ser aproximadamente 4000 veces más barato que el del carbón (a menos que, por supuesto, los procesos de "combustión" y eliminación de calor sean significativamente más costosos en el caso del uranio que en el caso de carbón). En el caso de los neutrones lentos, el costo de una caloría de "uranio" (basado en las cifras anteriores) será, teniendo en cuenta que la abundancia del isótopo U235 es 0.007, ya es solo 30 veces más barato que una caloría de "carbón" , en igualdad de condiciones ”.
La primera reacción en cadena controlada se llevó a cabo en 1942 por Enrico Fermi en la Universidad de Chicago, y el reactor se controló manualmente, empujando hacia adentro y hacia afuera las varillas de grafito al cambiar el flujo de neutrones. La primera central eléctrica se construyó en Obninsk en 1954. Además de generar energía, los primeros reactores también trabajaron para la producción de plutonio apto para armas.
¿Cómo funciona una central nuclear? La mayoría de los reactores funcionan ahora con neutrones lentos. El uranio enriquecido en forma de metal, una aleación, por ejemplo con aluminio, o en forma de óxido se apila en cilindros largos: elementos combustibles. Se instalan de determinada manera en el reactor, y entre ellos se introducen varillas del moderador, que controlan la reacción en cadena. Con el tiempo, los venenos del reactor, los productos de fisión del uranio, también capaces de absorber neutrones, se acumulan en el elemento combustible. Cuando la concentración de uranio-235 cae por debajo del valor crítico, el elemento se da de baja. Sin embargo, contiene muchos fragmentos de fisión con fuerte radiactividad, que disminuye con los años, por lo que los elementos liberan una cantidad significativa de calor durante mucho tiempo. Se mantienen en tanques de enfriamiento y luego se entierran o intentan reprocesarlos para extraer el uranio 235 no quemado, el plutonio acumulado (se utilizó para fabricar bombas atómicas) y otros isótopos que se pueden utilizar. La parte no utilizada se envía al cementerio.
En los llamados reactores rápidos, o reactores reproductores, se instalan reflectores hechos de uranio-238 o torio-232 alrededor de los elementos. Reducen la velocidad y envían neutrones demasiado rápidos de vuelta a la zona de reacción. Los neutrones reducidos a velocidades de resonancia absorben los isótopos nombrados, convirtiéndose, respectivamente, en plutonio-239 o uranio-233, que pueden servir como combustible para una planta de energía nuclear. Dado que los neutrones rápidos reaccionan mal con el uranio-235, su concentración debe aumentarse significativamente, pero esto se compensa con un flujo de neutrones más fuerte. A pesar de que los reactores reproductores se consideran el futuro de la energía nuclear, porque proporcionan más combustible nuclear del que consumen, los experimentos han demostrado que son difíciles de gestionar. Ahora en el mundo solo hay un reactor de este tipo: en la cuarta unidad de potencia de la central nuclear de Beloyarsk.
¿Cómo se critica la energía nuclear? Aparte de los accidentes, el punto principal en los argumentos de los opositores a la energía nuclear hoy en día es la propuesta de sumar al cálculo de su eficiencia los costes de protección del medio ambiente tras el desmantelamiento de la central y cuando se trabaja con combustible. En ambos casos, existen problemas de eliminación confiable de desechos radiactivos, y estos son costos asumidos por el estado. Se cree que si los trasladamos al costo de la energía, entonces su atractivo económico desaparecerá.
También hay oposición entre los partidarios de la energía nuclear. Sus representantes señalan la singularidad del uranio-235, para el que no hay reemplazo, porque los isótopos alternativos fisibles por neutrones térmicos, plutonio-239 y uranio-233, están ausentes en la naturaleza debido a una vida media de miles de años. Y los obtienen simplemente como resultado de la fisión del uranio-235. Si termina, la excelente fuente natural de neutrones para una reacción nuclear en cadena desaparecerá. Como resultado de tal extravagancia, la humanidad se verá privada de la oportunidad en el futuro de involucrar al torio-232 en el ciclo energético, cuyas reservas son varias veces mayores que las del uranio.
En teoría, los aceleradores de partículas se pueden utilizar para generar un flujo de neutrones rápidos con energías de megaelectronvoltios. Sin embargo, si estamos hablando, por ejemplo, de vuelos interplanetarios en un motor atómico, entonces será muy difícil implementar un esquema con un acelerador voluminoso. El agotamiento del uranio 235 pone fin a estos proyectos.
¿Qué es el uranio de grado arma? Este es uranio-235 altamente enriquecido. Su masa crítica, que corresponde al tamaño de una pieza de sustancia en la que se produce una reacción en cadena de forma espontánea, es lo suficientemente pequeña como para producir munición. Dicho uranio se puede utilizar para fabricar una bomba atómica, así como una mecha para una bomba termonuclear.
¿Qué desastres están asociados con el uso de uranio? La energía almacenada en los núcleos de los elementos fisionables es enorme. Habiendo escapado del control a través de un descuido o debido a la intención, esta energía es capaz de causar muchos problemas. Dos de los peores desastres nucleares ocurrieron el 6 y 8 de agosto de 1945, cuando la Fuerza Aérea de los Estados Unidos lanzó bombas atómicas sobre Hiroshima y Nagasaki, matando e hiriendo a cientos de miles de civiles. Los desastres a menor escala están asociados con accidentes en centrales nucleares y empresas de ciclo nuclear. El primer accidente importante ocurrió en 1949 en la URSS en la planta de Mayak cerca de Chelyabinsk, donde se producía plutonio; Los desechos radiactivos líquidos ingresaron al río Techa. En septiembre de 1957, se produjo una explosión con la liberación de una gran cantidad de material radiactivo. Once días después, el reactor de producción de plutonio británico en Windscale se quemó y la nube con los productos de la explosión se disipó sobre Europa Occidental. En 1979, un reactor se incendió en la planta de energía nuclear de Trimale Island en Pensilvania. Las consecuencias más ambiciosas fueron los accidentes de la central nuclear de Chernobyl (1986) y la central nuclear de Fukushima (2011), cuando millones de personas estuvieron expuestas a la radiación. Los primeros cubrieron vastas tierras, arrojando 8 toneladas de combustible de uranio con productos de fisión como resultado de la explosión, que se extendió por toda Europa. El segundo contaminó y, tres años después del accidente, sigue contaminando las aguas del Océano Pacífico en las zonas de pesca. Era muy costoso lidiar con las consecuencias de estos accidentes, y si estos costos se descompusieran en el costo de la electricidad, aumentaría significativamente.
Un tema aparte son las consecuencias para la salud humana. Según las estadísticas oficiales, muchas personas que sobrevivieron al bombardeo o viven en áreas contaminadas se beneficiaron de la radiación: las primeras tienen una mayor esperanza de vida, las segundas tienen menos cánceres y los expertos asocian un ligero aumento de la mortalidad con el estrés social. El número de personas que murieron precisamente por las consecuencias de accidentes o como resultado de su eliminación es de cientos. Los opositores a las centrales nucleares señalan que los accidentes han provocado varios millones de muertes prematuras en el continente europeo, simplemente son invisibles en el trasfondo estadístico.
La retirada de tierras del uso humano en las zonas accidentadas conduce a un resultado interesante: se convierten en una especie de reservas naturales donde crece la biodiversidad. Es cierto que algunos animales padecen enfermedades relacionadas con la radiación. La cuestión de la rapidez con la que se adaptarán al entorno cada vez mayor permanece abierta. También existe la opinión de que la consecuencia de la irradiación crónica es la "selección para un tonto" (ver "Química y vida", 2010, No. 5): incluso en la etapa embrionaria, sobreviven organismos más primitivos. En particular, en relación con los humanos, esto debería conducir a una disminución de las capacidades mentales en la generación nacida en áreas contaminadas poco después del accidente.
¿Qué es el uranio empobrecido? Este es el uranio-238, sobrante después de la separación del uranio-235 de él. Los volúmenes de desechos de la producción de uranio y elementos combustibles para armas son grandes: solo en los EE. UU., Se han acumulado 600 mil toneladas de hexafluoruro de dicho uranio (para problemas con él, ver "Química y vida", 2008, No. 5). El contenido de uranio-235 en él es del 0,2%. Estos desechos deben almacenarse hasta tiempos mejores, cuando se creen reactores rápidos y aparezca la posibilidad de reprocesar el uranio-238 en plutonio, o usarse de alguna manera.
Le encontraron un uso. El uranio, al igual que otros elementos de transición, se utiliza como catalizador. Por ejemplo, los autores del artículo en ACS Nano Con fecha del 30 de junio de 2014, escriben que un catalizador hecho de uranio o torio con grafeno para la reducción de oxígeno y peróxido de hidrógeno "tiene un enorme potencial para aplicaciones energéticas". Debido a que el uranio es denso, sirve como lastre para los barcos y como contrapeso para los aviones. Este metal también es adecuado para la protección radiológica en dispositivos médicos con fuentes de radiación.
¿Qué armas se pueden fabricar con uranio empobrecido? Balas y núcleos para proyectiles perforadores de armaduras. El cálculo es el siguiente. Cuanto más pesado es el proyectil, mayor es su energía cinética. Pero cuanto más grande es el proyectil, menos concentrado es su impacto. Esto significa que se necesitan metales pesados de alta densidad. Las balas están hechas de plomo (los cazadores de los Urales en un momento también usaron platino nativo hasta que se dieron cuenta de que era un metal precioso), mientras que los núcleos de las conchas estaban hechos de aleación de tungsteno. Los ambientalistas señalan que el plomo contamina el suelo en lugares de hostilidades o caza y sería mejor reemplazarlo por algo menos dañino, por ejemplo, el mismo tungsteno. Pero el tungsteno no es barato y el uranio, de densidad similar, es un desperdicio dañino. Al mismo tiempo, la contaminación permisible del suelo y el agua con uranio es aproximadamente dos veces mayor que la del plomo. Esto sucede porque se descuida la débil radiactividad del uranio empobrecido (y también es un 40% menor que la del natural) y se tiene en cuenta un factor químico realmente peligroso: el uranio, como recordamos, es venenoso. Al mismo tiempo, su densidad es 1,7 veces mayor que la del plomo, lo que significa que el tamaño de las balas de uranio se puede reducir a la mitad; El uranio es mucho más refractario y sólido que el plomo: se evapora menos cuando se dispara y, cuando golpea un objetivo, produce menos micropartículas. En general, una bala de uranio contamina menos el medio ambiente que una de plomo, sin embargo, no se sabe con certeza acerca de dicho uso del uranio.
Pero se sabe que las placas de uranio empobrecido se utilizan para fortalecer el blindaje de los tanques estadounidenses (esto se ve facilitado por su alta densidad y punto de fusión), así como en lugar de aleación de tungsteno en los núcleos para proyectiles perforadores de blindaje. El núcleo de uranio también es bueno porque el uranio es pirofórico: sus pequeñas partículas calientes formadas al impactar en la armadura se inflaman y prenden fuego a todo. Ambas aplicaciones se consideran seguras para la radiación. Entonces, el cálculo mostró que, incluso después de pasar un año en un tanque con blindaje de uranio cargado con municiones de uranio, la tripulación recibirá solo una cuarta parte de la dosis permitida. Y para obtener la dosis anual permitida, es necesario sujetar dicha munición a la superficie de la piel durante 250 horas.
Los estadounidenses utilizaron proyectiles con núcleos de uranio, para cañones de aviones de 30 mm o para artillería de subcalibre, en guerras recientes, a partir de la campaña iraquí de 1991. Ese año, se vertieron sobre unidades blindadas iraquíes en Kuwait y, durante su retirada, 300 toneladas de uranio empobrecido, de las cuales 250 toneladas, o 780 mil rondas, cayeron sobre los cañones de los aviones. En Bosnia y Herzegovina, durante el bombardeo del ejército de la República Srpska no reconocida, se gastaron 2,75 toneladas de uranio, y durante el bombardeo del ejército yugoslavo en la provincia de Kosovo y Metohija, 8,5 toneladas, o 31 mil rondas. Dado que la OMS estaba entonces preocupada por las consecuencias del uso de uranio, se llevó a cabo un seguimiento. Mostró que una salva constaba de aproximadamente 300 rondas, de las cuales el 80% contenía uranio empobrecido. El 10% alcanzó los objetivos y el 82% cayó a 100 metros de ellos. El resto se dispersó en un radio de 1,85 km. Un proyectil que golpeó un tanque se quemó y se convirtió en un aerosol, y un proyectil de uranio atravesó objetivos ligeros como vehículos blindados de transporte de personal. Por lo tanto, una tonelada y media de proyectiles podrían convertirse en polvo de uranio en Irak. Según las estimaciones de los especialistas del centro de investigación estratégica estadounidense "RAND Corporation", más se ha convertido en aerosol, del 10 al 35% del uranio utilizado. El croata Asaf Durakovic, un combatiente croata con municiones de uranio, que trabajó en una variedad de organizaciones desde el Hospital King Faisal en Riyadh hasta el Centro de Investigación Médica de Uranio de Washington, cree que en 1991 solo en el sur de Irak, se produjeron de 3 a 6 toneladas de partículas de uranio submicrónicas. formados, que se dispersaron en una vasta área, es decir, la contaminación de uranio allí es comparable a la de Chernobyl.
La bomba atómica Gubarev Vladimir Stepanovich
¿Dónde conseguir uranio?
¿Dónde conseguir uranio?
El uranio necesitaba cientos de toneladas.
Solo había unos pocos kilogramos en la URSS ...
Los depósitos de uranio estaban poco estudiados, estaban ubicados en áreas remotas de Asia Central y se consideraban tan pobres que los geólogos consideraron una locura comenzar a minar allí.
Sin embargo, pronto se vieron obligados a cambiar de punto de vista.
En la Europa devastada por la guerra, equipos especiales, estadounidenses y nuestros, buscaban uranio, con el que trabajaban los alemanes. Conseguimos algo, pero los Yankees se llevaron la mayor parte a su lugar; incluido el uranio que estaba en nuestra zona de ocupación. Los estadounidenses simplemente agarraron el "polvo amarillo", lo cargaron en los autos y desaparecieron. Nuestro grupo de físicos llegó solo un par de días tarde, se les dijo que el ejército estadounidense realmente necesitaba tintes, pero ¿cómo podemos negarnos una bagatela a los aliados?
En agosto de 1945, I.V. Stalin exigió información detallada sobre la situación y los resultados de la investigación sobre el problema atómico. I.V. Kurchatov y I.K. Kikoin preparó "Ayuda".
Stalin pidió hacer cálculos de los materiales y medios necesarios para la fabricación de 100 bombas atómicas. Los profesores Kurchatov y Kikoin dijeron en su "Ayuda" que esto requiere aproximadamente 230 toneladas de uranio metálico.
¿Y cuánto uranio había en la URSS?
Kurchatov y Kikoin proporcionan datos precisos:
“En 1944, en la URSS, las empresas del Comisariado del Pueblo para Meta extrajeron 1.519 toneladas de mineral de uranio y produjeron solo 2 toneladas de sales de uranio.
En 1945, estas empresas fueron transferidas a la NKVD de la URSS y se planea extraer 5,000 toneladas de mineral y 7 toneladas de uranio en compuestos químicos. En 1946, la capacidad de las empresas se incrementará a 125 mil toneladas de mineral y hasta 50 toneladas de uranio ... Se ha desarrollado la tecnología para la obtención de uranio metálico y compuestos de uranio, con excepción del uranio de alta pureza, que es necesario para la caldera de uranio-grafito.
La impresión es que hay muy pocos depósitos de uranio en el país. Y los que sí tienen pequeñas reservas de minerales, y la concentración de uranio en ellos es insignificante.
La sección "Recursos de uranio en la URSS y en el extranjero" está escrita secamente por Kurchatov y Kikoin, pero sin embargo, uno puede sentir la alarma detrás de las frases cortas.
Sobre las reservas de uranio se dice lo siguiente:
“Hasta 1944, prácticamente no hubo exploración de uranio.
En la actualidad, las reservas exploradas de uranio en la URSS en todas las categorías (excepto las supuestas) son de 300 toneladas y están ubicadas en dos depósitos: Taboshar (República Socialista Soviética de Tayikistán) - 262 toneladas y Maili-Suu (República Socialista Soviética de Kirguistán) - 32 toneladas…
Una seria desventaja de nuestros depósitos de uranio es el bajo contenido de uranio en el mineral (0.08 - 0.2%), lo que limita la extracción de uranio del mineral.
En vista de esto, todavía es posible obtener solo 100-120 toneladas de uranio de 300 toneladas de reservas exploradas ”.
60 Partidos geológicos en 1945 buscaron nuevos depósitos de uranio. Trabajaron en el Báltico y Asia Central, el Cáucaso y los Urales del Norte. Sin embargo, todavía no ha habido informes victoriosos ... Es por eso que la sección "extranjera" de las "Referencias" de Kurchatov y Kikoin atrajo la atención especial de Stalin.
Decía:
“En julio de este año. La NKVD identificó y extrajo de Alemania 3,5 toneladas de uranio metálico y 300 toneladas de sus compuestos, de los que podemos obtener entre 150 y 200 toneladas de uranio metálico.
Este uranio fue extraído de Bélgica por los alemanes.
Continúa la búsqueda de materias primas de uranio en Alemania ".
Desafortunadamente, no se pudo encontrar más uranio en Alemania.
La "Nota" menciona depósitos en Bulgaria y Checoslovaquia. Uno de ellos está destinado a desempeñar un papel importante en el "Proyecto Atómico de la URSS":
“Checoslovaquia tiene un conocido depósito de uranio en Joachimstal.
Anteriormente, aquí se extraían plata y cobalto, y luego radio.
Las reservas de uranio, según datos de la literatura, son de unas 1000 toneladas con un contenido medio del 0,85%.
La NKVD de la URSS envía un grupo de nuestros especialistas para familiarizarse con el campo y averiguar la conveniencia de la participación de la URSS en su desarrollo ".
Literalmente, unos días después, el 30 de agosto, L.P. Beria recibe información de Dresde vía HF de P.Ya. Meshik y S.P. Alexandrova. El apellido de uno de los asistentes más cercanos de Beria, Meshik, se encontrará muchas veces en la historia del Proyecto Atómico. Lo llamarán "el perro de la NKVD", y él se llamará así mismo. Más tarde, desaparecerá junto con su jefe ...
S.P. Aleksandrov - ingeniero de minas, profesor, candidato de ciencias. En 1937 fue "reclutado" en el sistema NKVD, donde sirvió. Era un especialista experimentado y bien informado, por lo que Meshik lo llevó con él.
Así que Meshik y Aleksandrov informaron:
“Moscú, NKVD de la URSS - al camarada Beria L.P.
Memorándum.
Siguiendo sus instrucciones, pudimos inspeccionar el depósito de mineral A-9 de Iokhimstalskoe (Yakhimovskoe) en Checoslovaquia ... "
Déjame recordarte: "A-9" es uranio.
“Nosotros personalmente y un grupo de nuestros empleados especialistas logramos familiarizarnos con mapas geológicos, planos de levantamiento minero, datos estadísticos y económicos, visitar las principales faenas mineras, inspeccionar estructuras en la superficie, observar el trabajo de la planta de procesamiento, contactar a un número de especialistas tanto de la mina como del resort ... "
Los representantes del Proyecto Atómico tuvieron que actuar con cautela y al mismo tiempo con mucha decisión. Para ellos estaba claro que los nazis prestaron especial atención a este depósito y, por lo tanto, esta es otra evidencia de que se intentó crear armas nucleares en Alemania.
"2. Durante la ocupación de Checoslovaquia, Alemania modernizó la empresa Jokhimstal (Jachymov). De 1939 a 1945 en esta empresa se invirtieron al menos 2 millones de llantas, principalmente en maquinaria de minería y procesamiento.
3. Como resultado de la modernización, toda la empresa se encuentra actualmente en excelentes condiciones técnicas.
4. La capacidad real de la empresa es de 2 a 3 veces mayor que la real, la capacidad anual se puede aumentar fácilmente a 6 a 9 g de radio por año y, en consecuencia, a 20 a 30 toneladas de A-9 ... "
Meshik y Aleksandrov entienden que se necesitan algunas nuevas formas de relaciones entre la URSS y Checoslovaquia, ya que el asunto no está solo en la mina, en el radio, sino también en las aguas curativas, que son bien conocidas en toda Europa desde hace mucho tiempo.
"ocho. En el funcionamiento de la mina Jáchymov, hay dos fuentes de aguas altamente radiactivas: el nombre de Curie y el nombre de Becquerel. Las aguas de estos manantiales son, después de los minerales de radio, el segundo mineral de la empresa, que salen a la superficie y sirven como base curativa para un centro turístico altamente desarrollado de importancia europea.…
Como resultado del trabajo realizado, nosotros y nuestros especialistas hemos recopilado valiosos datos estadísticos, geológicos y de otro tipo, así como muestras extraídas de minerales y concentrados. Habiendo completado así la primera parte de su asignación, es decir, habiendo establecido el estado actual y las perspectivas del depósito de mineral de Yokhimstal (Yakhimovskoe) A-9, procedemos a la implementación de la segunda parte de la asignación, a saber, las negociaciones en Praga a través de el embajador de la URSS, camarada Zorin sobre la concesión de la empresa de radio Yokhimstal (Yakhimov) por parte de la URSS o sobre otras formas de dominar las materias primas de Yakhimov ... "
Pasa muy poco tiempo y el trabajo en Checoslovaquia se expande considerablemente. El 15 de marzo de 1946, el propio Stalin firmó un decreto para aumentar la producción de A-9 en la mina Yakhimovsky. Allí se trasladan nuevos equipos, se envían especialistas en minería, se amplía la exploración geológica. Para la Comisión Permanente Checoslovaco-Soviética (se creó esta forma de cooperación), se asignan "tarjetas de alimentos de una norma aumentada: para 700 personas". y "tarjetas de lista especial de alimentos - para 200 personas".
El hambre arrasó en Ucrania, la situación más difícil se estaba desarrollando en los países de Europa del Este y, por lo tanto, Stalin personalmente debe firmar un documento sobre cuánto dar a los trabajadores, ingenieros y empleados de la empresa alimentaria Jachymov. En particular, desde abril de 1946, todos los meses:
"... b) comidas especiales adicionales según la lista No. 01-50 de segundos platos calientes con 100 g de pan - 500 letras" A "con una suscripción - 5 letras" B "con raciones secas - 25 ... "
El uranio de Checoslovaquia ahora se menciona a menudo en los documentos del Proyecto Atómico, ya que también se utilizó en el primer reactor nuclear de Europa, lanzado por I.V. Kurchatov en las afueras de Moscú, y en el primer reactor industrial, donde se produjo plutonio para la primera bomba atómica, y en la primera planta de energía nuclear del mundo.
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Geólogos de varias universidades estadounidenses, alemanas y suizas han dicho que es necesario repensar las condiciones en las que se pueden formar los depósitos de uranio. Hablaron de su investigación en la revista Nature Communications.
Uno de los tipos más comunes de depósitos de uranio utilizados en las centrales nucleares son los llamados depósitos de infiltración de areniscas. El uranio se extrae del mineral uraninita (con la fórmula idealizada UO2, en la naturaleza contiene tanto UO2 como UO3), que se encuentra en depósitos de rodillos en arenisca a grandes profundidades. Se cree que los depósitos de uranio se forman durante millones de años como resultado de reacciones de compuestos inorgánicos.
Los científicos han encontrado nueva evidencia de que los microorganismos vivos, las bacterias, pueden generar un tipo diferente de uranio, que se encuentra en forma no cristalina. Las propiedades químicas y físicas de este compuesto lo distinguen de la uraninita, formada a partir de una sustancia inorgánica. Los científicos llegaron a esta conclusión al estudiar la composición del uranio en áreas en desarrollo y no desarrolladas de depósitos en Wyoming, donde se encontró una forma no cristalina de uranio de origen biológico. Este hallazgo permitió a los científicos suponer que el uranio se puede formar de forma natural en depósitos de mineral con la participación de microorganismos.
Los científicos examinaron muestras de depósitos de rodillos a una profundidad de 200 metros. Establecieron, incluso mediante análisis de isótopos, que el 89% del uranio de las muestras estaba contenido en forma no cristalina y que la formación de tales formas de uranio está asociada con materia orgánica o carbonatos inorgánicos. La mayor parte del uranio descubierto por los geólogos en el área en desarrollo del depósito se formó hace unos 3 millones de años como resultado de la actividad de microorganismos, lo que provocó la deposición de uranio.
La abundancia de tal uranio biogénico y no cristalino podría tener implicaciones para la remediación ambiental de las operaciones mineras y para las prácticas mineras en general, dicen los científicos. Por ejemplo, es probable que el uranio no cristalino biogénico forme formas solubles en agua, en contraste con su contraparte cristalina, la uraninita. Esto podría afectar la movilidad ecológica del uranio, lo que aumentaría la probabilidad de contaminación del acuífero de agua potable.
En el futuro, los científicos esperan investigar el origen de los depósitos de rodillos en otros depósitos de uranio con el fin de evaluar la importancia global de sus resultados para aclarar la teoría de la formación de uranio, así como su migración ecológica y la recuperación segura asociada de los trabajos mineros. . Para ello, entre otras cosas, es importante comprender si los microbios que producen uranio hoy en día son los mismos que lo formaron en la corteza terrestre hace tres millones de años.
En Internet, algunos caballeros han contado muchas veces y de muchas maneras la historia de que Rusia supuestamente vendió la "última camisa de uranio" a los malvados estadounidenses, y para una canción, y ahora no tenemos uranio ni plutonio para fabricar armas. bombas atómicas. En general, "todos los polímeros se han cabreado".
Para hablar sobre cómo son realmente las cosas, comenzaré con una imagen que muestra el número total de ojivas nucleares en Rusia y Estados Unidos. La imagen, como se ve, muestra la situación para 2009. Como puede ver, estamos muy por delante de Estados Unidos en términos de número de ojivas (incluso en ojivas tácticas, más de cuatro veces). También es fácil ver en la imagen que de 13.000 ojivas, hay 8.160 ojivas, simplemente no tenemos dónde colocarlas, no hay misiles para ellas. Y la situación en Estados Unidos también es similar.
Al mismo tiempo, a finales de 1985, la URSS, en la cima de su gloria, tenía alrededor de 44.000 ojivas nucleares. E incluso entonces, algunos de ellos no tenían dónde poner. Estados Unidos alcanzó un máximo de 32.000 cargas nucleares en 1965, luego comenzó a reducir gradualmente el número de cargas, pero sin embargo en 1995 se encontró en una situación similar a la nuestra con escasez de misiles para cargas.
Debe entenderse que una carga nuclear en sí misma no es eterna: se deteriora gradualmente durante el almacenamiento, sus materiales fisionables, debido a la autodestrucción, se envenenan gradualmente por los isótopos formados, etc. Quedó claro que con tal exceso de ojivas viejas, deben eliminarse, y el uranio y el plutonio para armas extraído de ellas se deben limpiar nuevamente para su uso en armas o, lo que es más barato, diluir con bajo contenido de enriquecimiento. uranio y se utiliza como combustible en centrales nucleares.
En 1991, la situación era la siguiente: Estados Unidos poseía alrededor de 600 toneladas de uranio apto para armas y alrededor de 85 toneladas de plutonio. La URSS, por otro lado, logró producir alrededor de 1100-1400 toneladas de uranio apto para armas y 155 toneladas de plutonio.
Por separado, hay que decir que hasta 1995 la única empresa de enriquecimiento en los Estados Unidos, que era responsable tanto de la producción de uranio para armas como del suministro de uranio a los reactores para las centrales nucleares en los Estados Unidos, la actual empresa USEC. - era una unidad estructural del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE). Al mismo tiempo, el número de sus propias SWU (instalaciones de enriquecimiento de material fisionable), que Estados Unidos tuvo a su disposición hasta 1991 (y esta es la única planta de difusión gaseosa en Paducah) fue de solo 8.5 millones de SWU. Y la demanda de todos los reactores nucleares construidos en 1979 en los Estados Unidos (después de 1979 en los Estados Unidos, los reactores no se construyeron, y más sobre eso a continuación) fue, según una estimación, de 11 a 12 millones de SWU por año.
Y con esta sola planta en Paducah, como una cuenca solitaria en un baño, Estados Unidos cubrió tanto la producción de uranio apto para armas como la producción de uranio de reactor. ¿Le sorprende ahora que el número máximo de ojivas a disposición de los Estados Unidos no fue por alguna razón al final de la Guerra Fría, sino en 1965? Sí, sí, desde 1965, las plantas de energía nuclear en los Estados Unidos comenzaron a consumir más uranio del que Estados Unidos tuvo tiempo de enriquecer. Y Estados Unidos comenzó a cubrir la diferencia liberando uranio y plutonio para armas con su posterior uso como combustible para plantas de energía nuclear.
Ya en 1979, Estados Unidos se dio cuenta de que si las cosas seguían así, se arriesgaban a quedarse sin armas nucleares. Y se vieron obligados a detener la construcción de la central nuclear. Para ello, se utilizó una excusa conveniente: el accidente en la planta de energía nuclear de Threemile Island. Los teóricos de la conspiración dicen que el accidente fue manipulado, las personas más críticas dicen que fue accidental, pero fue muy publicitado en los medios.
Sin embargo, Las plantas de energía nuclear ya construidas estaban consumiendo gradualmente las existencias nucleares de EE. UU. y los empresarios norteamericanos no iban a cerrarlos, como hacen los estúpidos japoneses o alemanes. Tuve que buscar una fuente de suministro de cantidades adicionales de combustible nuclear.
Desde 1987, los Estados Unidos y la URSS han adoptado una serie de acuerdos conjuntos, que a veces se combinan en una especie de programa coordinado de "Reducción cooperativa de amenazas". Hubo mucha charla política en estos acuerdos, pero su principal significado para Estados Unidos era económico. Consistió en liberar existencias de uranio y plutonio apto para armas para cubrir la escasez de combustible para las centrales nucleares estadounidenses. En febrero de 1993, Rusia y Estados Unidos firmaron un acuerdo para vender 500 toneladas de uranio recuperado de viejas ojivas nucleares (el llamado acuerdo HEU-LEU, o "megatones por megavatios"). La implementación del acuerdo está diseñada para un período prolongado (más de 10 años) y el monto total del contrato se estima en $ 12 mil millones. Este es el mismo acuerdo sobre el que a nuestros protralopolímeros les gusta gritar: dicen, le dimos a los EE. UU. Nuestro uranio apto para armas, 500 toneladas, "¡se acabó, jefe!" etc.
Bien, en primer lugar, nadie envió uranio apto para armas a EE. UU. ... El uranio apto para armas tiene un grado de enriquecimiento de más del 90%, pero se suministra a los Estados Unidos en forma diluida (uranio empobrecido o natural), por lo que la concentración de U-235 en la mezcla resultante fue de aproximadamente el 4%. Además, se cree que Rusia simplemente engañó a Estados Unidos al suministrar principalmente uranio combustible convencional de bajo enriquecimiento.
Para comprender la situación, les informaré de un hecho poco conocido de que, como parte del programa Cooperative Threat Reduction, Estados Unidos detuvo el último reactor de producción de plutonio en 1992. En Rusia, el último reactor de este tipo (en Zheleznogorsk) se cerró solo en abril de 2010. E incluso así, solo porque Rusia tiene en camino un potente reactor reproductor comercial, que recibe una gran cantidad de plutonio prácticamente gratis, junto con la generación de energía. ¿No encaja bien con la venta de material de armas "extra"?
En segundo lugar, los rusos lanzaron a Estados Unidos a las materias primas.
... En los años 90, después de la separación de Ucrania y Kazajstán, Rusia simplemente no tenía suficiente uranio natural para utilizar plenamente su capacidad de enriquecimiento. La propia producción de uranio natural en Rusia se concentró en un solo objeto: el depósito de Priargunskoye, donde solo se extraían unas 2.500 toneladas de mineral y se necesitaban al menos 7.000 toneladas por año. ¿Por qué dejar inactivas las ultracentrífugas?Por lo tanto, se les dijo a los estadounidenses que supuestamente Rusia no tenía suficiente uranio natural para diluir el componente del arma. Para asegurar al menos alguna implementación del programa (y en los primeros 6 años del contrato, solo se enviaron 50 toneladas de HEU, diluidas con todo tipo de suciedad), en 1999 el gobierno de los Estados Unidos convence a los mayores productores occidentales de productos naturales. uranio: Cameco (Canadá), Cogema (ahora Areva, Francia) y Nukem (Alemania) para vender a Rusia a un precio especial de 118.000 toneladas de uranio natural. Solo piense en esta cifra: esta es la materia prima para 17 años de carga completa de nuestras centrífugas. Y Estados Unidos nos lo proporcionó.
¿Por qué? Porque la situación del combustible en Estados Unidos fue absolutamente catastrófica.
En 1998 (es decir, un año antes de que Estados Unidos se viera obligado a organizar suministros de mineral de uranio a Rusia), el gobierno de Estados Unidos llevó a cabo su programa HEU-LEU, transfiriendo 174 toneladas de uranio apto para armas al sector civil (un tercio del programa ruso de veinte años!).
En 2005, el Departamento de Energía de EE. UU. Anunció nuevamente la transferencia de 40 toneladas adicionales de uranio altamente enriquecido "de calidad inferior" para su dilución con uranio natural. Esta cantidad de uranio, por alguna razón, resultó ser muy "estropeada" por el isótopo 236U, por lo que se anunció un programa de "mezcla" por separado: BLEU (Uranio mezclado poco enriquecido).
El programa HEU-LEU sobre uranio normal para armas fue continuado por el Departamento de Energía de EE. UU. En 2008, cuando al mismo contratista estadounidense, TVA, que digirió el último lote de uranio de calidad inferior a la norma, se le ofrecieron otras 21 toneladas de uranio para armas. Y otras 29,5 toneladas de uranio normal para armas fueron diluidas por otros contratistas del Departamento de Energía de EE. UU.
En total, para el período 1993-2013, Estados Unidos utilizó para sus plantas de energía nuclear, además de las 500 toneladas rusas de UME virtual, otras 201,2 toneladas de su uranio real altamente enriquecido.
Cabe destacar que todo este uranio terminó como combustible para reactores de tipo occidental. Es decir, alrededor de 700 toneladas de uranio apto para armas fueron el colchón de oxígeno que mantuvo la generación de energía nuclear estadounidense (y, en términos más generales, ¡toda la occidental!) Durante los últimos 20 años.
Sin embargo, todo lo bueno llega a su fin. El programa HEU-LEU también ha finalizado. Sí, sí, aunque formalmente sigue funcionando hasta 2014, los volúmenes reales de suministros de combustible rusos en virtud de este programa ya están cerca de cero. Pero los suministros rusos de HEU-LEU cubrieron aproximadamente el 12% de la demanda mundial de uranio para reactores y el 38% de la demanda de uranio para reactores en los propios Estados Unidos.
Entonces, ¿de qué va a cargar Estados Unidos a sus reactores?
Creo que no me equivocaré mucho si digo eso los Estados Unidos ahora no tienen más de 300 toneladas de plutonio y uranio apto para armas, incluyendo lo que todavía puedes "escoger" de ojivas antiguas, pero aún no desmontadas, sin tocar las 1500 ojivas estratégicas y algunas más tácticas. Si sustituimos el programa ruso por estas 300 toneladas, esta cantidad de isótopos será suficiente para 6 años. Y luego ya es necesario construir centrifugadoras, poner en marcha reactores reproductores, comprar uranio a precios de mercado en el mercado internacional; en general, trabajar, trabajar y volver a trabajar.
Y los gordos pindos no quieren trabajar. Por lo tanto, si Fukushima no hubiera sucedido, los estadounidenses deberían haberlo organizado. ¿No organizó el Partido Verde en Alemania con su programa idiota para "cerrar todas las plantas de energía nuclear" y comenzar experimentos divertidos con la generación de electricidad utilizando el viento y el sol? ¿Están pagando las protestas de los indígenas contra la apertura de una central nuclear ya terminada? ¿Pagó por el cierre de una excelente central nuclear en Lituania?
Las existencias rusas de uranio apto para armas se encuentran en la región de 780 toneladas., que, por ejemplo, lo dice tranquilamente una persona tan informada como el presidente de la empresa canadiense Cameco Jerry Grundy. Este canadiense conoce muy bien este negocio: ha estado suministrando uranio natural a Rusia a "precios especiales" desde 1999 y hasta el día de hoy. Sintió estos "malditos polímeros" rusos en su propia piel.
De hecho, la situación para Estados Unidos y Occidente en su conjunto es mucho peor. El caso es que todavía se está creando una sensible industria de enriquecimiento centrífugo en los países occidentales (principalmente por el esfuerzo de las empresas europeas Areva y Urenco), y las plantas de difusión gaseosa USEC (EE. UU.) Y la propia Areva ya están programadas para cerrar en el período. 2015-2017 debido al grado extremo de desgaste del equipo que amenaza con accidentes, en el contexto de lo cual Chernobyl parecerá bromas graciosas.
¿Es posible decir cuánto uranio costará mañana y quién valdrá qué en el mundo cuando llegue la mañana nuclear? Sí tu puedes. Además, incluso las acciones ilógicas y locas de Alemania y Japón, cometiendo "hara-kiri económico" ante nuestros ojos, han sido calculadas, tomadas en cuenta y, más probablemente, en algunos lugares reconocidas como correctas y totalmente consistentes con la "exigencia del momento revolucionario".
En la foto se muestra el mundo nuclear en 2010. Antes de Fukushima y antes del "Consenso alemán" de 2011, que dejó a Alemania con un lamentable "muñón" de su una vez poderosa generación nuclear, reduciendo simultáneamente el número de unidades de potencia operativas de 17 a 9. Además, los "Verdes" exigieron cerrar todas las centrales nucleares en general.
El próximo invierno, por supuesto, agregará estadísticas al mundo sobre cuán estables son las redes de generación y distribución en presencia de fuentes tan agradables como la energía eólica y solar en el despacho y control, y en ausencia de energía nuclear "no amigable con el medio ambiente". plantas de energía. Alemania será un ejemplo para todos nosotros, jaja.
Mientras tanto, la industria alemana ya está comprando activamente (¡sorpresa! ¡Sorpresa!) Unidades de pistón de gas de reserva que funcionan con gas (Gazprom se frota los mangos y cuenta las ganancias futuras), y las empresas generadoras están hablando de la utilidad de una unidad de generación de energía de gas permanente. (Gazprom comienza a frotar sus mangos tres veces más rápido), lo que al menos rápidamente puede detectar la "caída de pantalones" de tipos tan calientes y volubles como el viento y el sol. Y sí, quién lo hubiera pensado, los TPP de carbón no pueden ganar poder tan rápido como es necesario desde el punto de vista de la estabilidad de las redes, por lo tanto, no salvarán a nadie.
Por supuesto, es el culpable de este lío Putin personalmente y su agente de influencia: la criptocomunista oculta Angela Merkel. Y no los agentes de influencia de Estados Unidos, quienes (Estados Unidos) necesitan desesperadamente extraer combustible nuclear para sus plantas de energía nuclear. Simplemente porque la mayoría de los reactores están ubicados en los Estados Unidos, hay 104 de ellos operando allí. En comparación, en Francia (que cubre 3/4 de sus necesidades energéticas a expensas de las centrales nucleares) hay 59 reactores, mientras que en Rusia solo hay 31 de ellos.
Por cierto, el accidente de Chernobyl de 1986 fue muy conveniente para Estados Unidos. Es tan conveniente y sucedió en el momento adecuado que existen grandes dudas sobre su accidente.
La situación con el rechazo de la energía atómica en Japón generalmente parece ir más allá de los límites del bien y el mal.... Un país que tuvo casi un tercio de la generación eléctrica a partir de reactores nucleares, tras los resultados del accidente de Fukushima, que es igualmente conveniente y oportuno para Estados Unidos, en este momento. opera solo 2 reactores de 54... La energía alternativa, de la que luego puede obtener nuevos kilovatios, primero debe llevarse a las islas japonesas, y ahora, en el contexto de China e Indonesia, que extraen todo el carbón en la región de Asia y el Pacífico, solo el gas natural es necesario. Además, el más caro, licuado. ¿Cree que será bueno para la economía japonesa, que ya no es competitiva en el contexto de Corea del Sur y China, si sus costos siguen creciendo debido al consumo de gas licuado caro?
Mientras tanto, con las instalaciones de enriquecimiento en Estados Unidos, la situación está en guardia. “Inmediatamente después de la privatización de la USEC, comenzaron a surgir varias acusaciones en su contra, desde incompetencia hasta colusión deshonesta y soborno ... La situación financiera de la corporación es muy difícil, y el futuro del programa de enriquecimiento de uranio en los Estados Unidos es en cuestión ... Los altos costos generales y las tecnologías obsoletas de los años 50 han convertido el negocio de la USEC en un negocio poco rentable y completamente dependiente de los subsidios rusos ”, escribió el Bulletin of the Atomic Scientists en mayo de 2002.
Desde entonces, poco ha cambiado. “Las organizaciones operativas (en los Estados Unidos) odian a USEC. Los rusos odian USEC. El Departamento de Energía de Estados Unidos odia a USEC ", - dice el periódico británico" Financial Times ". Y en estas condiciones de odio universal, la corporación de enriquecimiento pospone regularmente las fechas de inicio de la planta de Pikton, recalcula constantemente la estimación de construcción hacia arriba y también requiere permanentemente inyecciones adicionales del presupuesto federal.
Estados Unidos ha perdido muchas posiciones en el ciclo del combustible y depende de las importaciones. La conversión de uranio apto para armas es casi el único ámbito del ciclo del combustible nuclear en el que una empresa de los Estados Unidos todavía puede competir con proveedores extranjeros. Y esta no es mi opinión, esta es la opinión de la compañía atómica "ConverDyn" de los Estados Unidos.
Así que el trabajo duro con uranio apto para armas fue beneficioso para Rusia, y en Estados Unidos, gracias a él, se aceleró la degradación de la industria nuclear. El buque insignia del enriquecimiento estadounidense es USEC, después de que el trabajo del programa HEU-LEU se encuentra en una profunda crisis y, por alguna razón, Rusia todavía tiene casi 800 toneladas de uranio libre para armas.
Continuando con la historia sobre las tecnologías de un ciclo nuclear cerrado, me gustaría poner en un mosaico de hechos sobre reactores, isótopos y conceptos tecnológicos el ladrillo principal, sin el cual es muy difícil imaginar una imagen integral de lo que todos los participantes en el carrera hacia el futuro brillante del átomo pacífico que desea obtener.
Hablo de combustible.
En torno al combustible y su procesamiento dentro del ciclo cerrado del combustible nuclear gira toda la intriga del futuro de la energía nuclear. Depende de cómo y con qué eficiencia se organizará el reprocesamiento del combustible nuclear gastado y si el ciclo cerrado del combustible nuclear se convertirá en la tecnología del futuro o si seguirá siendo un "tigre de papel" que nunca podrá atrapar más ratón somnoliento.
Entonces, ¡hay tipos duros en la pantalla!
A la derecha está el uranio apto para armas, a la izquierda está el plutonio apto para armas. Así es como se ven en la vida, en la forma metales puros que son. Se recomienda que tanto el uranio para armas como el plutonio para armas se manipulen solo con guantes protectores especiales, y el plutonio también debe almacenarse en un paquete hermético: las partículas más pequeñas de plutonio, debido a su volatilidad natural y alta toxicidad radiactiva (más de 1000 veces más alto que el uranio) puede asentarse fácilmente en los bronquios y los pulmones y, posteriormente, causar daños irreversibles a los órganos respiratorios.
Al mismo tiempo, al igual que muchos otros metales pesados, el plutonio y el uranio se eliminan extremadamente mal del cuerpo humano; incluso después de 40 años, solo la mitad de estos elementos se eliminarán del hígado humano.
En general, tanto el plutonio como el uranio en su combustible, en estado químico e isotópicamente puro, ya requieren un manejo muy cuidadoso y cuidadoso.
Pero los problemas que deben resolverse al usarlos en el ciclo cerrado del combustible nuclear son aún más difíciles ...
¿Por qué se necesita ZYATZ? ¿Y de qué se trata todo esto? ¿Un ciclo nuclear cerrado? ¿Qué estamos cerrando en este ciclo y qué es esta alquimia nuclear que nos ayuda literalmente a “hacer combustible de la nada”?
ZNFC, en su esencia, en su versión de uranio, es un permanente, polietápico y laborioso proceso de conversión de uranio a plutonio.
Y quemando el plutonio resultante junto con el uranio, que nuevamente nos da adicional cantidades de plutonio obtenidas, nuevamente, del uranio.
Dentro del marco de la mecánica de isótopos, ya he analizado de alguna manera esta magia aquí.
En el marco del uso y procesamiento de combustible, esta "danza circular de isótopos" parece aún más interesante.
En primer lugar, los diseños de los reactores actuales implican la carga y descarga periódicas de combustible nuclear. Debido al hecho de que el plutonio no se encuentra en nuestra "naturaleza salvaje", el reactor está cargado uranio natural o enriquecido.
Hoy en día, solo un tipo de reactores industriales opera con uranio natural en el mundo: los reactores canadienses CANDU y sus clones en varios otros países (por ejemplo, India):
Este es, de hecho, el único reactor de agua pesada hasta la fecha; solo los reactores CANDU pueden hoy funcionan con uranio natural sin la necesidad de ningún complicado proceso de separación de isótopos de uranio, ya sea en centrifugadoras modernas o en plantas de difusión gaseosa que ahora son cosa del pasado.
Además, los reactores CANDU, en principio, pueden incluso "comerse" con una pequeña modificación y ajuste, incluso combustible nuclear gastado(SNF) detrás de reactores de agua a presión de tipo VVER o PWR.
"¿NS? ¿Y cómo es - volver a quemar lo que ya se ha quemado? "- preguntará el lector. Y ciertamente tendrá razón, en el caso del petróleo, el gas o el carbón. Estos combustibles químicos, de hecho, se queman completamente en el proceso de generación de energía. Pero en el caso del combustible nuclear, como decía el camarada Stalin: "no fue así, savsem no fue así".
Lo que pasa es que ninguno de los reactores el combustible no se quema completamente... En algún momento, el contenido del isótopo fisible en el núcleo simplemente cae por debajo de ciertos niveles críticos, y una reacción en cadena autosostenida simplemente se vuelve imposible, incluso absorbiendo barras completamente extendidas desde el núcleo, neutrones de la fisión de unos 235 El núcleo U simplemente no puede encontrar los siguientes núcleos para continuar la reacción en cadena.
El caso es que, como ya escribí en mi artículo sobre la mecánica de los isótopos, parte de los neutrones de la reacción en cadena de la fisión del uranio son absorbidos inevitablemente por las estructuras del reactor, parte es retardada por el moderador y el refrigerante, y una parte considerable de los neutrones está convirtiendo lentamente los 238 U contenidos en las barras de combustible en el mismo 239 Pu, que se muestra en la imagen superior.
Además, es muy importante señalar que se está llevando a cabo un proceso de conversión gradual de uranio en plutonio. desde el primer segundo desde el momento en que se inició una reacción nuclear en el núcleo de un reactor nuclear.
Es decir, a pesar del hecho de que para el inicio de la reacción de fisión, la humanidad todavía tiene una única "combinación nuclear" en la forma del isótopo 235 U, fácilmente divisible, incluso en reactores modernos de agua a presión como VVER o PWR. no es solo el uranio 235 U el que arde... En ellos, a partir del primer segundo desde el comienzo de la reacción en cadena, el segundo "tipo duro": el plutonio comienza a formarse (¡y arder!).
¿Con qué valor se caracteriza el porcentaje de combustión de combustible? Como puede imaginar, pesar un elemento combustible "quemado" es prácticamente inútil, a diferencia de un automóvil de carbón de alta calidad, que se transforma casi por completo en forma de dióxido de carbono (CO 2), dejándonos solo un puñado de cenizas incombustibles, el El elemento combustible prácticamente no pierde su masa original.
Toda su masa inicial, a excepción de las pérdidas de neutrones y una pequeña liberación de gases inertes formados como productos de reacción, permanece dentro de la barra de combustible.
Por lo tanto, para medir el porcentaje de combustión del combustible inicial, los científicos atómicos idearon un parámetro astuto: megavatios por día por tonelada de combustible o, abreviado - MW día / tonelada.
Este parámetro se puede medir directamente, midiendo la potencia instantánea del reactor y conociendo el valor de su carga inicial completa. Es comprensible que, debido al hecho de que el combustible en el reactor se quema y se degrada gradualmente, en igualdad de condiciones, el combustible nuclear "nuevo" produce un valor instantáneo de MW · días por tonelada más alto que el gastado.
Por tanto, para “ajustar” el reactor en términos de potencia, dependiendo de la “frescura” del combustible, se utilizan barras de control especiales (absorbedores de neutrones), que toman parte del exceso de flujo de neutrones del combustible fresco.
Relativamente hablando, las varillas absorbentes son la "válvula de estrangulación" del reactor, que, dependiendo del grado de su apertura, permite que el combustible nuclear manifieste todo el potencial de reacción en cadena disponible para él.
En la parte inferior, el núcleo del reactor con barras de combustible, en la parte superior, canales para las barras de control.
Modelo seccional de un pequeño reactor. Escala 1: 1.
Sin embargo, hasta la fecha, el principal factor limitante del grado de quemado del combustible nuclear no es en modo alguno la posibilidad de controlar el reactor con barras de control. Las barras de control del reactor no están de ninguna manera en el "estante superior" ("gas hasta fallar, y luego veremos") al final de la campaña de uso de combustible nuclear en el reactor.
La principal limitación en la profundidad de quemado del combustible nuclear en la actualidad está asociada con acumulación de productos de fisión... Como resultado de cada fisión de un núcleo de uranio, en lugar de un átomo, se forman dos nuevos, cuyo volumen total es aproximadamente el doble del volumen del átomo separado, ya que todos los átomos de los elementos químicos, en general, tienen aproximadamente los mismos volúmenes. Además, los átomos nuevos, que son fragmentos de fisión, pertenecen a otros elementos químicos, por lo que no pueden colocarse en los nodos de la red cristalina del uranio.
Bueno, para un bocadillo, como ya he mencionado, algunos de los productos de fisión son gases (principalmente kriptón y xenón inertes, así como el omnipresente helio), que inflan aún más el desafortunado TVEL desde el interior.
Dado que todos estos procesos conducen a un aumento en el volumen de materia dentro de la barra de combustible, la profundidad de quemado del combustible nuclear está limitada hoy exclusivamente por la presión de los productos de reacción dentro de la barra de combustible y la capacidad de su diseño para soportar esta presión. .
Las propias barras de combustible, los componentes básicos del combustible nuclear, ya se han analizado en mi blog. Aquí están:
Se trata de pequeñas "tabletas" en las que se coloca uranio enriquecido o, en el futuro, ciclo cerrado de combustible nuclear, combustible mixto de uranio y plutonio en el proceso de fabricación de combustible nuclear. La segunda opción también se llama combustible MOX (o MOX), abreviatura de óxidos mixtos.
Es el combustible de óxido de metal (aunque, en mayor medida, no mezclado, sino puramente uranio) el que ahora utilizan la mayoría de las centrales nucleares. ¿Por qué?
El caso es que el uranio metálico puro es de hecho un "tipo duro". La profundidad de quemado integral para el uranio metálico es total 3000-3500 MW · día / t. Después de este momento, los productos de reacción rompen una barra de combustible puramente de uranio, como una gota de nicotina, un hámster pobre de una anécdota bien conocida.
Dado que la fisión de 1 gramo de uranio va acompañada de la liberación de aproximadamente 1 MW · días de energía, es fácil calcular cuántos gramos de uranio se pueden quemar a partir de la tonelada inicial, simplemente escribiendo en lugar de megavatios-día de energía térmica. gramos de energía de uranio consumido. Aquí hay un pequeño truco de aritmética atómica. Aquellos que lo deseen pueden, de acuerdo con un gramo de uranio, con un megavatio-día de energía, ver la música de las esferas universales y la mano de nuestro Señor, pero solo diré: resultó genial, es conveniente para contar.
Por tanto, utilizando barras de combustible de uranio metálico, es posible, idealmente, quemar unos 3500 gramos (3,5 kilogramos) de uranio por campaña de reactor de cada tonelada de uranio inicialmente cargada en el reactor.
En caso de que, sin más preámbulos, carguemos en nuestro reactor un uranio natural, así que solían hacerlo: las barras de combustible se formaron a partir de combustible de uranio metálico simple y quemaron aproximadamente la mitad de la cantidad de luz, "quemando" el isótopo 235 U contenido en el uranio natural.
Por lo tanto, el 0,2-0,3% del isótopo 235 U permanece en el combustible nuclear gastado de los reactores de uranio natural. El reenriquecimiento de ese uranio no es económicamente viable hasta ahora, por lo que suele permanecer en forma de los denominados desechos (o agotados). ) uranio. Sin embargo, el uranio de desecho de esos reactores, junto con los relaves de las centrifugadoras de gas y los vertederos de plantas de difusión gaseosa, se puede utilizar más tarde como material fértil en los reactores reproductores en
neutrones rápidos.
Debido a un valor tan bajo del consumo de combustible nuclear absoluto (en MW · días) y relativo (no más del 50%), la operación de un reactor de uranio natural se convierte en un infierno para los operadores.
De hecho, trabajar con un reactor de uranio natural es un reemplazo diario y constante del combustible nuclear gastado por uno nuevo. Si miró la foto del reactor CANDU y pensó que este era un momento de su mantenimiento poco frecuente y poco frecuente, entonces debo decepcionarlo.
Los reactores de uranio natural deben cargarse con combustible casi constantemente. Entonces, en trajes de protección, respiradores y guantes, observando todas las precauciones al trabajar con combustible nuclear fresco y, especialmente, con combustible nuclear gastado, que ya ha recogido neutrones, hinchado por productos de reacción y gases inertes y brilla un poco en la oscuridad.
Sin embargo, para los compuestos de uranio, la quema de combustible nuclear puede ser mucho mayor. Por ejemplo, el óxido de uranio es una sustancia muy porosa y, por lo tanto, es capaz de acumular mucho más que el uranio metálico, los productos de fisión y los gases inertes dentro de un elemento combustible sin alteraciones visibles en la forma del elemento combustible - hasta 40.000 MW - hasta 100.000 MW · día / t.
Es fácil calcular que tales valores de la profundidad de combustión (según la regla "megavatios-día son iguales a un gramo de uranio") corresponden a la combustión de elementos combustibles de 40 a 100 kilogramos de 235 U por tonelada.
Teniendo en cuenta que hoy en día los reactores modernos de agua a presión funcionan con uranio enriquecido con un porcentaje de isótopos de 235 U en el límite de 3,5-4,5%, esto nos lleva a una paradoja: los reactores VVER y PWR modernos parecen quemar el isótopo ligero de 235 U aún más de lo que se les dio en la carga inicial de combustible nuclear.
Sin embargo, en realidad, este no es el caso.
Hoy, de hecho, cuando se utiliza uranio con un enriquecimiento del 3,5-4,5% en el isótopo 235 U, alrededor del 50% de energía asignados durante la campaña de carga de dicho reactor, ocurre debido a la fisión de átomos de isótopos de plutonio- 239 Pu producidos directamente en TVEL.
Eso es, chicos.
El plutonio ya nos da (¡hoy!) aproximadamente la mitad de toda la energía, que extraemos del proceso de fisión de núcleos pesados.
Teniendo en cuenta la contribución del plutonio al funcionamiento de los reactores de uranio enriquecido, puede, basándose en el consumo de combustible nuclear alcanzado y la contribución calculada del plutonio a esta liberación de calor, calcular cuánto uranio quema realmente un reactor moderno de agua a presión en sus "hornos". .
Creo que el resultado también te sorprenderá.
Los reactores modernos se van aproximadamente la mitad del contenido inicial de uranio en combustible nuevo simplemente enviándolo a combustible nuclear gastado. El TVEL y los conjuntos de combustible simplemente fallan antes de que la reacción en cadena tenga tiempo de quemar todo el uranio ligero del isótopo 235 U contenido en el reactor.
Esto no es una galleta, sino un hombre, afortunadamente, no Gordon Freeman.
Plutonio metálico sin película protectora.
Debido al quemado controlado de 235 U y al hábil reemplazo del uranio quemado por plutonio recién producido directamente en el elemento combustible a partir de 238 U, la duración de la operación de los reactores de uranio enriquecido se está incrementando paso a paso. Al mismo tiempo, curiosamente, el nivel general de enriquecimiento de combustible no crece tan significativamente como la duración de la campaña de operación del reactor con una carga.
Al inicio de la operación del reactor, se consideró que la campaña estándar para VVER y PWR era una campaña de un año y 12 meses.
A mediados de la década de 1980, en Estados Unidos, en una de las estaciones con el reactor Westinghouse PWR de 4 bucles, se lanzó una campaña extendida, con la transición final a un ciclo de combustible nuclear de 18 meses. Luego de la sustentación científica de la operación piloto, todas las centrales nucleares con PWR en Estados Unidos iniciaron la transición a un ciclo de combustible de 18 meses, completándolo por completo en 1997-98, un poco más tarde se inició este proceso en todas las unidades del mundo con reactores de agua a presión, excepto los rusos.
Por ejemplo, en Francia, a finales de la década de 1990, todos los reactores con una capacidad de más de 900 MW cambiaron a una campaña de 18 meses. A fines de la década de 1990 y principios de la de 2000, muchos PWR occidentales comenzaron a cambiar a un ciclo de 24 meses, pero la mayoría de estos reactores tienen 900 MW o menos. Así, durante casi dos décadas, los PWR occidentales con una capacidad cercana a la del VVER-1000 se han caracterizado por una campaña de combustible de 18 meses, con una tendencia a cambiar a una periodicidad de 24 meses de carga del núcleo. Por otro lado, los reactores VVER-1000 comenzaron la transición a un ciclo de combustible de 18 meses solo en 2008 (Unidad 1 de la central nuclear de Balakovo) y está previsto que este proceso se complete por completo en 2014.
¿Por qué los científicos nucleares rusos son tan lentos para cambiar a campañas a largo plazo en reactores rusos refrigerados por agua a presión? Después de todo, es precisamente el alto ICUF, la reducción en el costo de mantenimiento del reactor y su tiempo de inactividad, y la reducción en las dosis de radiación del personal operativo, ese es el significado de la transición a largas campañas de carga con combustible nuclear. .
Se trata de la diferencia en los enfoques de ingeniería y el diseño del VVER ruso y el PWR occidental. En estos reactores, se utilizan varios conjuntos combustibles (FA) en los que se empaquetan las barras de combustible. Estos son los "cuadrados" y "hexágonos" muy notorios de los que todos los medios han estado hablando durante tanto tiempo. Aquí hay una comparación visual:
Esta es una sección transversal de los núcleos de dos reactores de potencia comparable: el ruso VVER-1000 (1000 MW de potencia eléctrica) y el estadounidense Westinghouse PWR de 4 bucles (1100 MW de potencia eléctrica). Como puede ver, el "hermano" americano del VVER es mucho más grueso en la cintura.
El diámetro del PWR occidental suele ser de 4,83 metros e incluso más, mientras que el casco de VVER tiene un diámetro de solo 4,535 m. Se cree que dicho diámetro de casco de VVER se estableció, como siempre, por la "distancia entre las culatas de los antiguos Caballos romanos "(y más precisamente, las siguientes son las reglas para el transporte por ferrocarril de la URSS), sin embargo, en general, la elección de un diseño de reactor de este tipo también se vio influenciada por otra cualidad del hexagonal, es decir, el apilamiento hexagonal de conjuntos de combustible en el núcleo.
El empaque cuadrado de los conjuntos combustibles es muy inferior al hexagonal en términos de la irregularidad del flujo de refrigerante sobre la sección transversal de los conjuntos combustibles (el cuadrado se enfría bien en las esquinas, pero muy mal) en el medio de los conjuntos combustibles . Pero el hexágono del conjunto de combustible ruso tiene una forma mucho más parecida a un círculo ideal, por lo que el enfriamiento del conjunto de combustible hexagonal y hexagonal es mucho más uniforme. Por lo tanto, en los ensamblajes occidentales, los intensificadores de celosía instalados en los ensamblajes de combustible se usaron inicialmente para mezclar el refrigerante dentro de la sección transversal del ensamblaje.
Sin embargo, como en cualquier vida real, cualquier solución de ingeniería tiene su propio lado "oscuro". Habiendo recibido muchas ventajas debido al buen empaque compacto de los conjuntos de combustible en el núcleo del reactor, en términos de peso de la estructura, potencia de la bomba, intercambio de calor entre el agua y los conjuntos de combustible, los diseñadores soviéticos obtuvieron valores de carga térmica específica más altos para VVER que aquellos obtenido en el PWR occidental: el reactor occidental tiene una carga térmica específica de 100 kW / litro de refrigerante, mientras que el VVER - ya 110 kW / litro.
Debido a este hecho desagradable, los ensamblajes hexagonales soviéticos y luego rusos han avanzado mucho en la mejora de la calidad.
Debido a un modo de funcionamiento térmico tan intenso del núcleo del reactor, la tasa total de accidentes de los ensamblajes del tipo "hexágono" durante todo el período de la "era atómica" fue históricamente en promedio más alto que la "plaza" occidental. Existe un informe amplio y extenso del OIEA sobre qué, dónde y cuándo "fluyó" de los conjuntos combustibles en reactores de diversos diseños y con diferentes tipos de conjuntos combustibles, todos los datos posteriores provienen de él.
Pero en 2006, los especialistas rusos habían ajustado los conjuntos de combustible hexagonales para los VVER para que tuviéramos 9 despresurización de conjuntos combustibles, en promedio en todo el mundo - 10, y en los Estados Unidos - 17 fugas “cuadradas” por cada 1000 piezas cargadas en el reactor.
Y esto a pesar del hecho de que incluso una década antes la situación era diferente: los conjuntos de combustible hexagonales de los VVER presentaban fugas y fallas en 39 casos de cada 1000, en los PWR de EE. UU. Con combustible "cuadrado" con fugas en 20 casos por cada mil conjuntos de combustible , y en Japón, solo hubo 0.5 fugas de conjuntos combustibles por cada 1000 unidades.
Como esto.
Los tipos duros son fundamentales para la era nuclear. El reactor ahora debería funcionar durante al menos 60 años, el conjunto de combustible en un futuro cercano proporcionará un consumo de combustible de más de 40.000 MW · día / t, la campaña del reactor definitivamente alcanzará los 24 meses, y la ICUF debería superar con confianza los 90 % Marcos.
Bueno, la mitad de toda la energía recibida hoy de los átomos de plutonio artificial producido por la propia humanidad pronto se convertirá inevitablemente en tres cuartas partes, y posiblemente incluso superará la marca del 90%, siguiendo el ICUM de las plantas de energía nuclear.
Y aquí finalmente llegamos al ZYATZ. Que comenzó hace mucho tiempo y hoy pasa desapercibido en Bélgica ...
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