Atommüll und Abfall Kernbrennstoff- zwei absolut unterschiedliche Konzepte. Die Entsorgung von beiden ist verschiedene Wege. Es sei darauf hingewiesen, dass das Problem der Entsorgung von Kernbrennstoffabfällen nicht akut ist, da es heute Mechanismen für ihre Verarbeitung zum Zweck der weiteren Verwendung gibt.

Was ist nuklearer brennstoffabfall

Das sind Brennelemente. Sie enthalten Reste von Kernbrennstoff und andere Komponenten. Industrieunternehmen verarbeiten die Substanz mit speziellen Mechanismen. Dadurch wird der Abfall wieder zu einem vollwertigen Brennstoff für den Betrieb kerntechnischer Anlagen jeglicher Art (Kernkraftwerke, U-Boote, Industrie).

Ein ganz anderes Bild beim Atommüll. Heute gibt es keinen Mechanismus für ihre Verarbeitung. Tatsächlich ist nur Recycling möglich. Aber dieser Prozess hat bereits Nuancen, die die Menschheit bisher nicht lösen konnte.

Abfallarten

Es gibt verschiedene Arten solcher Abfälle:

  • hart;
  • flüssig;
  • Elemente kerntechnischer Anlagen.

Jede Abfallart wird auf ihre Weise entsorgt. Also werden die Feststoffe verbrannt, dann wird die Asche mit Zement vermischt. Die resultierenden Platten werden in speziellen Lagereinrichtungen gelagert. Flüssigkeiten werden verdampft, in dafür vorgesehene Behälter verpackt und im Boden vergraben. Der Prozess des Recyclings der elementaren Komponenten von Nuklearanlagen ist viel komplizierter.

Es stellt sich heraus, dass nukleare Brennstoffabfälle für die Menschheit viel nützlicher sind? Genau so. Es gibt viele Bereiche menschlicher Aktivität, in denen recycelter Abfall verwendet wird. Das:

  • Rüstungsindustrie;
  • Medizin;
  • Landwirtschaft;
  • Produktion und so weiter.

Auf der ganzen Welt gilt ein Importverbot für Atommüll in das Land. Angesichts des Entsorgungsprozesses stellt sich jedoch eine natürliche Frage: Wo sollen die Container mit ihnen aufbewahrt werden? Schließlich werden wirklich große Grundstücke benötigt, die als „Friedhof“ für Abfälle aus der Atomindustrie genutzt werden können.

Trotz der bestehenden Verbote erklären sich viele Länder der „Dritten Welt“ bereit, eigene Flächen für die Entsorgung von Müllcontainern bereitzustellen. Natürlich nicht umsonst. Bisher rettet diese Loyalität die Situation, aber was passiert als nächstes, wenn diese Bereiche einfach ausgelastet sind?

Unglaublicherweise gibt es immer noch keine Lösung für dieses Problem. Wissenschaftler in keinem Land haben noch Möglichkeiten für eine andere Abfallentsorgung gefunden, was für die Menschheit äußerst alarmierend und besorgniserregend ist. Jedoch, Moderne Menschen beziehen sich auf dieses Thema ungefähr so: „genug für mein Leben, und dann geht es mich nichts an.“ Völlig kurzsichtig und leichtsinnig, aber weiter dieser Moment es gibt keine Instrumente, um den Stand der Dinge bei der Entsorgung und Verarbeitung von Atommüll zu ändern.

Probleme der Lagerung von Kernbrennstoffen

Obwohl die Entsorgung von Kernbrennstoffen die Menschheit nicht allzu sehr verwirrt, stellt sich eine andere Frage: Wie kann man Abfälle sicher und zuverlässig lagern? Der verbrauchte Stoff unterliegt der "Verwertung", aber bevor dies geschieht, muss der Abfall irgendwo gelagert werden, es muss transportiert werden. Alle diese Prozesse sind mit einer echten Bedrohung verbunden Umfeld und natürlich ein Mensch.

1998 initiierten die russischen Behörden ein Gesetz, um die Einfuhr von Kernbrennstoffabfällen zu ermöglichen Ausland. Die Möglichkeit, abgebrannte Brennelemente zur weiteren Verarbeitung in Russland und zum Betrieb zu erhalten, veranlasste die Abgeordneten zu einer solchen Entscheidung. Natürlich wären die Rohstoffkosten für den Haushalt der Russischen Föderation sehr rentabel. Nach einigen Berechnungen ist die Gewinnung von Abfällen auf diese Weise viel billiger als die eigene Produktion von Kernbrennstoff.

Damals wurde das Gesetz noch nicht verabschiedet, aber es gibt immer noch aktive Diskussionen über die Zweckmäßigkeit seiner Annahme. Einerseits ist es wirtschaftlich vorteilhaft für das Land. Andererseits erfordert es die Organisation und Ausstattung zuverlässiger Lagereinrichtungen sowie einen kompetenten Umgang mit Transportprozessen. Dies sind die einzigen "Begrenzer", die es Ihnen nicht erlauben, sich für einen solchen Schritt zu entscheiden. Alle Anlagen zur Verarbeitung abgebrannter Kernbrennstoffe sind im Land vorhanden.

Eine Entscheidung in dieser Angelegenheit steht vorerst noch aus. Dies kann jedoch als positiver Trend gewertet werden. Denn es gefällt, dass die Machthaber doch nicht nur an die Rentabilität eines solchen Unternehmens denken, sondern auch an das Mögliche negative Konsequenzen für die Bevölkerung Russlands.

Die Kernkraftindustrie besteht aus einer großen Anzahl von Unternehmen für verschiedene Zwecke. Rohstoffe für diese Industrie werden aus Uranminen gewonnen. Danach wird es an Kraftstoffhersteller geliefert.

Außerdem wird der Brennstoff zu Kernkraftwerken transportiert, wo er in den Reaktorkern eintritt. Wenn der Kernbrennstoff seine Laufzeit erfüllt hat, wird er entsorgt. Es ist erwähnenswert, dass gefährlicher Abfall treten nicht nur nach der Brennstoffverarbeitung auf, sondern in jedem Stadium - vom Uranabbau bis zur Arbeit in einem Reaktor.

Kernbrennstoff

Es gibt zwei Arten von Kraftstoff. Das erste ist Uran, das in Minen bzw. natürlichen Ursprungs abgebaut wird. Es enthält Rohstoffe, die in der Lage sind, Plutonium zu bilden. Der zweite ist ein Brennstoff, der künstlich erzeugt wird (sekundär).

Kernbrennstoff wird auch nach seiner chemischen Zusammensetzung unterteilt: metallisch, Oxid, Karbid, Nitrid und gemischt.

Uranabbau und Brennstoffproduktion

Ein Großteil der Uranproduktion entfällt auf wenige Länder: Russland, Frankreich, Australien, die USA, Kanada und Südafrika.

Uran ist das Hauptelement für Brennstoff in Kernkraftwerken. Um in den Reaktor zu gelangen, durchläuft es mehrere Verarbeitungsstufen. Meistens befinden sich Uranvorkommen neben Gold und Kupfer, daher erfolgt die Gewinnung mit der Gewinnung von Edelmetallen.

Im Bergbau ist die Gesundheit der Menschen stark gefährdet, da Uran ein giftiges Material ist und die beim Abbau freigesetzten Gase verschiedene Krebsarten verursachen. Obwohl das Erz selbst eine sehr geringe Menge Uran enthält - von 0,1 bis 1 Prozent. Auch die Bevölkerung, die in der Nähe von Uranminen lebt, ist stark gefährdet.

Angereichertes Uran ist der Hauptbrennstoff für Atomkraftwerke, aber nach seiner Verwendung bleibt eine riesige Menge an radioaktivem Abfall zurück. Trotz aller Gefahren ist die Urananreicherung ein integraler Prozess zur Erzeugung von Kernbrennstoff.

BEI natürliche Gestalt Uran ist fast unmöglich überall zu verwenden. Um es nutzen zu können, muss es angereichert werden. Zur Anreicherung werden Gaszentrifugen eingesetzt.

Angereichertes Uran wird nicht nur in der Kernenergie, sondern auch in der Waffenproduktion verwendet.

Transport

In jeder Phase des Brennstoffkreislaufs findet Transport statt. Es wird von allen durchgeführt zugängliche Wege A: auf dem Landweg, auf dem Seeweg, auf dem Luftweg. Das ist ein großes Risiko und eine große Gefahr nicht nur für die Umwelt, sondern auch für den Menschen.

Beim Transport von Kernbrennstoff oder seinen Elementen ereignen sich viele Unfälle, die zur Freisetzung radioaktiver Elemente führen. Dies ist einer der vielen Gründe, warum es als unsicher gilt.

Stilllegung von Reaktoren

Keiner der Reaktoren wurde abgebaut. Sogar das berüchtigte Tschernobyl. Die Sache ist die, dass laut Experten die Kosten für den Rückbau gleich oder sogar höher sind als die Kosten für den Bau eines neuen Reaktors. Aber niemand kann mit Sicherheit sagen, wie viel Geld benötigt wird: Die Kosten wurden auf der Grundlage der Erfahrung mit dem Abbau kleiner Forschungsstationen berechnet. Experten bieten zwei Möglichkeiten an:

  1. Legen Sie Reaktoren und abgebrannte Kernbrennstoffe auf Begräbnisstätten.
  2. Sarkophage über stillgelegten Reaktoren bauen.

In den nächsten zehn Jahren werden weltweit rund 350 Reaktoren außer Betrieb gehen und abgebaut werden müssen. Da jedoch die hinsichtlich Sicherheit und Preis am besten geeignete Methode noch nicht erfunden wurde, wird dieses Problem noch gelöst.

Derzeit sind weltweit 436 Reaktoren in Betrieb. Das ist natürlich ein großer Beitrag zum Energiesystem, aber es ist sehr unsicher. Studien zeigen, dass Kernkraftwerke in 15-20 Jahren durch Stationen ersetzt werden können, die mit Windenergie und Sonnenkollektoren betrieben werden.

Atommüll

Durch Kernkraftwerke entsteht eine riesige Menge an Atommüll. Auch die Wiederaufbereitung von Kernbrennstoffen hinterlässt gefährliche Abfälle. Keines der Länder fand jedoch eine Lösung für das Problem.

Heute wird Atommüll in Zwischenlagern, in Wasserbecken oder flach unter der Erde vergraben gelagert.

Am meisten sicherer Weg- dies ist die Lagerung in speziellen Lagern, aber auch hier ist wie bei anderen Methoden ein Strahlungsaustritt möglich.

Tatsächlich hat Atommüll einen gewissen Wert, erfordert jedoch die strikte Einhaltung der Vorschriften für seine Lagerung. Und das ist das dringendste Problem.

Ein wichtiger Faktor ist die Zeit, während der der Abfall gefährlich ist. Jedes hat seine eigene Abklingzeit, während der es giftig ist.

Arten von Atommüll

Während des Betriebs eines Kernkraftwerks gelangen dessen Abfälle in die Umwelt. Dies ist Wasser zum Kühlen von Turbinen und gasförmigem Abfall.

Atommüll wird in drei Kategorien eingeteilt:

  1. Niedriges Niveau - Kleidung der KKW-Mitarbeiter, Laborgeräte. Solche Abfälle können auch aus medizinischen Einrichtungen stammen, wissenschaftliche Laboratorien. Sie stellen keine große Gefahr dar, erfordern aber die Einhaltung von Sicherheitsmaßnahmen.
  2. Zwischenstufe - Metallbehälter, in denen Kraftstoff transportiert wird. Ihr Strahlungspegel ist ziemlich hoch, und diejenigen, die ihnen nahe stehen, müssen geschützt werden.
  3. High-Level - das ist abgebrannter Kernbrennstoff und Produkte seiner Verarbeitung. Die Radioaktivität nimmt rapide ab. Es gibt sehr wenig hochaktiven Abfall, etwa 3 Prozent, aber er enthält 95 Prozent der gesamten Radioaktivität.

Kernbrennstoff ist ein Material, das in Kernreaktoren verwendet wird, um kontrolliert zu leiten Kettenreaktion. Es ist extrem energieintensiv und unsicher für den Menschen, was seiner Verwendung eine Reihe von Einschränkungen auferlegt. Heute werden wir herausfinden, was ein Kernreaktorbrennstoff ist, wie er klassifiziert und hergestellt wird, wo er verwendet wird.

Der Ablauf der Kettenreaktion

Während einer nuklearen Kettenreaktion wird der Kern in zwei Teile geteilt, die als Spaltfragmente bezeichnet werden. Gleichzeitig werden mehrere (2-3) Neutronen freigesetzt, die anschließend die Spaltung der folgenden Kerne bewirken. Der Prozess findet statt, wenn ein Neutron auf den Kern trifft Startmaterial. Spaltfragmente haben eine hohe kinetische Energie. Ihr Abbremsen in der Materie geht mit der Freisetzung enormer Wärmemengen einher.

Spaltfragmente werden zusammen mit ihren Zerfallsprodukten als Spaltprodukte bezeichnet. Kerne, die mit Neutronen beliebiger Energie spalten, werden als Kernbrennstoff bezeichnet. In der Regel handelt es sich um Stoffe mit ungerader Atomzahl. Einige Kerne werden ausschließlich durch Neutronen gespalten, deren Energie über einer bestimmten Schwelle liegt. Dies sind überwiegend Elemente mit einer geraden Anzahl von Atomen. Solche Kerne werden als Rohstoffe bezeichnet, da im Moment des Neutroneneinfangs durch den Schwellenkern Brennstoffkerne gebildet werden. Die Kombination aus Brennstoff und Rohstoff wird daher als Kernbrennstoff bezeichnet.

Einstufung

Kernbrennstoffe werden in zwei Klassen eingeteilt:

  1. natürliches Uran. Es enthält spaltbare Uran-235-Kerne und das Rohmaterial Uran-238, das beim Neutroneneinfang Plutonium-239 bilden kann.
  2. Sekundärbrennstoff, der in der Natur nicht vorkommt. Es enthält unter anderem Plutonium-239, das aus dem Brennstoff erster Art gewonnen wird, sowie Uran-233, das beim Einfang von Neutronen durch Thorium-232-Kerne entsteht.

In Hinsicht auf chemische Zusammensetzung, gibt es solche Arten von Kernbrennstoffen:

  1. Metall (einschließlich Legierungen);
  2. Oxid (zB UO 2);
  3. Hartmetall (zB PuC 1-x);
  4. gemischt;
  5. Nitrid.

TVEL und TVS

Brennstoff für Kernreaktoren wird in Form von kleinen Pellets verwendet. Sie werden in hermetisch abgeschlossene Brennelemente (TVEL) eingebracht, die wiederum zu mehreren hundert Brennelementen (BE) zusammengefasst werden. An Kernbrennstoff werden hohe Anforderungen an die Kompatibilität mit Brennstabhüllen gestellt. Es sollte eine ausreichende Schmelz- und Verdampfungstemperatur, eine gute Wärmeleitfähigkeit und keine starke Volumenzunahme unter Neutronenbestrahlung aufweisen. Auch die Herstellbarkeit der Produktion wird berücksichtigt.

Anwendung

Kernkraftwerke und andere kerntechnische Anlagen erhalten Brennstoff in Form von Brennelementen. Sie können sowohl während des Betriebs (anstelle ausgebrannter Brennelemente) als auch während der Reparaturkampagne in den Reaktor geladen werden. Im letzteren Fall werden die Brennelemente in großen Gruppen gewechselt. In diesem Fall wird nur ein Drittel des Kraftstoffs vollständig ersetzt. Aus dem zentralen Teil des Reaktors werden die am stärksten ausgebrannten Baugruppen entladen und teilweise ausgebrannte Baugruppen, die sich zuvor in weniger aktiven Bereichen befanden, an ihre Stelle gesetzt. Folglich werden an deren Stelle neue Brennelemente eingebaut. Dieses einfache Umordnungsschema gilt als traditionell und hat eine Reihe von Vorteilen, von denen der Hauptgrund darin besteht, eine gleichmäßige Energiefreisetzung sicherzustellen. Natürlich ist dies ein bedingtes Schema, das nur allgemeine Vorstellungen über den Prozess vermittelt.

Auszug

Nach dem Entfernen des abgebrannten Kernbrennstoffs aus dem Reaktorkern wird er in das Lager für abgebrannte Brennelemente geleitet, das sich in der Regel in der Nähe befindet. Tatsache ist, dass abgebrannte Brennelemente eine riesige Menge an Uranspaltfragmenten enthalten. Nach dem Entladen aus dem Reaktor enthält jedes Brennelement etwa 300.000 Curie radioaktiver Stoffe, wodurch 100 kWh Energie freigesetzt werden. Dadurch erwärmt sich der Brennstoff selbst und wird hochradioaktiv.

Die Temperatur von frisch entladenem Kraftstoff kann 300 °C erreichen. Daher wird es 3-4 Jahre unter einer Wasserschicht aufbewahrt, deren Temperatur im festgelegten Bereich gehalten wird. Da der Kraftstoff unter Wasser gelagert wird, nimmt die Radioaktivität des Kraftstoffs und die Stärke seiner Restemissionen ab. Etwa drei Jahre später erreicht die Eigenerhitzung von Brennelementen bereits 50–60 °C. Anschließend wird der Brennstoff aus den Becken entfernt und der Aufbereitung oder Entsorgung zugeführt.

Metallisches Uran

Metallisches Uran wird relativ selten als Brennstoff für Kernreaktoren verwendet. Wenn eine Substanz eine Temperatur von 660 °C erreicht, findet ein Phasenübergang statt, der mit einer Änderung ihrer Struktur einhergeht. Vereinfacht ausgedrückt nimmt das Volumen von Uran zu, was zur Zerstörung des Brennelements führen kann. Bei längerer Bestrahlung bei einer Temperatur von 200-500°C unterliegt die Substanz einem Strahlungswachstum. Die Essenz dieses Phänomens ist die Verlängerung des bestrahlten Uranstabes um das 2-3-fache.

Der Einsatz von metallischem Uran bei Temperaturen über 500°C ist wegen seiner Quellung schwierig. Nach der Spaltung des Kerns werden zwei Fragmente gebildet, deren Gesamtvolumen das Volumen desselben Kerns übersteigt. Ein Teil der Spaltfragmente wird durch Gasatome (Xenon, Krypton usw.) dargestellt. Das Gas sammelt sich in den Poren des Urans und bildet einen Innendruck, der mit steigender Temperatur zunimmt. Aufgrund der Zunahme des Atomvolumens und der Erhöhung des Gasdrucks beginnt der Kernbrennstoff zu quellen. Dies bezieht sich also auf die relative Volumenänderung, die mit der Kernspaltung verbunden ist.

Die Quellstärke hängt von der Temperatur der Brennstäbe und dem Abbrand ab. Mit zunehmendem Abbrand steigt die Anzahl der Spaltfragmente und mit zunehmender Temperatur und Abbrand steigt der Innendruck von Gasen. Wenn der Kraftstoff höhere mechanische Eigenschaften hat, neigt er weniger zum Quellen. Metallisches Uran gehört nicht zu diesen Materialien. Daher begrenzt seine Verwendung als Brennstoff für Kernreaktoren die Abbrandtiefe, die eines der Hauptmerkmale eines solchen Brennstoffs ist.

Durch die Dotierung des Materials werden die mechanischen Eigenschaften von Uran und seine Strahlenbeständigkeit verbessert. Dieser Prozess beinhaltet die Zugabe von Aluminium, Molybdän und anderen Metallen. Dank Dotierstoffen wird die Anzahl der pro Einfang benötigten Spaltneutronen reduziert. Daher werden für diese Zwecke Materialien verwendet, die Neutronen schwach absorbieren.

Feuerfeste Verbindungen

Einige feuerfeste Uranverbindungen gelten als guter Kernbrennstoff: Karbide, Oxide und intermetallische Verbindungen. Am gebräuchlichsten ist Urandioxid (Keramik). Sein Schmelzpunkt beträgt 2800°C und seine Dichte 10,2 g/cm 3 .

Da dieses Material keine Phasenübergänge aufweist, neigt es weniger zum Quellen als Uranlegierungen. Dank dieser Funktion kann die Ausbrenntemperatur um mehrere Prozent erhöht werden. Keramik interagiert bei hohen Temperaturen nicht mit Niob, Zirkonium, Edelstahl und anderen Materialien. Sein Hauptnachteil ist seine geringe Wärmeleitfähigkeit - 4,5 kJ (m * K), die die spezifische Leistung des Reaktors begrenzt. Außerdem neigt heiße Keramik zur Rissbildung.

Plutonium

Plutonium gilt als niedrig schmelzendes Metall. Es schmilzt bei 640°C. Aufgrund schlechter plastischer Eigenschaften ist es praktisch nicht zerspanbar. Die Toxizität der Substanz erschwert die Brennstab-Herstellungstechnologie. In der Nuklearindustrie wurden wiederholt Versuche unternommen, Plutonium und seine Verbindungen zu verwenden, aber sie waren nicht erfolgreich. Verwenden Sie Kraftstoff für Atomkraftwerke Plutonium enthaltende Reaktoren sind unpraktisch aufgrund einer ungefähr zweifachen Verkürzung der Beschleunigungsperiode, die von Standard-Reaktorsteuerungssystemen nicht berechnet wird.

Zur Herstellung von Kernbrennstoff werden in der Regel Plutoniumdioxid, Plutoniumlegierungen mit Mineralien und eine Mischung von Plutoniumkarbiden mit Urankarbiden verwendet. Dispersionsbrennstoffe, bei denen Partikel aus Uran- und Plutoniumverbindungen in eine Metallmatrix aus Molybdän, Aluminium, Edelstahl und anderen Metallen eingebracht werden, haben hohe mechanische Eigenschaften und Wärmeleitfähigkeit. Strahlungsbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit des Dispersionsbrennstoffs hängen vom Matrixmaterial ab. Beim ersten Kernkraftwerk bestand der Dispersionsbrennstoff beispielsweise aus Partikeln einer Uranlegierung mit 9 % Molybdän, die mit Molybdän gefüllt waren.

Thoriumbrennstoff wird derzeit aufgrund von Schwierigkeiten bei der Herstellung und Verarbeitung von Brennstäben nicht verwendet.

Bergbau

Bedeutende Mengen des wichtigsten Rohstoffs für Kernbrennstoffe – Uran – konzentrieren sich auf mehrere Länder: Russland, die USA, Frankreich, Kanada und Südafrika. Seine Vorkommen befinden sich normalerweise in der Nähe von Gold und Kupfer, sodass alle diese Materialien gleichzeitig abgebaut werden.

Die Gesundheit der Menschen, die im Bergbau arbeiten, ist stark gefährdet. Tatsache ist, dass Uran ein giftiges Material ist und die beim Abbau freigesetzten Gase Krebs verursachen können. Und das, obwohl das Erz nicht mehr als 1 % dieser Substanz enthält.

Kassenbon

Die Produktion von Kernbrennstoff aus Uranerz umfasst folgende Phasen:

  1. Hydrometallurgische Verarbeitung. Umfasst Laugung, Zerkleinerung und Extraktion oder Sorptionsextraktion. Das Ergebnis der hydrometallurgischen Verarbeitung ist eine gereinigte Suspension von Oxyuranoxid, Natriumdiuranat oder Ammoniumdiuranat.
  2. Umwandlung einer Substanz von Oxid zu Tetrafluorid oder Hexafluorid, die zur Anreicherung von Uran-235 verwendet wird.
  3. Anreicherung eines Stoffes durch Zentrifugation oder gasförmige Thermodiffusion.
  4. Umwandlung des angereicherten Materials in Dioxid, aus dem die "Pillen" von Brennstäben hergestellt werden.

Regeneration

Während des Betriebs eines Kernreaktors kann der Brennstoff nicht vollständig ausbrennen, daher werden freie Isotope nachgebildet. In diesem Zusammenhang werden abgebrannte Brennstäbe zum Zwecke der Wiederverwendung einer Regenerierung unterzogen.

Heute wird dieses Problem durch das Purex-Verfahren gelöst, das aus folgenden Schritten besteht:

  1. Brennstäbe in zwei Teile schneiden und in Salpetersäure auflösen;
  2. Reinigung der Lösung von Spaltprodukten und Schalenteilen;
  3. Isolierung reiner Uran- und Plutoniumverbindungen.

Danach wird das entstandene Plutoniumdioxid zur Herstellung neuer Kerne und das Uran zur Anreicherung oder auch zur Herstellung von Kernen verwendet. Die Wiederaufbereitung von Kernbrennstoff ist ein komplexer und kostspieliger Prozess. Seine Kosten haben einen erheblichen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit des Einsatzes von Kernkraftwerken. Dasselbe gilt für die Entsorgung von Kernbrennstoffabfällen, die nicht zur Regenerierung geeignet sind.

Abgebrannter Kernbrennstoff aus Leistungsreaktoren Die Anfangsphase der NFC-Nachreaktorphase ist für offene und geschlossene NFC-Zyklen gleich.

Es umfasst die Entnahme von Brennstäben mit abgebranntem Kernbrennstoff aus dem Reaktor, ihre mehrjährige Lagerung im Becken vor Ort („Nass“-Lagerung in Unterwasserbecken) und den anschließenden Transport zur Aufbereitungsanlage. In der offenen Version des NFC werden abgebrannte Brennelemente in speziell ausgestatteten Zwischenlagern untergebracht („trockene“ Lagerung in einer Inertgas- oder Luftumgebung in Behältern oder Kammern), wo sie mehrere Jahrzehnte lang aufbewahrt und dann in eine Form gebracht werden, die dies verhindert Diebstahl von Radionukliden und zur Endlagerung vorbereitet.

In der geschlossenen Version des Kernbrennstoffkreislaufs gelangt der abgebrannte Brennstoff in die radiochemische Anlage, wo er wiederaufbereitet wird, um spaltbare Kernmaterialien zu extrahieren.

Abgebrannter Kernbrennstoff (SNF) ist eine besondere Art von radioaktivem Material – ein Rohstoff für die radiochemische Industrie.

Bestrahlte Brennelemente, die nach ihrem Verbrauch aus dem Reaktor entfernt werden, weisen eine beträchtliche kumulierte Aktivität auf. Es gibt zwei Arten von SNF:

1) SNF aus Industriereaktoren, der eine chemische Form sowohl des Brennstoffs selbst als auch seiner Umhüllung aufweist, die für die Auflösung und anschließende Verarbeitung geeignet ist;

2) Brennelemente von Leistungsreaktoren.

SNF aus Industriereaktoren muss zwingend aufbereitet werden, während SNF nicht immer aufbereitet wird. Strom SNF wird als hochradioaktiver Abfall eingestuft, wenn er nicht weiterverarbeitet wird, oder als wertvoller Energierohstoff, wenn er verarbeitet wird. In einigen Ländern (USA, Schweden, Kanada, Spanien, Finnland) werden SNF vollständig als radioaktiver Abfall (RW) eingestuft. In England, Frankreich, Japan - zu Energierohstoffen. In Russland gilt ein Teil des SNF als radioaktiver Abfall, ein anderer Teil wird zur Verarbeitung an radiochemische Anlagen geschickt (146).

Aufgrund der Tatsache, dass nicht alle Länder an der Taktik eines geschlossenen Atomkreislaufs festhalten, nehmen abgebrannte Kernbrennstoffe in der Welt ständig zu. Die Praxis der Länder, die an einem geschlossenen Uranbrennstoffkreislauf festhalten, hat gezeigt, dass die teilweise Schließung des Kernbrennstoffkreislaufs von Leichtwasserreaktoren unrentabel ist, selbst wenn der Uranpreis in den nächsten Jahrzehnten um das 3-4-fache steigen könnte. Dennoch schließen diese Länder den nuklearen Brennstoffkreislauf von Leichtwasserreaktoren und decken die Kosten durch steigende Stromtarife. Im Gegenteil, die Vereinigten Staaten und einige andere Länder weigern sich, SNF zu verarbeiten, da sie die künftige endgültige Entsorgung von SNF im Auge behalten, und ziehen seine langfristige Lagerung vor, die sich als billiger herausstellt. Dennoch wird erwartet, dass bis in die zwanziger Jahre die Wiederaufarbeitung abgebrannter Kernbrennstoffe weltweit zunehmen wird.

Die Brennelemente mit abgebranntem Kernbrennstoff, die aus der aktiven Zone eines Leistungsreaktors entnommen wurden, werden in Kernkraftwerken für 5-10 Jahre im Becken für abgebrannte Brennelemente gelagert, um die Wärmefreisetzung in ihnen und den Zerfall kurzlebiger Radionuklide zu reduzieren. 1 kg abgebrannter Kernbrennstoff aus einem Kernkraftwerk enthält am ersten Tag nach dem Entladen aus dem Reaktor 26.000 bis 180.000 Ci Radioaktivität. Nach einem Jahr sinkt die Aktivität von 1 kg SNF auf 1 Tausend Ci, nach 30 Jahren auf 0,26 Tausend Ci. Ein Jahr nach der Extraktion verringert sich die SNF-Aktivität infolge des Zerfalls kurzlebiger Radionuklide um das 11- bis 12-fache und nach 30 Jahren um das 140- bis 220-fache und nimmt dann langsam über Hunderte von Jahren ab 9 ( 146).

Wenn ursprünglich Natururan in den Reaktor geladen wurde, verbleiben 0,2 - 0,3 % 235U im abgebrannten Brennstoff. Eine Wiederanreicherung dieses Urans ist wirtschaftlich nicht machbar, es verbleibt also als sogenanntes Abfalluran. Abfall-Uran kann später als fruchtbares Material in schnellen Neutronenreaktoren verwendet werden. Wenn schwach angereichertes Uran zum Laden von Kernreaktoren verwendet wird, enthält SNF 1 % 235 U. Dieses Uran kann wieder auf seinen ursprünglichen Gehalt an Kernbrennstoff angereichert und in den Kernbrennstoffkreislauf zurückgeführt werden. Die Reaktivität von Kernbrennstoff kann wiederhergestellt werden, indem andere spaltbare Nuklide hinzugefügt werden - 239Pu oder 233U, d.h. sekundärer Kernbrennstoff. Wenn 239 Pu zu abgereichertem Uran in einer Menge hinzugefügt wird, die der Anreicherung von 235 U-Brennstoff entspricht, dann wird der Uran-Plutonium-Brennstoffkreislauf verwirklicht. Gemischter Uran-Plutonium-Brennstoff wird sowohl in thermischen als auch in schnellen Neutronenreaktoren verwendet. Uran-Plutonium-Brennstoff bietet die größtmögliche Nutzung der Uranressourcen und eine erweiterte Reproduktion von spaltbarem Material. Für die Technologie der Kernbrennstoffregeneration sind die Eigenschaften des aus dem Reaktor entladenen Brennstoffs äußerst wichtig: chemische und radiochemische Zusammensetzung, Gehalt an spaltbaren Stoffen, Aktivitätsniveau. Diese Eigenschaften des Kernbrennstoffs werden bestimmt durch die Leistung des Reaktors, den Brennstoffabbrand im Reaktor, die Dauer der Kampagne, das Brutverhältnis von sekundären spaltbaren Materialien, die Haltezeit des Brennstoffs nach dem Entladen aus dem Reaktor und die Typ Reaktor.

Aus Reaktoren entladener abgebrannter Kernbrennstoff wird erst nach einer bestimmten Exposition zur Wiederaufarbeitung überführt. Dies liegt daran, dass sich unter den Spaltprodukten eine Vielzahl kurzlebiger Radionuklide befinden, die einen großen Teil der Aktivität des aus dem Reaktor entladenen Brennstoffs bestimmen. Daher wird frisch entladener Brennstoff in speziellen Lagern für eine Zeit aufbewahrt, die für den Zerfall der Hauptmenge kurzlebiger Radionuklide ausreicht. Dies erleichtert die Organisation des biologischen Schutzes erheblich, reduziert die Strahlungseinwirkung auf Chemikalien und Lösungsmittel während der Verarbeitung von verarbeitetem Kernbrennstoff und reduziert die Menge der Elemente, aus denen die Hauptprodukte gereinigt werden müssen. So wird die Aktivität von bestrahltem Brennstoff nach zwei bis drei Jahren Exposition durch langlebige Spaltprodukte bestimmt: Zr, Nb, Sr, Ce und andere Seltenerdelemente, Ru und α-aktive Transurane. 96 % des SNF sind Uran-235 und Uran-238, 1 % ist Plutonium, 2-3 % sind radioaktive Spaltfragmente.

Die SNF-Haltezeit beträgt 3 Jahre für Leichtwasserreaktoren, 150 Tage für schnelle Neutronenreaktoren (155).

Die Gesamtaktivität der in 1 Tonne VVER-1000 SNF enthaltenen Spaltprodukte nach dreijähriger Lagerung in einem Becken für abgebrannte Brennelemente (SP) beträgt 790.000 Ci.

Wenn SNF im Lager vor Ort gelagert wird, nimmt seine Aktivität monoton ab (um etwa eine Größenordnung in 10 Jahren). Wenn die Aktivität auf die Normen abfällt, die die Sicherheit des Transports abgebrannter Brennelemente auf der Schiene bestimmen, werden sie aus den Lagereinrichtungen entfernt und entweder in ein Langzeitlager oder in eine Brennstoffaufbereitungsanlage verbracht. In der Aufbereitungsanlage werden Brennstäbe mit Hilfe von Be- und Entladeeinrichtungen aus Containern in das Werkspufferlager umgeladen. Hier werden die Baugruppen gelagert, bis sie der Bearbeitung zugeführt werden. Nachdem die Brennelemente für den in dieser Anlage ausgewählten Zeitraum im Becken gehalten wurden, werden sie aus dem Lager entladen und zur Extraktion für die Öffnungsvorgänge für abgebrannte Brennstäbe an die Brennstabvorbereitungsabteilung geschickt.

Die Wiederaufbereitung von bestrahltem Kernbrennstoff wird durchgeführt, um daraus spaltbare Radionuklide (hauptsächlich 233 U, 235 U und 239 Pu) zu extrahieren, Uran von neutronenabsorbierenden Verunreinigungen zu reinigen, Neptunium und einige andere Transurane zu isolieren und Isotope für industrielle, wissenschaftliche oder medizinische Zwecke zu erhalten Zwecke. Unter der Verarbeitung von Kernbrennstoff versteht man die Verarbeitung von Brennstäben von Kraft-, Wissenschafts- oder Transportreaktoren sowie die Verarbeitung von Blankets von Brutreaktoren. Die radiochemische Wiederaufarbeitung abgebrannter Kernbrennstoffe ist die Hauptstufe der geschlossenen Version des Kernbrennstoffkreislaufs und eine obligatorische Stufe bei der Herstellung von waffenfähigem Plutonium (Abb. 35).

Die Wiederaufbereitung von spaltbarem Material, das von Neutronen in einem Kernreaktorbrennstoff bestrahlt wurde, wird durchgeführt, um solche Probleme zu lösen, wie z

Gewinnung von Uran und Plutonium für die Produktion von neuem Brennstoff;

Gewinnung von spaltbarem Material (Uran und Plutonium) zur Herstellung von Atomwaffen;

Gewinnung einer Vielzahl von Radioisotopen, die in Medizin, Industrie und Wissenschaft eingesetzt werden;

Reis. 35. Einige Phasen der Wiederaufbereitung abgebrannter Kernbrennstoffe in Mayak. Alle Operationen werden mit Hilfe von Manipulatoren und Kammern durchgeführt, die durch ein 6-Schicht-Bleiglas (155) geschützt sind.

Einnahmen aus anderen Ländern erhalten, die entweder am ersten und zweiten interessiert sind oder keine großen Mengen abgebrannter Kernbrennstoffe lagern wollen;

Entscheidung Umweltprobleme im Zusammenhang mit der Entsorgung radioaktiver Abfälle.

In Russland wird bestrahltes Uran aus Brutreaktoren und Brennelementen von VVER-440, BN-Reaktoren und einigen Schiffsmotoren wiederaufbereitet; Brennstäbe der Haupttypen von Leistungsreaktoren VVER-1000, RBMK (beliebiger Typ) werden nicht verarbeitet und werden derzeit in speziellen Lagern gesammelt.

Gegenwärtig nimmt die Menge an SNF ständig zu, und seine Regenerierung ist die Hauptaufgabe der radiochemischen Technologie zur Behandlung abgebrannter Brennstäbe. Bei der Wiederaufarbeitung werden Uran und Plutonium von radioaktiven Spaltprodukten einschließlich neutronenabsorbierender Nuklide (Neutronengifte) getrennt und gereinigt, die bei Wiederverwendung spaltbarer Stoffe die Entstehung einer nuklearen Kettenreaktion im Reaktor verhindern können.

Die radioaktiven Spaltprodukte enthalten eine Vielzahl wertvoller Radionuklide, die im Bereich der Kleinkernenergietechnik (Radioisotopenwärmequellen für Elektrothermogeneratoren) sowie zur Herstellung ionisierender Strahlungsquellen verwendet werden können. Anwendungen finden sich für Transurane, die aus Nebenreaktionen von Urankernen mit Neutronen resultieren. Die radiochemische Technologie der SNF-Wiederaufarbeitung soll die Extraktion aller Nuklide sicherstellen, die aus praktischer Sicht nützlich oder von wissenschaftlichem Interesse sind (147 43).

Der Prozess der chemischen Wiederaufbereitung abgebrannter Brennelemente ist mit der Lösung des Problems der Isolierung einer großen Anzahl von Radionukliden aus der Biosphäre verbunden, die durch die Spaltung von Urankernen entstehen. Dieses Problem ist eines der schwerwiegendsten und am schwierigsten zu lösenden Probleme bei der Entwicklung der Kernenergie.

Die erste Stufe der radiochemischen Produktion umfasst die Brennstoffvorbereitung, d.h. bei der Ablösung von den Bauteilen der Baugruppen und der Zerstörung der Schutzhüllen von Brennstäben. Die nächste Stufe ist mit der Überführung von Kernbrennstoff in die Phase verbunden, aus der die chemische Behandlung durchgeführt wird: in eine Lösung, in eine Schmelze, in eine Gasphase. Die Überführung in Lösung erfolgt meistens durch Auflösen in Salpetersäure. Dabei geht Uran in den sechswertigen Zustand über und bildet ein Uranylion, UO 2 2+ , und Plutonium teilweise im sechs- und vierwertigen Zustand, PuO 2 2+ bzw. Pu 4+ . Der Übergang in die Gasphase ist mit der Bildung von flüchtigen Uran- und Plutoniumhalogeniden verbunden. Nach dem Transfer von Kernmaterial wird die entsprechende Phase durch eine Reihe von Operationen durchgeführt, die direkt mit der Isolierung und Reinigung wertvoller Komponenten und der Ausgabe jeder von ihnen in Form eines kommerziellen Produkts zusammenhängen (Abb. 36).

Abb.36. Allgemeines Schema Zirkulation von Uran und Plutonium in einem geschlossenen Kreislauf (156).

Die Verarbeitung (Wiederaufarbeitung) von SNF besteht in der Gewinnung von Uran, anfallendem Plutonium und Bruchstücken von Splitterelementen. Zum Zeitpunkt der Entnahme aus dem Reaktor enthält 1 Tonne SNF 950–980 kg 235U und 238U, 5,5–9,6 kg Pu sowie eine geringe Menge an α-Emittern (Neptunium, Americium, Curium usw.) , dessen Aktivität 26.000 Ci pro 1 kg SNF erreichen kann. Diese Elemente müssen isoliert, konzentriert, gereinigt und in einem geschlossenen nuklearen Brennstoffkreislauf in die benötigte chemische Form überführt werden.

Der technologische Prozess der SNF-Verarbeitung umfasst:

mechanisches Zerkleinern (Schneiden) von Brennelementen und Brennelementen zum Öffnen des Brennmaterials;

Auflösung;

Reinigung von Lösungen von Ballastverunreinigungen;

Extraktive Trennung und Reinigung von Uran, Plutonium und anderen kommerziellen Nukliden;

Isolierung von Plutoniumdioxid, Neptuniumdioxid, Uranylnitrat-Hexahydrat und Uranoxid;

Verarbeitung von Lösungen, die andere Radionuklide enthalten, und deren Isolierung.

Die Technologie der Uran- und Plutoniumtrennung, ihrer Trennung und Reinigung von Spaltprodukten basiert auf dem Prozess der Extraktion von Uran und Plutonium mit Tributylphosphat. Sie wird auf mehrstufigen kontinuierlichen Extraktoren durchgeführt. Dadurch werden Uran und Plutonium millionenfach von Spaltprodukten gereinigt. Die SNF-Wiederaufarbeitung ist mit der Bildung einer kleinen Menge fester und gasförmiger radioaktiver Abfälle mit einer Aktivität von etwa 0,22 Ci/Jahr (maximal zulässige Freisetzung von 0,9 Ci/Jahr) und einer großen Menge flüssiger radioaktiver Abfälle verbunden.

Alle Strukturmaterialien von TVELs sind chemikalienbeständig, und ihre Auflösung ist ein ernsthaftes Problem. Neben spaltbaren Materialien enthalten Brennelemente verschiedene Akkumulatoren und Beschichtungen, die aus Edelstahl, Zirkonium, Molybdän, Silizium, Graphit, Chrom usw. bestehen. Wenn Kernbrennstoff aufgelöst wird, lösen sich diese Substanzen nicht in Salpetersäure auf und bilden eine große Menge an Suspensionen und Kolloide in der resultierenden Lösung.

Die aufgeführten Eigenschaften von Brennstäben erforderten die Entwicklung neuer Methoden zum Öffnen oder Auflösen von Hüllen sowie zum Klären von Kernbrennstofflösungen vor der Extraktionsverarbeitung.

Der Abbrand von Brennstoff aus Plutoniumproduktionsreaktoren unterscheidet sich erheblich vom Abbrand von Brennstoff aus Leistungsreaktoren. Daher werden Materialien mit einem viel höheren Gehalt an radioaktiven Splitterelementen und Plutonium pro 1 Tonne U der Wiederaufarbeitung zugeführt, was zu erhöhten Anforderungen an die Prozesse zur Reinigung der resultierenden Produkte und zur Gewährleistung der nuklearen Sicherheit bei der Wiederaufarbeitung führt. Schwierigkeiten entstehen aufgrund der Notwendigkeit, eine große Menge an flüssigem hochradioaktivem Abfall zu verarbeiten und zu entsorgen.

Anschließend erfolgt die Isolierung, Trennung und Reinigung von Uran, Plutonium und Neptunium in drei Extraktionszyklen. Im ersten Zyklus wird eine gemeinsame Reinigung von Uran und Plutonium aus der Hauptmasse der Spaltprodukte durchgeführt, und dann wird die Trennung von Uran und Plutonium durchgeführt. Im zweiten und dritten Zyklus werden Uran und Plutonium einer weiteren getrennten Reinigung und Konzentration unterzogen. Die resultierenden Produkte – Uranylnitrat und Plutoniumnitrat – werden in Puffertanks gefüllt, bevor sie zu Umwandlungsanlagen transportiert werden. Die Plutoniumnitratlösung wird mit Oxalsäure versetzt, die entstandene Oxalatsuspension filtriert und der Niederschlag kalziniert.

Pulverisiertes Plutoniumoxid wird durch ein Sieb gesiebt und in Behälter gefüllt. In dieser Form wird Plutonium gelagert, bevor es in die Anlage zur Herstellung neuer Brennelemente gelangt.

Die Trennung des Hüllmaterials des Brennelementes von der Brennelementhülle ist eine der schwierigsten Aufgaben im Kernbrennstoff-Regenerationsverfahren. Existierende Verfahren können in zwei Gruppen eingeteilt werden: Öffnungsverfahren mit Trennung der Mantel- und Kernmaterialien von Brennstäben und Öffnungsverfahren ohne Trennung der Mantelmaterialien vom Kernmaterial. Die erste Gruppe sieht das Entfernen der Brennelementhülle und das Entfernen von Strukturmaterialien vor, bis der Kernbrennstoff aufgelöst ist. Wasserchemische Verfahren bestehen darin, die Schalenmaterialien in Lösungsmitteln aufzulösen, die die Kernmaterialien nicht angreifen.

Der Einsatz dieser Verfahren ist typisch für die Verarbeitung von Brennstäben aus metallischem Uran in Schalen aus Aluminium oder Magnesium und seinen Legierungen. Aluminium löst sich beim Erhitzen leicht in Natriumhydroxid oder Salpetersäure und Magnesium in verdünnten Schwefelsäurelösungen. Nachdem die Hülle aufgelöst ist, wird der Kern in Salpetersäure aufgelöst.

Brennelemente moderner Leistungsreaktoren haben jedoch Hüllen aus korrosionsbeständigen, schwerlöslichen Materialien: Zirkonium, Zirkoniumlegierungen mit Zinn (Zircal) oder Niob und Edelstahl. Eine selektive Auflösung dieser Materialien ist nur in hochaggressiven Umgebungen möglich. Zirkonium wird in Flusssäure, in Mischungen mit Oxal- oder Salpetersäure oder in einer NH4F-Lösung gelöst. Edelstahlgehäuse - in kochendem 4-6 M H 2 SO 4 . Der Hauptnachteil der chemischen Methode der Schalenentfernung ist die Bildung einer großen Menge hochsalzhaltiger flüssiger radioaktiver Abfälle.

Um die Abfallmenge aus der Zerstörung von Schalen zu reduzieren und diese Abfälle sofort in festem Zustand zu erhalten, der für eine Langzeitlagerung besser geeignet ist, Verfahren zur Zerstörung von Schalen unter dem Einfluss von nichtwässrigen Reagenzien bei erhöhten Temperaturen ( pyrochemische Verfahren) werden entwickelt. Die Hülle aus Zirkonium wird mit wasserfreiem Chlorwasserstoff in einer Wirbelschicht aus Al 2 O 3 bei 350-800 ° C entfernt. Zirkonium wird in flüchtiges ZrCl4 umgewandelt und durch Sublimation vom Kernmaterial getrennt und dann hydrolysiert, wobei festes Zirkoniumdioxid entsteht . Pyrometallurgische Verfahren basieren auf dem direkten Einschmelzen von Schalen oder deren Auflösung in Schmelzen anderer Metalle. Diese Verfahren nutzen den Unterschied in den Schmelztemperaturen der Mantel- und Kernmaterialien oder den Unterschied in ihrer Löslichkeit in anderen geschmolzenen Metallen oder Salzen.

Mechanische Verfahren zur Schalenentfernung umfassen mehrere Stufen. Zunächst werden die Endteile des Brennelements abgeschnitten und in Bündel von Brennelementen und in einzelne Brennelemente zerlegt. Anschließend werden die Schalen mechanisch getrennt von jedem Brennelement entfernt.

Das Öffnen von Brennstäben kann durchgeführt werden, ohne die Hüllmaterialien vom Kernmaterial zu trennen.

Bei der Umsetzung wasserchemischer Verfahren werden Schale und Kern in demselben Lösungsmittel gelöst, um eine gemeinsame Lösung zu erhalten. Bei der Verarbeitung von Kraftstoffen mit hohem Gehalt an wertvollen Bestandteilen (235U und Pu) oder bei der Verarbeitung in der gleichen Anlage ist eine gemeinsame Auflösung sinnvoll verschiedene Typen TVELs, die sich in Größe und Konfiguration unterscheiden. Bei pyrochemischen Verfahren werden Brennelemente mit gasförmigen Reagenzien behandelt, die nicht nur die Hülle, sondern auch den Kern zerstören.

Als erfolgreiche Alternative zu den Methoden des Öffnens mit gleichzeitigem Entfernen der Hülle und den Methoden der gemeinsamen Zerstörung von Hülle und Kernen hat sich das "Cutting-Leaching"-Verfahren herausgestellt. Das Verfahren eignet sich zur Verarbeitung von Brennstäben in salpetersäureunlöslichen Umhüllungen. Die Brennstäbe werden in kleine Stücke zerschnitten, der entdeckte Brennstabkern wird der Einwirkung chemischer Reagenzien zugänglich und löst sich in Salpetersäure auf. Ungelöste Schalen werden von den Resten der darin zurückgehaltenen Lösung gewaschen und als Schrott entfernt. Das Schneiden von Brennstäben hat gewisse Vorteile. Der dabei entstehende Abfall – die Reste der Schalen – befindet sich in festem Zustand, d.h. es entsteht kein flüssiger radioaktiver Abfall wie bei der chemischen Auflösung der Hülle; kein nennenswerter Verlust an wertvollen Bestandteilen wie beim mechanischen Entfernen der Schalen, da die Segmente der Schalen mit hoher Vollständigkeit gewaschen werden können; die Konstruktion von Schneidemaschinen wird im Vergleich zur Konstruktion von Maschinen zum mechanischen Entfernen von Hüllen vereinfacht. Der Nachteil des Schneid-Lauge-Verfahrens ist die Komplexität der Ausrüstung zum Schneiden von Brennstäben und die Notwendigkeit ihrer Fernwartung. Derzeit wird die Möglichkeit untersucht, mechanische Schneidverfahren durch elektrolytische und Laserverfahren zu ersetzen.

Abgebrannte Brennstäbe von Leistungsreaktoren mit hohem und mittlerem Abbrand reichern eine große Menge gasförmiger radioaktiver Produkte an, die eine ernsthafte biologische Gefahr darstellen: Tritium, Jod und Krypton. Beim Auflösen von Kernbrennstoff werden sie hauptsächlich freigesetzt und mit Gasströmen verlassen, bleiben jedoch teilweise in Lösung und werden dann verteilt in großen Zahlen Produkte in der gesamten Verarbeitungskette. Besonders gefährlich ist Tritium, das tritiiertes HTO-Wasser bildet, das dann nur schwer von gewöhnlichem H2O-Wasser getrennt werden kann. Daher werden in der Phase der Brennstoffvorbereitung für die Auflösung zusätzliche Vorgänge eingeführt, um den Brennstoff von der Masse radioaktiver Gase zu befreien und sie in kleinen Mengen von Abfallprodukten zu konzentrieren. Oxidbrennstoffstücke werden einer oxidativen Behandlung mit Sauerstoff bei einer Temperatur von 450-470 ° C unterzogen. Wenn die Struktur des Brennstoffgitters aufgrund des Übergangs von UO 2 -U 3 O 8 neu angeordnet wird, werden gasförmige Spaltprodukte freigesetzt - Tritium , Jod, Edelgase. Die Auflockerung des Brennstoffmaterials während der Freisetzung gasförmiger Produkte sowie während des Übergangs von Urandioxid zu Lachgas beschleunigt die anschließende Auflösung von Materialien in Salpetersäure.

Die Wahl eines Verfahrens zum Umwandeln von Kernbrennstoff in eine Lösung hängt von der chemischen Form des Brennstoffs, der Methode der vorläufigen Herstellung des Brennstoffs und der Notwendigkeit ab, eine bestimmte Leistung sicherzustellen. Metallisches Uran wird in 8-11 M HNO 3 und Urandioxid in 6-8 M HNO 3 bei einer Temperatur von 80-100 ° C gelöst.

Die Zerstörung der Brennstoffzusammensetzung beim Auflösen führt zur Freisetzung aller radioaktiven Spaltprodukte. Dabei gelangen gasförmige Spaltprodukte in das Abgasabführungssystem. Abgase werden gereinigt, bevor sie in die Atmosphäre abgegeben werden.

Isolierung und Reinigung von Zielprodukten

Uran und Plutonium, die nach dem ersten Extraktionszyklus getrennt wurden, werden einer weiteren Reinigung von Spaltprodukten, Neptunium und voneinander auf ein Niveau unterzogen, das den Spezifikationen der NFC entspricht, und dann in eine Handelsform umgewandelt.

Die besten Ergebnisse für die weitere Reinigung von Uran werden durch die Kombination verschiedener Methoden wie Extraktion und Ionenaustausch erzielt. Im industriellen Maßstab ist es jedoch wirtschaftlicher und technisch einfacher, die Wiederholung von Extraktionszyklen mit demselben Lösungsmittel - Tributylphosphat - zu verwenden.

Die Anzahl der Extraktionszyklen und die Tiefe der Uranreinigung werden durch die Art und den Abbrand des zur Wiederaufarbeitung zugeführten Kernbrennstoffs und die Aufgabe der Abtrennung von Neptunium bestimmt. Um die Spezifikationen für den Gehalt an Verunreinigung α-Strahlern in Uran zu erfüllen, muss der Gesamtreinigungsfaktor von Neptunium ≥500 sein. Uran wird nach Sorptionsreinigung in eine wässrige Lösung reextrahiert, die auf Reinheit, Urangehalt und Anreicherungsgrad in Bezug auf 235 U analysiert wird.

In der letzten Stufe der Uranraffination soll es in Uranoxide umgewandelt werden – entweder durch Fällung in Form von Uranylperoxid, Uranyloxalat, Ammoniumuranylcarbonat oder Ammoniumuranat mit anschließender Kalzinierung oder durch direkte thermische Zersetzung von Uranylnitrat-Hexahydrat.

Plutonium wird nach der Trennung von der Hauptmasse des Urans einer weiteren Reinigung von Spaltprodukten, Uran und anderen Aktiniden auf seinen eigenen Hintergrund in Bezug auf γ- und β-Aktivität unterzogen. Als Endprodukt streben die Anlagen die Gewinnung von Plutoniumdioxid und später in Kombination mit der chemischen Verarbeitung die Herstellung von Brennstäben an, wodurch der teure Transport von Plutonium vermieden werden kann, der besondere Vorsichtsmaßnahmen erfordert, insbesondere beim Transport von Plutoniumnitratlösungen. Alle Phasen des technologischen Prozesses der Reinigung und Konzentration von Plutonium erfordern die besondere Zuverlässigkeit nuklearer Sicherheitssysteme sowie den Schutz des Personals und die Vermeidung einer möglichen Umweltverschmutzung aufgrund der Toxizität von Plutonium und des hohen Gehalts an α- Strahlung. Bei der Entwicklung von Geräten werden alle Faktoren berücksichtigt, die das Auftreten von Kritikalität verursachen können: die Masse des spaltbaren Materials, Homogenität, Geometrie, Reflexion von Neutronen, Moderation und Absorption von Neutronen sowie die Konzentration von spaltbarem Material in diesem Prozess, usw. Die minimale kritische Masse einer wässrigen Lösung von Plutoniumnitrat beträgt 510 g (wenn ein Wasserreflektor vorhanden ist). Die nukleare Sicherheit bei der Durchführung von Operationen in der Plutoniumbranche wird durch die spezielle Geometrie der Geräte (Durchmesser und Volumen) und durch die Begrenzung der Plutoniumkonzentration in der Lösung gewährleistet, die an bestimmten Stellen im kontinuierlichen Prozess ständig überwacht wird.

Die Technologie der endgültigen Reinigung und Konzentration von Plutonium basiert auf aufeinanderfolgenden Zyklen der Extraktion oder des Ionenaustauschs und einer zusätzlichen Raffinationsoperation der Plutoniumfällung, gefolgt von seiner thermischen Umwandlung in Dioxid.

Das Plutoniumdioxid gelangt in die Konditionierungsanlage, wo es kalziniert, zerkleinert, gesiebt, dosiert und verpackt wird.

Für die Herstellung von gemischtem Uran-Plutonium-Brennstoff ist das Verfahren der chemischen Kopräzipitation von Uran und Plutonium zweckmäßig, wodurch eine vollständige Homogenität des Brennstoffs erreicht werden kann. Ein solches Verfahren erfordert keine Trennung von Uran und Plutonium während der Wiederaufbereitung abgebrannter Brennelemente. Mischlösungen werden dabei durch partielle Trennung von Uran und Plutonium durch Verdrängungsrückextraktion erhalten. Auf diese Weise ist es möglich, (U, Pu)O2 für thermische Leichtwasserreaktoren mit einem PuO2-Gehalt von 3 % sowie für schnelle Neutronenreaktoren mit einem PuO2-Gehalt von 20 % zu gewinnen.

Die Diskussion um die Machbarkeit der Regeneration abgebrannter Brennelemente ist nicht nur wissenschaftlicher, technischer und wirtschaftlicher, sondern auch politischer Natur, da die Ausweitung des Baus von Regenerationsanlagen eine potenzielle Bedrohung für die Verbreitung von Atomwaffen darstellt. Das zentrale Problem besteht darin, die vollständige Sicherheit der Produktion zu gewährleisten, d.h. Bereitstellung von Garantien für die kontrollierte Verwendung von Plutonium und Umweltsicherheit. Daher werden jetzt effektive Systeme zur Überwachung des technologischen Prozesses der chemischen Verarbeitung von Kernbrennstoffen geschaffen, die die Möglichkeit bieten, die Menge an spaltbaren Materialien in jedem Stadium des Prozesses zu bestimmen. Auch Vorschläge zu sogenannten alternativen technologischen Verfahren wie dem CIVEX-Verfahren, bei dem Plutonium in keiner Phase des Prozesses vollständig von Uran und Spaltprodukten getrennt wird, dienen dazu, die Nichtverbreitung von Atomwaffen zu gewährleisten, was dies erheblich erschwert die Möglichkeit der Verwendung in Sprengkörpern.

Civex - Reproduktion von Kernbrennstoff ohne Abtrennung von Plutonium.

Zur Verbesserung der Umweltfreundlichkeit der SNF-Aufbereitung werden nichtwässrige technologische Verfahren entwickelt, die auf Unterschieden in der Flüchtigkeit der Komponenten des aufbereiteten Systems beruhen. Die Vorteile nichtwässriger Verfahren sind ihre Kompaktheit, das Fehlen starker Verdünnungen und die Bildung großer Mengen flüssiger radioaktiver Abfälle sowie ein geringerer Einfluss von Strahlungszersetzungsprozessen. Der entstehende Abfall befindet sich in fester Phase und nimmt ein viel geringeres Volumen ein.

Derzeit wird eine Variante der Organisation eines Kernkraftwerks ausgearbeitet, bei der nicht die gleichen Einheiten im Kraftwerk gebaut werden (z. B. drei Einheiten des gleichen Typs auf thermischen Neutronen), sondern unterschiedliche Typen (z. B. zwei thermische und ein schneller Reaktor). Zuerst wird der mit 235U angereicherte Brennstoff in einem thermischen Reaktor verbrannt (unter Bildung von Plutonium), dann wird der OTN-Brennstoff in einen schnellen Reaktor überführt, in dem 238U aufgrund des entstehenden Plutoniums verarbeitet wird. Nach Beendigung des Nutzungszyklus wird SNF der radiochemischen Anlage zugeführt, die sich direkt auf dem Gelände des Kernkraftwerks befindet. Die Anlage befasst sich nicht mit der vollständigen Wiederaufbereitung von Brennstoffen - sie beschränkt sich auf die Trennung von Uran und Plutonium aus abgebrannten Kernbrennstoffen (durch Destillation von Hexafluoridfluoriden dieser Elemente). Das abgetrennte Uran und Plutonium wird zur Herstellung von neuem Mischbrennstoff verwendet, und der verbleibende SNF geht entweder an eine Anlage zur Abtrennung nützlicher Radionuklide oder an die Entsorgung.

LiveJournal-Nutzer uralochka schreibt in seinem Blog: „Ich wollte schon immer Mayak besuchen.
Es ist kein Witz, dies ist ein Ort, der hier eines der High-Tech-Unternehmen in Russland ist
1948 wurde der erste Kernreaktor in der UdSSR gestartet, Mayak-Spezialisten freigelassen
Plutoniumladung für den ersten Sowjet Atombombe. Einmal wurde Ozersk gerufen
Tscheljabinsk-65, Tscheljabinsk-40, seit 1995 Ozersk. Wir haben in Trekhgorny,
einmal Zlatoust-36, eine Stadt, die ebenfalls geschlossen ist, hieß immer Ozersk
"Sorokovka", mit Respekt und Ehrfurcht behandelt.

Darüber ist inzwischen viel in offiziellen Quellen nachzulesen, und noch mehr in inoffiziellen,
aber es gab eine Zeit, in der sogar die ungefähre Lage und der Name dieser Städte am strengsten eingehalten wurden
Geheimnis. Ich erinnere mich, wie mein Großvater Yakovlev Evgeny Mikhailovich und ich angeln gingen, Ente
lokale Fragen - woher kommen wir, Großvater beantwortete das immer aus Yuryuzan (einer Nachbarstadt von Trekhgorny),
und am Eingang zur Stadt gab es keine anderen Zeichen als den unveränderlichen "Ziegel". Opa hatte einen
beste Freunde, sein Name war Mitroshin Yuri Ivanovich, aus irgendeinem Grund habe ich ihn meine ganze Kindheit lang auf keine andere Weise genannt
wie Vanaliz, ich weiß nicht warum. Ich erinnere mich, wie ich meine Großmutter fragte, warum,
Vanalysis, so kahl, ist da nicht ein einziges Haar? Großmutter erklärte mir dann flüsternd,
dass Yuri Ivanovich in den "vierzig" diente und 1957 die Folgen eines großen Unfalls beseitigte,
erhielt eine große Strahlendosis, ruinierte seine Gesundheit und sein Haar wächst nicht mehr ...

... Und jetzt, nach vielen Jahren, werde ich als Fotojournalist dieselbe RT-1-Anlage für fotografieren
Agentur "Photo ITAR-TASS". Zeit verändert alles.

Ozersk ist eine Regimestadt, Einreise mit Pässen, mein Profil wurde mehr als einen Monat lang überprüft und
alles ist bereit, du kannst gehen. Ich wurde vom Pressedienst am Checkpoint abgeholt, anders
unser hier hat ein normales computerisiertes System, fahren Sie von jedem Kontrollpunkt aus ein, verlassen Sie es so
dasselbe von jedem. Danach fuhren wir zum Verwaltungsgebäude des Pressedienstes, wo ich abreiste
Mein Auto wurde mir geraten, mein Handy auch da stehen zu lassen, weil es auf dem Gelände der Anlage ist
Mobilfunk ist verboten. Gesagt, getan, wir gehen zu RT-1. In der Fabrik
wir haben lange am checkpoint geschuftet, irgendwie haben sie uns nicht gleich mit meiner ganzen fotoausrüstung durchgelassen, aber hier ist es
Es passierte. Uns wurde ein strenger Mann mit einem schwarzen Halfter am Gürtel und in weißer Kleidung gegeben. Wir trafen uns
mit der verwaltung bildeten sie ein ganzes eskortenteam für uns und wir zogen in die würde. Passant.
Leider sind das Außengebiet der Anlage und etwaige Sicherheitssysteme zu fotografieren
strengstens verboten, also lag meine Kamera die ganze Zeit in einem Rucksack. Hier ist der Rahmen I
Ich habe es ganz am Ende abgenommen, hier beginnt bedingt das „schmutzige“ Territorium. Trennung ist
wirklich bedingt, aber sehr streng eingehalten, das ist es, was Sie nicht auseinandernehmen lässt
radioaktiver Dreck in der ganzen Nachbarschaft.

San. Der Pass ist getrennt, Frauen von einem Eingang, Männer von einem anderen. ich meine Gefährten
zeigte auf den Spind, sagte, alles ausziehen (absolut alles), Gummi-Flip-Flops anziehen, nah
Schließfach und gehen Sie zu diesem Fenster hinüber. So tat ich. Ich stehe völlig nackt in einer Hand
mir den Schlüssel, in einem anderen Rucksack mit einer Kamera, und die Frau aus dem Fenster, die aus irgendeinem Grund ist
zu niedrig, für so meine Position interessiert sie, welche Schuhgröße ich habe. Für eine lange Zeit
Ich musste mich nicht schämen, sie gaben mir prompt so etwas wie eine Unterhose, ein leichtes Hemd,
Overalls und Schuhe. Alles ist weiß, sauber und fühlt sich sehr angenehm an. Angezogen, befestigt
ein Dosimeter-Tablet in meiner Brusttasche und fühlte mich sicherer. Du kannst ausziehen.
Die Jungs wiesen mich sofort an, den Rucksack nicht auf den Boden zu stellen, nicht zu viel anzufassen,
Fotografieren Sie nur das, was Sie dürfen. Ja, kein Problem - sage ich, der Rucksack ist zu früh für mich
Wegwerfen, und ich brauche auch keine Geheimnisse. Hier ist Platz zum An- und Ausziehen.
dreckige Schuhe. Die Mitte ist sauber, die Ränder sind schmutzig. Bedingte Schwelle des Territoriums der Anlage.

Wir fuhren mit einem kleinen Bus durch das Werk. Außenbereich ohne Special
Verschönerung, Blöcke von Werkstätten, die durch Galerien für den Durchgang von Personal und den Transfer von Chemie durch Rohre verbunden sind.
Auf der einen Seite befindet sich ein großer Stollen zum Ansaugen sauberer Luft aus dem benachbarten Wald. Das
gemacht, damit die Menschen in den Geschäften nach draußen atmen saubere Luft. RT-1 ist nur
Eine der sieben Fabriken der Mayak Production Association, deren Zweck es ist, abgebrannte Kernenergie zu erhalten und zu verarbeiten
Kraftstoff (SNF). Dies ist die Werkstatt, von der aus alles beginnt, Container mit abgebrannten Kernbrennstoffen kommen hierher.
Rechts ist ein Wagen mit offenem Deckel. Spezialisten lösen die oberen Schrauben mit einem Spezial
Ausrüstung. Danach werden alle aus diesem Raum entfernt, die große Tür schließt sich.
etwa einen halben Meter dick (leider forderten die Sicherheitskräfte, dass die Bilder damit entfernt werden).
Die weiteren Arbeiten werden von Kränen ausgeführt, die über Kameras ferngesteuert werden. Kräne heben ab
Abdeckungen und Ausbau von Baugruppen mit abgebrannten Kernbrennstoffen.

Baugruppen werden mit Kränen zu diesen Luken transportiert. Achten Sie auf die Kreuze, sie werden gezeichnet,
um die Positionierung des Krans zu erleichtern. Unter den Luken werden Baugruppen eingetaucht
Flüssigkeit - Kondensat (einfach gesagt in destilliertes Wasser). Danach weiter aufbauen
Trolleys werden in den angrenzenden Pool gebracht, der ein temporäres Lager ist.

Ich weiß nicht genau, wie es heißt, aber die Essenz ist klar - ein einfaches Gerät, um es nicht zu tun
radioaktiven Staub von einem Raum in einen anderen schleppen.

Links ist die gleiche Tür.

Und das ist der Nebenraum. Unter den Füßen der Mitarbeiter befindet sich ein Schwimmbecken mit einer Tiefe von 3,5 bis 14
Meter mit Kondensat gefüllt. ? Sie können auch zwei Blöcke vom Kernkraftwerk Beloyarsk sehen, ihre Länge beträgt 14 Meter.
Sie heißen AMB – „Peaceful Big Atom“.

Wenn Sie zwischen die Metallplatten schauen, sehen Sie so etwas wie dieses Bild. Unter dem Kondensat
man kann die Montage von Brennelementen von einem Schiffsreaktor aus sehen.

Aber diese Baugruppen kamen gerade aus Kernkraftwerken. Als die Lichter ausgeschaltet wurden, leuchteten sie mit einem blassblauen Licht.
Sehr beeindruckend. Das ist das Cherenkov-Glühen, ungefähr die Essenz davon physikalisches Phänomen kann auf Wikipedia nachgelesen werden.

Gesamtansicht der Werkstatt.

Fortfahren. Übergänge zwischen den Abteilungen entlang von Korridoren mit schwachem gelbem Licht. Genug unter den Füßen
spezifische Beschichtung, an allen Ecken aufgerollt. Menschen in Weiß. Im Allgemeinen habe ich irgendwie sofort "Black Mass"
fiel ein))). Übrigens über die Beschichtung eine sehr vernünftige Lösung, einerseits ist es bequemer zu waschen,
nichts bleibt nirgendwo hängen, und vor allem kann im Falle eines Lecks oder Unfalls der schmutzige Boden sein
leicht zu demontieren.

Wie sie mir erklärten, stehen weitere Operationen mit abgebrannten Kernbrennstoffen an geschlossenen Räumen im Automatikmodus.
Früher wurde der gesamte Prozess von diesen Konsolen aus gesteuert, jetzt geschieht alles von drei Terminals aus.
Jeder von ihnen arbeitet auf einem eigenen Standalone-Server, alle Funktionen sind dupliziert. Bei Ablehnung aller
Terminals kann der Bediener Prozesse von der Konsole aus beenden.

Kurz darüber, was mit abgebrannten Kernbrennstoffen passiert. Die Baugruppen werden zerlegt, die Füllung entfernt, eingesägt
Teile und in ein Lösungsmittel (Salpetersäure) gelegt, wonach der gelöste abgebrannte Brennstoff
geht vorbei ganzen Komplex chemische Umwandlungen, Uran, Plutonium, Neptunium werden dort gewonnen.
Unlösliche Teile, die nicht recycelt werden können, werden gepresst und glasiert. Und gespeichert
Anlagenbereich unter ständiger Überwachung. Die Ausgabe nach all diesen Prozessen wird gebildet
Fertige Baugruppen werden bereits mit frischem Kraftstoff, der hier produziert wird, „aufgeladen“. Weg Leuchtturm
führt einen vollständigen Arbeitszyklus mit Kernbrennstoff durch.

Abteilung für Arbeiten mit Plutonium.

Acht Schichten verbleites 50-mm-Glas schützen vor den aktiven Elementen des Bedieners. Manipulator
ausschließlich durch elektrische Verbindungen verbunden, es gibt keine „Löcher“, die mit dem Innenfach verbunden sind.

Wir sind in den Laden umgezogen, der sich mit dem Versand von Fertigprodukten befasst.

Der Gelbe Container ist für den Transport fertiger Brennelemente vorgesehen. Im Vordergrund Behälterdeckel.

Im Inneren des Containers sind hier offenbar Brennstäbe montiert.

Der Kranführer steuert den Kran von jedem für ihn bequemen Ort aus.

Behälter aus Edelstahl an den Seiten. Wie sie mir erklärten, gibt es nur 16 von ihnen auf der Welt.