Переработка отработанного оксидного топлива начинается с разделки и растворения тепловыделяющих элементов в азотной кислоте. После этого производят химическое разделение урана и плутония. Pu и U могут быть возвращены к началу топливного цикла - уран на обогащение, а плутоний непосредственно на предприятия по изготовлению топлива. После переработки и обогащения восстановленный уран отправляется на предприятия по изготовлению свежего реакторного топлива.
Остающаяся жидкость после удаления Pu и U представляет собой высокоуровневые радиоактивные отходы (РАО), содержащие, в том числе, и некоторую часть топлива. Радиоактивность этих отходов высока, и они продолжают производить много теплоты.
Для переработки ОЯТ используются водные технологии, основной недостаток которых - достаточно большое количество радиоактивных отходов. В России регенерированный уран применяется для изготовления топлива реакторов типа РБМК и БН, полученный при этом плутоний переводится в форму диоксида и складируется. На АЭС Западной Европы до 15% ядерного топлива изготавливается из регенерированного урана и плутония.
Перспективные виды ядерного топлива
В настоящее время основным видом ядерного топлива для тепловыделяющих элементов реакторов любого типа является диоксид урана в оболочке из циркониевого сплава или из стали. Это топливо обеспечивает приемлемые характеристики твэла для 4-5 годичной кампании и при выгорании до 60 Мвт×сут\кгU. Однако, не прекращаются поиски для улучшения эксплуатационных характеристик ядерного топлива с целью повышения безопасности и экономичности АЭС, в том числе делаются попытки создания и внедрения новых видов ядерного топлива.
Матричное топливо
К перспективным видам топлива относится так называемое матричное топливо. Основу топлива в этом случае составляет инертный наполнитель (матрица), внутри которого расположены микрочастицы диоксида урана или плутония. В качестве матрицы рассматриваются различные материалы, как металлы, так и керамика. Разработкой и исследованием свойств ядерного топлива с инертной матрицей занимаются во многих странах с конца 50-х годов. В России исследования по созданию подобного топлива также ведутся в течение многих лет. В качестве материала матрицы используются сплавы на основе циркония. Топливные частицы в виде микросфер диоксида урана диаметром около 500 мкм располагаются в матрице и занимают приблизительно 70% всего объема.
Основные преимущества матричного топлива, связаны с более высоким коэффициентом теплопроводности. При одинаковой средней тепловой нагрузке это приводит к заметному снижению перепада температур по радиусу твэла и, в целом, более низкой температуре топливного элемента. Расчеты показывают, что размещение диоксида урана в матрице в виде микросфер с учетом пониженной температуры топлива обеспечивают локализацию примерно 95% продуктов деления непосредственно в самом топливе. Это обстоятельство приводит к ряду важных выводов. Во-первых, можно исключить из конструкции топливного элемента или, во всяком случае, значительно уменьшить компенсационный объем для сбора газообразных продуктов деления. Во-вторых, значительно уменьшается вероятность разгерметизации топливных элементов и, следовательно, будет значительно меньшим радиационное загрязнение поверхностей первого контура реактора и теплоносителя.
Конструкция матричного топливного элемента может быть выполнена в виде монолитного стержня, а не таблетки, что приведет к повышению жесткости и геометрической стабильности топливных элементов. Отмеченные качества повышают также вибропрочность ТВС и улучшают условия работы дистанционирующих решеток.
Другие преимущества матричных топливных элементов связаны с возможностью работы топлива в режиме переменных нагрузок АЭС без ограничения по циклам и глубине регулирования нагрузок. Как показывают расчеты, термические напряжения, возникающие в микросферах диоксида и матрице элемента, недостаточны для его разрушения, а напряжения в оболочке элемента не превышают предела ее текучести. Миграция продуктов деления к оболочке не происходит из-за пониженных температур и их локализации в частицах диоксида урана.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.