התפקיד המרכזי של אורניום עשיר ב- Pressurized Water Reactors

תגובת מים מלחיצה (PWRs) שולטת בצי הכוח הגרעיני העולמי, חשבונאות של כשני שליש מכל הכורים המסחריים בפעולה. בלב כל PWR הוא דלק שאינו קיים בטבע: אורניום מועשר על ידי הגדלת ריכוז של אורניום מוסטיקה בזבז בזהירות את פליטות הפחמן אווריום-235 מהשפע הטבעי של 0.7% ל- 35% בדרך כלל בשימוש במהנדסי מים קלים, יש צורך בשרשרת אנרגיה יעילה, אך ורק כדי לפתח תגובה יעילה של פחמן או אנרגיה יעילה.

הבנה של Uranium Enrichment: מ- Ore to Reactor Fuel

אורניום טבעי, שמקורו בעיקר מהפקדות בקזחסטן, קנדה ואוסטרליה, מורכב משתי איזוטופים עיקריים: אורניום-238 (99.274%) ו-Uranium-235 (0.720%), עם כמויות של אורניום אורניום 23-4.רק Uranium-235 הוא fissile, כלומר הוא יכול לקיים תגובת שרשרת נויטרונים טיפוסית.

טכנולוגיות עשיריות

העשרה מסחרית מבוצעת כמעט אך ורק באמצעות טכנולוגיית גזיפוגה, אשר החליפה את היישומים הישנים, אנרגיה-חושיים של אורניום בשיטה של פיזור גזי אנרגיה ודלקים זהים (בקיצור של צנטריפוגה, אורניום hexafluoride (UF6), היא בולטת במהירויות גבוהות יותר; המולקולות הכבדות יותר של U-238 מגובה ליד הקיר החיצוני, בעוד שהמולקולות הקלות יותר של U-235 מתמקדות יותר קרוב למרכז.

רמות עשירות ואספקת דלק

עבור PWRs, רמת ההעשרה נבחרת בקפידה כדי לאזן את ביצועי הכור, אורך מחזור הדלק, ובטיחות תפעולית טיפוסית דלק PWR מסחרי מועשר ל 3–5% U-235, מסווג כאורניום עשיר (LEU). גבוהה-סאזה נמוך אורניום עשיר (HenR) מועשר בין 5% ל-20%, הוא תחת פיתוח עבור עיצובים מתקדמים, כולל כורים קטנים יותר מאשר אמצעי הגנה על פני שטח נמוך של U.

תהליך ההעשרה מוסדר היטב על ידי גופי רגולציה גרעיניים לאומיים וסוכנות האנרגיה האטומית הבינלאומית (EA) כדי למנוע דילול חומר למטרות לא שלום.

פיתוח דלק אורניום עשיר עבור PWRs

לאחר שהעשיר לרמה הנדרשת, גז UF6 מומר לתוך אבקת אורניום (UO2), אשר לאחר מכן מופעל לתוך אגן ציילינדררי בערך 1 ס"מ בקוטר ו 1 ס"מ גבוה. pellets אלה הם חטא בטמפרטורות גבוהות כדי להשיג מבנה קרמיקה צפוף שעומד בתנאים הקיצוניים בתוך הליבה של הכור.

דלק רודס ו-Assemblies

האגן UO2 טעון לתוך סגסוגת Zirconium (Zircaloy) cladding צינורות כדי ליצור מוטות דלק. Zirconium נבחר בגלל הפחתת קליטת הניטריונים הנמוכה שלה, התנגדות קורוזיה טובה בטמפרטורות גבוהות, וכוח מכני.כל מוטה הוא חתומה ומחויחת עם helium כדי לשפר את ההעברה החום בין האגן ו- AWad מכיל כ- 300 ליטרים טיפוסיים.

רעלים ודלק ניהול

כדי לנהל את פעילות יתר של דלק טרי, מעצבי PWR משלבים סופגנים נויטרונים נשרפים, לעתים קרובות בצורת אגן מוטבעת או תחמוצת gadolinium מעורבב כמה מוטות דלק. הרעלים האלה בהדרגה מתפוגג על מחזור הדלק, שמירה על התפלגות חשמל עוד יותר ולהרחיב את הזמן בין reroling החוצהages. A טיפוסי PWR פועל על מחזור של 18 עד 24 חודשים, אשר מוחלף בערך עם מחזור דלק מתמשך.

עיצובי ייצור דלק התפתחו כדי להשיג כוויות גבוהות יותר, כלומר יותר אנרגיה לחלץ ליחידת אורניום.דלק מודרני PWR יכול להשיג כוויות מעל 50 ג'יגהוואט ימים לטון מטרי של מתכת כבדה (GWd / tHM), בהשוואה ל-30 GWd / tHM בעיצובים ישנים יותר. כוויות גבוהות יותר מפחיתות את נפח הדלק המבזבז ומשפר את היעילות הכלכלית, אבל גם את המורכבות הגיאולוגיתקפה, המשפיעה, על הבזבוז העמוק, חום, חום, וחום, וחום, על פני חום, וגמישות, ונפיחות, ונפיחות עמוקה, חום, עמידות, וריק, חום, וריק, עמידות, עמידות, חום, עמידות, עמידות, חום, עמידות, וריק, עמידות גבוהה יותר.

תהליך הכובד והדור החשמלי ב-PWRs

בתוך כלי לחץ הכור, האטומים המועשרים של U-235 סופגים נויטרונים תרמיים ומפוזרים לשני שברים קלים יותר (מוצרים קלים), שחרור שני או שלושה נויטרונים באנרגיה גבוהה וכ-200 מ"ר אנרגיה.הנוטרונים המשוחררים החדשים נוסעים במהירות גבוהה מדי עבור לכידת יעילה על ידי U-235, ולכן יש להאט - או מתון - על ידי התנגשות עם אור באטומים מגניבים, מאפשר תגובה גרעינית מדויקת של מים קרירים.

שליטה על תגובת שרשרת

מוטות בקרה, עשויים מ-Bron carbide או סגסוגת אלומיניום של אלומיניום, מוכנסים אנכית לתוך הליבה כדי לספוג עודף נויטרונים. על ידי התאמת עומק של מכרסמים שליטה, מפעילי לווסת את פלט הכוח.בנוסף, חומצה בורקרית מומסת בתוך הקרוואן העיקרי מספק חיס כימי עבור בקרת פעילות לטווח ארוך במהלך מחזור הדלק.

PWRs ידועים ביציבות התפעולית שלהם וגורמי קיבולת גבוהה, לעתים קרובות מעל 90%.השימוש באורניום מועשר חיוני לשמור על מסה קריטית בתוך הגיאומטריה הליבה הקומפקטית, תוך מתן התפלגות כוח אחידה והסרת חום יעילה.

השלכות סביבתיות על מחזור הדלק הגרעיני

למרות שתחנות כוח גרעיניות פולטות גזי חממה במהלך המבצע, מחזור הדלק המלא – החל מכריית ועד ניהול פסולת – יש השפעות סביבתיות בלתי צפויות.כל שלב מציג אתגרים נפרדים שלעתים קרובות מתעלמים מהם בהשוואות פשוטות של טביעת רגל פחמן.

אורניום Mining and Milling

אורניום מוזן באמצעות תא פתוח, תת-קרקעי, או בהחלפת שיטות (ISL) קפדניות, אשר מהווה כמחצית מהייצור העולמי, כולל שאיפת פתרון מחמצן לגוף האו"ם כדי לפזר אורניום, ולאחר מכן משאבת הפתרון ההרי למשטח לעיבוד.

תסכול, עושר, ודיכוי דלק

Uranium ריכוז (yellowcake) מומר לגז UF6 במתקני המרה.תהליך זה משתמש חומצה הידרופלואורית פלואורינה מוסדרת, שניהם כימיקלים מסוכנים הדורשים טיפול קפדני ומעקב אחר כך צעד ההעשרה הוא אנרגיה-רגיש: צמחי גזים קטנים, כמו מתקני בקרה מגנטיים, צריכת דלקים חזקים של כ-50–100 קילוואט ליחידת עבודה משתנה (SWU) של מאמץ מעשי העשרה, והעשירים הגלובליים של תעשיית החשמל של אנרגיה, כמו כיום, כמו דלקים מהירים, כולל כמה שעות ביממה, אך ורקפות אנרגיה גרעינית, אך ורק כמה מתקני דלקים מהירים (אוויר) של דלקים).

פעולות תגובה

במהלך הניתוח, PWRs לייצר כמעט ללא CO2, SOx, או NOx. עם זאת, הם מייצרים זיהום תרמי: מים קירור משוחררים נהרות או אוקיינוסים חייב להיות מנוהל כדי למנוע נזק מערכות אקולוגיות מימיות. רבים PWRs משתמשים מגדלי קירור כדי להפחית את השחרור התרמית, אבל הפינוי מוסיף צריכת מים ברציפות, טריפטום ומוצרי הפעלה אחרים משוחררים מאוד ברמות נמוכות ונוזלים עדיין מתחת להגבלות על בריאות הציבור.

ניהול דלק לטווח ארוך ובזבוז ארוך

דלק גרעיני משוחרר מ- PWR הוא מאוד רדיואקטיבי וחם תרמי.הוא מכיל מוצרי פשפש (למשל, cesium-137, סטרואנטום-90) עם מחצית חיים של עשרות שנים, כמו גם אלמנטים טרנסורניים (למשל, ניהול דלק קבוע של קפריסין 239, פרויקט דו-חמצני-241) שנשאר מסוכן במשך עשרות אלפי שנים של קונצנזוס גיאולוגי הנוכחי הוא גם ⁇ הצפוני של צפון-מזרחית גבוהה יותר) תחת פתרון ברזל.

עיבוד דלק מושקע כדי לשחזר את פלוטוניום אורניום לשימוש חוזר (דלק חד-חמצני, MOX) מקטין את נפח הפסולת ברמה גבוהה ומרחיב משאבי אורניום, אבל זה מעלה חששות תפוצה ונשאר שולי מבחינה כלכלית בהשוואה למחזורי דלק פעם אחת, כמו צרפת, בריטניה ורוסיה פועלים מחדש מפעלים, בעוד ארצות הברית בחרה לסילוק ישיר.

טביעת רגל סביבתית השוואתית: גרעיני לעומת מקורות אחרים

כאשר משווים פליטות מחזור חיים מלאות (mining, בנייה, עיבוד דלק, ניתוח, פירוק), כוח גרעיני מייצר 5-15 גרם של CO2-equivalent per קילוואט-שעה, על פי מספר ניתוחים מחזור חיים.זה דומה רוח ועוצמה הידרואלקטרית ונמוך בהרבה מדלקים מאובנים (coal: 800-1,200/kWh; גז טבעי: 400 g / Wh) לשימוש גרעיני הוא נמוך יותר מאשר אנרגיה רטובה, אך ורק מאנרגיה גבוהה יותר מאשר פחם, אך ורק מצריכת אנרגיה רטובה, אך גבוהה יותר מאשר אנרגיה, אך גבוהה יותר מאשר אנרגיה, אך ורק לאחר מכן, אך ורק מנפט, אך גבוהה יותר מאשר דלק רטובה, אך ורק מנפט, אך ורק מצריכת אנרגיה רטובה, אך ורק לאחר מכן, אך גבוהה יותר מאשר גז טבעי, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, אך גבוהה יותר מאשר גז טבעי, לעומת זאת, עם זאת, לעומת זאת, עם זאת, אך ורק מנפט, עם צריכת אנרגיה רטובה, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, עם צריכת אנרגיה רטובה, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, 000

האחריות הסביבתית המשמעותית ביותר לעוצמה גרעינית היא החסינות לטווח הארוך של פסולת רדיואקטיבית.אין מקור אנרגיה אחר מטיל מורשת שחייב להיות מנוהלת באופן פעיל במשך עשרות אלפי שנים.עם זאת, נפח הפסולת הוא קטן: כל הדלק המבוזבז שנוצר על ידי הצי האמריקני ב-60 שנים יתאים לשדה כדורגל בגובה של כ-15 מטרים.

אתגרים וכיוונים עתידיים

כמה התפתחויות שואפות להפחית את טביעת הרגל הסביבתית של שימוש אורניום מועשר בפוריות ומעבר לכך דלקים סובלניים (ATFs) לשלב ברזל-אלמיום-אלמיומה של קלפטינג או פחמי אורניום כדי לשפר את שולי הבטיחות ולהקטין את ייצור מימן במהלך תאונות חמורות. ATFs יכול גם לאפשר כוויות גבוהות יותר, מחסני פסולת. - כולל כורים מודולריות קטנים, soco-hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh

מנקודת מבט סביבתית, המסלול המבטיח ביותר הוא מחזור דלק סגור המשלב שריפת מחזורי ונקיון מהיר, אשר יכול להפחית את זמן האחסון הנדרש לבזבוז ברמה גבוהה מכמה מאות שנים, אך המחסומים הכלכליים והפוליטיים נותרו בלתי ניתנים להפרדה.

מסקנה: יתרונות ותחומי אחריות

אורניום עשיר הוא אבן הפינה של פעולות PWR, המאפשרת אנרגיה צפופה, מבוקרת, ומקור אנרגיה פחמן נמוך המספק כמעט 10% של חשמל גלובלי.שימושו הוא מגובן על ידי עשרות שנים של הנדסת חדד ותקנה בטיחות קפדנית.אבל ההשלכות הסביבתיות לא ניתן לפטור: כריית אורניום מפריע נופים ומשאבים מים; העשרה צריכת אנרגיה משמעותית; והדלק נשאר שמירה על משא הדורש מחויבות בין-תרבותית יעילה יותר, כדי להפחתת שיטות ייצור יעיל יותר, יעילה יותר, ואפקטים יותר, יעיל יותר, כדי לשפר את ההשפעות של דלק יעיל יותר, יעיל יותר, ואפקטים יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, כדי להעשרת דלק יעיל יותר, כדי להעשרת יותר, ואפקטים יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, ואפקטים יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר, יעיל יותר של דלק יעיל יותר יעיל יותר, כדי להעשרת אנרגיה יעילה יותר של דלק, ואפקטים יותר של פעילות גופנית, כדי להעשרת אנרגיה יעילה יותר, כדי להעשרת אנרגיה יעילה יותר, 000,

עבור מחנכים, סטודנטים וקובעי מדיניות, הלוק הוא ברור: אורניום מועשר ב PWRs מציע כלי רב עוצמה עבור de Carbonizing את מגזר החשמל, אבל זה לא ארוחת צהריים חינם.הנתיב האחראי קדימה כרוך בהשקעה מתמשכת פתרונות חיסכון פסולת, רגולציה שקופה, ומעורבות ציבורית.עם ניהול קפדני, את החסרונות הסביבתיים של אורניום מועשר יכול להיות מנוהל תוך כדי היתרונות האקלים הם הבינו - מעט מקורות אנרגיה אחרים יכול להשיג.