Экономика ядерной энергетики: Основы технологии и экономики производства ядерного топлива. 3-е изд. - Синев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
111
(рецикл) регенерированного урана и накопленного в отработавшем топливе плутония в топливоснабжающую систему ядерной энергетики — все эти процессы следует рассматривать как различные стадии сложной комплексной технологии ядерного топлива, которую принято называть ядерно-топливным циклом (ЯТЦ) ядерной энергетики.
Невозможность сжечь ядерное топливо за однократное пребывание его в реакторе и необходимость многократного возврата его в реактор понуждают образовать замкнутую систему циркуляции топлива в ЯТЦ.
Типовая схема замкнутого ЯТЦ ядерной энергетики с реакторами на тепловых нейтронах приведена на рис. 5.1.
Рассмотрим особенности основных стадий ЯТЦ.
Производство природного урана — исходного сырья для ядерного топлива. Урановые оксиды, содержащиеся в рудах, — очень малая примесь, неравномерно вкрапленная в различные минералы. Например, среднее содержание урана в рудах, перерабатывавшихся в США в 1982 г., составляло всего 0,1—0,12%. А при попутном извлечении урана, например из фосфоритов и золотоносных песков, его содержание в перерабатываемой рудной массе составляет только 0,03—0,05%- Рентабельность такой добычи урана обеспечивается попутным извлечением фосфора и золота.
При столь малой концентрации (около 0,1 %) для извлечения 1 т урана в среднем требуется добыть и переработать более 1000 т рудной массы, предварительно освобожденной от пустой породы, т. е. после обогащения руды. Доминирующие в настоящее время в мире способы добычи урановой руды (шахтный и открытый-^-в карьерах), кроме того, сопровождаются большими вскрышными работами и перемещением огромных объемов пустой породы.
Современная гидрометаллургическая технология наиболее пол> ного (до 90—95 %) извлечения урана из руды требует превращения ее путем дробления и помола в порошкообразное состояние (в рудную муку). Извлечение урановых оксидов из мелкоразмо-лотой руды связано с расходованием больших количеств воды и химических реагентов. Например, при кислотном выщелачивании урана на 1 т размолотой руды требуется израсходовать в зависимости от состава и свойств породы от 45 до 100 кг серной кислоты.
Конечной продукцией уранодобывающих и перерабатывающих предприятий являются химические концентраты урана обычно в виде ОзОв. Но U3O8 — это еще не ядерное топливо, а только урановое топливное сырье. На мировом капиталистическом рынке цена 1 кг U3Oe* в 1979 г. доходила до 100 дол. и более, и только в последние годы по конъюнктурным причинам произошло временное снижение цены до 50—60 дол/кг. Урановое сырье — до-
* 1 кг U3O8 содержит 0,8485 кг металлического U.
Рудники, открытые карьеры, ис та на 5ки вля naff земного Выщела чаЗамя
Добыча U
Гивромвтал-лургический завод
Получение химических концентратов природного урана
Завад па изготовлению тдзлод a TBO
Оклад абввнвнного урана (отдала)
ядерный реактор на тепловых , нейтронах
Склав оввжих TBC на АЭС
Центральная от вайя ЯТЦ
ТЗ=В—JFET
бассейн I отработавшего топлива
Накопленный в отработавшем топливе Pu
Завод па изготовлению топлива вля активных зон РБН
Регенерированный U
хк
Долговременное хранилище отработавшего ядерного топлива
Радиоактивные
отходы (Переработка,
хранение а захоронение)
Радиоактивные нуклиды (извлечение')
^Начальные отавии лтц Завершающая стадия ятц
Потребители
Рис. 5.1. Типовая схема замкнутого ЯТЦ при применении уранового топлива на АЭС с реакторами на тепловых нейтронах [с0, х, у, хк — концентрации 235U в природном, обогащенном, отвальном и отработавшем (регенерированном) топливе]
рогой продукт. Учет его принято вести в граммах, имея в.виду не только цену, но и строгие требования безопасности при обращении с радиоактивными материалами.
Затраты на добычу и получение уранового сырья имеют определяющее значение в экономике ядерного топлива. С ростом масштабов ядерной энергетики и соответственно с ростом ее потребностей в ядерном топливе и в связи с истощением богатых урановых месторождений затраты на получение уранового сырья, а следовательно, и цена природного урана будут возрастать.
Важными особенностями производства природного урана являются возможность и экономическая целесообразность гидрометаллургической переработки руд на месте добычи, т. е. без дальних перевозок руды. Транспортирование же полученного концентрата урана на любые расстояния — задача технически несложная, не требующая больших затрат.
Добыча и получение уранового сырья — первая (начальная) стадия ядерно-топливного цикла. Основные технологические процессы и экономические показатели по получению природного урана подробно освещены в гл. 6.
Обогащение урана — получение концентрированного высококалорийного топлива. Современной ядерной энергетике, развивающейся в основном на реакторах на тепловых нейтронах, для достижения большой глубины выгорания топлива, т. е. для получения высокой удельной энерговыработки, требуется ядерное топливо с большим, чем у природного урана, содержанием 235U, т. е. обогащенный уран. Таким образом, практически весь добыты* для использования в энергетике природный уран должен поступить для обогащения изотопом 235U на разделительный завод (газодиффузионный или центрифужный) после предварительного фторирования, т. е. в виде UF6. На разделительном заводе в отвалы (хвосты) обедненного (по содержанию 235U) урана перейдет основная масса природного урана.
