Путь урана от месторождения до электрической сети представляет собой последовательную технологическую цепочку, которую называют ядерным топливным циклом. Мади АЗБЕРГЕНОВ, ведущий инжиенер группы энергетки ТОО «КАЭС» рассказал, для чего используется атомная генерация, передает vechastana.kz.
До поступления в реактор сырье проходит добычу, переработку, конверсию, обогащение и изготовление топлива. На АЭС энергия деления ядер сначала превращается в тепло, затем приводит в движение турбину и в итоге преобразуется в электричество. После работы в реакторе начинается завершающая часть цикла, включающая хранение и дальнейшее обращение с отработавшим ядерным топливом.
В Казахстане уран добывают методом подземного скважинного выщелачивания. Через скважины в рудоносный пласт подают технологический раствор, который переводит соединения урана в растворимое состояние. Образовавшийся ураносодержащий раствор через добычные скважины направляют на переработку. После химического извлечения, осаждения, фильтрации и сушки получают концентрат природного урана. Он служит исходным сырьём для следующих стадий топливного цикла.
Далее урановый концентрат очищают и переводят в гексафторид урана. Это соединение можно использовать в газовых центрифугах. Природный уран содержит около 0,72% по изотопу Уран-235. Для большинства энергетических реакторов долю этого изотопа увеличивают, как правило, до уровня не более 5%. После обогащения уран переводят в твердое состояние в форме диоксида урана, из порошка которого прессуют и спекают таблетки. Таблетки помещают в герметичные металлические трубки, называемые тепловыделяющими элементами. Из них формируют тепловыделяющие сборки. В Казахстане Ульбинский металлургический завод производит урановые таблетки, а завод «Ульба ТВС» выпускает топливные сборки. Конструкция топлива всегда должна соответствовать типу реактора.
Тепловыделяющие сборки загружаются в активную зону реактора. При делении ядер урана 235 выделяются тепло и нейтроны, поддерживающие управляемую цепную реакцию. Ее мощность регулируют системы управления, в том числе стержни, поглощающие нейтроны. Тепло от топлива передается теплоносителю. В предусмотренных для АЭС «Балхаш» реакторах ВВЭР 1200 вода используется как теплоноситель и замедлитель нейтронов.
В реакторах ВВЭР работают два основных водяных контура. Вода первого контура проходит через активную зону, нагревается под высоким давлением и переносит тепло в парогенератор, оставаясь в замкнутой системе. Через стенки труб парогенератора тепло передается воде второго контура, которая превращается в пар. Вода двух контуров при этом не смешивается. Пар вращает турбину, а соединенный с ней генератор преобразует механическую энергию в электрическую. После турбины пар охлаждается в конденсаторе, снова становится водой и возвращается в цикл. Напряжение выработанной электроэнергии повышают на трансформаторе, после чего она поступает в энергосистему. Таким образом, энергия деления ядер последовательно преобразуется в тепло, механическую энергию турбины и электричество.
Периодически часть сборок извлекают из реактора и заменяют новыми. Отработавшие сборки продолжают выделять тепло и сохраняют высокую радиоактивность. Сначала их помещают в бассейн выдержки, где вода обеспечивает охлаждение и радиационную защиту. Затем отработанное ядерное топливо может быть направлено на сухое хранение, переработку или подготовку к окончательному захоронению. Выбор дальнейшего способа обращения зависит от принятой государством стратегии.
Республика Казахстан уже участвует в ключевых звеньях ядерного топливного цикла. Казахстан добывает и перерабатывает природный уран, выпускает топливные таблетки и сборки, а необходимые дополнительные услуги получает в рамках международной кооперации. Создание собственной атомной генерации свяжет эти компетенции с производством электроэнергии.
