Վառելիքի երեսպատման նյութեր. Վառելիքի ձող - ֆիզիկական հանրագիտարան Ռեակտորի շահագործման սկիզբ

Ոչ վաղ անցյալում իմ բլոգում ես արդեն պատմեցի, թե ինչպես և որտեղ է արտադրվում աշխարհի ամենաթանկ մետաղը՝ California-252-ը: Բայց այս գերթանկարժեք նյութի արտադրությունը Դիմիտրովգրադի ատոմային ռեակտորների գիտահետազոտական ինստիտուտի (NIIAR) միակ գործունեությունը չէ։ 70-ականներից գիտահետազոտական կենտրոնում գործում է վառելիքի տեխնոլոգիաների բաժին, որտեղ մշակում են էկոլոգիապես մաքուր մեթոդներ՝ հատիկավոր ուրանի օքսիդի արտադրության և արդեն ճառագայթված միջուկային վառելիքի մշակման համար (այդ թվում՝ զենքի դասի պլուտոնիում):

Բացի այդ, այնտեղ արտադրվում են նաև վառելիքի հավաքույթներ (FA)՝ սարքեր, որոնք նախատեսված են վերահսկվող միջուկային ռեակցիայի միջոցով ռեակտորում ջերմային էներգիա ստեղծելու համար: Ըստ էության, դրանք ռեակտորի համար նախատեսված մարտկոցներ են: Ես ուզում եմ խոսել այն մասին, թե ինչպես և ինչից են դրանք պատրաստվում այս հոդվածում: Մենք կնայենք «տաք» խցիկի ներսը՝ ճառագայթման բարձր մակարդակով, կտեսնենք, թե ինչ տեսք ունի միջուկային վառելիքի ուրանի օքսիդը և կպարզենք, թե որքան կարող է արժենալ արտասովոր պատուհանում կրկնակի ապակեպատ պատուհանը:

Ես չեմ մանրամասնի միջուկային ռեակտորի կառուցվածքը և գործառնական սկզբունքը, բայց ավելի հեշտ հասկանալու համար պատկերացրեք կենցաղային ջրատաքացուցիչը, որի մեջ հոսում է սառը ջուր և դուրս է հոսում տաք ջուր, և այն տաքացվում է էլեկտրական կծիկով ( TEN): Միջուկային ռեակտորում էլեկտրական պարույր չկա, բայց կան վառելիքի հավաքներ՝ երկար վեցանկյուններ, որոնք բաղկացած են բազմաթիվ բարակ մետաղական խողովակներից՝ վառելիքի տարրեր (վառելիքի տարրեր), որոնք պարունակում են սեղմված ուրանի օքսիդի հաբեր։

(լուսանկարի աղբյուր՝ sdelanounas.ru)

Ուրանի միջուկների մշտական տրոհման պատճառով մեծ քանակությամբ ջերմություն է արտազատվում, որը տաքացնում է ջուրը կամ այլ հովացուցիչ նյութը մինչև բարձր ջերմաստիճան։ Եվ հետո ըստ սխեմայի.

(աղբյուրը՝ lab-37.com)

Որպես կանոն, վառելիքի հավաքակազմը 2,5-3,5 մ երկարությամբ վառելիքի տարրերի վեցանկյուն փաթեթ է, որը մոտավորապես համապատասխանում է ռեակտորի միջուկի բարձրությանը: FA-ները պատրաստված են չժանգոտվող պողպատից կամ ցիրկոնիումի համաձուլվածքից (նեյտրոնների կլանումը նվազեցնելու համար): Վառելիքի տարրերը (բարակ խողովակները) հավաքվում են վառելիքի հավաքների մեջ՝ ռեակտորում միջուկային վառելիքի հաշվառումն ու տեղաշարժը հեշտացնելու համար: Վառելիքի մեկ հավաքածուն սովորաբար պարունակում է 18-350 վառելիքի տարրեր: Ռեակտորի միջուկը սովորաբար պարունակում է վառելիքի 200-1600 միավոր (կախված ռեակտորի տեսակից):

Ահա թե ինչ տեսք ունի ռեակտորի (կաթսայի) կափարիչը, որի տակ վառելիքի հավաքները գտնվում են ուղղահայաց դիրքով։ Մեկ քառակուսի - մեկ ժողով: Մեկ հավաքույթ - մոտավորապես 36 խողովակ (RBMK ռեակտորի համար, որը ցույց է տրված ստորև նկարում; այլ ռեակտորների համար կան ավելի շատ խողովակներ, բայց ավելի քիչ հավաքներ):

(լուսանկարի աղբյուրը՝ visualrian.ru)

Եվ այսպես է դասավորված վառելիքի գավազանի խողովակը, որը կազմում է վառելիքի հավաքները.

RBMK ռեակտորի վառելիքի տարրի կառուցվածքը `1 - խցան; 2 - ուրանի երկօքսիդի հաբեր; 3 - ցիրկոնիումի կեղև; 4 - գարուն; 5 - bushing; 6 - հուշում.

Վառելիքի տարրեր (խողովակներ) և վառելիքի հավաքման մարմին.

Եվ ամեն ինչ լավ կլիներ, եթե ուրանի օքսիդի կախարդական հաբերը միջուկային ռեակցիայի ժամանակ չքայքայվեին այլ տարրերի։ Երբ դա տեղի է ունենում, ռեակտորի ռեակտիվությունը թուլանում է, և շղթայական ռեակցիան ինքնաբերաբար դադարում է: Այն կարող է վերսկսվել միայն միջուկում ուրանը (վառելիքի տարրեր) փոխարինելուց հետո։ Այն ամենը, ինչ կուտակվել է խողովակներում, պետք է բեռնաթափվի ռեակտորից և թաղվի։ Կամ վերաօգտագործման համար, որն ավելի գրավիչ է, քանի որ միջուկային արդյունաբերությունում բոլորը ձգտում են առանց թափոնների արտադրության և վերականգնման
walkie-talkies. Ինչու՞ գումար ծախսել միջուկային թափոնների պահպանման վրա, եթե կարող ես, ընդհակառակը, ստիպել նրանց այդ գումարը վաստակել:

Հենց RIAR-ի այս բաժնում են աշխատում օգտագործված միջուկային վառելիքի վերածնման տեխնոլոգիաների վրա՝ ռադիոակտիվ գոմաղբը բաժանելով օգտակար տարրերի և այն, ինչը երբեք ոչ մի տեղ օգտակար չի լինի:

Այդ նպատակով առավել հաճախ օգտագործվում են քիմիական տարանջատման մեթոդները։ Ամենապարզ տարբերակը լուծույթի վերամշակումն է, բայց այս մեթոդը արտադրում է հեղուկ ռադիոակտիվ թափոնների ամենամեծ քանակությունը, ուստի այս տեխնոլոգիան տարածված էր միայն միջուկային դարաշրջանի հենց սկզբում: Ներկայումս RIAR-ը կատարելագործում է այսպես կոչված «չոր» մեթոդները, որոնք արտադրում են շատ ավելի քիչ պինդ թափոններ, որոնք շատ ավելի հեշտ է հեռացվել՝ վերածելով այն ապակե զանգվածի։

Օգտագործված միջուկային վառելիքի վերամշակման բոլոր ժամանակակից տեխնոլոգիական սխեմաները հիմնված են արդյունահանման գործընթացների վրա, որոնք կոչվում են Purex գործընթաց (անգլերեն Pu U Recovery EXtraction-ից), որը բաղկացած է ուրանի խառնուրդից պլուտոնիումի ռեդուկցիոն վերարտահանումից իր տրոհման արտադրանքներով: Վերամշակման ընթացքում մեկուսացված պլուտոնիումը կարող է օգտագործվել որպես վառելիք ուրանի օքսիդի հետ խառնուրդում: Այս վառելիքը կոչվում է MOX (Mixed-Oxide վառելիք, MOX): Այն ձեռք է բերվում նաև RIAR-ում, վառելիքի տեխնոլոգիաների բաժնում: Սա խոստումնալից վառելիք է։

Բոլոր հետազոտական և արտադրական գործընթացները օպերատորների կողմից իրականացվում են հեռակա կարգով, փակ խցիկներում և պաշտպանիչ տուփերում:

Դա նման բան է թվում.

Նման էլեկտրամեխանիկական մանիպուլյատորների օգնությամբ օպերատորները վերահսկում են հատուկ սարքավորումները «տաք» խցերում։ Օպերատորը բարձր ռադիոակտիվությունից պաշտպանված է միայն մետր հաստությամբ կապարի ապակիով՝ բաղկացած 9-10 առանձին թիթեղներից՝ 10 սմ հաստությամբ։

Ընդամենը մեկ բաժակի արժեքը համեմատելի է Ուլյանովսկում բնակարանի արժեքի հետ, իսկ ամբողջ պալատը գնահատվում է գրեթե 100 միլիոն ռուբլի: Ճառագայթման ազդեցության տակ ապակին աստիճանաբար կորցնում է իր թափանցիկությունը և փոխարինման կարիք ունի։ Տեսնու՞մ եք լուսանկարում մանիպուլյատորի «ձեռքը»։

Որպեսզի սովորեք, թե ինչպես վարպետորեն կառավարել մանիպուլյատորին, ձեզ հարկավոր է տարիների վերապատրաստում և փորձ: Բայց նրանց օգնությամբ երբեմն անհրաժեշտ է կատարել այնպիսի գործողություններ, ինչպիսիք են խցիկի ներսում փոքր ընկույզները հանելը և սեղմելը:

«Տաք» խցերի սրահի սեղանին կարելի է տեսնել ապակե պարկուճներում միջուկային վառելիքի նմուշներ։ Լաբորատորիայի շատ հյուրեր անընդհատ կողքից նայում են այս ճամպրուկին և վախենում են մոտենալ: Բայց սա պարզապես կեղծիք է, թեև շատ իրատեսական: Ահա թե ինչ տեսք ունի ուրանի երկօքսիդը, որից պատրաստվում են վառելիքի ձողերի համար նախատեսված վառելիքի կախարդական գնդիկները՝ փայլուն սև փոշի։

Ուրանի երկօքսիդը չունի փուլային անցումներ և ավելի քիչ ենթակա է այն անցանկալի ֆիզիկական գործընթացներին, որոնք տեղի են ունենում ուրանի մետաղի հետ միջուկի բարձր ջերմաստիճաններում: Ուրանի երկօքսիդը չի փոխազդում ցիրկոնիումի, նիոբիումի, չժանգոտվող պողպատի և այլ նյութերի հետ, որոնցից պատրաստվում են վառելիքի հավաքույթները և վառելիքի ձողերի խողովակները: Այս հատկությունները հնարավորություն են տալիս այն օգտագործել միջուկային ռեակտորներում՝ ստանալով բարձր ջերմաստիճան և, հետևաբար, ռեակտորի բարձր արդյունավետություն։

Մանիպուլյատորի կառավարման վահանակը մի փոքր այլ փոփոխություն է: Այս խցում ապակի չկա, ուստի հսկողությունն իրականացվում է ներսում տեղադրված տեսախցիկների միջոցով։

Ինչ է սա?! Տղամարդը տաք խցում?! Բայց...

Ոչինչ, «մաքուր» տեսախցիկ է։ Սպասարկման ընթացքում դրա մեջ ճառագայթման մակարդակը չի գերազանցում թույլատրելի արժեքները, այնպես որ դուք կարող եք աշխատել դրա մեջ նույնիսկ առանց ռադիոպաշտպանության հատուկ սարքավորումների: Ըստ երևույթին, հենց այս խցիկում է, որ վառելիքի հավաքույթների վերջնական հավաքումն իրականացվում է վառելիքի ձողերից, որոնք արդեն լիցքավորված են ուրանի կարկուտներով:

Հաշվի առնելով բաց միջուկային վառելիքի այս ոչ այնքան հարմարավետ մոտությունը, լաբորատորիայում ճառագայթման մակարդակը չի գերազանցում բնական արժեքները: Այս ամենը ձեռք է բերվում ճառագայթային անվտանգության խիստ տեխնիկայի միջոցով։ Մարդիկ տասնամյակներ շարունակ աշխատում են որպես օպերատորներ՝ առանց իրենց առողջությանը վնաս պատճառելու։

Չնայած ատոմային էներգիան այսօր լիովին անվտանգ չէ, ամբողջ աշխարհում ավելի շատ ռեակտորներ և էլեկտրակայաններ են կառուցվում, քան փակվում: Այսպիսով, Ամերիկայի Միացյալ Նահանգներում գործող ռեակտորների թիվը նոր է գերազանցել հարյուրը, Ֆրանսիայում (մոլորակի վրա խաղաղ ատոմների թվով երկրորդը)՝ մոտ 60-ը, և նրանք ապահովում են երկրում արտադրվող էլեկտրաէներգիայի մոտ 80%-ը։

Միջուկային ռեակտորի վառելիքը վառելիքի ձողերն են: Սա մի տարր է, որում ուղղակիորեն տեղի է ունենում վերահսկվող շղթայական ռեակցիա: Ինչպե՞ս է աշխատում միջուկային կաթսայի «վառելափայտը», ինչպես են դրանք պատրաստվում, և ի՞նչ է պատահում էլեկտրակայանի սրտում գտնվող վառելիքին:

Ինչ է միջուկային շղթայական ռեակցիան

Հայտնի է, որ ատոմների միջուկները բաղկացած են պրոտոններից և նեյտրոններից։ Օրինակ՝ ուրանի ատոմի միջուկը պարունակում է 92 պրոտոն և 143 կամ 146 նեյտրոն։ Ուրանի միջուկում դրական լիցքավորված պրոտոնների միջև վանող ուժը պարզապես հսկայական է՝ մոտ 100 կգ/մ մեկ (!) ատոմում: Այնուամենայնիվ, ներմիջուկային ուժերը թույլ չեն տալիս միջուկը թռչել միմյանցից: Երբ ազատ նեյտրոնը հարվածում է ուրանի միջուկին (միայն չեզոք մասնիկը կարող է մոտենալ միջուկին), վերջինս դեֆորմացվում է և ցրվում է երկու կեսի գումարած երկու կամ երեք ազատ նեյտրոնների։

Այս շատ ազատ նեյտրոնները հարձակվում են այլ ատոմների միջուկների վրա և այլն: Այսպիսով, բախումների թիվը էքսպոնենցիալ աճում է և մեկ վայրկյանում ռադիոակտիվ մետաղի ամբողջ զանգվածը քայքայվում է: Այս տարրալուծումը ուղեկցվում է բեկորների ցրումով գրեթե լույսի արագությամբ բոլոր ուղղություններով, դրանց բախումները շրջակա միջավայրի մոլեկուլների հետ առաջացնում են մինչև մի քանի միլիոն աստիճան տաքացում: Սա սովորական միջուկային պայթյունի պատկեր է։ TVEL-ն այս երեւույթն ուղղորդում է խաղաղ ուղղությամբ։ Ինչպե՞ս է դա տեղի ունենում:

Վերահսկվող միջուկային ռեակցիա

Որպեսզի միջուկային ռեակցիան կարողանա պահպանել ինքն իրեն և դառնալ շղթայական, անհրաժեշտ է ռադիոակտիվ վառելիքի բավարար քանակություն (այսպես կոչված «կրիտիկական զանգված»): Միջուկային զենքում այս հարցը լուծվում է պարզապես. զենքի համար նախատեսված մետաղի երկու ձուլակտոր (ուրանի 235, պլուտոնիում 239 և այլն), որոնց զանգվածը կրիտիկականից մի փոքր պակաս է, միավորվում են մեկ ամբողջության մեջ՝ օգտագործելով սովորական տրոտիլի պայթյունը:

Այս մեթոդը հարմար չէ ատոմի խաղաղ օգտագործման համար։ Նկարը սխեմատիկորեն ցույց է տալիս պարզ միջուկային ռեակտորի կառուցվածքը: Վառելիքի յուրաքանչյուր տարր (վառելիքի տարր՝ ուրանի վառելիք) զանգվածով կրիտիկականից պակաս է, սակայն դրանց ընդհանուր քաշը գերազանցում է այս նշագիծը։ Լինելով միմյանց մոտ՝ վառելիքի ձողերը «փոխանակում» են ազատ նեյտրոններով։ Այս փոխադարձ նեյտրոնային ռմբակոծության շնորհիվ ռեակտորում պահպանվում է միջուկային շղթայական ռեակցիա։ Գրաֆիտի ձողերը միջուկային գործընթացի մի տեսակ «արգելակների» դեր են խաղում։ Գրաֆիտը լավ նեյտրոնային կլանիչ է, ռեակցիան թուլանում է, երբ այս նյութի ձողերը տեղադրվում են վառելիքի ձողերի միջև: Սա լիովին դադարեցնում է ազատ նեյտրոնների փոխանակումը։

Այսպիսով, ռեակցիան գտնվում է մշտական ավտոմատ հսկողության ներքո: Քայքայումն ուղեկցվում է հովացուցիչ միջավայրում ուրանի միջուկների բեկորների տեղաշարժով, որոնք այն տաքացնում են մինչև անհրաժեշտ ջերմաստիճանը:

Ինչպե՞ս է արտադրվում էլեկտրաէներգիան:

Ատոմակայանի հետագա նախագծումը շատ չի տարբերվում գազով, մազութով կամ ածուխով աշխատող սովորական ջերմայինից: Տարբերությունն այն է, որ ՋԷԿ-ում ջերմությունը ստացվում է հանածո ածխաջրածինների այրման միջոցով, մինչդեռ ատոմակայանում հովացուցիչ նյութը ջեռուցվում է միջուկային ռեակտորների վառելիքի ձողերով։

500-800 °C ջերմաստիճանի հասցված հովացուցիչ նյութը (դա կարող է լինել գերտաքացած ջուր, հալած աղեր և նույնիսկ հեղուկ մետաղներ) ջուրը տաքացնում է հատուկ ջերմափոխանակիչում՝ վերածելով չոր գոլորշու։ Գոլորշը պտտում է մի տուրբին, որը տեղադրված է նույն լիսեռի վրա, ինչ գեներատորը, որը առաջացնում է էլեկտրական հոսանք:

Ինչ են նրանք?

Առաջին միջուկային ռեակտորները միատարր սարքեր էին։ Դրանք միջուկային վառելիք պարունակող կաթսաներ էին (սովորաբար հեղուկ, ավելի քիչ՝ գազային)։ Սա ուրանի աղերի կամ թույլ հարստացված ուրանի հալոց է, երբեմն ուրանի փոշու կասեցում և այլն: Գործընթացը կարգավորվում էր միջուկի մեջ մոդերատորի ներմուծմամբ՝ պատրաստված նյութից պատրաստված թիթեղների կամ ձողերի տեսքով, որը լավ դանդաղեցնում է ազատ նեյտրոնները: Ջերմությունը փոխանցվում էր ջրին ջերմափոխանակիչների միջոցով, որոնք գտնվում էին ուղղակիորեն միջուկում, ինչպես ածուխի վառարանում գտնվող վանդակաճաղերը:

Մեր գծագրում ներկայացված է տարասեռ միջուկային ռեակտոր, որի բացարձակ մեծամասնությունն այժմ կա աշխարհում։ Նման «միջուկային կաթսաները» ավելի հեշտ են պահպանել, փոխել վառելիքը դրանցում, վերանորոգել դրանք, դրանք ավելի ապահով և հուսալի են, քան հին միատարրերը։

Ուրանի վառելիքի ձողերի օգտագործման մեկ այլ բոնուս է դրանցում ուրանի միջուկների նեյտրոնային ճառագայթման արդյունքում այնպիսի տարրի ստեղծումը, ինչպիսին է պլուտոնիում 239-ը, որն այնուհետև օգտագործվում է որպես վառելիք փոքր չափի միջուկային ռեակտորների համար, ինչպես նաև որպես զենք: մետաղական.

Որտեղի՞ց է գալիս ատոմակայանների վառելիքը.

Ուրանը արդյունահանվում է աշխարհի շատ երկրներում՝ բաց եղանակով (քարահանք) կամ արդյունահանման եղանակներով։ Սկզբում հանքաքարը պարունակում է ոչ թե բուն ուրան, այլ դրա օքսիդ։ Մետաղի բաժանումը օքսիդից քիմիական փոխակերպումների բարդ շղթա է։ Աշխարհի ոչ բոլոր երկրներն են կարող իրենց թույլ տալ ձեռք բերել միջուկային վառելիքի արտադրության ձեռնարկություններ։

Հետագա խնդիրը արդյունահանված ուրանի հարստացումն է։ Ուրանի 235-ի 1%-ից պակասը գտնվում է բնական նյութում, մնացածը 238 իզոտոպն է: Այս երկու տարրերն առանձնացնելը չափազանց դժվար է: Ուրանի հարստացման ցենտրիֆուգները խիստ բարդ սարքեր են:

Որպեսզի ուրանը բարձր հարստացվի (235 իզոտոպի պարունակությունն աճել է մինչև 20%), այն գազի վերածվելուց հետո պետք է վերամշակման մինչև հազար փուլ անցնի։

Ինչպե՞ս է աշխատում TVEL-ը:

Հարստացված ուրանն ընկնում է ինժեներների ձեռքը, սակայն այն դեռ օգտագործվում է միջուկային վառելիքի համար։ Այս վառելիքի արտադրությունը նման է փոշու մետալուրգիայի: Փոշիացված մետաղը (կամ դրա քիմիական միացությունները) սեղմվում են մոտ մեկ սանտիմետր տրամագծով փոքր հաբերի մեջ:

Ուրանի մետաղից պատրաստված արտադրանքներն ավելի հարմար են ռեակտորի ներսում դժոխային պայմաններին դիմակայելու համար, սակայն մաքուր տարրը շատ թանկ է արտադրվում: Ուրանի երկօքսիդը շատ ավելի էժան է, բայց որպեսզի այն չփշրվի ահռելի ճնշման և ջերմության տակ, այն պետք է թխել հսկայական ճնշման տակ 1000 °C-ից ավելի ջերմաստիճանում։

TVEL-ը մոտավորապես 2-4 մետր երկարությամբ նման լվացքի մեքենաների հավաքածու է՝ տեղադրված պողպատից կամ երկաթ-մոլիբդենային համաձուլվածքներից պատրաստված խողովակի մեջ։ Վառելիքի ձողերն իրենք հավաքվում են մի քանի տասնյակ կամ նույնիսկ հարյուրավոր փաթեթի մեջ: Այս հավաքածուն կոչվում է վառելիքի հավաքում (FA):

FA-ները տեղադրվում են անմիջապես միջուկային ռեակտորի սրտում: Մեկ ռեակտորում դրանց թիվը կարող է հասնել մի քանի հարյուրի։ Քանի որ ուրանը քայքայվում է, վառելիքի ձողերը կորցնում են ջերմություն արտադրելու իրենց ունակությունը, այնուհետև դրանք փոխարինվում են: Սակայն մեկ կիլոգրամ տեխնիկական ուրան, որը հարստացված է մինչև 235 իզոտոպ 4% պարունակությամբ, միջուկային ռեակտորում իր կյանքի ընթացքում կարողանում է արտադրել նույն քանակությամբ էներգիա, որը կստացվեր 300 ստանդարտ երկու հարյուր լիտրանոց տաքացման յուղ այրելով:

Ոչ վաղ անցյալում իմ բլոգում ես արդեն խոսեցի այն մասին, թե ինչպես և որտեղ է արտադրվում աշխարհի ամենաթանկ մետաղը՝ California-252-ը: Բայց այս գերթանկարժեք նյութի արտադրությունը Դիմիտրովգրադի ատոմային ռեակտորների գիտահետազոտական ինստիտուտի (NIIAR) միակ գործունեությունը չէ։ 70-ականներից գիտահետազոտական կենտրոնում գործում է վառելիքի տեխնոլոգիաների բաժին, որտեղ մշակում են էկոլոգիապես մաքուր մեթոդներ՝ հատիկավոր ուրանի օքսիդի արտադրության և արդեն ճառագայթված միջուկային վառելիքի մշակման համար (այդ թվում՝ զենքի դասի պլուտոնիում):

(լուսանկարի աղբյուր՝ sdelanounas.ru)

(աղբյուրը՝ lab-37.com)

Սովորաբար, վառելիքի հավաքակազմը 2,5–3,5 մ երկարությամբ վառելիքի տարրերի վեցանկյուն փաթեթ է, որը մոտավորապես համապատասխանում է ռեակտորի միջուկի բարձրությանը: FA-ները պատրաստված են չժանգոտվող պողպատից կամ ցիրկոնիումի համաձուլվածքից (նեյտրոնների կլանումը նվազեցնելու համար): Վառելիքի տարրերը (բարակ խողովակները) հավաքվում են վառելիքի հավաքների մեջ՝ ռեակտորում միջուկային վառելիքի հաշվառումն ու տեղաշարժը հեշտացնելու համար: Վառելիքի մեկ հավաքածուն սովորաբար պարունակում է 18–350 վառելիքի տարրեր: Ռեակտորի միջուկը սովորաբար պարունակում է վառելիքի 200–1600 միավոր (կախված ռեակտորի տեսակից)։

Ահա թե ինչ տեսք ունի ռեակտորի (կաթսայի) կափարիչը, որի տակ վառելիքի հավաքները գտնվում են ուղղահայաց դիրքով։ Մեկ քառակուսի - մեկ ժողով: Մեկ հավաքույթը մոտավորապես 36 խողովակ է (RBMK ռեակտորի համար, որը ցույց է տրված ստորև նկարում, մյուս ռեակտորների համար կան ավելի շատ խողովակներ, բայց ավելի քիչ հավաքներ):

(լուսանկարի աղբյուրը՝ visualrian.ru)

Եվ այսպես է դասավորված վառելիքի գավազանի խողովակը, որը կազմում է վառելիքի հավաքները.

RBMK ռեակտորի վառելիքի տարրի դիզայն՝ 1 - խրոց; 2 - ուրանի երկօքսիդի հաբեր; 3 - ցիրկոնիումի կեղև; 4 - գարուն; 5 - bushing; 6 - հուշում.

Վառելիքի տարրեր (խողովակներ) և վառելիքի հավաքման մարմին.

Դա նման բան է թվում.

Ինչ է սա?! Տղամարդը տաք խցում?! Բայց…

Հոդվածում խոսվում է այն մասին, թե ինչ են վառելիքի ձողերը, ինչի համար են դրանք անհրաժեշտ, որտեղ են դրանք օգտագործվում, ինչպես են դրանք ստեղծվում և արդյոք կան ռեակտորներ, որոնք վառելիքի ձողեր չեն օգտագործում:

Ատոմային դարաշրջան

Հավանաբար էներգիայի ամենաերիտասարդ ճյուղը միջուկային է: Միայն 19-րդ դարի վերջում գիտնականները կարողացան մասամբ հասկանալ, թե ինչ է ռադիոակտիվությունը և ինչ նյութեր ունեն այդ հատկությունները: Եվ այս գիտելիքը շատերի կյանքն արժեցավ, քանի որ կենդանի օրգանիզմների վրա ճառագայթման կործանարար ազդեցությունը երկար ժամանակ անհայտ մնաց։

Շատ ավելի ուշ ռադիոակտիվ նյութերը կիրառություն գտան ինչպես քաղաքացիական, այնպես էլ ռազմական կյանքում: Ներկայումս բոլոր զարգացած երկրներն ունեն իրենց միջուկային զենքերը և ատոմակայանները, որոնք հնարավորություն են տալիս ստանալ մեծ քանակությամբ էներգիա՝ անկախ հանածո վառելիքից կամ բնական ռեսուրսներից, ինչպիսին ջուրն է (խոսքը հիդրոէլեկտրակայանների մասին է)։

TVEL-ը...

Բայց էլեկտրաէներգիայի արտադրության կամ այլ նպատակների համար շինարարություն անելու համար նախ պետք է համապատասխան վառելիք պատրաստել, քանի որ թեև բնական ուրանն ունի ռադիոակտիվություն, սակայն դրա էներգիան բավարար չէ։ Ուստի ռեակտորների մեծ մասում օգտագործվում է վառելիք, որն իր հերթին բեռնվում է հատուկ սարքերի մեջ, որոնք կոչվում են վառելիքի ձողեր։ Վառելիքի տարրը հատուկ սարք է, որը միջուկային ռեակտորի մաս է կազմում և պարունակում է դրանց դիզայնը և վառելիքի տեսակը, որը մենք ավելի մանրամասն կվերլուծենք:

Դիզայն

Կախված ռեակտորի տեսակից, վառելիքի տարրերի որոշ պարամետրեր կարող են տարբեր լինել, սակայն դրանց ընդհանուր նախագծման և նախագծման սկզբունքը նույնն է: Պարզ ասած, վառելիքի ձողը մի քանի այլ մետաղներից պատրաստված խոռոչ խողովակ է, որի մեջ տեղադրվում են ուրանի երկօքսիդի վառելիքի կարկուտներ։

Վառելիք

Ուրանը ամենաշատ օգտագործվող ռադիոակտիվ նյութն է, որից արտադրվում են բազմաթիվ այլ իզոտոպներ, որոնք օգտագործվում են ինչպես արդյունաբերության, այնպես էլ զենքի մեջ։ Դրա արդյունահանումը առանձնապես չի տարբերվում ածխի արդյունահանումից, իսկ բնական վիճակում այն բացարձակապես անվտանգ է մարդկանց համար։ Այսպիսով, պատմությունները այն մասին, թե որտեղ են աքսորվում բանտարկյալները, ոչ այլ ինչ են, քան առասպել: Մարդն ավելի հավանական է, որ մահանա արևի լույսի պակասից և հանքում ծանր աշխատանքից, քան ճառագայթային հիվանդությունից:

Ուրանը արդյունահանվում է շատ պարզ՝ ժայռը քայքայվում է պայթյուններով, որից հետո այն հասցվում է մակերես, որտեղ այն ենթարկվում է տեսակավորման և հետագա մշակման։ Ուրանի հարստացման գործընթացը կարող է իրականացվել տարբեր ձևերով, սակայն Ռուսաստանում դա արվում է գազի ցենտրիֆուգների միջոցով։ Նախ ուրանը վերածվում է գազային վիճակի, որից հետո գազը կենտրոնախույս ուժի ազդեցությամբ առանձնացնում են ցենտրիֆուգներում և առանձնացնում անհրաժեշտ իզոտոպները։ Դրանից հետո դրանք վերածվում են ուրանի երկօքսիդի, սեղմվում են պլանշետների և բեռնվում վառելիքի ձողերի մեջ: Սա վառելիքի տարրերի վառելիքի արտադրության ամենատարածված մեթոդն է:

Դիմում

Ռեակտորում վառելիքի ձողերի քանակը կախված է դրա չափից, տեսակից և հզորությունից: Արտադրությունից հետո դրանք բեռնվում են ռեակտոր, որտեղ սկսում է տեղի ունենալ միջուկային քայքայման ռեակցիա, որի արդյունքում տեղի է ունենում հսկայական քանակությամբ ջերմության հզոր արտանետում, որը ծառայում է որպես էներգիայի աղբյուր։ Նաև ռեակտորի հզորությունը կարող է վերահսկվել աշխատանքային տարածքում վառելիքի տարրերի քանակով: Ժամանակ առ ժամանակ, երբ դրանք օգտագործվում են, դրանք փոխարինվում են նորերով՝ ուրանի երկօքսիդի «թարմ» հաբերով։ Այսպիսով, այժմ մենք գիտենք, թե ինչ են նշանակում վառելիքի ձողեր, ինչպես են դրանք պատրաստվում և ինչի համար են դրանք անհրաժեշտ: Այնուամենայնիվ, ոչ բոլոր միջուկային ռեակտորներն են պահանջում նման տարրեր, և դրանք RTG-ներ են:

RTG

Ռադիոիզոտոպը մի սարք է, որը սկզբունքորեն նման է միջուկային ռեակտորներին, սակայն դրանց գործընթացը հիմնված է ոչ թե ատոմների քայքայման շղթայական ռեակցիայի, այլ ջերմայինի վրա։ Պարզ ասած, դա մեծ ինստալացիա է, որն արտադրում է շատ ջերմություն ռադիոակտիվ նյութով, որն իր հերթին ուղղակիորեն վերածվում է էլեկտրաէներգիայի։ Ի տարբերություն միջուկային ռեակտորների, RTG-ները չունեն շարժական մասեր և ավելի հուսալի են, կոմպակտ և դիմացկուն: Բայց միևնույն ժամանակ նրանք ունեն շատ ավելի ցածր արդյունավետություն։

Դրանք օգտագործվում էին հիմնականում այն պայմաններում, երբ այլ եղանակներով էներգիա ստանալն անհնար է, կամ այդ մեթոդները շատ դժվար են։ ԽՍՀՄ տարիներին RTG-ները մատակարարվում էին Հեռավոր հյուսիսի գիտահետազոտական և օդերևութաբանական կայաններին, ափամերձ փարոսներին, ծովային բոյներին և այլն։

Ներկայումս նրանց ծառայության ժամկետը լրացել է, սակայն նրանցից ոմանք դեռ մնում են իրենց սկզբնական վայրերում և հաճախ նույնիսկ որևէ կերպ պաշտպանված չեն: Սրա հետևանքով դժբախտ պատահարներ են տեղի ունենում, օրինակ՝ գունավոր մետաղների որսորդները փորձել են ապամոնտաժել այդ կայանքներից մի քանիսը և ստացել ուժեղ ճառագայթում, իսկ Վրաստանում տեղի բնակիչները դրանք օգտագործել են որպես ջերմության աղբյուր և նաև տառապել ճառագայթային հիվանդությամբ։

Այսպիսով, այժմ մենք գիտենք վառելիքի տարրերի կառուցվածքը և վերլուծել ենք դրանց սահմանումը: Վառելիքի ձողերը ռեակտորի կարևոր մասերն են, առանց որոնց շահագործումն անհնար է: