Enriched Uranium'un Basıncılaşmış Su Reaktörleri'nin Orta Rolü
Basına dayalı Su Reaktörleri (PWR) küresel nükleer enerji filosuna hükmederek, operasyondaki tüm ticari reaktörlerin yaklaşık üçte ikisi için muhasebe.Her PWR'nin kalbinde, mühendisler, kontrol edilen, sürekli olarak enerji tasarrufu sağlayan, zenginleştirilmiş uranyumun yüksekliğini artırmakla birlikte, enerji tasarrufuna karşı yapılan elektriksel olarak düşük karbonlu tasarruf sağlar.
Uranium En Zenginleştirmeyi Anlayın: Ore'den Reaktör Yakıt Yakıtına
Doğal uranyum, öncelikle Kazakistan, Kanada ve Avustralya'daki depozitolardan oluşuyordu, iki ana izotopdan oluşur: Uranium-238 (99.274%) ve Uranium-235 (0.720%), Uranium-234'un izlerinin izlerinin izlerinin izlerinin izlerinin altında, ABD'nin yapısal bir nötron zincirini ortadan kaldırabilmesi için gerekli olan bir nötron ekonomisini sağlıyor.
En zenginleştirme Teknolojileri
Ticari zenginleştirme neredeyse sadece gaz sentrifuge teknolojisini kullanarak yapılır, bu da eski, enerji yoğun gazlı difüzyon yöntemine odaklanır.Bir sental içme yöntemiyle bağlantılıdır.Daha düşük enerji verimliliğiyle ilgili olarak, daha düşük enerji verimliliğiyle ilgili olarak kullanılan bir miktar daha düşük enerji tasarrufu sağlar.
Zenginleştirme Seviyeleri ve Yakıt Sınıfları
PWR'ler için zenginleştirme seviyesi reaktör performansı, yakıt döngüsü uzunluğu ve operasyonel güvenlik konusunda dikkatli bir şekilde seçilir. Tipik ticari PWR yakıtı, küçük modüler reaktörler dahil olmak üzere gelişmiş reaktör tasarımları için zenginleştirilmiştir.
Zenginleştirme süreci ulusal nükleer düzenleyici bedenler ve Uluslararası Atom Enerji Ajansı (IAEA) tarafından barışçı amaçlar için malzemenin geri çekilmesini engellemek için sıkıca düzenlenir.
PWRs için zenginleştirilmiş Uranium Yakıt Tasarımı
Gerekli seviyeye zenginleşen bir kez, UF6 gazı, reaktör çekirdeği içindeki aşırı koşullara dayanacak yoğun bir seramik yapısı elde etmek için yüksek sıcaklıklara dönüştürüldü.
Yakıt Rods ve Assemblies
UO2 granüller zirkonyum alaşımı (Zircaloy) boruları yakıt çubukları oluşturmak için yüklüdür. Zirconium, yüksek sıcaklıklarda ve mekanik güçte, yüksek çözünürlükte 200 ila 300 arasında ayarlanmış ve her bir çubuk, yüksek bir yüksek çözünürlükte, yüksek miktardaki yüksek miktardaki yüksek miktardaki ısı transferini artırmak için paralel olarak kapatılmıştır.
Burnable Zehirler ve Yakıt Yönetimi
Taze yakıtın aşırı reaktivitesini yönetmek için, PWR tasarımcıları, yakıt dağıtımını daha da genişleterek, genellikle boron-coated bir ton veya gadolinium oksit biçiminde bir miktar yakıt çubuklarına karışır.Bu zehirler yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş
Yakıt montaj tasarımları, uranyumun birim başına daha fazla enerji çekilmesi elde etmek için gelişti. Modern PWR yakıtı 50 gigawatt-günlükleri ağır metal (GWd/tHM) ile kıyasla, 30 GWd /tHM'nin daha eski tasarımları ile karşılaştırıldığında, ekonomik verimliliği artırmak ve ayrıca atıkların son derece karmaşıklığını artırmak, ısıyı etkileyen, kritikliği ve korozyon davranışını etkileyen, derin jeolojik depolarda korozyon davranışları etkileyen.
Fission Process and Electric Generation in PWRs
reaktör basıncı gemisinde zenginleştirilmiş U-235 atomları, ısıtılmış nötronları absorbe eder ve iki hafif parçaya bölünür (ya da iki yüksek enerjili nötronlar ve yaklaşık 200 MeV enerjide çalışır. Yeni serbest kalan nötronlar, ABD tarafından verimli bir şekilde yakalamaya izin veren çok yüksek bir hız yaratırlar, bu yüzden yavaşlanmalıdır - veya orta derecede hafif atomlarla çarpışmalar - sudaki ışık atomları soğutmak için.
Zincir Reaksiyonunu Kontrol Etmek
Kontrol çubukları, boroncd veya gümüş-indium-cadmium alaşımlarından yapılmış, aşırı nötron barlarını absorbe etmek için temele dikey olarak yerleştirilir.Ayrıca, operatörler elektrik üretimini düzenler. ek olarak, ısıtılmış bir jeneratör için ısı transferleri, yüksek basınçta ( 155 bar) izole edilmiş bir şekilde çalışır.
PWRs, operasyonel istikrar ve yüksek kapasite faktörleri için ünlüdür, genellikle% 90'ı aşıyor. Zenginleştirilmiş uranyum kullanımı, tek bir güç dağıtım ve etkili ısı kaldırılmasına izin verirken kritik bir kütleyi korumak için gereklidir.
Çevresel Etkileri Nükleer Yakıt Döngüsünde
Nükleer enerji santralleri operasyon sırasında hiçbir sera gazı yaymıyor olsa da, tam yakıt döngüsü - atık yönetimine madencilikten - ölçülebilir çevresel etkilere sahip. Her aşama, basit karbon ayak karşılaştırmalarında sıkça göz ardı edilen farklı zorluklar sunar.
Uranium Madencilik ve Mobilya
Uranium: Açık-pit, yeraltı veya in-situ leaching (ISL) yöntemleri ile alınır, bu da küresel üretimin yaklaşık yarısına kadar olan, radyoaktif çürük ürünlerin çözülmesi için büyük bir oksitleyici çözümü içerir (daha sonra da su geçirmez) ve betonarmeler yüzeyin temizlenmesini sağlar.
Dönüşüm, Zenginlik ve Yakıt Kumaşı
Uranium (yellowcake) dönüşüm tesislerinde UF6 gazına dönüştürülür. Bu işlem, zenginleştirici çalışma birimlerinin her ikisi de, her yıl birkaç terawatt-saat elektrik izleme gerektiren tehlikeli kimyasal maddelerdir.
Reaktör Operasyonları
Operasyon sırasında PWRs, su ekosistemlerine zarar vermek için neredeyse CO2, SOx veya NOx üretmiyorlar, ancak buharlı su kirliliğini üretiyorlar: nehirlere veya okyanuslara su deşarjı, birçok PWR'ler su ekosistemlerine zarar vermek için soğutma kulelerini kullanıyor, ancak buharlaşmanın su tüketimini azaltması gerekiyor.
Yakıt Yönetimi ve Uzun Süreli Atık
Bir PWR'den nükleer yakıt deşarjı son derece radyoaktif ve termal olarak sıcaktır.Bu, on binlerce yıldır dikte edilen fizyum-137, strontium-90), uzun süreli çözüm olarak, Finlandiya'nın Onkalo havuzunda da tehlikeli olan bir çözümdür.
Yeniden işleme, plutonium ve uranyumu yeniden kullanım için geri almak için harcanan yakıtı (mixed-oksit yakıt, MOX) yüksek seviyeli atıkların hacmini azaltır ve uranyum kaynaklarını genişletir, ancak bir kez yakıt döngüleriyle karşılaştırıldığında ekonomik olarak marjinal kalır.
Karşılaştırmalı Çevre Ayak izi: Nükleer vs. Diğer Güç Kaynakları
Tam yaşam döngüsü emisyonlarını karşılaştırdığında (kir, inşaat, yakıt işleme, operasyon, ihmal), nükleer enerji 5 ila 15 gram CO2 eşit derecede düşük kilo verme süresine göre, birden fazla yaşam döngüsü analizleri nedeniyle, rüzgar ve hidro güç ve fosil yakıt tüketimi ile karşılaştırılabilir (koal: 800-1,200 g/kWh; doğal gaz: 400-600 g/kWh) Nükleer enerji tüketimi nedeniyle en küçük enerji kaynağı için kullanılması.
Nükleer enerji için en önemli çevresel sorumluluk, 60 yıl içinde üretilen yakıt miktarı, yaklaşık 15 metre yüksek bir futbol sahasına sığacak.
Mevcut Zorluklar ve Gelecek Yollar
Çeşitli gelişmeler, zenginleştirilmiş uranyum kullanımının PWR'lerde ve ötesindeki çevresel ayak izlerini azaltmak için hedefler. Kaza-tolerant yakıtlar (ATFs) demir-kro-aluminum cladding veya uranyum silisi, ciddi kazalar sırasında hidrojen üretimini artırmak ve azaltmak için. ATFs, daha yüksek yanmaya izin verebilir, atık hacimlerini azaltabilir. Gelişmiş reaktörler dahil - küçük modüler reaktörler, sodyum-soğuk hızlı reaktörler ve molten-salt reaktörler - molten zenginleştirici seviyelere sahiptir.
Çevre perspektifinden, en umut verici yol, geri dönüşüm ve hızlı-neutron yakmasını birleştiren kapalı bir yakıt döngüsüdir, bu da binlerce yıldan daha yüksek seviyeli atık için gerekli depolama süresini azaltabilecektir.[Dönemli yıllar).
Sonuç: Zayıflıklar ve Sorumluluklar
Zenginleştirilmiş uranyum, PWR operasyonlarının temel taşıdır, yoğun, kontrol edilebilir ve düşük karbon enerji kaynağının küresel elektriklerin yaklaşık% 10'unu tedarik etmesidir. Ancak çevresel etkiler reddedilemez: uranyum madenciliği, peyzajları ve su kaynaklarını rahatsız eder; zenginleştirme önemli enerji harcar; ve harcanan yakıt, nesiller arası taahhütleri talep eden bir teminat olarak kalır.
eğitimciler için, öğrenciler ve politika yapıcılar, çeki açıktır: PWR'lerde zenginleştirilmiş uranyum, elektrik sektörü için karbonatmak için güçlü bir araç sunar, ancak diğer enerji kaynaklarının elde edilebilmesinden sorumlu bir yol daha önemlidir.