Перспективы и проблемы атомной энергетики
МЭИ.
Кафедра «Инженерной теплофизики».
Курс лекций д.т.н. Ю.С.Черепнина
Перспективы и проблемы атомной энергетики.
Программа курса
1.Мировая атомная энергетика.
2.Физические процессы в ядерных реакторах.
3.Материалы и конструкции элементов ядерных энергетических установок.
4.Эволюционные и инновационные проекты в российской ядерной энергетике.
5. Энергетические ресурсы. Изготовление ядерного топлива.
6.Облученное ядерное топливо и ядерный топливный цикл (ЯТЦ) России.
7.Обращение с радиоактивными отходами (РАО).
8.Ядерная энергетика в космосе
9.Безопасность АЭС и тяжелые аварии на АЭС .
10.Международные аспекты развития атомной энергетики.
11.Ядерные реакторы. Поколение IV.
12.Выездное занятие в НИКИЭТ.
Энергетические ресурсы и
ядерный топливный цикл. 2
лекциилекции№ 1. .
Энергетические ресурсы. Изготовление ядерного топлива.
Мировые энергетические ресурсы
Мировые запасы ядерного топлива
Добыча и переработка уранового сырья
Виды и особенности ядерного топливаИзготовления ядерного топлива
Лекция 2. Облученное ядерное топливо и ЯТЦ России
Особенности эксплуатации топлива в ядерном реакторе.Элементный состав ОЯТ.
Обращение с облученным ядерным топливом.Классификация ядерных топливных циклов.Структура ядерного топливного цикла России
3
Мировые ресурсы ядерного топлива
Природный уран ( 235U=0,72%,
238U=99,2%)
Отработанное ядерное топливо
Регенерированный уран
Обедненный уран
Плутоний
Торий
4
Основной урановый
продукт – закись-окись урана (U3O8)
• Плотность – 8,39
г/см3
• Устойчивость на
воздухе
• Конечный продукт
Лидеры добычи урана:
для длительного
хранения1.Казахстан
2.Канада
3.Австралия
Виды ядерного топлива
Диоксид урана (UO2) - основное топливо
Металлическое: U + Zr (Mo, Al, Ве)
Нитридное (карбонитридное): UN+(C)
Карбидное топливо: UC
|
Смешанные виды топлива: |
Оксидное (МОКС) : UO2 + PuO2
Нитридное (СНУП) : UN+PuN
Торий –урановое |
ThO2+ 233UO2 |
Ремикс –топливо (U-Pu cмесь из ОЯТ + обогащенный уран)
Особенности ядерного топлива
Высокая теплотворная способность
(1 г U235 эквивалентен 3 тыс. т органического топлива);
Генерация избыточных нейтронов;
Невозможность полного сжигания делящихся изотопов за один цикл;
Возможность повторного использования облученного топлива;
Не требуется окислитель и не производится СО2;
Накопление радиоактивных продуктов деления;
Радиационное воздействие на конструкции и окружающую среду.
Остаточное тепловыделение ОЯТ.
Основное ядерное топливо –
диоксид урана (UO2±x).
Плотность – 10,7 г/см3
Устойчивость до 1600 °С
Тпл = до 2875 °С
Основные особенности:
- химическая инертность,
- механическая прочность,
- отсутствие фазовых переходов,
- радиационная устойчивость.
Недостатки: |
|
Низкая теплопроводность - |
4,5 кДж/м∙К. |
Нестехиометричность - |
UO1,6 – 2,25 |
8
Порошок диоксида урана и спеченные таблетки
U3O8 + 2 Н2 → 3UО2 + 2 H2O
Требования к ядерному топливу
Приемлемые значения по:
-количеству U-235,
температуростойкости
-прочности,
-теплопроводности
на протяжении всего жизненного цикла топлива.
10