Бог проявил щедрость,
когда подарил миру такого человека...

Светлане Плачковой посвящается

Издание посвящается жене, другу и соратнику, автору идеи, инициатору и организатору написания этих книг Светлане Григорьевне Плачковой, что явилось её последним вкладом в свою любимую отрасль – энергетику.

Енциклопедія

Розділ 5. Паливні цикли атомної енергетики

Сировиною для виготовлення ядерного палива атомної енергетики є природний уран з мінералів різних рудних родовищ. Сукупність етапів складної технології виготовлення ядерного палива від видобування уранової руди, виготовлення паливних елементів і використання їх в ядерних реакторах ділення до зберігання і поховання відпрацьованого ядерного палива (ВЯП) або його переробки і повернення продуктів переробки в паливозабезпечуючу систему для повторного використання має назву паливного циклу атомної енергетики. Ефективність використання природних уранових ресурсів різними реакторними установками визначається економікою ядерного паливного циклу. Паливні цикли атомної енергетики класифікуються за типом використовуваного в реакторах ядерного палива: урановий (уран-плутонієвий); плутонієвий; торій-урановий.

Уранові паливні цикли базуються на природному й збагаченому урані.

Паливний цикл атомної енергетики може бути замкненим й незамкненим. У замкненому паливному циклі ядерне паливо після використання в реакторі відправляється на переробку з подальшим повним або частковим поверненням продуктів переробки – урану і плутонію – до паливного циклу атомної енергетики. У незамкненому паливному циклі відпрацьоване в реакторі ядерне паливо після витримки (3 років) прямує на тривале зберігання або остаточне поховання.

Паливний цикл на природному урані складається з наступних ланок: видобування уранової руди, отримання уранових концентратів, виготовлення палива, виробництво тепловиділяючих елементів (твелів), опромінювання твелів в ядерному реакторі, переробка відпрацьованого палива (відділення невигорілого урану-235, урану-238 й плутонію від продуктів реакції ділення). Паливний цикл атомних електростанцій (АЕС) на природному урані – незамкнений. Напрацьований плутоній з такого відпрацьованого уранового палива не використовується, він накопичується для подальшого його використання в реакторах на швидких нейтронах; регенерат урану, що містить невелику кількість урану-235 (2–5 кг/т), непридатний як основне паливо. Це найпростіший паливний цикл, у ньому відсутнє збагачення природного урану ураном-235, регенерація виокремленого з відпрацьованого ядерного палива урану не впливає на роботу атомних електростанцій і може розглядатися як самостійне виробництво. Для АЕС, що працюють по такому паливному циклі, характерні невеликі первинні витрати на ядерне паливо. Ці витрати можуть окупатися накопиченим плутонієм, оскільки його вміст у відпрацьованому ядерному паливі може досягати ~3 кг Pu/т ВЯП. На такому паливі з природного урану працюють важководяні (уповільнювач – важка вода D2О) й уранграфітові реактори з газовим теплоносієм. Паливом таких реакторів є металічний природний уран, енергонапруженість ядерного палива і його вигоряння – низькі. Тому АЕС, що працюють на природному урані, мають великі капіталовкладення на кіловат встановленої потужності й вимагають високої продуктивності підприємств зовнішнього паливного циклу, вартість яких висока. Важководяні реактори відрізняються низькою річною витратою урану і низькими первинними фінансовими вкладеннями в паливний цикл (таблиця 5.1).

Таблиця 5.1. Споживання урану реакторами різних типів потужністю Nел=1000 МВт при ϕ=0,8

 

Показник

Тип реактора на теплових нейтронах

Розмно-

жувач на швидких нейтронах

Легко-

водяний

Важко-

водяний

Вдоскона-

лений газографі- товий

Високотем-

пературний газографі- товий

Початкове завантаження

природного урану, т

 

450–558

 

131

 

544

 

153

 

640

Витрата природного урану,

т/рік

 

125–140

 

89

 

136

 

127

 

155

Виробництво плутонію,

кг/рік

 

215

 

320

 

170

 

112

 

600

Повна витрата природного

урану за 30 років, т

 

4178

 

2711

 

4480

 

3850

 

700

АЕС Бушер, ІранАЕС Бушер, Іран

З цього виходить, що при зростанні ціни на природний уран (наприклад при високих темпах розвитку атомної енергетики) паливний цикл на природному урані з важководяними реакторами може виявитися перспективним.