La energía nuclear consta de un gran número de empresas para diversos fines. Las materias primas para esta industria se obtienen de minas de uranio. Luego se entrega a las plantas de producción de combustible.
Luego, el combustible se transporta a las centrales nucleares, donde ingresa al núcleo del reactor. Cuando el combustible nuclear llega al final de su vida útil, está sujeto a eliminación. Vale la pena señalar que los residuos peligrosos aparecen no sólo después del reprocesamiento del combustible, sino también en cualquier etapa, desde la extracción de uranio hasta el trabajo en el reactor.
Combustible nuclear
Hay dos tipos de combustible. El primero es el uranio extraído de las minas, que es de origen natural. Contiene materias primas que son capaces de formar plutonio. El segundo es el combustible creado artificialmente (secundario).
El combustible nuclear también se divide según su composición química: metálico, de óxido, de carburo, de nitruro y mixto.
Minería de uranio y producción de combustible.
Una gran parte de la producción de uranio se produce en unos pocos países: Rusia, Francia, Australia, Estados Unidos, Canadá y Sudáfrica.
El uranio es el principal elemento combustible en las centrales nucleares. Para entrar en el reactor, pasa por varias etapas de procesamiento. La mayoría de las veces, los depósitos de uranio se encuentran junto al oro y el cobre, por lo que su extracción se lleva a cabo con la extracción de metales preciosos.
En la minería, la salud humana corre un gran riesgo porque el uranio es un material tóxico y los gases que aparecen durante su extracción provocan diversas formas de cáncer. Aunque el mineral en sí contiene una cantidad muy pequeña de uranio, del 0,1 al 1 por ciento. La población que vive cerca de las minas de uranio también corre un gran riesgo.
El uranio enriquecido es el principal combustible de las centrales nucleares, pero tras su uso queda una gran cantidad de residuos radiactivos. A pesar de todos sus peligros, el enriquecimiento de uranio es un proceso integral de creación de combustible nuclear.
En su forma natural, el uranio prácticamente no se puede utilizar en ninguna parte. Para poder utilizarlo es necesario enriquecerlo. Para el enriquecimiento se utilizan centrifugadoras de gas.
El uranio enriquecido no sólo se utiliza en la energía nuclear, sino también en la producción de armas.
Transporte
En cualquier etapa del ciclo del combustible existe el transporte. Lo realizan todos formas accesibles: por tierra, mar, aire. Esto supone un gran riesgo y un gran peligro no sólo para el medio ambiente, sino también para los seres humanos.
Durante el transporte de combustible nuclear o sus elementos se producen muchos accidentes que provocan la liberación de elementos radiactivos. Esta es una de las muchas razones por las que se considera inseguro.
Desmantelamiento de reactores
Ninguno de los reactores ha sido desmantelado. Incluso el infame Chernobyl. La cuestión es que, según los expertos, el coste de desmantelamiento es igual o incluso superior al coste de construcción de un nuevo reactor. Pero nadie puede decir exactamente cuánto dinero se necesitará: el coste se calculó basándose en la experiencia del desmantelamiento de pequeñas estaciones para la investigación. Los expertos ofrecen dos opciones:
- Colocar reactores y combustible nuclear gastado en depósitos.
- Construye sarcófagos sobre reactores fuera de servicio.
En los próximos diez años, unos 350 reactores en todo el mundo llegarán al final de su vida útil y deberán ser retirados del servicio. Pero como no se ha inventado el método más adecuado en términos de seguridad y precio, este problema aún está por resolverse.
Actualmente hay 436 reactores operativos en todo el mundo. Por supuesto, esto es una gran contribución al sistema energético, pero es muy inseguro. Las investigaciones muestran que dentro de 15 a 20 años las centrales nucleares podrán ser reemplazadas por estaciones que funcionen con energía eólica y paneles solares.
Residuos nucleares
Como resultado de las actividades de las centrales nucleares se genera una gran cantidad de residuos nucleares. El reprocesamiento del combustible nuclear también deja residuos peligrosos. Sin embargo, ninguno de los países encontró una solución al problema.
Hoy en día, los desechos nucleares se guardan en instalaciones de almacenamiento temporal, en charcos de agua o se entierran a poca profundidad.
Mayoría camino seguro- Se trata de almacenamiento en instalaciones de almacenamiento especiales, pero aquí también es posible la fuga de radiación, como ocurre con otros métodos.
De hecho, los residuos nucleares tienen cierto valor, pero requieren un estricto cumplimiento de las normas para su almacenamiento. Y éste es el problema más acuciante.
Un factor importante es el tiempo durante el cual los residuos son peligrosos. Cada uno tiene su propio período de descomposición durante el cual es tóxico.
Tipos de residuos nucleares
Durante el funcionamiento de cualquier central nuclear, sus residuos ingresan al medio ambiente. Se trata de agua para enfriar turbinas y residuos gaseosos.
Los residuos nucleares se dividen en tres categorías:
- Nivel bajo: ropa de los empleados de las centrales nucleares, equipo de laboratorio. Estos residuos también pueden proceder de instituciones médicas, laboratorios científicos. No suponen un gran peligro, pero requieren el cumplimiento de medidas de seguridad.
- Nivel intermedio: contenedores metálicos en los que se transporta combustible. Su nivel de radiación es bastante alto y es necesario proteger a quienes se encuentran cerca de ellos.
- El nivel más alto corresponde al combustible nuclear gastado y sus productos de reprocesamiento. El nivel de radiactividad está disminuyendo rápidamente. Los desechos de alta actividad son muy pequeños, alrededor del 3 por ciento, pero contienen el 95 por ciento de toda la radiactividad.
La planta de concentrados químicos de Novosibirsk es uno de los principales productores mundiales de combustible nuclear para centrales nucleares y reactores de investigación en Rusia y países extranjeros. El único fabricante ruso de litio metálico y sus sales. Forma parte de la Compañía de Combustibles TVEL de la Corporación Estatal Rosatom.
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A pesar de que en 2011 el NCCP produjo y vendió el 70% del consumo mundial del isótopo litio-7, la principal actividad de la planta es la producción de combustible nuclear para reactores de energía y de investigación.
El reportaje fotográfico actual está dedicado a esta especie.
Techo del edificio principal del complejo de producción.
Taller para la producción de barras de combustible y conjuntos combustibles para reactores de investigación.
Área para la producción de polvo de dióxido de uranio mediante pirohidrólisis a alta temperatura.
Carga de contenedores con hexafluoruro de uranio
Sala de operadores
De aquí proviene el control del proceso de producción de polvo de dióxido de uranio, a partir del cual luego se fabrican las pastillas de combustible.
Área de producción de pellets de uranio
En primer plano se ven las biconas donde se almacena el polvo de dióxido de uranio.
Mezclan el polvo y el plastificante, lo que permite comprimir mejor la tableta.
Pellets de combustible cerámico nuclear
Luego se envían al horno para su recocido.
Antorcha (postcombustión de hidrógeno) en un horno de sinterización de tabletas
Las tabletas se recocen en hornos a una temperatura de al menos 1750 grados en un ambiente reductor de hidrógeno durante más de 20 horas.
Producción y control técnico de pellets de combustible cerámico nuclear.
Una tableta que pesa 4,5 g equivale en energía liberada a 400 kg de carbón, 360 metros cúbicos. m de gas o 350 kg de petróleo.
Todo el trabajo se realiza en cajas con guantes especiales.
Descarga de contenedores con tabletas
Taller para la producción de barras combustibles y conjuntos combustibles para centrales nucleares.
Línea automatizada de fabricación de barras de combustible.
Aquí los tubos de circonio están llenos de pastillas de dióxido de uranio.
El resultado son barras de combustible acabadas de unos 4 m de longitud: elementos combustibles.
Las barras de combustible ya se utilizan para ensamblar elementos combustibles, es decir, combustible nuclear.
Traslado de barras de combustible terminadas en contenedores de transporte
Los cubrezapatos incluso tienen ruedas.
Área de reunión de FA
Instalación para aplicar recubrimiento de barniz a barras de combustible.
Asegurar las barras de combustible en el mecanismo de carga.
Fabricación de marcos: soldadura de canales y rejillas espaciadoras.
Luego se instalarán 312 barras de combustible en este marco.
Control técnico del marco.
Canales y rejillas espaciadoras
Puestos de carga automatizados para haces de barras de combustible
Conjunto de vigas
Control técnico de elementos combustibles.
Barras de combustible con marcas de códigos de barras, con las que literalmente se puede rastrear todo el proceso de producción del producto.
Soportes para inspección y embalaje de conjuntos combustibles terminados.
Inspección de conjuntos combustibles terminados.
Compruebe que la distancia entre las barras de combustible sea la misma.
Conjunto combustible terminado
Contenedores de doble tubería para transporte de elementos combustibles.
El combustible para las centrales nucleares producido en el NCCP se utiliza en las centrales nucleares rusas y también se suministra a Ucrania, Bulgaria, China, India e Irán.
Ciclo vital El combustible nuclear a base de uranio o plutonio comienza en las empresas mineras, plantas químicas, en centrifugadoras de gas y no termina en el momento en que el elemento combustible se descarga del reactor, ya que cada elemento combustible debe pasar por un largo camino de eliminación y luego reprocesamiento.
Extracción de materias primas para combustible nuclear.
El uranio es el metal más pesado de la Tierra. Aproximadamente el 99,4% del uranio de la Tierra es uranio-238 y sólo el 0,6% es uranio-235. El informe del Libro Rojo de la Agencia Internacional de Energía Atómica muestra que la producción y la demanda de uranio están aumentando a pesar del accidente nuclear de Fukushima, que ha dejado a muchos preguntándose sobre las perspectivas de la energía nuclear. Sólo en los últimos años, las reservas probadas de uranio han aumentado un 7%, lo que se debe al descubrimiento de nuevos depósitos. Los mayores productores siguen siendo Kazajstán, Canadá y Australia; extraen hasta el 63% del uranio del mundo. Además, hay reservas de metales disponibles en Australia, Brasil, China, Malawi, Rusia, Níger, Estados Unidos, Ucrania, China y otros países. Anteriormente, Pronedra escribió que en 2016 se extrajeron 7,9 mil toneladas de uranio en la Federación de Rusia.
Hoy en día, el uranio se extrae en tres de diferentes maneras. El método abierto no pierde su relevancia. Se utiliza en los casos en que los depósitos se encuentran cerca de la superficie de la tierra. Con el método abierto, las topadoras crean una cantera y luego el mineral con impurezas se carga en camiones volquete para transportarlo a los complejos de procesamiento.
A menudo, el yacimiento se encuentra a gran profundidad, en cuyo caso se utiliza el método de extracción subterránea. Se excava una mina a una profundidad de hasta dos kilómetros, la roca se extrae mediante perforación en galerías horizontales y se transporta hacia arriba en montacargas.
La mezcla que se transporta de esta manera hacia arriba tiene muchos componentes. Hay que triturar la roca, diluirla con agua y retirar el exceso. A continuación se añade ácido sulfúrico a la mezcla para realizar el proceso de lixiviación. Durante esta reacción, los químicos obtienen un precipitado de sales de uranio. amarillo. Finalmente, el uranio con impurezas se purifica en una instalación de refinación. Sólo después se produce óxido de uranio, que se comercializa en la bolsa de valores.
Existe un método mucho más seguro, respetuoso con el medio ambiente y rentable llamado lixiviación in situ en pozo (ISL).
Con este método de desarrollo del campo, el territorio sigue siendo seguro para el personal y el fondo de radiación corresponde al fondo en ciudades principales. Para extraer uranio mediante lixiviación, es necesario perforar 6 agujeros en las esquinas del hexágono. A través de estos pozos, se bombea ácido sulfúrico a los depósitos de uranio y se mezcla con sus sales. Esta solución se extrae, es decir, se bombea a través de un pozo en el centro del hexágono. Para lograr la concentración requerida de sales de uranio, la mezcla se pasa varias veces a través de columnas de sorción.
Producción de combustible nuclear
Es imposible imaginar la producción de combustible nuclear sin centrifugadoras de gas, con las que se produce uranio enriquecido. Una vez alcanzada la concentración requerida, el dióxido de uranio se prensa en las llamadas tabletas. Se crean utilizando lubricantes que se eliminan durante la cocción en los hornos. La temperatura de cocción alcanza los 1000 grados. Después de esto, las tabletas se verifican para garantizar que cumplan con los requisitos establecidos. La calidad de la superficie, el contenido de humedad y la proporción de oxígeno y uranio son importantes.
Al mismo tiempo, en otro taller se preparan carcasas tubulares para elementos combustibles. Los procesos anteriores, incluida la posterior dosificación y envasado de tabletas en tubos, sellado y descontaminación, se denominan fabricación de combustible. En Rusia, la creación de conjuntos combustibles (FA) la llevan a cabo las empresas "Planta de construcción de máquinas" en la región de Moscú, "Planta de concentrados químicos de Novosibirsk" en Novosibirsk, "Planta polimetálica de Moscú" y otras.
Cada lote de conjuntos combustibles se crea para un tipo específico de reactor. Los elementos combustibles europeos tienen forma de cuadrado, mientras que los rusos tienen una sección transversal hexagonal. En la Federación de Rusia se utilizan ampliamente reactores de los tipos VVER-440 y VVER-1000. Los primeros elementos combustibles para el VVER-440 comenzaron a desarrollarse en 1963, y para el VVER-1000, en 1978. A pesar de que en Rusia se están introduciendo activamente nuevos reactores con tecnologías de seguridad posteriores a Fukushima, hay muchas instalaciones nucleares antiguas en funcionamiento en todo el país y en el extranjero, por lo que los conjuntos combustibles siguen siendo igualmente relevantes para diferentes tipos reactores.
Por ejemplo, para suministrar elementos combustibles a un núcleo del reactor RBMK-1000 se necesitan más de 200 mil componentes de aleaciones de circonio, así como 14 millones de pastillas de dióxido de uranio sinterizadas. A veces, el coste de fabricación de un elemento combustible puede superar el coste del combustible contenido en los elementos, por lo que es tan importante garantizar una alta eficiencia energética por kilogramo de uranio.
Costos de procesos de producción V %
Por otra parte, cabe mencionar los conjuntos combustibles para reactores de investigación. Están diseñados de tal manera que la observación y el estudio del proceso de generación de neutrones sean lo más cómodos posible. Estas barras de combustible para experimentos en los campos de la física nuclear, la producción de isótopos y la medicina radiológica se producen en Rusia en la planta de concentrados químicos de Novosibirsk. Los FA se crean a partir de elementos sin costuras con uranio y aluminio.
La producción de combustible nuclear en la Federación de Rusia la lleva a cabo la empresa de combustible TVEL (una división de Rosatom). La empresa se dedica al enriquecimiento de materias primas, al montaje de elementos combustibles y también presta servicios de licencias de combustible. La planta mecánica de Kovrov en la región de Vladimir y la planta centrífuga de gas de los Urales en la región de Sverdlovsk crean equipos para los conjuntos combustibles rusos.
Características del transporte de barras de combustible.
El uranio natural se caracteriza por un bajo nivel de radiactividad; sin embargo, antes de la producción de elementos combustibles, el metal se somete a un procedimiento de enriquecimiento. El contenido de uranio-235 en el mineral natural no supera el 0,7% y la radiactividad es de 25 becquereles por 1 miligramo de uranio.
Las pastillas de uranio que se colocan en los conjuntos combustibles contienen uranio con una concentración de uranio-235 del 5%. Los conjuntos combustibles terminados con combustible nuclear se transportan en contenedores metálicos especiales de alta resistencia. Para el transporte se utiliza el transporte ferroviario, por carretera, marítimo e incluso aéreo. Cada contenedor contiene dos conjuntos. El transporte de combustible no irradiado (fresco) no presenta ningún riesgo de radiación, ya que la radiación no se extiende más allá de los tubos de circonio en los que se colocan las bolitas de uranio prensadas.
Para el envío de combustible se ha desarrollado una ruta especial; la carga se transporta acompañada por personal de seguridad del fabricante o del cliente (más a menudo), lo que se debe principalmente al alto coste del equipo. En toda la historia de la producción de combustible nuclear no se ha registrado ni un solo accidente de transporte con elementos combustibles que hubiera afectado la radiación de fondo del medio ambiente o hubiera provocado víctimas.
Combustible en el núcleo del reactor.
Una unidad de combustible nuclear, el TVEL, es capaz de liberar enormes cantidades de energía durante un largo período de tiempo. Ni el carbón ni el gas pueden compararse con tales volúmenes. El ciclo de vida del combustible en cualquier central nuclear comienza con la descarga, retirada y almacenamiento de combustible nuevo en el almacén de elementos combustibles. Cuando se quema el lote anterior de combustible en el reactor, el personal completa los conjuntos de combustible para cargarlos en el núcleo ( área de trabajo reactor donde se produce la reacción de descomposición). Como regla general, el combustible se recarga parcialmente.
El combustible completo se añade al núcleo sólo en el momento de la primera puesta en marcha del reactor. Esto se debe al hecho de que las barras de combustible del reactor se queman de manera desigual, ya que el flujo de neutrones varía en intensidad en las diferentes zonas del reactor. Gracias a los dispositivos de medición, el personal de la estación tiene la oportunidad de monitorear en tiempo real el grado de quemado de cada unidad de combustible y realizar reemplazos. A veces, en lugar de cargar nuevos conjuntos combustibles, los conjuntos se mueven entre sí. En el centro de la zona activa, el agotamiento se produce con mayor intensidad.
FA después de una central nuclear
El uranio que se ha gastado en un reactor nuclear se llama irradiado o quemado. Y estos conjuntos combustibles se utilizan como combustible nuclear gastado. El SNF se ubica separado de los desechos radiactivos, ya que tiene al menos 2 componentes útiles: uranio sin quemar (la profundidad de quemado del metal nunca alcanza el 100%) y radionucleidos transuránicos.
Recientemente, los físicos han comenzado a utilizar en la industria y la medicina los isótopos radiactivos acumulados en el combustible nuclear gastado. Una vez que el combustible ha completado su campaña (el tiempo que el conjunto está en el núcleo del reactor en condiciones de operación a potencia nominal), se envía a la piscina de enfriamiento, luego a su almacenamiento directamente en el compartimiento del reactor y luego a su reprocesamiento o eliminación. La piscina de enfriamiento está diseñada para eliminar el calor y proteger contra la radiación ionizante, ya que el elemento combustible sigue siendo peligroso después de retirarlo del reactor.
En EE.UU., Canadá o Suecia el combustible gastado no se envía para su reprocesamiento. Otros países, incluida Rusia, están trabajando en un ciclo de combustible cerrado. Permite reducir significativamente el coste de producción de combustible nuclear, ya que parte del combustible gastado se reutiliza.
Las barras de combustible se disuelven en ácido, después de lo cual los investigadores separan el plutonio y el uranio no utilizado de los desechos. Alrededor del 3% de las materias primas no se pueden reutilizar; se trata de residuos de alta actividad que se someten a procedimientos de bituminización o vitrificación.
Se puede recuperar un 1% de plutonio del combustible nuclear gastado. Este metal no necesita ser enriquecido; Rusia lo utiliza en el proceso de producción del innovador combustible MOX. Un ciclo de combustible cerrado permite abaratar un conjunto combustible aproximadamente un 3%, pero esta tecnología requiere grandes inversiones en la construcción de unidades industriales, por lo que aún no se ha generalizado en el mundo. Sin embargo, la compañía de combustibles Rosatom no deja de investigar en esta dirección. Pronedra escribió recientemente que en Federación Rusa Se trabaja en un combustible capaz de reciclar en el núcleo del reactor los isótopos de americio, curio y neptunio, que también forman parte del 3% de los residuos altamente radiactivos.
Productores de combustible nuclear: calificación
- La empresa francesa Areva abastecía hasta hace poco el 31% del mercado mundial de elementos combustibles. La empresa produce combustible nuclear y ensambla componentes para centrales nucleares. En 2017, Areva pasó por una renovación cualitativa, nuevos inversores llegaron a la empresa y la colosal pérdida de 2015 se redujo a 3 veces.
- Westinghouse es la división americana de la empresa japonesa Toshiba. Desarrollar activamente el mercado en Europa Oriental, suministra elementos combustibles a las centrales nucleares ucranianas. Junto con Toshiba, proporciona el 26% del mercado mundial de producción de combustible nuclear.
- En tercer lugar se encuentra la empresa de combustible TVEL de la corporación estatal Rosatom (Rusia). TVEL aporta el 17% del mercado mundial, tiene una cartera de contratos de diez años por valor de 30.000 millones de dólares y suministra combustible a más de 70 reactores. TVEL desarrolla elementos combustibles para reactores VVER y también entra en el mercado de centrales nucleares de diseño occidental.
- Japan Nuclear Fuel Limited, según los últimos datos, abastece el 16% del mercado mundial y suministra elementos combustibles a la mayoría de los reactores nucleares del propio Japón.
- Mitsubishi Heavy Industries es un gigante japonés que produce turbinas, camiones cisterna, acondicionadores de aire y, más recientemente, combustible nuclear para reactores de estilo occidental. Mitsubishi Heavy Industries (una división de la empresa matriz) se dedica a la construcción de reactores nucleares APWR y a actividades de investigación junto con Areva. Esta empresa fue elegida por el gobierno japonés para desarrollar nuevos reactores.
El 10,7% de la generación eléctrica mundial procede anualmente de centrales nucleares. Junto con las centrales térmicas y las centrales hidroeléctricas, trabajan para proporcionar a la humanidad luz y calor, permitirles utilizar los aparatos eléctricos y hacernos la vida más cómoda y sencilla. Da la casualidad de que hoy las palabras “central nuclear” se asocian con desastres y explosiones globales. La gente común y corriente no tiene la menor idea sobre el funcionamiento de una central nuclear y su estructura, pero incluso los menos informados han oído y están asustados por los incidentes de Chernobyl y Fukushima.
¿Qué es una central nuclear? ¿Cómo funcionan? ¿Qué tan peligrosas son las centrales nucleares? No creas en rumores y mitos, ¡descubrámoslo!
¿Qué es una central nuclear?
El 16 de julio de 1945 se extrajo energía de un núcleo de uranio por primera vez en un polígono de pruebas militares de Estados Unidos. Poderosa explosión bomba atómica, que provocó una gran cantidad de víctimas humanas, se convirtió en el prototipo de una fuente de electricidad moderna y absolutamente pacífica.
La electricidad se produjo por primera vez mediante un reactor nuclear el 20 de diciembre de 1951 en el estado de Idaho, Estados Unidos. Para comprobar su funcionamiento, se conectó el generador a 4 lámparas incandescentes; inesperadamente para todos, las lámparas se encendieron. A partir de ese momento, la humanidad empezó a utilizar la energía de un reactor nuclear para producir electricidad.
La primera central nuclear del mundo se inauguró en Obninsk, en la URSS, en 1954. Su potencia era de sólo 5 megavatios.
¿Qué es una central nuclear? Una central nuclear es una instalación nuclear que produce energía mediante un reactor nuclear. Un reactor nuclear funciona con combustible nuclear, normalmente uranio.
El principio de funcionamiento de una instalación nuclear se basa en la reacción de fisión de neutrones de uranio., que, al chocar entre sí, se dividen en nuevos neutrones, que, a su vez, también chocan y también se fisionan. Esta reacción se llama reacción en cadena y es la base de la energía nuclear. Todo este proceso genera calor, que calienta el agua a un estado abrasador (320 grados Celsius). Luego, el agua se convierte en vapor, el vapor hace girar una turbina que acciona un generador eléctrico que produce electricidad.
La construcción de centrales nucleares hoy se lleva a cabo a un ritmo rápido. La principal razón del aumento del número de centrales nucleares en el mundo son las limitadas reservas de combustible orgánico, en pocas palabras, las reservas de gas y petróleo se están agotando, son necesarias para las necesidades industriales y municipales, y el uranio y el plutonio, que se necesitan; actúan como combustible para las centrales nucleares, se necesitan en pequeñas cantidades; sus reservas son todavía suficientes;
¿Qué es una central nuclear? No se trata sólo de electricidad y calor. Además de generar electricidad, las centrales nucleares también se utilizan para desalinizar agua. Por ejemplo, existe una central nuclear de este tipo en Kazajstán.
¿Qué combustible se utiliza en las centrales nucleares?
En la práctica, las centrales nucleares pueden utilizar varias sustancias capaces de generar electricidad nuclear; los combustibles de las centrales nucleares modernas son el uranio, el torio y el plutonio.
Actualmente el combustible de torio no se utiliza en las centrales nucleares, porque es más difícil convertirlo en elementos combustibles o, en definitiva, en barras de combustible.
Las barras de combustible son tubos metálicos que se colocan dentro de un reactor nuclear. En el interior de las barras de combustible hay sustancias radiactivas. Estos tubos pueden denominarse instalaciones de almacenamiento de combustible nuclear. La segunda razón del raro uso del torio es su complejo y costoso procesamiento después de su uso en centrales nucleares.
El combustible de plutonio tampoco se utiliza en la ingeniería de energía nuclear, porque esta sustancia tiene un efecto muy complejo composición química, que todavía no hemos aprendido a utilizar correctamente.
Combustible de uranio
La principal sustancia que produce energía en las centrales nucleares es el uranio. Hoy en día, el uranio se extrae de tres formas: a cielo abierto, en minas cerradas y por lixiviación subterránea, mediante la perforación de minas. El último método es especialmente interesante. Para extraer uranio mediante lixiviación, se vierte una solución de ácido sulfúrico en pozos subterráneos, se satura con uranio y se bombea de regreso.
Las mayores reservas de uranio del mundo se encuentran en Australia, Kazajstán, Rusia y Canadá. Los yacimientos más ricos se encuentran en Canadá, Zaire, Francia y la República Checa. En estos países se obtienen hasta 22 kilogramos de materia prima de uranio de una tonelada de mineral. A modo de comparación, en Rusia se obtiene poco más de un kilogramo y medio de uranio de una tonelada de mineral.
Los sitios de extracción de uranio no son radiactivos. En su forma pura, esta sustancia presenta poco peligro para los humanos; un peligro mucho mayor es el gas radiactivo e incoloro radón, que se forma durante la desintegración natural del uranio.
El uranio no puede utilizarse en forma de mineral en las centrales nucleares; no puede producir ninguna reacción. Primero, las materias primas de uranio se transforman en polvo: óxido de uranio, y solo después se convierte en combustible de uranio. El polvo de uranio se convierte en “tabletas” metálicas: se prensa en pequeños matraces limpios, que se cuecen en 24 horas a monstruosas altas temperaturas Ah, más de 1500 grados centígrados. Son estos gránulos de uranio los que ingresan a los reactores nucleares, donde comienzan a interactuar entre sí y, en última instancia, proporcionan electricidad a las personas.
En un reactor nuclear funcionan simultáneamente unos 10 millones de bolitas de uranio.
Por supuesto, las bolitas de uranio no se arrojan simplemente al reactor. Se colocan en tubos metálicos hechos de aleaciones de circonio: las barras de combustible están conectadas entre sí en haces y forman conjuntos combustibles: conjuntos combustibles. Es el FA el que con razón se puede llamar combustible para centrales nucleares.
Reprocesamiento de combustible de centrales nucleares
Después de aproximadamente un año de uso, es necesario reemplazar el uranio de los reactores nucleares. Los elementos combustibles se enfrían durante varios años y se envían para triturarlos y disolverlos. Como resultado de la extracción química, se liberan uranio y plutonio, que se reutilizan y se utilizan para producir combustible nuclear nuevo.
Los productos de la desintegración del uranio y el plutonio se utilizan para fabricar fuentes de radiación ionizante. Se utilizan en medicina e industria.
Todo lo que queda después de estas manipulaciones se envía a un horno caliente y con los restos se fabrica vidrio, que luego se almacena en instalaciones de almacenamiento especiales. ¿Por qué vidrio? Será muy difícil sacar de él restos de elementos radiactivos que puedan dañar ambiente.
Noticias sobre centrales nucleares: aparecieron no hace mucho nueva manera eliminación de residuos radiactivos. Se han creado los llamados reactores nucleares rápidos o reactores de neutrones rápidos, que funcionan con residuos de combustible nuclear reciclados. Según los científicos, los restos de combustible nuclear, que actualmente se encuentran almacenados en instalaciones de almacenamiento, son capaces de proporcionar combustible para reactores de neutrones rápidos durante 200 años.
Además, los nuevos reactores rápidos pueden funcionar con combustible de uranio, que se fabrica a partir de uranio 238; esta sustancia no se utiliza en las centrales nucleares convencionales, porque; A las centrales nucleares actuales les resulta más fácil procesar uranio 235 y 233, del que queda poco en la naturaleza. Así, los nuevos reactores son una oportunidad para aprovechar enormes depósitos de uranio 238, que nadie había utilizado antes.
¿Cómo se construye una central nuclear?
¿Qué es una central nuclear? ¿Qué es este revoltijo de edificios grises que la mayoría de nosotros sólo hemos visto en la televisión? ¿Qué tan duraderas y seguras son estas estructuras? ¿Cuál es la estructura de una central nuclear? En el corazón de cualquier central nuclear se encuentra el edificio del reactor, al lado se encuentra la sala de turbinas y el edificio de seguridad.
La construcción de centrales nucleares se lleva a cabo de acuerdo con las normas, reglamentos y requisitos de seguridad para instalaciones que trabajan con sustancias radiactivas. Una central nuclear es un objeto estratégico de pleno derecho del Estado. Por lo tanto, el espesor de las paredes y las estructuras de refuerzo de hormigón armado en el edificio del reactor es varias veces mayor que el de las estructuras estándar. Así, las instalaciones de las centrales nucleares pueden soportar terremotos de magnitud 8, tornados, tsunamis, tornados y accidentes aéreos.
El edificio del reactor está coronado por una cúpula protegida por muros de hormigón internos y externos. El muro interior de hormigón está cubierto con una chapa de acero que, en caso de accidente, debería crear un espacio de aire cerrado y no liberar sustancias radiactivas al aire.
Cada central nuclear tiene su propia piscina de refrigeración. Allí se colocan tabletas de uranio que ya cumplieron su vida útil. Una vez que el combustible de uranio se retira del reactor, sigue siendo extremadamente radiactivo, por lo que deben pasar de 3 a 10 años (dependiendo del diseño del reactor en el que se encontraba el combustible) para que dejen de ocurrir reacciones dentro de las barras de combustible. En las piscinas de enfriamiento, las bolitas de uranio se enfrían y dejan de producirse reacciones en su interior.
El diagrama tecnológico de una central nuclear, o simplemente dicho, el diagrama de diseño de una central nuclear es de varios tipos, así como las características de una central nuclear y el diagrama térmico de una central nuclear, depende del tipo. de reactor nuclear que se utiliza en el proceso de generación de electricidad.
Central nuclear flotante
Ya sabemos qué es una central nuclear, pero a los científicos rusos se les ocurrió la idea de tomar una central nuclear y hacerla móvil. A la fecha, el proyecto está casi terminado. Este diseño se denominó central nuclear flotante. Según el plan, la central nuclear flotante podrá suministrar electricidad a una ciudad con una población de hasta doscientas mil personas. Su principal ventaja es la posibilidad de desplazarse por mar. Actualmente, la construcción de una central nuclear capaz de moverse sólo está en marcha en Rusia.
La noticia sobre plantas de energía nuclear es el inminente lanzamiento de la primera planta de energía nuclear flotante del mundo, que está diseñada para proporcionar energía a la ciudad portuaria de Pevek, ubicada en el Okrug autónomo de Chukotka en Rusia. La primera central nuclear flotante se llama "Akademik Lomonosov", se está construyendo una minicentral nuclear en San Petersburgo y su inauguración está prevista entre 2016 y 2019. La presentación de la central nuclear flotante tuvo lugar en 2015, luego los constructores presentaron casi proyecto terminado PAÉS.
La central nuclear flotante está diseñada para suministrar electricidad a las ciudades más remotas con acceso al mar. El reactor nuclear del Akademik Lomonosov no es tan potente como el de las centrales nucleares terrestres, pero tiene una vida útil de 40 años, lo que significa que los habitantes de la pequeña Pevek no sufrirán falta de electricidad durante casi medio siglo.
Una central nuclear flotante puede utilizarse no sólo como fuente de calor y electricidad, sino también para desalinizar agua. Según los cálculos, puede producir de 40 a 240 metros cúbicos de agua dulce al día.
El coste del primer bloque de una central nuclear flotante fue de 16 mil quinientos millones de rublos. Como vemos, la construcción de centrales nucleares no es un placer barato.
Seguridad de las centrales nucleares
Después del desastre de Chernobyl en 1986 y el accidente de Fukushima en 2011, las palabras central nuclear causan miedo y pánico en la gente. De hecho, las centrales nucleares modernas están equipadas con última palabra equipos, se han desarrollado reglas especiales de seguridad y, en general, la protección de las centrales nucleares consta de 3 niveles:
En el primer nivel se debe garantizar el funcionamiento normal de la central nuclear. La seguridad de una central nuclear depende en gran medida de su ubicación correcta, de un diseño bien diseñado y del cumplimiento de todas las condiciones durante la construcción del edificio. Todo debe cumplir con la normativa, instrucciones y planos de seguridad.
En el segundo nivel, es importante evitar que el funcionamiento normal de la central nuclear se convierta en una situación de emergencia. Para ello existen dispositivos especiales que controlan la temperatura y la presión en los reactores y notifican los más mínimos cambios en las lecturas.
Si el primer y segundo nivel de protección no funcionan, se utiliza el tercero: una respuesta directa a una situación de emergencia. Los sensores detectan el accidente y reaccionan ellos mismos: se apagan los reactores, se localizan las fuentes de radiación, se enfría el núcleo y se informa del accidente.
Por supuesto, una central nuclear requiere atención especial al sistema de seguridad, tanto en la etapa de construcción como en la etapa de operación. El incumplimiento de unas normas estrictas puede tener consecuencias muy graves, pero hoy mayoría La responsabilidad de la seguridad de las centrales nucleares recae en los sistemas informáticos y el factor humano queda casi completamente excluido. Teniendo en cuenta la alta precisión de las máquinas modernas, se puede confiar en la seguridad de las centrales nucleares.
Los expertos aseguran que es imposible recibir una gran dosis de radiación radiactiva en centrales nucleares modernas que funcionan de manera estable o estando cerca de ellas. Incluso los trabajadores de las centrales nucleares, que, por cierto, miden cada día el nivel de radiación que reciben, no están expuestos a más radiación que los residentes corrientes de las grandes ciudades.
Reactores nucleares
¿Qué es una central nuclear? Se trata principalmente de un reactor nuclear en funcionamiento. En su interior se lleva a cabo el proceso de generación de energía. Los conjuntos combustibles se colocan en un reactor nuclear, donde los neutrones de uranio reaccionan entre sí, transfieren calor al agua, etc.
Dentro de un edificio de reactor específico se encuentran las siguientes estructuras: una fuente de suministro de agua, una bomba, un generador, una turbina de vapor, un condensador, desaireadores, un purificador, una válvula, un intercambiador de calor, el propio reactor y un regulador de presión.
Los reactores son de varios tipos, según la sustancia que actúa como moderador y refrigerante en el dispositivo. Lo más probable es que una central nuclear moderna tenga reactores de neutrones térmicos:
- agua-agua (con agua corriente como moderador de neutrones y refrigerante);
- grafito-agua (moderador - grafito, refrigerante - agua);
- grafito-gas (moderador – grafito, refrigerante – gas);
- agua pesada (moderador - agua pesada, refrigerante - agua corriente).
Eficiencia de las centrales nucleares y potencia de las centrales nucleares.
La eficiencia general de una central nuclear (factor de eficiencia) con un reactor de agua a presión es de aproximadamente el 33%, con un reactor de agua de grafito, aproximadamente el 40%, y un reactor de agua pesada, aproximadamente el 29%. La viabilidad económica de una central nuclear depende de la eficiencia del reactor nuclear, la intensidad energética del núcleo del reactor, el factor de utilización de la capacidad instalada por año, etc.
Noticias sobre centrales nucleares: los científicos prometen aumentar pronto la eficiencia de las centrales nucleares una vez y media, hasta el 50%. Esto sucederá si los conjuntos combustibles, o los conjuntos combustibles que se colocan directamente en un reactor nuclear, no están hechos de aleaciones de circonio, sino de un compuesto. Los problemas de las centrales nucleares hoy en día son que el circonio no es lo suficientemente resistente al calor, no puede soportar temperaturas y presiones muy altas, por lo que la eficiencia de las centrales nucleares es baja, mientras que el compuesto puede soportar temperaturas superiores a mil grados centígrados.
En EE.UU., Francia y Rusia se están realizando experimentos sobre el uso del compuesto como caparazón para bolitas de uranio. Los científicos están trabajando para aumentar la resistencia del material y su introducción en la energía nuclear.
¿Qué es una central nuclear? Las centrales nucleares son la energía eléctrica del mundo. La capacidad eléctrica total de las centrales nucleares de todo el mundo es de 392.082 MW. Las características de una central nuclear dependen principalmente de su potencia. La central nuclear más potente del mundo se encuentra en Francia; la capacidad de la central nuclear de Sivo (cada unidad) es de más de mil quinientos MW (megavatios). La capacidad de otras centrales nucleares oscila entre los 12 MW de las minicentrales nucleares (central nuclear de Bilibino, Rusia) y los 1.382 MW (central nuclear de Flanmanville, Francia). En la etapa de construcción se encuentran el bloque Flamanville con una capacidad de 1650 MW y la central nuclear Shin-Kori de Corea del Sur con una capacidad de 1400 MW.
Costo de la central nuclear
Central nuclear, ¿qué es? Esto es mucho dinero. Hoy en día la gente necesita cualquier medio para generar electricidad. En todas partes se construyen centrales hidráulicas, térmicas y nucleares en más o menos países desarrollados. La construcción de una central nuclear no es un proceso fácil; requiere grandes costos e inversiones de capital, la mayoría de las veces los recursos financieros provienen de los presupuestos estatales;
El costo de una planta de energía nuclear incluye costos de capital: gastos de preparación del sitio, construcción y puesta en funcionamiento del equipo (los montos de los costos de capital son prohibitivos, por ejemplo, un generador de vapor en una planta de energía nuclear cuesta más de 9 millones de dólares). Además, las centrales nucleares también requieren costes operativos, que incluyen la compra de combustible, costes de su eliminación, etc.
Por muchas razones, el coste oficial de una central nuclear es sólo aproximado; hoy en día, una central nuclear costaría aproximadamente entre 21 y 25 mil millones de euros. Construir una unidad nuclear desde cero costará aproximadamente 8 millones de dólares. En promedio, el período de recuperación de la inversión de una estación es de 28 años y la vida útil es de 40 años. Como puede ver, las centrales nucleares son un placer bastante caro, pero, como descubrimos, increíblemente necesarias y útiles para usted y para mí.
Centrales nucleares - centrales nucleares- Se trata de centrales térmicas. Las centrales nucleares utilizan como fuente la energía de reacciones nucleares controladas. La capacidad unitaria de las centrales nucleares alcanza los 1,5 GW.
Centrales nucleares – centrales nucleares – tipos de combustible
Se utiliza como combustible común para las centrales nucleares. Ud.– uranio. La reacción de fisión tiene lugar en la unidad principal de una central nuclear: un reactor nuclear. Durante una reacción en cadena de fisión nuclear, se libera una cantidad significativa de energía térmica, que se utiliza para generar electricidad.
Centrales nucleares - centrales nucleares - principio de funcionamiento
Cuando los núcleos de uranio se fisionan, se producen neutrones rápidos. La velocidad de fisión es una reacción en cadena; en las centrales nucleares está regulada por moderadores: agua pesada o grafito. Los neutrones contienen gran número energía térmica. La energía ingresa al generador de vapor a través del refrigerante. El vapor a alta presión se envía a turbogeneradores. La electricidad resultante va a los transformadores y luego a los dispositivos de distribución. Parte de la electricidad se utiliza para satisfacer las necesidades propias de la central nuclear (CN). La circulación del refrigerante en las centrales nucleares está garantizada por bombas: principal y de condensado. El exceso de calor de las centrales nucleares se envía a torres de refrigeración.
Centrales nucleares rusas - centrales nucleares - tipos de reactores nucleares:
- RBMK - reactor de alta potencia, canal,
- VVER – reactor de agua a presión,
- BN – reactor de neutrones rápidos.
Centrales nucleares – centrales nucleares – ecología
Centrales nucleares: las centrales nucleares no emiten gases de combustión a la atmósfera. En la central nuclear no se producen residuos en forma de cenizas y escorias. Los problemas de las centrales nucleares incluyen el exceso de calor y el almacenamiento de residuos radiactivos. Para proteger a las personas y la atmósfera de las emisiones radiactivas en las centrales nucleares, se toman medidas especiales:
- mejorar la fiabilidad de los equipos de las centrales nucleares,
- duplicación de sistemas vulnerables,
- altos requisitos para las calificaciones del personal,
- protección y protección contra influencias externas.
Las centrales nucleares están rodeadas por una zona de protección sanitaria.
