Када људи помисле на нуклеарне електране, њихове прве мисли се често окрећу масивним структурама као што су заштитне посуде, реакторске посуде под притиском и генератори паре. Међутим, истински критичне компоненте су заправо оне скромне „мале шипке“ које се налазе дубоко унутар језгра реактора.
Ови предмети су познати као штапови за нуклеарно гориво. Сваки штап мери само око три до четири метра дужине-приближно дебљине људског прста. Ипак, један од ових неупадљивих штапова генерише довољно енергије да напаја просечно домаћинство деценијама.
Руска нуклеарна електрана Ростов почиње тестирање напредних горивних склопова
Нуклеарно гориво се не може користити директно из земље
Многи људи претпостављају да је нуклеарно гориво исто као угаљ-нешто што се може ископати из земље и одмах спалити. Ово апсолутно није случај.
Природна руда уранијума првенствено садржи два изотопа: уранијум-238 и уранијум-235. Изотоп који може да подвргне нуклеарној фисији је Уранијум-235; међутим, он чини мање од 1% природног уранијума. Остатак се у потпуности састоји од уранијума-238, који се не може директно користити као гориво.
То је као да желите да једете семенке сунцокрета: можда имате целу врећу семенки, али само неколико њих садржи јестиво зрно, док је остало само љуска.
Сходно томе, када се руда уранијума једном извуче из рудника, она мора да прође кроз сложену серију процеса: дробљење, млевење, испирање, екстракцију, таложење, обогаћивање и још много тога-од којих ниједан није једноставан задатак. Фаза обогаћивања, посебно, захтева коришћење-центрифуга велике брзине за одвајање уранијума-235 од уранијума-238-две супстанце које су физички скоро идентичне. Ово је софистицирана технологија коју је само неколико нација широм света у потпуности савладало.
Кинеска индустрија уранијума постигла снажан почетак кључних иницијатива
Гориво за реакторе са водом под притиском подсећа на "енергетске оловке"
Тренутно, велика већина нуклеарних електрана широм света користи реакторе са водом под притиском (ПВР). Примарно нуклеарно гориво које се користи у овим реакторима је уранијум диоксид.
Уранијум диоксид је керамички материјал. Пресује се у мале цилиндричне пелете-свака величине једне лековите пилуле, пречника око једног центиметра и висине нешто веће од једног центиметра. Ови мали цилиндри су познати као "пелети" за нуклеарно гориво.
Метода и процес за припрему уранијум диоксида
Ове пелете се затим стављају у витку, издужену металну цев. Ова цев није направљена од обичног метала, већ од легуре цирконијума. Легура цирконијума поседује посебно изванредно својство: апсорбује врло мало неутрона. Од суштинског је значаја да неутрони пролазе кроз материјал цеви са минималном апсорпцијом како би могли да ударе у атоме уранијума-235, чиме се одржава реакција нуклеарне фисије. Ако би се уместо тога користио други материјал-који има јак капацитет за апсорпцију неутрона, реактор не би могао да функционише.
Зидови ових цеви од легуре цирконијума су заправо само неколико десетина милиметра-тањи од стандардне банковне картице. Ипак, они морају да издрже екстремне услове унутар реактора: температуре које прелазе 300 степени, притиске преко 100 атмосфера и немилосрдно, дуготрајно{4}}бомбардовање неутрона. Производни процес захтева тако изузетну прецизност да се у Кини број предузећа која су у стању да га изврше може пребројати на једну руку.
Један горивни штап се састоји од стотина горивих пелета наслаганих једна на другу.
Процес пуњења личи на навлачење кандираног воћа на ражањ.
Прво, пелете уранијум диоксида се убацују једна по једна у цеви од легуре цирконијума; једна цев може да прими приближно 300 пелета. Пелете се не могу стављати у директан контакт једна са другом; између њих мора бити остављен мали размак, пошто ће се куглице проширити током нуклеарне реакције. Крајеви цеви се затим херметички затварају крајњим чеповима заваривањем, а унутрашњост се пуни гасом хелијума. Хелијум поседује одличну топлотну проводљивост, олакшавајући пренос топлоте коју стварају пелете из унутрашњости цеви у спољашњу средину.
На овај начин се завршава један горив штап.
Међутим, нуклеарни реактор не захтева само једну или две горивне шипке-нити чак једну или две стотине. Узимајући типичан домаћи реактор са водом под притиском (ПВР) класе милион-киловата- као пример, језгро реактора мора да садржи између 40.000 и 50.000 горивих шипки.
Логистички је немогуће убацити 40.000 до 50.000 шипки појединачно; такав метод би одузео превише времена-и онемогућио би одговарајућу структурну фиксацију. Сходно томе, у инжењерској пракси, ове шипке се склапају у "склопове за гориво".
Склоп за гориво обично има следећи облик: сноп од преко 200 горивих шипки је повезан заједно-укључујући горње и доње крајње плоче, као и одстојне решетке-да би се формирао уредан, праволинијски сноп. Одстојне решетке су посебно критичне компоненте; они чврсто учвршћују 200-плус штапове на њиховим прецизним, одређеним положајима, док одржавају мале размаке између шипки како би осигурали несметан проток воде за хлађење.
Једно језгро реактора обично прима више од 150 таквих горивних склопова.
Истраживање и симулациона анализа хабања у горивим склоповима
Прецизност производње једнака стандардима за ваздухопловство
Многи људи претпостављају да производња нуклеарног горива не укључује ништа више од једноставне машинске обраде и склапања; у стварности, међутим, захтеви за прецизношћу су запањујуће високи.
Размотрите, на пример, одстојне решетке: оне имају хиљаде опруга и избочина, од којих се толеранција димензија сваке мора контролисати до величине дебљине људске косе. Да је била само мало помакнута, силе подршке на горивим шипкама би биле неравномерне; током-дуготрајног рада, то је могло довести до деформација и вибрација.
Затим постоји питање контроле густине пелета горива. Пелете уранијум диоксида морају бити пресоване до довољне густине-али не *превише* густе. Ако је густина прениска, ефикасност нуклеарне реакције пати; ако је превисок, нема довољно простора за ширење под зрачењем, што може довести до пуцања облоге. Овај "баш прави" опсег је изузетно узак и захтева високо зреле производне процесе да би се обезбедила стабилна производња.
**Највећа производна линија у нашој земљи за гориве склопове реактора са водом под притиском: Где тече страст ере**
Из перспективе напредне производње, производња нуклеарног горива је, у суштини, врхунска{0}}интеграција више дисциплина. Металургија праха, прецизна машинска обрада, специјализовано заваривање,-тестирање без разарања-свака појединачна фаза представља врхунац технолошке изврсности.
**Где иде истрошено гориво?**
Нуклеарно гориво обично остаје у реактору три до пет циклуса, при чему сваки циклус траје отприлике осамнаест месеци. Током овог периода, уранијум-235 се постепено троши, док се нови нуклиди – као што је плутонијум-239 – истовремено стварају. Једном када се енергетски потенцијал у великој мери исцрпи, ово гориво постаје оно што је познато као "истрошено гориво".
Истрошено гориво није отпад. Још увек садржи неизгорели уранијум-235, као и новогенерисани плутонијум-239 – оба су вредни нуклеарни ресурси. На међународном нивоу, неке нације се баве поновном обрадом да би се ови материјали опоравили и поново употребили. Наша земља такође примењује приступ „затвореног циклуса“: издвајање корисних компоненти из истрошеног горива за производњу нових горивних склопова.
**Касне за транспорт истрошеног горива домаће производње спремне да разбију страни монопол: прототип пролази тестирање и спреман је за масовну производњу**
**Питање вредно размишљања**
Док ово пишем, пада ми на памет: глобална потражња за новим нуклеарним горивом износи десетине хиљада тона годишње; ипак, када је реч о основним компонентама-као што су-цеви од легуре цирконијума високе прецизности и-одстојне решетке високих перформанси-само неколико нација има могућност да их производи.
Током протеклих неколико година, наше домаће могућности су брзо напредовале; прешли смо са потпуног ослањања на увоз на могућност да сами производимо већину ових компоненти. Ипак, за одређене специфичне врсте легура цирконијума-као и одређене врсте опреме за инспекцију-и даље имамо потребу да их набављамо из иностранства.
Увек сам веровао да је, у домену производње нуклеарног горива, крајња одредница успеха темељна основа нације у основним индустријама. Без супериорних техника металургије праха, квалитет пелета за гориво не може бити повишен; без-могућности обраде високе прецизности, мреже за позиционирање не могу да испуне потребне стандарде; а без ригорозног система управљања квалитетом, компоненте се не могу чак ни одобрити за уградњу у нуклеарни реактор.
На крају крајева, суштинска конкурентност напредне производње не лежи само у способности производње одређене компоненте, већ пре у способности да се у потпуности интегрише цео индустријски ланац и обезбеди његов стабилан, поуздан рад.
