Ядерный топливный цикл: основы

Содержание

Слайд 2

Что понимают различные группы общественности, когда говорят: «Ядерная энергетика»?

Что понимают различные группы
общественности, когда говорят:
«Ядерная энергетика»?

Слайд 3

Совершенно разное: «Ядерщики»: высокотехнологичное и безопасное производство энергии Правительство: энергетическая безопасность

Совершенно разное:

«Ядерщики»: высокотехнологичное и безопасное производство энергии
Правительство: энергетическая безопасность страны
Лидеры общественных

движений и население:
потенциальный риск и экологическая опасность, тем более, что….
Слайд 4

В мире все более популярным становится «зеленый тренд»


В мире все более популярным становится «зеленый тренд»

Слайд 5

Зеленый- самый популярный В науке – зеленые технологии, новые направления (зеленая

Зеленый- самый популярный

В науке – зеленые технологии,
новые направления (зеленая химия,

зеленая экономика, зеленая энергетика)
В образовании – зеленые университеты
В повседневной жизни – зеленые товары
Слайд 6

Тенденции развития ядерной энергетики в мире По данным МАГАТЭ в мире

Тенденции развития ядерной энергетики в мире

По данным МАГАТЭ в мире функционирует 441 ядерный

реактор с суммарной мощностью 382,9 ГВт, на стадии строительства находятся 68 реакторов в 15 странах с установленной мощностью 67,4 ГВт.

Динамика изменения региональных мощностей согласно высокому и низкому
прогнозам
(МАГАТЭ, 2014)

Слайд 7

Тенденции развития ядерной энергетики в мире

Тенденции развития ядерной энергетики в мире

Слайд 8

После Фукусимы: 2015 г. Япония: запущены реакторы «Сендай-1», «Сендай-2», одобрен запуск

После Фукусимы: 2015 г.

Япония: запущены реакторы «Сендай-1», «Сендай-2», одобрен запуск «Иката-3».

Объявлено об остановке 5 энергоблоков.
Германия: Объявлено об остановке реактора АЭС «Графенрайнфельд»
Соединенное Королевство: объявлено об остановке «Уилфа-1».
Китай: подключено 8 новых энергоблоков и начато строительство 8.
Республика Корея: запущен 1 энергоблок.
РФ: запущен 1 энергоблок Белоярской АЭС.
Пакистан: начато строительство 1 энергоблока.
ОАЭ: начато строительство 1 энергоблока.
Турция: продолжает развитие инфраструктуры для ядерной программы.
Польша: планирует определиться с технологией и площадкой для первой АЭС к 2019 г.
Иордания: учреждена Иорданская ядерно-энергетическая компания.
Слайд 9

В защиту ядерной энергетики ЯЭ вносит существенный вклад в смягчение последствий

В защиту ядерной энергетики

ЯЭ вносит существенный вклад в смягчение последствий

изменения климата: ежегодно на 2 млрд тонн меньше CO2 поступает в атмосферу.
На 21-й Конференции сторон Рамочной конвенции ООН об изменении климата (КС-21) принято Парижское соглашение, в котором не предписывается и не запрещается никакая конкретная форма энергии.
ЯЭ способствует достижению цели 7 в области устойчивого развития “обеспечения доступа к недорогостоящим, надежным, устойчивым и современным источникам энергии для всех” и цели 13 “принятия срочных мер по борьбе с изменением климата и его последствиями”.
Слайд 10

Схема ЯТЦ 1 этап 2 этап 3 этап Замкнутый ЯТЦ Открытый ЯТЦ

Схема ЯТЦ

1 этап

2 этап

3 этап

Замкнутый ЯТЦ

Открытый ЯТЦ

Слайд 11

Топливные циклы Урановый Делящийся материал – 235U, воспроизводящий – 238U Уран-плутониевый

Топливные циклы

Урановый
Делящийся материал – 235U, воспроизводящий – 238U
Уран-плутониевый
Делящийся материал – 235U

+ 239Pu, воспроизводящий – 238U
Уран-ториевый
Делящийся материал – 235U или 233U, воспроизводящий – 232Th
Торий-плутониевый
Торий и оружейный плутоний.
Открытый (разомкнутый),
Закрытый (замкнутый).
Слайд 12

Преимущества и недостатки различных типов ЯТЦ Замкнутый: Преимущества Возврат в энергетику

Преимущества и недостатки различных типов ЯТЦ

Замкнутый:
Преимущества
Возврат в энергетику урана
и плутония.
Уменьшение

объёмов
высокорадиоактивных отходов,
предназначенных для захоронения.
Недостатки
Наличие радиохимического производства.
Вероятность неконтролируемого распространения плутония-239 и других делящихся компонентов.
Слайд 13

Преимущества и недостатки различных типов ЯТЦ Открытый: Преимущества Короче и проще.

Преимущества и недостатки различных типов ЯТЦ

Открытый:
Преимущества
Короче и проще.
Недостатки
Большая стоимость хранилищ

и полигонов для захоронения,
Трудности обеспечения долговременной изоляции ТВС от окружающей среды,
Необходимость постоянной охраны и контроля за состоянием хранимых материалов.
Слайд 14

ЯТЦ в разных странах Франция – заводы UP-2 и UP-3 на

ЯТЦ в разных странах

Франция – заводы UP-2 и UP-3 на мысе Ля

Аг с общей производительностью 1600 тонн в год.
Великобритания – завод «Торп» («Thorp»),1200 тонн в год.
Россия – РТ-1 на ПО «Маяк»,
проектная производительность 400 тонн ОЯТ в год.
Индия – заводы в Тромбее (60 тонн в год), Тарапуре (100 тонн в год), Калпаккаме (100 тонн в год).
Китай – экспериментальный завод (50 тонн в год).
Япония – предприятие в Роккасë-Мура (800 тонн в год); опытный завод в Токай-Мура (90 тонн в год).
Слайд 15

ЯТЦ в разных странах Большинство стран либо хранят ОЯТ, либо передают

ЯТЦ в разных странах

Большинство стран либо хранят ОЯТ, либо передают ОЯТ

на переработку другим странам.
Германия - ОЯТ перерабатывается на мощностях COGEMA (Франция) и BNFL (Великобритания), 50:50.
Швеция ориентирована на открытый цикл.
Слайд 16

Уран в природе Минералы, содержащие уран: карнотит, отенит, уранинит, торбернит, тюямунит

Уран в природе

Минералы, содержащие уран: карнотит, отенит, уранинит, торбернит, тюямунит (UO2

до UO2.67).
Урановые руды: высокое содержание (1–4% U), среднее (0.1–0.5% U) и низкое (менее 0.1% U).
Слайд 17

25 стран мира добывают уран. 8 стран - 85%: Казахстан, Канада,

25 стран мира добывают уран.
8 стран - 85%: Казахстан, Канада, Австралия,

Россия, Нигерия, Намибия, Узбекистан, ЮАР.

Уран в природе

Слайд 18

Добыча урана Цена – 77-86 $/кг U, Производство урана в 2015

Добыча урана

Цена – 77-86 $/кг U,
Производство урана в 2015 г.

около 57 000 т,
В мае 2015 г. началась коммерческая добыча на руднике с самыми богатыми рудами в мире «Сигар-Лейк» (Канада),
В США изучается возможность использования морской воды как нетрадиционного источника урана.
Слайд 19

Способы добычи урана Открытый (карьерный): рудник Актау (Казахстан) Подземный (шахтный). Метод

Способы добычи урана

Открытый (карьерный):
рудник Актау (Казахстан)
Подземный (шахтный).
Метод подземного выщелачивания (закачивание

растворителя «in situ»).
Способ растворения отходов.
Слайд 20

Переработка урановой руды Смешанный оксид урана, U3O8, (жёлтый порошок, жёлтый пирог,

Переработка урановой руды

Смешанный оксид урана, U3O8, (жёлтый порошок, жёлтый пирог, кекс,

жёлтый кек).

1. Концентрирование.
2. Обжиг руды.
2. Выщелачивание концентратов, перевод урана в раствор.

Запасы и коммерческие сделки выражаются в эквивалентных массах U3O8.

3. Избирательное выделение урана из раствора.
Ионный обмен или экстракция

Экстракция трибутилфосфатом.
UO2(NO3)2 кристаллизуют и прокаливают, образуется UO3.

Слайд 21

Получение ядерного топлива 5. Преобразование UF4 в UF6 UF4 + F2

Получение ядерного топлива

5. Преобразование UF4 в UF6
UF4 + F2 UF6
6.

Обогащение по изотопу 235U

4. Получение тетрафторида урана

Слайд 22

Обогащение Коммерческие услуги оказывают: НЯКК (Китай), «АРЕВА» (Франция), «Росатом» (Российская Федерация),

Обогащение

Коммерческие услуги оказывают:
НЯКК (Китай),
«АРЕВА» (Франция),
«Росатом» (Российская Федерация), «ЮСЭК» (США),
«Уренко»

(в Европе и США).
Небольшие установки эксплуатируются в Аргентине, Бразилии, Индии, Иране, Пакистане и Японии.
Слайд 23

Получение ядерного топлива 7. Изготовление твэлов Обжиг диураната аммония и получение

Получение ядерного топлива

7. Изготовление твэлов
Обжиг диураната аммония и получение UO2
Прессование и

спекание в виде небольших керамических таблеток.
Изготовление тепловыделяющих элементов (твэлов), которые объединяют примерно по 200 штук в топливные сборки, готовые для использования на АЭС.

UF6 + 2H2O UO2F2 + 4HF

2UO2F2 + 6NH4OH (NH4)2U2O7 + NH4F + 3H2O

Слайд 24

Слайд 25

Ядерный реактор Устройство, в активной зоне которого осуществляется контролируемая самоподдерживающаяся цепная

Ядерный реактор

Устройство, в активной зоне которого осуществляется контролируемая самоподдерживающаяся цепная реакция

деления ядер некоторых тяжелых элементов под действием нейтронов.
Первый ядерный реактор - декабрь 1942 года в США под руководством Э. Ферми.
В Европе первый ядерный реактор - установка Ф-1
(25 декабря 1946 года в Москве под руководством И.В. Курчатова)
Слайд 26

Типы реакторов

Типы реакторов

Слайд 27

Из общего числа находящихся в эксплуатации реакторов: 81,6% - реакторы с

Из общего числа находящихся в эксплуатации реакторов:
81,6% - реакторы с легководным

замедлителем и теплоносителем,
11,1% – реакторы с тяжеловодным замедлителем и теплоносителем,
3,4% – легководные реакторы с графитовым замедлителем,
3,2% – газоохлаждаемые реакторы.
Две установки - быстрые реакторы с жидкометаллическим теплоносителем.

Типы реакторов

Слайд 28

Реакторы с водой под давлением В России — ВВЭР. В других

Реакторы с водой под давлением
В России — ВВЭР. В других странах

— PWR.
Первая станция — в США в 1957 году (АЭС Шиппингпорт).
Первый советский ВВЭР-210 — в 1964 г. на первом энергоблоке Нововоронежской АЭС.
Двухконтурная схема.
. 
Слайд 29

1 реакция – образование четно-четного ядра, 2 реакция – четно-нечетного ядра.

1 реакция – образование четно-четного ядра,
2 реакция – четно-нечетного ядра.


Энергия для деления 235U и 238U ≈ 6.2 MeV.
Ядра, способные к делению (“thermally fissionable”) – все четно-нечетные ядра, у которых количество выделяемой энергии превышает потенциальный барьер деления.
Наиболее значимые (“big three”) – 233U, 235U и 239Pu.

Ядерная реакция деления

Слайд 30

Нейтроны с энергией до 1 eV – тепловые (медленные) нейтроны. Промежуточные

Нейтроны с энергией до 1 eV – тепловые (медленные) нейтроны.
Промежуточные

нейтроны:
1 - 100 eV, реакция характеризуется большим резонансом.
Нейтроны с энергией 100 eV -1 MeV: отсутствие резонанса.
Нейтроны с энергией более 1 MeV – быстрые нейтроны, деление 238U.

Деление 235U нейтронами любой энергии,
Деление 238U – нейтронами с энергией 1.4 MeV.

Ядерная реакция деления

Слайд 31

Наиболее вероятно – «ассиметричное» деление (Aheavy/Alight = 1.3 – 1.4). Образование

Наиболее вероятно – «ассиметричное» деление (Aheavy/Alight = 1.3 – 1.4).
Образование 2-3

нейтронов.
При делении 235U количество энергии - 195 MeV.
При делении 239Pu - 202 MeV.
1 г 235U: энергия = 1 MW.
При сгорании 1 тонны (106 г) угля - энергия = 0.36 MW.

Ядерная реакция деления

Слайд 32

Продукты деления Группа 1, щелочные металлы - Rb и Cs. Долгоживущий

Продукты деления

Группа 1, щелочные металлы - Rb и Cs. Долгоживущий 137Cs

(T1/2 = 30 лет) – наиболее важный.
Химия степени окисления +1.
Группа 2, щелочноземельные металлы - 140Ba, 90Sr и 91Sr (высокий выход). 90Sr (T1/2 = 28 лет) – наибольшая радиационная опасность в отработавшем топливе, 140Ba (T1/2 = 12,8 дней) – в 10-100-дневный период.
Группа 3 – Y и лантаноиды (La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd). Химически подобны.
Группа 4 – Zr, химия состояния окисления +4. 95Zr (T1/2 = 63 дня) – наиболее важный.
Группа 5 – изотоп 95Nb (T1/2 = 35 дней) – дочерний изотоп 95Zr.
Слайд 33

Группа 6 – изотоп 99Mo (Т1/2 = 67 часов), высокий выход,

Группа 6 – изотоп 99Mo (Т1/2 = 67 часов), высокий выход,

имеет значение в начальный период.
Группа 7 - долгоживущий (2.1*105 лет) 99Tc. Химия иона TcO4 -.
Группы 8, 9, 10 – высокая активность. Ru – несколько степеней окисления.
Группа 11 - Ag (+1).

Продукты деления

Группы 12 и 13 - Zn, Ga, Cd, In – малый выход и низкая активность.
Группы 14 и 15 - Ge, As, Sn, Sb – низкая активность.

Слайд 34

Группа 16 – Te имеет значение в 30-100-дневный период. Наибольший интерес

Группа 16 – Te имеет значение в 30-100-дневный период. Наибольший интерес

- 78-h 132Te (Т1/2 = 78 часов), распадается до короткоживущего 132I (летуч).
Группа 17 - Br и I, короткоживущие, имеют значение в период работы АЭС и в аварийных ситуациях.
Группа 18, инертные газы – изотопы Kr и Xe. Короткоживущие, быстро распадаются, нереакционноспособны.

Продукты деления

Слайд 35

Энергетическая стратегия в Республике Беларусь Реализация проекта по строительству Белорусской атомной

Энергетическая стратегия в Республике Беларусь

Реализация проекта по строительству Белорусской атомной электростанции

является новым импульсом в развитии экономики страны.
М. Михадюк, заместитель министра энергетики

2007 г. – решение о строительстве
Белорусской АЭС с мощностью 2400 МВт и реактором поколения 3 типа ВВЭР-1200 (проект АЭС-2006)

«АЭС-2006» - эволюционный проект, созданный с учетом рекомендаций МАГАТЭ и ЕС, соответствующий «постфукусимским» требованиям безопасности.

Слайд 36

Белорусская АЭС Доля АЭС в производстве электроэнергии – 25% мощности энергосистемы

Белорусская АЭС

Доля АЭС в производстве электроэнергии – 25% мощности энергосистемы Беларуси.
Строительство

АЭС - экономия около 1 млрд. долларов на закупке газа в год.
Слайд 37

Особенности проекта Двойная защитная оболочка реакторного зала. Дополнительные пассивные системы безопасности

Особенности проекта

Двойная защитная оболочка реакторного зала.
Дополнительные пассивные системы безопасности в сочетании

с активными традиционными системами.
«Ловушка» расплава активной зоны, расположенная под корпусом реактора.
Увеличение срока службы энергоблока до 60 лет.
Увеличение срока службы ядерного реактора за счёт ужесточения требований к химическому составу стали.
Слайд 38

Особенности проекта

Особенности проекта

Слайд 39

Сергей Бояркин, директор программ Госкорпорации «Росатом»: «Повторение на Белорусской АЭС Чернобыльской

Сергей Бояркин, директор программ Госкорпорации «Росатом»: «Повторение на Белорусской АЭС Чернобыльской

катастрофы или аварии на японской Фукусиме абсолютно невозможно».
Александр Бычков, советник генерального директора ГК "Росатом», зам. Генерального директора МАГАТЭ (2010-2015 гг.): «Беларусь выгодно отличается от других стран-новичков, развивающих атомную энергетику, является одной из передовых. Инфраструктура для реализации атомного проекта полностью отвечает всем требованиям МАГАТЭ и соответствует лучшим мировым стандартам».
Слайд 40

Слайд 41

Отработанное ядерное топливо Накопление ОЯТ в мире

Отработанное ядерное топливо

Накопление ОЯТ в мире

Слайд 42

Изотопный состав свежего и отработанного топлива

Изотопный состав свежего и отработанного топлива

Слайд 43

Временное хранение ОЯТ Операция, обязательная для всех АЭС. Хранение в бассейне

Временное хранение ОЯТ

Операция, обязательная для всех АЭС.
Хранение в бассейне выдержки на

АЭС в течение 5-10 лет для снижения тепловыделения и распада короткоживущих радионуклидов.
Альтернатива: хранение на поверхности земли в бетонных или стальных контейнерах («сухие контейнеры»).
Слайд 44

Транспортировка ОЯТ Вагон для перевозки ОЯТ по железной дороге Выгрузка из

Транспортировка ОЯТ

Вагон для перевозки ОЯТ
по железной дороге

Выгрузка из железнодорожного вагона

контейнера с ОЯТ на радиохимическом заводе
Слайд 45

Радиохимическая переработка ОЯТ Получение урана и плутония для производства нового топлива;

Радиохимическая переработка ОЯТ

Получение урана и плутония для производства нового топлива;
Получение делящихся

материалов (урана и плутония) для производства ядерных боеприпасов;
Получение разнообразных радиоизотопов, находящих применение в медицине, промышленности и науке;
Получение доходов от других стран, которые либо заинтересованы в первом и втором, либо не хотят хранить у себя большие объемы ОЯТ;
Решение экологических проблем, связанных с захоронением РАО.

Задачи:

Слайд 46

Радиохимическая переработка ОЯТ Подготовка топлива (освобождение его от конструкционных деталей сборок

Радиохимическая переработка ОЯТ

Подготовка топлива (освобождение его от конструкционных деталей сборок и

разрушение защитных оболочек твэлов).
Перевод ЯТ в фазу, из которой будет производиться химическая обработка: в раствор, расплав, газовую фазу.
Выделение и очистка ценных компонентов.
Конечный продукт.

Основные стадии

Слайд 47

Пурекс-процесс (PUREX) Преимущества трибутилфосфата: Малая растворимость в воде, Отличная от воды

Пурекс-процесс (PUREX)
Преимущества трибутилфосфата:
Малая растворимость в воде,
Отличная от воды плотность,
Высокая

точка кипения,
Устойчивость к радиации и химическим реагентам,
Легкая регенерируемость.
Недостатки трибутилфосфата:
Дорог,
Образование дибутилфосфорной, монобутилфосфорной кислоты и фосфорной кислот.

Радиохимическая переработка ОЯТ

Слайд 48

Радиохимическая переработка ОЯТ Очистка и выделение урана, плутония и нептуния Схема пурекс-процесса

Радиохимическая переработка ОЯТ

Очистка и выделение урана, плутония и нептуния

Схема пурекс-процесса

Слайд 49

РАО Согласно «Закону об использовании атомной энергии» РФ (от 21 ноября

РАО

Согласно «Закону об использовании атомной энергии» РФ (от 21 ноября 1995

года № 170-ФЗ) радиоактивные отходы – это ядерные материалы и радиоактивные вещества, дальнейшее использование которых не предусматривается.
Слайд 50

Классификация РАО (согласно МАГАТЭ) Отходы, освобожденные от контроля (радиологическая опасность отходов

Классификация РАО (согласно МАГАТЭ)

Отходы, освобожденные от контроля (радиологическая опасность отходов незначительна). Уровни освобождения

рассчитываются из условия, что при всех сценариях облучения индивидуальная доза не должна превышать 10 мкЗв в год.
Низко- и среднеактивные отходы (необходимы меры для защиты персонала и населения).
Высокоактивные отходы
(в течение значительного периода времени необходима их надежная изоляция от биосферы).
Слайд 51

РАО Низкоактивные отходы: больницы, лаборатории, предприятия ядерного топливного цикла (бумага, ветошь,

РАО

Низкоактивные отходы: больницы, лаборатории, предприятия ядерного топливного цикла (бумага, ветошь, инструменты,

одежда, фильтры и т.д.), 90% объема и 1% активности всех РАО.
Среднеактивные отходы: отработанные ионообменные смолы, химические реагенты, загрязненные расходные материалы, 7% объема и 4% активности всех РАО.
Высокоактивные отходы: 3% объема и 95% активности всех РАО.
Слайд 52

Схема обращения с РАО, предлагаемая МАГАТЭ

Схема обращения с РАО, предлагаемая МАГАТЭ

Слайд 53

Захоронение РАО “Приповерхностное захоронение” - захоронение в технических сооружениях на грунте,

Захоронение РАО

“Приповерхностное захоронение” - захоронение в технических сооружениях на грунте, в

траншеях глубиной несколько метров, в технических бетонных хранилищах типа “шахта”, в пустотах горных пород на глубине нескольких десятков метров.
“Захоронение в геологических формациях” - захоронение на глубинах в несколько сотен метров.
Слайд 54

Глубинное захоронение Общепризнано (в том числе и МАГАТЭ), Изоляцию РАО от

Глубинное захоронение

Общепризнано (в том числе и МАГАТЭ),
Изоляцию РАО от окружающей

среды можно обеспечить путем захоронения в геологических формациях трех типов:
– магматические и метаморфические породы;
– глины;
– каменные соли.
- Предыдущая
Тест. Шинные интерфейсы. Устройства, подключенные к шине
Следующая -
Можно ли увидеть невидимое. История создания микроскопа

Похожие презентации

Определение продолжительности нагрева термически массивных тел. Аналитические методы определения времени нагрева
Волновые свойства
Своя игра 2
Электропроводность полупроводников и её виды
Магнитное поле. Лекция № 18
Электролиз
Жуковский Николай Егорович Жуковский Николай Егорович (1847-1921),русский ученый в области механики, основоположник современной
9 класс Каневская О.Ю. 83 школа г.Санкт-Петербург
Лекция 1. Кинематика
Кинематика. Механика
Задачи с космической тематикой
Теплотехника. Термодинамика
Исторический компонент образования на уроках физики в школе ГБОУП ПК им. Н.Н. Годовикова
Электростатика. Подготовка к ЕГЭ
Физико-химические свойства. Низшая теплота сгорания топлива
Нанофотоника
Электрический ток в газах
Квантовая теория. Свойства операторов и принцип неопределенности Гейзенберга
Метод дипольного электрического зондирования
Дослідження процесів комбінованого видавлювання складнопрофільованих деталей з радіальною течією металу
Лекция № 4. Динамика вращательного движения
Магнитный момент электронной оболочки атома
Определение гамма-излучения в Челябинском городском бору
Проводниковые, полупроводниковые, диэлектрические и магнитные материалы
Волновые процессы
Расчёт сопротивления проводника. Удельное сопротивление
Специальная теория относительности
Относительность механического движения и покоя (III). Тест 6
Вы можете прислать нам Вашу презентацию и мы опубликуем ее на сайте.
Обратная связь
Для правообладателей
Email: Нажмите что бы посмотреть