Можно бесконечно смотреть на огонь, воду и… ядерный топливный цикл.
Но, к сожалению, смотреть на добычу и переработку полезных ископаемых, создание тепловыделяющих сборок, их использование и вывод из эксплуатации сидя у камина не получится. Зато можно представить себе этот процесс в деталях и порассуждать об экологии.
Существует два вида ЯТЦ: открытый (разомкнутый) и закрытый (замкнутый).
Открытый ЯТЦ начинается с добычи и переработки урановой руды. Урановая руда содержит различные сопутствующие металлы, которые необходимо удалить для получения уранового концентрата. Полученный концентрат природного урана (так называемый «желтый кек») направляется на конверсию и обогащение.
Конверсией называется стадия, когда порошок, желтый кек, переводится в газообразное состояние - гексафторид урана. В этом веществе содержатся изотопы уран-234 (0,006%), уран-235 (0,712%) и уран-238 (99,282%). В разомкнутом ядерном цикле используется только уран-235, поэтому далее следует процесс обогащения - отделения урана-235 от других изотопов. Обогащенный гексафторид урана используется для получения порошка диоксида урана (UO2), который, в свою очередь, служит в качестве сырья для изготовления топливных таблеток. Таблетки входят в состав тепловыделяющих сборок (ТВС), основным конструкционным материалом при изготовлении которых является сплав циркония.
ТВС загружаются в реактор и эксплуатируются определенное количество лет в зависимости от типа реактора и твэлов. Со временем ядерное топливо перестает поддерживать цепную реакцию деления, поскольку в нем остается слишком мало урана-235 и накапливается много продуктов деления. Такое топливо называют облученным (ОЯТ), сегодня его практически полностью отправляют на хранение, где оно «отстаивается» и теряет свою радиоактивность, чтобы впоследствии его можно было окончательно захоронить. Однако это приводит к тому, что объемы отработанного топлива постоянно растут.
ОЯТ содержит в себе много плутония и неиспользованного урана-238, которые пригодны для получения энергии. Для этого после выдержки во временном хранилище облученное топливо рубят и расплавляют, а потом извлекают из него все ценные компоненты. Из них в дальнейшем производят новое топливо, на котором работают реакторы на быстрых нейтронах. Там оно может служить дольше, чем на тепловых реакторах, благодаря превращению урана-238 в активно делящиеся изотопы плутония. Однако и его однажды необходимо будет переработать, после чего оно снова отправится в реактор. Это и есть замкнутый ЯТЦ.
На сегодняшний день, несмотря на предубеждения, ядерная энергетика остается одним из самых экологичных способов получения энергии. И по мере повсеместного введения замкнутого ядерного топливного цикла АЭС будут становиться еще менее вредными для окружающей среды. Возможно, живущие в наше время люди застанут переход к практически безотходной энергетике, что в значительной степени повлияет на все человечество.