Современный человек не может жить без электроэнергии. Чтобы обеспечить светом и теплом миллионы жителей атомным электростанциям необходимо ядерное топливо. Давайте разберемся, из чего его делают в нашей стране?
Уран опасный радиоактивный элемент, но весьма полезный в производстве ядерного топлива, ведь его атомы можно расщеплять и получать энергию.
На производстве компании Росатом, в диоксид урана добавляю технологические добавки, которые улучшают плотность и микроструктуру будущего топлива. Похоже на добавление соли и перца в основное блюдо. Далее все ингредиенты равномерно перемешивают около 60 минут.
Затем контейнер с ураном перемещают в закрытую установку приготовления пресс порошка. Она измельчает материал, уплотняет его в небольшие гранулы и просеивают через сито. Пресс порошок поступает в контейнер объемом не менее 160 литров.
Если критическая масса будет слишком большой, появится риск самопроизвольной ядерной реакции.
Перед отправкой во вращающийся пресс в порошок добавляют сухой пластификатор.
По принципу зарядки револьвера порошок последовательно заполняет пустые формы, а пресс сжимает его в топливные таблетки. Энергия 1 таблетки эквивалентна сжиганию 700 килограммов древесины или 500 литров нефти, что делает ядерное топливо более экологичным.
По закрытому транспортному коридору топливные таблетки поступают в печь на спекание при температуре до 1750 градусов Цельсия. Взгляните на таблетку до и после спекания.
Частица урана плотно соединились друг с другом, таблетка стала меньше, появился металлический блеск. Наступает очередь шлифовки и лазерного контроля. Камеры контролируют отсутствие сколов на поверхности и выводят изображение на экран в режиме реального времени.
Далее паллеты с таблетками помещают в специальный бокс. Механический шток заталкивает таблетки в циркониевую трубку с приваренной заглушкой. Это и есть будущее тепловыделяющий элемент (ТВЭЛ).
Цирконий тугоплавкий металл, но во время деления урана, нейтроны свободно проходят сквозь него.
Во время работы атомного реактора не избежать вибрации. Чтобы снизить вероятность нарушения целостности таблеток, внутри устанавливают пружину, которая прочно фиксирует топливный ствол. После наполнения гелем и контактной сварки второй заглушки, ТВЭЛ полностью герметичен.
Но как проверить состояние топливных таблеток внутри трубки?
Работая по принципу металлоискателя, транспортный модуль пропускает трубки через воду и проверяет ультразвуком. При отсутствии пружинного фиксатора или наличия скола в топливном столбе, датчик зафиксирует ультразвуковые колебания.
После проверки внутренней составляющей ТВЭЛы переходят на стол внешнего контроля. Сотрудник цеха прокручивает трубки, проверяя прямолинейность. Каждой ТВЭЛ имеет свой номер и штрих-код. Это помогает отследить весь жизненный цикл трубки, вплоть до установки в тепловыделяющую сборку, которую позже поместят в атомный реактор.
Пройдя все этапы контроля, и получив разрешение на загрузку, ТВЭЛы передают по линии и смазывают раствором из воды и спирта, для уменьшения трения. Смазанные ТВЭЛы перемещают на производство тепловыделяющих сборок и устанавливают в шестигранный циркониевый каркас. Именно такие элементы используют на российских атомных электростанциях.
По всей длине пучка установлены решетки, напоминающие пчелиные соты. Они сохраняют расстояние между трубками во время работы атомного реактора. В одном пучке помещается 312 трубок.
Когда все ТВЭЛ установлены, тепловыделяющую сборку переворачивают для финальной подготовки, перед отправкой на атомную электростанцию. В активную зону 1 реактора помещается 163 сборки. Этого вполне хватит, чтобы снабжать электричеством 10 миллионов квартир в течение года.
Теперь вы знаете, благодаря каким технологиям в вашем доме зажигается свет и как устроено урановое ядерное топливо.
Спасибо за внимание.