Я бы не поспорил, что активисты (протестующие против перевозок ядерного топлива) знают, что это такое и как оно ведет себя. Поэтому они также не могут знать, почему отходы - это не только отходы, но и ценное сырье.
Для антиядерных активистов это чистая и концентрированная смерть. Они, вероятно, не знают об этом больше, и они не хотят знать. Посмотрим, что же опасного в отработанном ядерном топливе. Что и почему оно возникает во время использования в ядерном реакторе - и почему его можно определить не только как отходы, но, что удивительно, как сырье для дальнейшего извлечения энергии. Но это будет более длительный чат - распространяющийся по нескольким блогам.
Деление ядра - чуть более обширное введение
Вещество вокруг нас состоит из атомов. В подавляющем большинстве случаев это очень старые атомы. Более легкие возникли однажды внутри звезд. Те, которые тяжелее железа с 56 нуклонами, то есть протонов и нейтронов в ядре, образовались при взрыве сверхновой.
И поскольку они являются очень старыми атомами, только те из них, которые являются стабильными или более или менее стабильными, пережили наше время в природе вокруг нас.
Это логично Их неустойчивые коллеги давно впали в более легкие элементы. Остатки изначально нестабильных ядер затем обрели новую идентичность, точно так же, как свидетель против мафии получает новое имя и новую биографию. На самом деле, только количество протонов в ядре влияет на химическую идентичность вещества, а не на его прошлое. Это не имеет отношения к химику.
Но некоторые нестабильные атомы выжили даже сегодня. Это те, которые в принципе распадаются очень медленно. Иногда им требуются миллионы или миллиарды лет, чтобы естественным образом исчезнуть и превратиться в другие, более легкие элементы.
Это то, что ученые заметили в первые десятилетия прошлого века. В то время был открыт новый вид «деятельности» материи, в которой сама природа играет алхимика - и превращает один элемент в другой.
Со временем люди стали активно интересоваться этим явлением. Так, например, было обнаружено, что нейтроны выделяются естественным (редко встречающимся в природе) распадом некоторых элементов, что может вызвать приятную «поляну» в окружающей материи.
Например, они могут разбивать другие атомы на части разных размеров. Это приводит к появлению других химических элементов и их вариантов, которые также не обязательно должны быть сами по себе стабильными, а также продуктов распада исходного и распадающегося ядра. Нейтроны также могут быть легко поглощены другими ядрами. Поглощенный нейтрон, который находится в «дополнительном» ядре, может затем превратиться в протон (нет, я не шучу, это действительно может произойти), превращая один химический элемент в другой. Химическая принадлежность, свойства и, следовательно, идентичность точно контролируются количеством протонов (а не нейтронов) в ядре.
Были обнаружены целые серии распада, где один конкретный элемент постепенно становится все больше и больше элементов. Во время распада выделяются различные частицы, которые в совокупности называются «радиоактивностью». Это альфа-излучение (ядра с четырьмя нуклонами), бета (электроны), гамма (электромагнитное излучение), нейтроны или редко протоны.
Сегодня мы знаем, что такие частицы могут повредить структуру клеток и тем самым повредить живую материю. Логично, что мы хотим защитить себя от них, хотя не все эти частицы каждый раз угрожают жизни. Это зависит от того, что именно представляет собой частица и какую энергию она несет, или где именно она находится.
Ядерное топливо
И именно описанные выше явления также относятся к ядерному топливу. Это материал, чей состав был искусно изменен людьми, так что это больше ...
... изотопы, которые могут сами распадаться на другие элементы - и излучать особый вид "радиоактивности" в окружающую среду ... частицы, называемые нейтронами. Кроме того, когда образуются нейтроны, должна быть еще лавина.
Нейтроны в благоприятных условиях разрушают другие ядра в их окружении, происходит цепная реакция, которая сопровождается генерацией тепловой энергии (тепла). И все дело в тепле - его можно использовать для выработки столь необходимого электричества.
Поэтому ясно, что любой химический элемент не подходит в качестве ядерного топлива. Это должно быть химическое вещество, которое также встречается в природе в форме изотопа самораспадающимся образом, как описано выше.
Природа в этом случае предоставила нам только несколько вариантов. Некоторые изотопы урана и плутония наиболее часто используются на атомных электростанциях.
Изношен, изношен, одет, опасен и безопасен ... материал
Процессы, которые я описал, также являются причиной того, что когда-то ядерное топливо действительно опасно, а когда-то - нет.
Дело в том, что все его действительно опасные компоненты образуются только тогда, когда они находятся в ядерном реакторе - когда материал используется для производства тепла, он подвергается реакции ядерного деления ... и создает новые и новые нестабильные (радиоактивные изотопы) дезинтегрирующий) элементов.
Исходный материал, который еще не подвергся реакции деления, не очень активен. И это не случайно. Это искусственно собранный материал - его свойства выбраны хитроумно, так что сам топливный стержень не опасен и реакция деления в нем, конечно, не происходит самопроизвольно.
Природа дала нам инструкции.
Естественный механизм разрушения чужеродных атомных ядер не очень эффективен. Виной тому является «неправильная» скорость возникающих нейтронов, снарядов, оказывающих разрушительный эффект. Часто другие ядра просто летают, не замечая их. В ядерном реакторе нейтроны «умеренные», таким образом, замедляясь до скорости, которая уже более интересна и более эффективна для разрушения других ядер.
Это похоже на уголь. Это также не горит самопроизвольно. Ему нужна определенная температура воспламенения, условия, которые будут вызывать его «активность». Как и уголь, неиспользованный топливный уран терпеливо ждет своего использования энергии.
Уран и его природный состав
Природный уран - исключительный материал. Он состоит из 99,3% изотопа 238 (238 протонов и нейтронов в ядре) и 0,7% изотопа 235. Для использования в качестве ядерного топлива природный уран должен быть лишен приблизительно трех процентов от «нормального» урана 238. Затем он заменяется изотопом. 235 - это тот, кто способен вызвать цепную реакцию и является наиболее важным компонентом в топливе.
Природный уран состоит из небольшого числа других изотопов, но они не представляют интереса для ядерной энергетики.
Общая активность килограмма чистого урана составляет 25 359 распадов на грамм и 1 секунду. Таким образом, каждую секунду атомы урана в одном грамме материала распадаются. Вроде бы много - на самом деле это очень четкая сумма. Это примерно в 800 раз больше активности природного калия. И в отличие от урана, калий содержит наше тело, поэтому мы должны иметь дело с ним и его активностью каждый день.
Тем не менее, те, кто читает введение в блог, тщательно знают, что в случае с природной урановой рудой не только излучение происходит за счет распада урана.
При его разрушении образуются другие радионуклиды. Таким образом, с течением времени в природном уране также появляются естественные элементы, которые являются продуктами распада и сами являются активными. В одном грамме природной урановой руды активность может быть измерена на уровне около 158 000 распадов в секунду. Это существенная разница - рудная активность в шесть раз выше, чем у чистого урана. Если продукты разложения природного урана проявляются таким образом, ясно, что с ядерным топливом и его искусственно вызванной (и гораздо более интенсивной) ядерной реакцией ... все будет по-другому.
Состав отработанного ядерного топлива
Конкретный состав конкретного топливного стержня, который использовался для выработки энергии, часто отличается.
Это зависит главным образом от того, из чего именно был сделан оригинальный топливный стержень, как долго он находился в эксплуатации и сколько времени прошло с момента его вывода из эксплуатации.
Так, например, 1,0% плутония и более 4% различных «гиперактивных» и быстро распадающихся продуктов реакции деления находятся в «в основном управляемом» топливном стержне (см. Рисунок выше).
Сразу после извлечения из реактора стержень логически все еще «свежий» и содержит только что образовавшиеся изотопы различных элементов, которые только что образовались и готовы к очень быстрому распаду.
Эти свежие бары логически наиболее активны. Поэтому они хранятся в специальных водных бассейнах, где они дополнительно охлаждаются (разложение изотопов сопровождается выработкой определенного количества ненужной энергии) и где они тщательно контролируются в течение нескольких лет (от 3 до 7).
За это время большинство «гиперактивных» изотопов распадаются. Таким образом, активность топлива значительно снижается до того, как он фактически будет обработан и, например, транспортирован для хранения или переработки. После семи лет хранения из 41 кг радиоактивных продуктов деления в тунце топлива остается только 3,3 кг веществ, которые все еще остаются радиоактивными.