Ydinpolttoaine on tuotteesta, joka sisältää aineita fissioituva ( uraani , plutonium ...) antaa energiaa sydämessä ydinreaktorin ylläpitämisessä ydin- ketjureaktio ja ydinfission .
Termit polttoaine ja palaminen eivät ole täysin sopivia kuvaamaan sekä tuotetta että sen toimintaa. Itse asiassa palaminen on kemiallinen hapettumis-pelkistysreaktio (elektronien vaihto), kun taas radioaktiivisten materiaalien "palaminen" tulee ydinreaktioista (atomien ytimien fissio). Näitä termejä käytetään analogisesti palavan materiaalin tuottaman lämmön kanssa.
Halkeamiskelpoisia materiaaleja käytetään armeijan alusten (erityisesti lentotukialusten ) ja ydinsukellusveneiden ydinvoimalaan sekä polttoaineena ydinvoimalaitoksissa : 1300 MWe: n paineistettu vesireaktori sisältää noin 100 tonnia polttoainetta, jota uusitaan säännöllisesti osittain.
UOX ( uraanioksidi ) polttoaine koostuu uraanidioksidin (UO 2 ) pelleteistä . Nämä pelletit on pinottu zirkoniumseosputkiin . Näitä noin 4 metrin pituisia putkia kutsutaan myös kanaviksi. Koko vaippapelletit muodostavat lyijykynän. Lyijykynät on kytketty molemmista päistä ja ne on paineistettu heliumilla. Tangot kootaan sitten polttoainekokonaisuuksiin, jotka koostuvat 264 elementistä Ranskassa yleisimpiä kokoonpanoja varten (17 × 17 = 289 - 24 ohjainputket - 1 instrumenttiputki ⇒ tai 264).
Polttoaineen valmistusvaiheen on tarkoitus antaa ydinaineille sopiva fysikaalis-kemiallinen muoto säteilytystä varten reaktorissa. Suurin osa voimalaitoksista käyttää uraanioksidipolttoainetta UOX ( Uranium OXide ). Tietyt sovellukset vaativat metallipolttoainetta ( esimerkiksi Magnox- reaktorit ).
Rikastettu UF6 muunnetaan uraanioksidijauhe ensin. Sitten uraanioksidi puristetaan pellettien muodossa ( halkaisija 7 - 8 mm PWR: n kohdalla ). Nämä pelletit ovat itse pinottu putkeen: vaippa. Reaktorin tyypistä riippuen verhous suoritetaan:
Vaippa suljetaan päistään hitsatuilla pseudo-kartiomaisilla tulpilla. Fissioituvan pylvään yläosan ja ylemmän tulpan välissä on jousi pellettien kunnossapidon varmistamiseksi. Näin muodostettu lyijykynä täytetään heliumin alla . Tätä kaasua ei voida aktivoida ja se estää siten kaasumaisten radioaktiivisten alkuaineiden muodostumisen välipohjan (tai aukon) pelletissä.
Sitten tangot kootaan pystysuuntaisiksi verkoiksi, joissa on noin 250 (reaktorityypistä riippuen) yhdensuuntaista tankoa. Vaakasuorat ristikot varmistavat nippujen ylläpidon, kun taas kokoonpanon yläosassa oleva tartuntalaite helpottaa sen käsittelyä ja mahdollistaa kiinnityksen sydämeen. Ristikot on varustettu evillä, jotka varmistavat lämmönsiirtonesteen - ensiöpiiristä tulevan veden - turbulentin seoksen kiertämisen tankojen välillä.
MOX (sekaoksidi) on valmistettu plutoniumin uudelleenkäyttö ja köyhdytettyä uraania aikana tuotetut rikastusvaihe. Polttoaineen fysikaalis-kemiallinen muoto on identtinen uraanioksidin (UOX) kanssa.
Monissa maissa on polttoaineenvalmistuslaitoksia. Maailmanlaajuinen tuotantokapasiteetti on luokkaa 12 000 tHM / vuosi (tHM: tonnia raskasmetallia) kevytvesireaktorien UOX-polttoaineelle ja 5000 tHM / vuosi raskasvesireaktorien polttoaineeksi (lähinnä Kanadassa). Muut tuotantolaitokset huolta AGR polttoainetta (Yhdistyneessä kuningaskunnassa) sekä MOX polttoaineita varten PWRs ja FNRs .
Ydinpolttoainekierto koostuu seuraavista vaiheista:
Säteilytettyjen ydinpolttoaineiden pääosat (kg / tonni PWR 1300 -polttoainetta kolmen vuoden jäähdytyksen jälkeen)
Uraani : 935,548 kg rikastus noin 1%
Aktinidit | Paino (kg) |
---|---|
neptunium | 0,43 |
plutoniumia | 10 |
americium | 0,38 |
kurium | 0,042 |
Fissiotuotteet | Paino (kg) | Fissiotuotteet | Paino (kg) |
---|---|---|---|
Kr , Xe | 6.0 | Tc | 0,23 |
Cs , Rb | 3.1 | Ru , Rh , Pd | 0,86 |
Sr , Ba | 2.5 | Ag , Cd , In , Sn , Sb | 0,25 |
Y , La | 1.7 | Tämä | 2.5 |
Zr | 3.7 | PR | 1.2 |
Se , Te | 0.56 | Nd | 4.2 |
Mo | 3.5 | Sm | 0,82 |
Minä | 0,23 | Oli | 0,15 |
Joillakin reaktorisektoreilla, mukaan lukien painevesireaktorit ja kiehuvan veden reaktorit (yleisimmät), käytetyt polttoaineet voidaan jälleenkäsitellä, mikä mahdollistaa uudelleenkäyttöön talteenotettavien komponenttien erottamisen niistä, joita ei voida käyttää. lopullinen ydinjäte , samalla kun viimeksi mainittu vakautetaan vakaammassa fysikaalis-kemiallisessa muodossa ja soveltuu paremmin varastointiin tai hävittämiseen ( pinnalla tai syvyydessä ).
In nykyinen painevesireaktoreissa (n Westinghouse tyyppi ), keskimääräinen viipymäaika polttoainesauvojen on 4,5 vuosi. Tämän jakson lopussa yhden tonnin polttoaineen kohdalla on jäljellä:
Jos plutoniumia voidaan käyttää uudelleen, muut pienet aktinidit lasitetaan ja varastoidaan. Kestää 300 000 - 1 miljoonaa vuotta, ennen kuin niiden radiotoksisuus laskee uraanin tasolle. Transmutaation tarkoituksena on mutatoida ne paljon vähemmän radiotoksisiksi lajeiksi. Esimerkiksi MYRRHA- projekti antaisi mahdollisuuden palaa tankoja, jotka koostuvat jopa 50% näistä aktinideista. Transmutaation jälkeen niiden radiotoksisuus liittyisi uraaniin vain 300 vuodessa.
Zirkonium verhous , joka ympäröi polttoaine ja sisäiset rakenteet polttoainenipun ei kierrätetä ja ovat osa pitkäikäisen jätteen.
{...}