Техника - молодёжи 1990-01, страница 18

Производитель должен не только снабжать потребителей энергией, но и предусмотреть сложный, протяженный технологический цикл производства, использования и переработки атомного топлива для того, чтобы продукты, образовавшиеся в ядерном реакторе, были надежно изолированы и не нанесли вреда. Здесь важны все компоненты цепочки - от качества строительства АЭС, безаварийной их работы до надежной транспортировки и захоронения ядерных отходов.

Современная технология, к сожалению, не позволяет производить все операции так называемого ядерного топливного цикла в одном и том же месте. Уран добывают из-под земли в Средней Азии, перерабатывают в промышленных центрах Сибири, а главные потребители энергии — города и промышленные гиганты расположены в европейской части страны. Добытый и переработанный уран приходится возить на дальние расстояния. Но это не самый сложный этап: природный уран, как и приготовленное на его основе реакторное топливо, имеет сравнительно низкую радиоактивность транспортировка не требует особых мер безопасности.

Как правило, в энергетических ядерных реакторах используется химически чистая двуокись урана черный порошок, который плавится при температуре около 3000 градусов. Его изотопный состав таков: от 2 до 5% U-235, остальное приходится на долю U-238. (Заметим, что для создания ядерной бомбы требуется концентрация U-235 в десятки раз выше.) В природной урановой руде, где бы она ни добывалась, содержание изотопа U-235 постоянно —0,71%.

Порошок двуокиси урана прессуется в таблетки диаметром 6 8 мм, которые затем спекаются при температуре 1700° С на перерабатывающем заводе. Их уклады

вают в 3-метровую тонкостенную трубку из циркония. Этот металл предпочтительнее стали, поскольку меньше поглощает нейтронный поток. Циркониевая трубка запаивается в гелиевой атмосфере. Так получается единичный тепловыделяющий элемент — твэл.

В активной зоне современного реактора, например, водо-водяного ВВЭР-440, одновременно работают свыше 40 тысяч твэлов. Поэтому для удобства обращения из них на заводе формируют рабочие сборки или кассеты шестигранного сечения с размером «под ключ» 144 мм. Каждая кассета для ВВЭР-440 содержит 126 твэлов, а весит 250 кг. В таком виде ядерное топливо и транспортируется к потребителю на действующую атомную станцию.

Кассеты загружаются в активную зону реактора, где твэлы попадают под непрерывный нейтронный обстрел. Ядра U-235 под действием медленных нейтронов начинают расщепляться с выделением энергии ядерная реакция началась. С этого момента требования безопасности резко усиливаются попадание радиоактивных продуктов за пределы активной зоны чреваты тяжелыми последствиями.

Выделившееся в реакции тепло разогревает топливо до высокой температуры — порядка 700 градусов в центре урановой таблетки и 300 градусов на поверхности твэла. От них тепло передается потоку циркулирующего теплоносителя. В ВВЭР-440 и ВВЭР-1000 это вода. Теплоноситель поступает в паротурбинный цикл, в котором вырабатывается электроэнергия.

В результате деления одного ядра U-235 образуется пара радиоактивных «осколков», например Zr-95 и Cs-137, которые, в свою очередь, дают начало семейству радиоактивных изотопов с меньшими атомными массами. Продукты деления урана постепенно накапливаются в массе топлива. Это приводит к разбуханию таблеток, разруше

нию твэлов. Кроме того, продукты деления действуют как «яды», поглощая нейтронный поток. Короче говоря, через три года эксплуатации кассету приходится заменять, хотя в ней «выгорело» всего 10% урана.

Отработанное (инженеры говорят — облученное) топливо перегружают из активной зоны в при-реакторное хранилище — бассейн 10-метровой глубины. Здесь кассеты выдерживаются от 3 до 5 лет. За это время распадаются короткожи-вущие изотопы, например J-131 и Cs-137, а интенсивность излучения падает в десятки раз. Теперь можно подумать и о транспортировке отходов на место вечного хранения.

Проблема отходов существует не только в ядерной энергетике. На тепловых станциях СССР за год образуется около 100 млн. т золы такого количества вполне хватило бы, чтобы насыпать курган выше пирамиды Хеопса. Правда, никто не посчитает его восьмым чудом света. Приходится тратить сотни миллионов рублей на вывоз золы. При этом огромное количество отходов ТЭС улетает из труб самостоятельно, выпадая по всей стране кислотными дождями.

С отходами АЭС так не поступишь. Если, скажем, разбавлять их водой и выпускать пульпу в реки или разбрызгивать ее в атмосферу, то человечеству очень скоро придется уступить место на Земле более радиационностойким видам организмов.

Поэтому в 2000 году нам придется думать о ежегодном надежном захоронении 2 -3 тыс. т облученного топлива, которое будет образовываться на атомных станциях общей мощностью 100 ГВт (100 000 000 КВт).

Что же делать с ядерным топливом, которое «выгорело» лишь на 10%! Здесь возможны два подхода.

Европейские эксперты считают

Железнодорожный вагон-контейнер для перевозки отработавшего топлива АЭС с ВВЭР-440: 1 транспортер; 2 — вспомогательный отсек; 3 — грузовой отсек; 4 — контейнер; 5 — система вентиляции и отопления.