Экономика ядерной энергетики: Основы технологии и экономики производства ядерного топлива. 3-е изд. - Синев Н.М.
Скачать (прямая ссылка):
Активная зона в реакторах на быстрых нейтронах состоит нз нескольких (двух-трех) кольцевых концентрических подзон, которые хотя н различаются начальным обогащением топлива (зоны большого, среднего, малого обогащения), но имеют приблизительно одинаковую энергонапряженность.
В схеме ЯТЦ (рис. 5.15) предусмотрена подпитка со склада отвальным ураном и возможность применения обогащенного урана для изготовления твэлов активной зоны полностью или частично. Активная зона на высокообогащенном урановом топливе используется в реакторах на быстрых нейтронах как переходная к загрузке уран-плутониевым топливом. Временная (несколько лет) эксплуатация этих реакторов в режиме конвертера, а ие наработчика Pu, т. е. с KB^l, целесообразна при дефиците Pu. Она позволяет не сдерживать темп сооружения АЭС с реакторами-размножителями топлива, так как перевод с конвертерного режима в бридерный не потребует существенных конструкционных изменений в реакторе.
10—6105 145
ГЛАВА 6
ПРИРОДНЫЙ УРАН
6.1. НОВЫЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ —УРАН
Открытие урана (1789 г.) принадлежит Клапроту, обнаружившему в железоцинковых рудах, полученных из рудников Иоахим-стали (ныне Яхимов — ЧССР), черный порошок — урановую смолку, которую он принял за новый химический элемент и назвал ураном в честь открытой в то время новой планеты Уран. Только в 1841 г. Пелиго впервые получил металлический уран и доказал, что вещество, принятое Клапротом за уран, на самом деле является его оксидом. В 1869 г. Д. И. Менделеев установил относительную атомную массу урана (240 вместо ошибочно принятой Пелиго 120) и расположил его в периодической таблице последним (самый тяжелый элемент). Впоследствии (1903 г.) в своей книге «Основы химии» великий русский ученый пророчески предвидел: «Убежденный в том, что исследование урана, начиная с его природных источников, поведет еще ко многим новым открытиям, я смело рекомендую тем, кто ищет новых предметов для новых исследований, особо тщательно заниматься урановыми соединениями и, прибавлю здесь, что для меня лично уран знаменателен уже и потому, что играл выдающуюся роль в утверждении периодического закона».
Однако настоящая биография урана началась лишь с конца XIX в. (с 1896 г.), когда французский ученый Беккерель открыл естественную (спонтанную) радиоактивность минеральной соли, содержащей уран, а вслед за ним Пьер и Мария Кюри объяснили это явление физическими свойствами атомов природного тяжелого элемента — урана и затем открытых ими (в 1898 г.) новых химических элементов — полония и радия.
Напомним, что в это время (1895 г.) были открыты лучи Рентгена, электрон (Дж. Дж. Томсон, 1897 г.), а- и р-излучения (Э. Резерфорд, 1899 г.); М. Планком была создана квантовая теория (1900 г.). Важнейшими вехами были открытие Э. Резерфордом ядра атома (1911 г.) и создание планетарной модели строения атома (Н. Бор, 1913 г.).
После обнаружения Резерфордом в 1919 г. превращения ядер под влиянием бомбардировки их а-частицами (ядрами гелия) последовал ряд важнейших открытий: нейтрона (Чедвиком), позитрона (Андерсоном и Блекетом), дейтерия (Юри, 1932 г.), искусственной радиоактивности (Ирен и ФредерикЖолио-Кюри, 1934 г.), которые в канун второй мировой войны (1938—1939 гг.) привели к новым важнейшим открытиям: деления ядра урана нейтронами (О. Ган, Ф. Штрассман), размножения нейтронов при делении ядер урана (Ф. Жолио-Кюри, О. Фриш и Л. Мейтнер, Э. Ферми), к созданию теории деления ядер. Затем последовали открытия спонтанного деления ядер урана (Г. Флеров, К. Петржак), искусственных трансурановых элементов — нептуния, плутония (Г. Сиборг, Мак-
Миллан и др.). была теоретически обоснована (1940 г.) возможность осуществления управляемой цепной реакции деления (Ю. Xa-ритон и Я. Зельдович — СССР, Э. Ферми — США).
Впервые в мире регулируемая реакция деления ядер 235U осуществлена 2 декабря 1942 г. Энрико Ферми в ядерном уран-графитовом реакторе тепловой мощностью 200 Вт, сооруженном в Чикаго (США).
В СССР регулируемая цепная реакция деления ядер урана осуществлена советскими учеными и инженерами под руководством И. В. Курчатова 25 декабря 1946 г. на первом в СССР (и в Европе) экспериментальном ядерном реакторе.
Так началась промышленная биография урана. До этого уран в промышленности практически не использовался. До 1942 г. добыча и переработка урановых руд проводились в целях извлечения из них радия (300—400 мг из 1 т руды), после чего руда сбрасывалась в отвалы. В течение 34 лет (1906—1939 гг.) во всем мире был добыт всего 1 кг радия, для чего было переработано —4000 т урановой руды. В 1941 г. в США имелось лишь несколько граммов чистого металлического урана. Но уже к осени 1942 г. из канадских урановых отвалов в США было получено около 6 т чистого металлического урана, свободного от примесей веществ, сильно поглощающих нейтроны. Этот уран и был использован в реакторе Ферми. К концу 1942 г. поставки оксидов урана в США достигли 1 т в сутки.
С августа 1942 г. все разработки и исследования по ядерной энергии в США были полностью направлены на одну цель — создание атомной бомбы. Для этого нужно было решить две главные задачи — создать промышленные технологии получения плутония (239Pu) и высокообогащенного изотопом 235U урана.
