Combustibili Nucleari Rus Amalia CMSE2

7/25/2019 Combustibili Nucleari Rus Amalia CMSE2

http://slidepdf.com/reader/full/combustibili-nucleari-rus-amalia-cmse2 1/10

Universitatea Babeş-Bolyai

Cluj-Napoca

Facultatea de Stiinţa Mediului

Combustibili nucleari

Student Masterand: Rus malia

Speciali!area: CMS" anul-#-

Cluj-Napoca

#$%&

1



Combustibilii nucleari sunt materialele folosite pentru producerea energiei nucleare în

cadrul centralelor nucleare.

Combustibilii nucleari se caracterizează printr-o mare intensitate energetică ca sursă de

energie primară. Astfel, energia degajată în timpul fizionării unui gram de 235 se

ec!i"alează cu arderea a 25# $g de cărbune superior. raniul natural, ce se înt%lne&te în

scoar'a terestră, con'ine #,() 235 , care fisionează relati" u&or, &i **,3) 23+, care

fisionează greu. 23+ totu&i reprezintă o sursă de combustibil, deoarece în reactoare

speciale cu neutroni rapizi se transformă în 23*u, care fisionează ca 235.

Aburii sunt folosi'i pentru a ac'iona turbinele. n reactorul cu apă în fierbere &i reactorul

cu apa grea care generează aburi, agentul răcitor este apa. resiunea sa este reglată astfel

înc%t să fiarbă c%nd trece prin canale în combustibil.

Cel mai comun tip de combustibil nuclear este reprezentat de elementele fisile grele care

pot fi supuse reac'iei de fisiune în lan' într-un reactor nuclear denumirea de combustibilnuclear se poate referi at%t la materialul combustibil c%t &i la obiectele fizice compuse din

material combustibil /de e0emplu fasciculele combustibile formate din bare elemente

combustibile. Cei mai des utiliza'i combustibili nucleari fisili sunt 235 si 23*u, iar

acti"ită'ile de e0tragere din mină, măcinare, purificare, utilizare &i, în final, depozitare

formează la un loc a&a-numitul ciclul combustibilului nuclear ciclul combustibilului

nuclear este important prin rele"an'a sa în genera'iile de Centrale 4uclearo-lectrice

/C4 &i arme nucleare. 4u to'i combustibilii nucleari sunt folosi'i în reac'ii de fisiune în

lan'. 6e e0emplu, 23+u este folosit pentru a produce energie în cantită'i mici prin

dezintegrare radioacti"ă în generatoarele radiotermale sau pile atomice. 7zotopii u&ori,

cum ar fi 38 /tritiu, sunt folosi'i în reac'iile de fuziune nucleară.

Combustibili sub 'orm( de o)i!i

2



Conducti"itatea termică a bio0idului de uraniu este mică &i este afectată de porozitate &i

gradul de ardere. Arderea presupune formarea produ&ilor de fisiune care încep să se

dizol"e în re'eaua cristalină /cum ar fi lantanidele, precipitarea produ&ilor de fisiune cum

ar fi paladiul, formarea bulelor de gaz de fisiune ca în cazul 0enonului sau $riptonului,

pericolul iradierii re'elei cristaline. Conducti"itatea termică scăzută poate cauza

supraîncălzirea păr'ii centrale a pastilei de combustibil. orozitatea conduce la

descre&terea conducti"ită'ii termice a combustibilului &i la umflarea acestuia pe durata

utilizării.

9: /ranium dio0ide - ;io0idul de uraniu este un solid semiconductor de culoare

neagră. oate fi ob'inut prin reac'ia dintre nitrat de uranil cu o bază /amoniac pentru a

forma un solid /uranat de amoniu. <copul este de a forma un solid dens cu pu'ini pori.Conducti"itatea bio0idului de uraniu este foarte mică în compara'ie cu cea a zirconiului

metalic &i scade c%nd temperatura cre&te.

=9: /=i0ed o0ide - Combustibilul =9: este un amestec de plutoniu &i uraniu natural

sau uraniu sărăcit, a"%nd comportare similară /dar nu identică cu uraniul îmbogă'it.

Combustibilul =9: este o alternati"ă la combustibilul cu uraniu slab îmbogă'it />

folosit în reactoarele cu apă u&oară care predomină actuala genera'ie de C4. tilizarea

combustibilului =9: aduce în discu'ie problema că acesta este, prin el însu&i, o sursă desurplus de plutoniu ob'inut prin transmuta'ie.

Combustibili metalici

Combustibilii metalici au a"antajul unei mult mai ridicate conducti"ită'i termice dec%t

cea a combustibililor sub formă de o0izi, dar &i deza"antajul că nu pot supra"ie'ui în

aceea&i măsură temperaturilor înalte.

Combustibil ?@7A - este folosit în reactoare ?@7A /?raining, @esearc!, 7sotopes,

eneral Atomics. Acest tip de combustibil constă dintr-o matrice uraniu - zirconiu -

!idrură. l prezintă un grad sporit de siguran'ă prin aceea că dacă se găse&te la

temperatura înaltă, sec'iunea trans"ersală a !idrogenului din combustibil este sc!imbată

la energii înalte, permi'%nd pierderea de mai mul'i neutroni, respecti" termalizarea unui

3



număr mai mic de neutroni. =ulte reactoare care folosesc combustibil ?@7A au miezuri

cu Bpierderi mariB, neutronii pierdu'i în e0ces put%nd fi utiliza'i pentru cercetare.

Combustibilul cu AC?7476 - într-un reactor cu neutroni rapizi, actinidele minore

produse prin captura de neutroni în uraniu &i plutoniu, pot fi folosite pe post de

combustibil. Combustibilul metalic cu actinide este în mod tipic, un aliaj de zirconiu,

uraniu, plutoniu &i actinide minore.

Combustibili ceramici şi lic*i!i

Combustibili ceramici - Combustibilii ceramici au a"antajul unei înalte conducti"ită'i

termice &i punct de topire ridicat, dar au tendin'a să se umfle mai mult dec%t

combustibilul sub forma de o0izi &i sunt mai pu'in în'ele&i. Nitrura de uraniu, acesta estecombustibilul folosit adesea în reactoarele proiectate de 4A<A, un a"antaj fiind acela ca

nitrura de uraniu are o conducti"itate termică mai buna dec%t 92. Carbura de uraniu,

cele mai multe cuno&tin'e despre carbura de uraniu se referă la elementul combustibil de

tip BcreionB destinat reactorilor rapizi reproducători &i studia'i intens în perioada anilor

1*#-1*(#. ?otusi, recent a renăscut interesul pentru carbura de uraniu, cel mai notabil

fiind combustibilul sub forma de particule /cum ar fi particulele ?@7<9.

Conducti"itatea termică înalta &i punctul înalt de topire transformă carbura de uraniu într-un combustibil atracti".

Combustibili lic!izi - Săruri anhidre topite acestea includ combustibilii dizol"a'i

în agentul de răcire ei au fost folosi'i în reactoarele cu săruri topite. Soluţii apoase ale

sării de uranil reactoarele omogene apoase folosesc o solu'ie de sulfat de uranil /sau alta

sare de uraniu în apă. Acest tip de reactor omogen nu a fost folosit ca reactor de putere.

nul din deza"antajele sale este că, în caz de accident, combustibilul se poate dispersa

foarte u&or.

+ipuri comune de combustibili nucleari

entru utilizarea sub formă de combustibil nuclear, florura /îmboga'ită de uraniu, D ,

este con"ertită în pudra de bio0id de uraniu, 92, care este procesată sub formă de

pastile. astilele sunt sintetizate în structuri ceramice solide de uraniu /îmbogă'it.

astilele sunt apoi introduse în func'ie de proiectul fiecărui miez de reactor, în tuburi din

E



aliaje de metale rezistente la coroziune. ?uburile sunt etan&ate &i se numesc elemente

combustibile. =ai multe elemente combustibile sunt grupate în structuri speciale numite

fascicule combustibile, folosite la încarcarea miezului reactorului. =etalul folosit pentru

tuburi depinde de proiectul de reactor în trecut s-a utilizat o'el ino0idabil, dar cele mai

multe reactoare folosesc acum aliaj din zirconiu.

Combustibilul ,R

Combustibilul utilizat în reactorul cu apă sub presiune /ressurized Fater @eactor F@

constă din elemente cilindrice montate în fascicule.

<e folosesc pastile ceramice de o0id de uraniu u&or îmbogă'it, introduse în tuburi de

zirconiu a"%nd diametre de apro0imati" 1 cm, acestea din urmă fiind apoi umplute cu

!eliu pentru a îmbunătă'i transferul de caldură dinspre combustibil către teacă. ntr-un

fascicul combustibil se montează c%te 1(*-2E de elemente combustibile, iar în miezul

reactorului se introduc între 121 si 1*3 de fascicule.

Combustibilul BR

5



n reactorul cu apă în fierbere /;oiling Fater @eactor G ;F@, combustibilul este similar

celui de tip F@ cu e0cep'ia că fasciculele sunt BambalateB. =ai e0act, fiecare fascicul

combustibil este în"elit într-o Bcama&ăB sub'ire. Acest lucru este destinat pre"enirii unor

"aria'ii locale de densitate fa'ă de starea globală a neutronicii &i termo!idraulicii

miezului. ntr-un fascicul combustibil ;F@ sunt apro0imati" 5## - +## de elemente

combustibile. Diecare element combustibil este umplut cu !eliu la o presiune de

apro0imati" 3 atmosfere /3## $a.Asamblarea "asul reactorului, constă din "asul reactorului &i din componentele interne

inclusi" structurile de sprijin ale miezului, giulgiul miezului, a nucleului, ec!ipamente de

umiditate, precum &i a pompelor. <copul asamblarii "asul reactorului este de a

H adaposti miezul reactorului ,

H ser"i ca barieră de presiune a lic!idului de răcire,

H sus'inerea &i alinia barele de combustibil &i de control,

H asigura o cale de flu0 pentru circula'ia lic!idului de răcier peste combustibil,

H elimină umezeala din aburul care iese din miez,

H furniza un "olum de reinundare în cazul unui accident de pierdere a lic!idului de răcire.

n acest caz, ni"elul apei din reactor scade rapid, descoperind miezul. Cu toate acestea,

mai multe sisteme de răcire de urgen'ă ale miezului oferă în mod automat apă la miezul

nuclear din giulgiu, oferind răcirea reactorului.



Combustibilul CN.U

Dasciculele combustibile de tip CA46 au apro0imati" #,5 m lungime &i 1# cm în

diametru. <unt formate din pastile sinterizate de 9 2 /uraniu natural introduse în tuburi

de zirconiu, înc!ise etan& &i sudate pe grile de capăt. Diecare fascicul are în jur de 2# $g,

iar în miezul reactorului CA46 se introduc cam E.5## de fascicule.

roiectul actual de fascicul CA46 nu necesită uraniu îmbogă'it datorită eficientului

moderator - apă grea, totu&i, unele concepte noi se îndreaptă către un combustibil u&or

îmbogă'it pentru a u&ura reducerea dimensiunilor reactorului.

+ipuri mai puţin comune de combustibili nucleari

Combustibilul +R/S0

(



Constă dintr-un nucleu compus din o0id de uraniu 9n /uneori C sau C9, îmbrăcat

într-o manta de patru straturi de materiale izotopice. Cele patru straturi sunt formate,

dinspre centru spre e0terior din carbon /poros, carbon pirolitic /IC dens, ceramică

/<iC pentru a re'ine produ&ii de fisiune la temperaturi înalte &i pentru a da

combustibilului ?@7<9 mai multă integritate structurală &i din nou IC dens.

articulele combustibile ?@7<9 sunt proiectate să nu se fisureze /să nu se spargă astfel

înc%t pot să păstreze combustibilul în interiorul reactorului c!iar &i în cel mai rău scenariu

de accident nuclear.

Combustibilul RBM1

Combustibilul @;=J a fost folosit în proiectele so"ietice de reactoare cu o0id de uraniu

slab îmbogă'it. lementele combustibile sunt foarte lungi, de apro0imati" ( m. Centrala

4uclearo-lectrică de la Cernob%l a"ea un reactor @;=J de 1 Fe.

Combustibilul CerMet

+



Combustibilul Cer=et constă din particule de combustibil /uzual o0id de uraniu

încorporat într-o matrice de metal.

<e pare că acest tip de combustibil este folosit în reactoarele militare ale < 4a"I

/submarine. Are caracteristici performan'e pri"ind transferul de caldură &i poate suporta

dilatări mari fară a prezenta pericol în utilizare.

Combustibilul de tip plac(

Combustibilul de tip placă a ie&it de mul'i ani din aten'ia reactori&tilor. l este folosit în

acest moment numai în reactorul a"ansat de testare /Ad"anced ?est @eactor G A?@.

*



Biblio2ra'ie

lodeanu Dlorian, Keronica Andrei, Constantin aleriu /2##+. Ciclul

combustibilului nuclear . ditura =odelism

!. =arcu, ?. =arcu, lemente radioacti"e, d. ?e!nică, ;ucure&ti,1**.

!ttpro.Li$ipedia.orgLi$iCombustibilMnuclear

1#

http://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Modelism&action=edit&redlink=1

http://ro.wikipedia.org/w/index.php?title=Modelism&action=edit&redlink=1

Documents

Combustibili Nucleari Rus Amalia CMSE2