El uso de combustible nuclear en reactores para la producción de energía térmica tiene una serie de características importantes debido a las propiedades físicas y la naturaleza nuclear de los procesos. Estas características determinan las especificidades de la energía nuclear, la naturaleza de su tecnología, las condiciones especiales de operación, el desempeño económico y el impacto ambiental. También determinan los principales problemas científicos, técnicos y de ingeniería que deben resolverse con el desarrollo generalizado de tecnología nuclear confiable, económica y segura.
Las características más importantes del combustible nuclear, manifestadas en su uso energético:
1. alto poder calorífico, es decir liberación de calor por unidad de masa de nucleidos separados;
2. la imposibilidad de "quemar" (fisión) completa de todos los nucleidos fisionables para una estancia única de combustible en el reactor, ya que en el núcleo del reactor, siempre es necesario tener una masa crítica de combustible y es posible “quemar” solo la parte del mismo que exceda la masa crítica;
3. la capacidad de tener reproducción (conversión) parcial, bajo ciertas condiciones, completa e incluso ampliada de nucleidos fisionables, es decir, obtención de combustible nuclear secundario a partir de la reproducción de materiales nucleares (238 U y 232 Th);
4. la “quema” de combustible nuclear en un reactor no requiere un agente oxidante y no va acompañada de una descarga continua de productos de “combustión” al medio ambiente;
5. El proceso de fisión va acompañado simultáneamente de la acumulación de productos de fisión radiactivos de vida corta y vida larga, así como de productos de desintegración que retienen un alto nivel de radiactividad durante mucho tiempo. Así, el combustible irradiado en el reactor y gastado en él tiene una radiactividad extremadamente alta y, en consecuencia, calor de desintegración, lo que crea especiales dificultades en el manejo del combustible nuclear irradiado;
6. La reacción en cadena de la fisión del combustible nuclear va acompañada de la liberación de enormes flujos de neutrones. Bajo la influencia de neutrones de alta energía (E>0,1 MeV) en los materiales estructurales irradiados del reactor (revestimiento de combustible, piezas del conjunto de combustible, dispositivos del reactor, recipiente), así como en el refrigerante y los materiales de protección biológica, en la atmósfera gaseosa que llena el espacio entre el reactor y su protección biológica, muchos elementos químicamente estables (no radiactivos) se convierten en radiactivos. Hay una llamada actividad inducida.
La alta capacidad de generación de calor del combustible nuclear se debe a la importante energía intranuclear liberada durante cada acto de fisión de un átomo pesado de uranio o plutonio. Durante la combustión de combustibles fósiles tienen lugar procesos químicos oxidativos, acompañados de una liberación de energía relativamente baja.
Durante la combustión (oxidación) de un átomo de carbono, de acuerdo con la reacción C + O 2 → CO 2, se liberan alrededor de 4 eV de energía por cada acto de interacción, mientras que durante la fisión del núcleo del átomo de uranio se liberan 235 U + n → X 1 + X 2, alrededor de 200 MeV de energía por evento de fisión. Una liberación de energía tan altamente concentrada por unidad de masa conduce a enormes tensiones térmicas. La diferencia de temperatura a lo largo del radio del elemento combustible alcanza varios cientos de grados.
Además, los materiales del núcleo experimentan enormes cargas dinámicas y de radiación debido al flujo de refrigerante y al poderoso efecto de radiación sobre el combustible y los materiales estructurales de los flujos de radiación ionizante de alta densidad. En particular, la acción de la radiación de los neutrones rápidos provoca daños significativos por radiación en los materiales estructurales del reactor (fragilización, hinchamiento, aumento de la fluencia). Por lo tanto, se imponen requisitos especiales a los materiales utilizados en los reactores. Uno de ellos es el mayor grado de pureza de las impurezas (los llamados materiales de grado nuclear). Debido a esto, la sección transversal de interacción y absorción (que es importante para mantener una reacción en cadena de fisión) de neutrones por los materiales es mínima.
El nivel de requisitos para la composición y propiedades de los materiales utilizados en la construcción de reactores resultó ser tan alto que inició el desarrollo de una serie de tecnologías nuevas y avanzadas para la producción de materiales especiales y productos semiacabados, así como especiales. métodos y medios para controlar su calidad. En la actualidad se ha desarrollado y dominado una tecnología para la producción industrial de materiales tales como berilio, grafito de pureza nuclear, agua pesada, aleaciones de zirconio y niobio, calcio metal, boro y aceros inoxidables resistentes al calor, boro enriquecido con el 10 V isótopos y elementos de tierras raras.
El alto contenido calórico provoca una fuerte reducción tanto en la masa como en el volumen físico del combustible nuclear necesario para producir una determinada cantidad de energía. Por lo tanto, el almacenamiento y transporte de la materia prima (concentrado químico de uranio natural) y el combustible terminado requieren costos relativamente bajos. La consecuencia de esto es la independencia de la ubicación de las centrales nucleares del área de producción y fabricación de combustible nuclear, lo que afecta significativamente la elección de una ubicación geográfica económicamente ventajosa de las fuerzas productivas. En este sentido, se puede hablar del carácter universal del combustible nuclear. Sus propiedades físico-nucleares son las mismas en todas partes, y la economía de uso prácticamente no depende de la distancia al consumidor. La posibilidad de no vincular la ubicación de las centrales nucleares con el lugar de producción y fabricación del combustible nuclear permite ubicarlas de manera económicamente óptima en todo el territorio, acercándolas lo más posible a los consumidores de energía eléctrica y térmica. En comparación con las centrales eléctricas de combustibles fósiles, las centrales nucleares no experimentan dificultades asociadas con las condiciones climáticas estacionales para la entrega y el suministro de combustible. Los materiales nucleares extraídos del subsuelo y sometidos a procesamiento pueden almacenarse durante cualquier número de años a muy bajo costo, sin necesidad de grandes y costosas instalaciones de almacenamiento.
La necesidad de circulación repetida de combustible nuclear en el ciclo del combustible y la imposibilidad de su combustión completa durante una estancia única en el reactor se debe a la necesidad de mantener una reacción en cadena de fisión. Una reacción en cadena autosostenida en el núcleo solo es posible si hay una masa crítica de material fisionable en una configuración dada y bajo ciertas condiciones para ralentizar y absorber neutrones. Por lo tanto, para obtener energía térmica en el reactor, cuando se opera a la potencia de diseño durante un tiempo determinado, es necesario tener un exceso de nucleidos fisionables en el núcleo por encima de la masa crítica. Este exceso crea un margen de reactividad del núcleo del reactor, que es necesario para lograr el consumo de combustible especificado o calculado. Quemado de combustible nuclear En el núcleo del reactor se denomina proceso de gasto de nucleidos fisionables, primarios y secundarios, como consecuencia de la fisión durante su interacción con los neutrones. El quemado suele determinarse por la cantidad de energía térmica liberada o la cantidad (masa) de nucleidos separados por unidad de masa de combustible cargado en el reactor. Por lo tanto, para quemar una cierta cantidad de uranio en un reactor, es necesario cargarlo con combustible que tenga una masa significativamente mayor que la crítica. En este caso, después de alcanzar la profundidad de quemado especificada, cuando se agota el margen de reactividad, es necesario reemplazar el combustible gastado con combustible nuevo para mantener la reacción en cadena de la fisión. El requisito de mantener constantemente en el núcleo del reactor una gran masa de combustible nuclear, diseñado para un largo período de operación a fin de garantizar una potencia de salida dada, genera costos únicos significativos para pagar la primera carga de combustible y los lotes posteriores preparados para el reabastecimiento. Esta es una de las diferencias esenciales y fundamentales entre las condiciones para el uso de combustible nuclear en centrales eléctricas en comparación con el combustible orgánico.
Sin embargo, el combustible gastado descargado del núcleo contendrá una cantidad significativa de materiales fisionables y nucleidos fértiles de valor significativo. Este combustible, después de la purificación química de los productos de fisión, se puede devolver al ciclo del combustible para su reutilización. La cantidad de nucleidos fisionables en el combustible gastado, que permanece sin utilizar durante su estancia única en el reactor, depende del tipo de reactor y del tipo de combustible y puede llegar hasta el 50% de los inicialmente cargados. Naturalmente, tales "residuos" valiosos deben ser utilizados. Para ello, se están creando instalaciones técnicas especiales e instalaciones para el almacenamiento, transporte y regeneración química del combustible gastado (SFA). Los materiales fisionables extraídos de los SFA pueden devolverse y circular repetidamente a través de reactores y empresas de combustible de la industria nuclear: plantas radioquímicas que aseguran la regeneración (purificación de productos de fisión e impurezas) del combustible descargado del reactor y su retorno al ciclo del combustible después el necesario enriquecimiento adicional con nucleidos fisionables; Plantas siderúrgicas para la producción de nuevos elementos combustibles, en las que se añade combustible regenerado al fresco, no irradiado en reactores. Así, un rasgo característico del suministro de combustible en la industria de la energía nuclear es la posibilidad técnica y la necesidad de volver al ciclo (reciclar) los isótopos fisionables y fértiles de uranio y plutonio que no se utilizaron en las condiciones de una sola estancia en el reactor. Para garantizar el suministro ininterrumpido de combustible, se están creando las capacidades necesarias de las empresas del ciclo del combustible. Pueden considerarse como empresas que satisfacen las "necesidades propias" de la energía nuclear como industria. El concepto de desarrollo de la ingeniería de energía nuclear basada en reactores reproductores de combustible nuclear se basa en la posibilidad de reciclar uranio y plutonio. Además, el reciclaje de uranio y plutonio reduce significativamente la necesidad de uranio natural y de capacidad de enriquecimiento de uranio para los reactores de neutrones térmicos, que actualmente dominan la industria de la energía nuclear en desarrollo. Mientras no haya reprocesamiento del combustible gastado, no habrá reciclaje de uranio y plutonio. Esto significa que los reactores térmicos solo pueden funcionar con combustible nuevo derivado del uranio extraído y procesado, mientras que el combustible gastado se almacenará.
La reproducción del combustible nuclear tiene lugar en casi cualquier reactor diseñado para la producción de energía que, junto con los materiales fisionables, contiene materias primas fértiles (238 U y 232 Th). Si no consideramos el caso hipotético del uso de combustible de uranio súper enriquecido (~ 90%) para algunos reactores especiales, entonces en todos los reactores nucleares utilizados en la industria eléctrica, habrá una parcial, y cuando se creen ciertas condiciones, completa e incluso la reproducción ampliada de combustible nuclear: isótopos de plutonio, que tienen el mismo alto poder calorífico que 235 U. El plutonio puede separarse del combustible gastado en plantas de procesamiento químico en su forma pura y usarse para producir combustible mixto de uranio y plutonio. La posibilidad de producir plutonio en cualquier reactor térmico de neutrones permite calificar a cualquier central nuclear como una empresa de doble propósito: generar no solo energía térmica y eléctrica, sino también producir un nuevo combustible nuclear: el plutonio. Sin embargo, el papel del plutonio no se manifiesta únicamente en su acumulación en el combustible gastado. Una parte significativa de los isótopos fisionables de plutonio resultantes se fisiona en el reactor, lo que mejora el balance de combustible y contribuye a aumentar el quemado del combustible cargado en el núcleo. El más conveniente, según las ideas actuales, es el uso del plutonio en los reactores de neutrones rápidos, donde permite ganar masa crítica y, en consecuencia, en la carga con respecto a 235 U en un 20-30% y obtener coeficientes muy altos que exceden la unidad reproducción. El uso de plutonio en la carga de combustible de los reactores de neutrones térmicos, si bien no permite obtener una ganancia significativa de masa crítica y tasas de reproducción tan altas como en los reactores de neutrones rápidos, sin embargo, genera un gran efecto al aumentar los recursos de combustible nuclear. .
En energía nuclear, además del uranio, existen oportunidades para el desarrollo de ciclos de combustible de torio. Al mismo tiempo, el isótopo natural 232 Th se usa para producir 233 U, que es similar en sus propiedades nucleares al 235 U. Sin embargo, en la actualidad es difícil esperar un uso significativo del ciclo del uranio-torio en la ingeniería de energía nuclear. . Esto se explica por el hecho de que el 232 Th, como el 238 U, es solo un material fértil, pero no fisionable, y la tecnología de procesamiento del torio tiene una serie de características específicas y aún no se ha dominado a escala industrial. Al mismo tiempo, todavía no hay escasez de uranio natural. Además, existe una acumulación continua en los almacenes de desechos de uranio listos para su uso como material fértil en los reactores reproductores.
La ausencia de la necesidad de un oxidante para generar energía es uno de los principales beneficios ambientales del uso de la energía nuclear en comparación con los hidrocarburos. Las emisiones de gases de las centrales nucleares se deben principalmente a las necesidades de los sistemas de ventilación de la central. A diferencia de las centrales nucleares, cada año se liberan al aire millones de metros cúbicos de gases de combustión. Estos incluyen, en primer lugar, los óxidos de carbono, nitrógeno y azufre, que destruyen la capa de ozono del planeta y crean una gran carga para la biosfera de los territorios adyacentes.
Desafortunadamente, además de las ventajas de la energía nuclear, también existen desventajas. Estos incluyen, en particular, la formación de productos de fisión y activación durante el funcionamiento de un reactor nuclear. Tales sustancias interfieren con el funcionamiento del propio reactor y son radiactivas. Sin embargo, el volumen de residuos radiactivos generados es limitado (muchos órdenes de magnitud menos que los residuos de las centrales térmicas). Además, existen tecnologías probadas para su purificación, extracción, acondicionamiento, almacenamiento seguro y eliminación. Varios isótopos radiactivos extraídos del combustible gastado se utilizan activamente en tecnologías industriales y de otro tipo. Con el mayor desarrollo de las tecnologías de procesamiento de SFA, también hay perspectivas para la extracción de productos de fisión, elementos de tierras raras de gran valor.
La zona activa de un reactor nuclear de potencia (a.z.EIAR)- esta es una parte de su volumen, en la que se organizan constructivamente las condiciones para la implementación de una reacción en cadena autosostenida continua de fisión del combustible nuclear y una eliminación equilibrada del calor generado en él para su posterior uso.
Pensando en el significado de esta definición en relación al núcleo de una ENR térmica, se puede entender que los componentes fundamentales de tal núcleo son el combustible nuclear, el moderador, el refrigerante y otros materiales estructurales, estos últimos son objetivamente necesarios, ya que el combustible nuclear y moderador en el núcleo y el núcleo mismo la zona debe estar fijada inamoviblemente en el reactor, representando, si es posible, una unidad tecnológica colapsable.
Por combustible nuclear se suele entender la totalidad de todos los nucleidos fisionables en la zona activa. La mayoría de los ENR térmicos utilizados en las centrales nucleares en la etapa inicial de operación funcionan con combustible de uranio puro, pero durante la campaña reproducen una cantidad significativa de combustible nuclear secundario, el plutonio-239, que inmediatamente después de su formación se incluye en el proceso. de multiplicación de neutrones en el reactor. Por lo tanto, el combustible en dicho ENR en cualquier momento arbitrario de la campaña debe considerarse como una combinación de tres componentes fisionables: 235U, 238U y 239Pu. El uranio-235 y el plutonio-239 son fisionables por neutrones de cualquier energía del espectro del reactor, y el 238U, como ya se señaló, solo por neutrones rápidos por encima del umbral (con E > 1,1 MeV).
La característica principal del combustible nuclear de uranio es su enriquecimiento inicial (x), que se refiere a la proporción (o porcentaje) de núcleos de uranio-235 entre todos los núcleos de uranio. Y dado que más del 99,99% del uranio consta de dos isótopos: 235 U y 238 U, el valor de enriquecimiento es:
x= N 5 /N U \u003d N 5 / (N 5 +N 8) (4.1.1)
El uranio metálico natural contiene aproximadamente un 0,71 % de núcleos de 235 U, y más del 99,28 % es de 238 U. Se debe tener en cuenta.
Los reactores de centrales nucleares utilizan uranio enriquecido hasta 1,8 ÷ 5,2%, en reactores de centrales nucleares de transporte marítimo, el enriquecimiento inicial del combustible nuclear es de 20 ÷ 45%. El uso de combustible de bajo enriquecimiento en las centrales nucleares se explica por consideraciones económicas: la tecnología para la producción de combustible enriquecido es compleja, consume mucha energía, requiere equipos complejos y voluminosos y, por lo tanto, es una tecnología costosa.
El uranio metálico es térmicamente inestable, sujeto a transformaciones alotrópicas a temperaturas relativamente bajas, y químicamente inestable y, por lo tanto, inaceptable como combustible para reactores de potencia. Por lo tanto, el uranio se usa en reactores no en forma puramente metálica, sino en forma de compuestos químicos (o metalúrgicos) con otros elementos químicos. Estas conexiones se llaman combustible composiciones
Las composiciones de combustible más comunes en la tecnología de reactores son:
UO 2, U 3 O 8, UC, UC 2, UN, U 3 Si, (UAl 3) Si, UBe 13.
El (los) otro(s) elemento(s) químico(s) de la composición del combustible se llama diluyente de combustible.
En las dos primeras de las composiciones de combustible enumeradas, el diluyente es oxígeno, en las dos segundas, carbono, en las siguientes, respectivamente, nitrógeno, silicio, aluminio con silicio y berilio.
Los requisitos principales para el diluyente son los mismos que para el moderador en el reactor: debe tener una microsección de dispersión elástica alta y posiblemente una microsección de absorción más baja para neutrones térmicos y resonantes.
La composición de combustible más común en los reactores nucleares de potencia es dióxido de uranio(UO 2), y su diluyente, el oxígeno, cumple completamente con todos los requisitos anteriores. .
Punto de fusión del dióxido (2800 o C) y su alta estabilidad térmica hacen posible tener alta temperatura combustible con una temperatura de funcionamiento permisible de hasta 2200 ° C.
Centrales nucleares - centrales nucleares son centrales térmicas. Las centrales nucleares utilizan la energía de las reacciones nucleares controladas como fuente. La capacidad unitaria de las unidades de potencia de la central nuclear alcanza los 1,5 GW.
Utilizado como combustible común para plantas de energía nuclear. tu- uranio. La reacción de fisión se lleva a cabo en la unidad principal de una central nuclear: un reactor nuclear. Una reacción en cadena de fisión de materia nuclear libera una cantidad significativa de energía térmica que se utiliza para generar electricidad.
La fisión de los núcleos de uranio produce neutrones rápidos. La tasa de fisión es una reacción en cadena, en las centrales nucleares está regulada por moderadores: agua pesada o grafito. Los neutrones contienen una gran cantidad de energía térmica. A través del refrigerante, la energía ingresa al generador de vapor. El vapor a alta presión se envía a los turbogeneradores. La electricidad resultante va a los transformadores y luego a los dispositivos de distribución. Parte de la electricidad se destina a satisfacer las necesidades propias de una central nuclear (CN). La circulación del refrigerante en las centrales nucleares se realiza mediante bombas: principal y de condensado. El exceso de calor de las centrales nucleares se envía a las torres de refrigeración.
Plantas de energía nuclear - Las plantas de energía nuclear no emiten gases de combustión a la atmósfera. No hay residuos en forma de cenizas y escorias en las centrales nucleares. Los problemas en las plantas de energía nuclear son el exceso de calor y el almacenamiento de desechos radiactivos. Para proteger a las personas y la atmósfera de las emisiones radiactivas, las centrales nucleares toman medidas especiales:
Las centrales nucleares están rodeadas por una zona de protección sanitaria.
La energía nuclear es una forma moderna y en rápido desarrollo de generar electricidad. ¿Sabes cómo se organizan las centrales nucleares? ¿Cuál es el principio de funcionamiento de una central nuclear? ¿Qué tipos de reactores nucleares existen hoy en día? Intentaremos considerar en detalle el esquema de operación de una planta de energía nuclear, profundizar en la estructura de un reactor nuclear y descubrir qué tan seguro es el método atómico para generar electricidad.
Cualquier estación es un recinto cerrado alejado de la zona residencial. Hay varios edificios en su territorio. El edificio más importante es el edificio del reactor, junto a él se encuentra la sala de turbinas desde donde se controla el reactor, y el edificio de seguridad.
El esquema es imposible sin un reactor nuclear. Un reactor atómico (nuclear) es un dispositivo de una planta de energía nuclear, que está diseñado para organizar una reacción en cadena de fisión de neutrones con la liberación obligatoria de energía en este proceso. Pero, ¿cuál es el principio de funcionamiento de una central nuclear?
Toda la planta del reactor está situada en el edificio del reactor, una gran torre de hormigón que oculta el reactor y que, en caso de accidente, contendrá todos los productos de una reacción nuclear. Esta gran torre recibe el nombre de contención, cascarón hermético o contención.
La zona de contención en los nuevos reactores tiene 2 paredes gruesas de hormigón - cáscaras.
Una capa exterior de 80 cm de espesor protege el área de contención de las influencias externas.
La capa interior con un espesor de 1 metro 20 cm tiene cables de acero especiales en su dispositivo, que aumentan la resistencia del hormigón casi tres veces y no permitirán que la estructura se desmorone. Interiormente está revestido con una fina lámina de acero especial, que está diseñada para servir como protección adicional a la contención y, en caso de accidente, evitar que el contenido del reactor se derrame fuera del área de contención.
Tal dispositivo de una planta de energía nuclear puede resistir la caída de un avión que pesa hasta 200 toneladas, un terremoto de magnitud 8, un tornado y un tsunami.
El primer recinto presurizado se construyó en la planta de energía nuclear estadounidense Connecticut Yankee en 1968.
La altura total del área de contención es de 50-60 metros.
Para comprender el principio de funcionamiento de un reactor nuclear y, por lo tanto, el principio de funcionamiento de una planta de energía nuclear, debe comprender los componentes del reactor.
¿Qué hace una central nuclear? El combustible para las centrales nucleares son elementos químicos con propiedades radiactivas. En todas las plantas de energía nuclear, el uranio es uno de esos elementos.
El diseño de las centrales implica que las centrales nucleares funcionan con un combustible compuesto complejo y no con un elemento químico puro. Y para extraer combustible de uranio del uranio natural, que se carga en un reactor nuclear, es necesario realizar muchas manipulaciones.
Uranio enriquecido
El uranio consta de dos isótopos, es decir, contiene núcleos con masas diferentes. Fueron nombrados por el número de protones y neutrones isótopo -235 e isótopo-238. Los investigadores del siglo XX comenzaron a extraer uranio 235 del mineral, porque. era más fácil de descomponer y transformar. Resultó que solo hay un 0,7% de dicho uranio en la naturaleza (los porcentajes restantes fueron al isótopo 238).
¿Qué hacer en este caso? Decidieron enriquecer uranio. El enriquecimiento de uranio es un proceso en el que quedan muchos isótopos 235x necesarios y pocos isótopos 238x innecesarios. La tarea de los enriquecedores de uranio es producir casi el 100 % de uranio-235 a partir del 0,7 %.
El uranio se puede enriquecer utilizando dos tecnologías: difusión de gas o centrifugación de gas. Para su uso, el uranio extraído del mineral se convierte en estado gaseoso. En forma de gas, se enriquece.
polvo de uranio
El gas de uranio enriquecido se convierte en un estado sólido: dióxido de uranio. Este uranio sólido puro 235 parece grandes cristales blancos que luego se trituran en polvo de uranio.
tabletas de uranio
Los gránulos de uranio son arandelas de metal sólido, de un par de centímetros de largo. Para moldear tales tabletas a partir de polvo de uranio, se mezcla con una sustancia, un plastificante, mejora la calidad del prensado de tabletas.
Las arandelas prensadas se hornean a una temperatura de 1200 grados centígrados durante más de un día para dar a las tabletas una fuerza especial y resistencia a las altas temperaturas. La forma en que funciona directamente una planta de energía nuclear depende de qué tan bien se comprima y hornee el combustible de uranio. 
Las tabletas se hornean en cajas de molibdeno, porque. solo este metal puede no derretirse a temperaturas "infernales" de más de mil quinientos grados. Después de eso, el combustible de uranio para las centrales nucleares se considera listo.
El núcleo del reactor parece un enorme disco o tubería con agujeros en las paredes (según el tipo de reactor), 5 veces más grande que un cuerpo humano. Estos agujeros contienen combustible de uranio, cuyos átomos llevan a cabo la reacción deseada.
Es imposible simplemente arrojar combustible a un reactor, bueno, si no quieres que explote toda la estación y un accidente con consecuencias para un par de estados cercanos. Por lo tanto, el combustible de uranio se coloca en barras de combustible y luego se recolecta en conjuntos de combustible. ¿Qué significan estas abreviaturas?
El circonio fue elegido como material para la producción de barras de combustible debido a sus propiedades refractarias y anticorrosivas.
El tipo de elementos combustibles depende del tipo y estructura del reactor. Como regla general, la estructura y el propósito de las barras de combustible no cambian; la longitud y el ancho del tubo pueden ser diferentes. 
La máquina carga más de 200 gránulos de uranio en un tubo de circonio. En total, alrededor de 10 millones de gránulos de uranio trabajan simultáneamente en el reactor.
FA - conjunto de combustible. Los trabajadores de la central nuclear llaman haces de elementos combustibles.
De hecho, se trata de varios TVEL unidos entre sí. Los conjuntos de combustible son combustible nuclear listo para usar, con lo que funciona una planta de energía nuclear. Se trata de elementos combustibles que se cargan en un reactor nuclear. Se colocan entre 150 y 400 elementos combustibles en un reactor.
Dependiendo del reactor en el que operará el conjunto de combustible, vienen en diferentes formas. A veces, los paquetes se doblan en forma cúbica, a veces en forma cilíndrica, a veces en forma hexagonal.
Un elemento combustible durante 4 años de funcionamiento genera la misma cantidad de energía que cuando se queman 670 vagones de carbón, 730 tanques con gas natural o 900 tanques cargados de petróleo.
Hoy en día, los elementos combustibles se fabrican principalmente en fábricas de Rusia, Francia, EE. UU. y Japón.
Para entregar combustible para plantas de energía nuclear a otros países, los conjuntos de combustible se sellan en tuberías de metal largas y anchas, el aire se bombea fuera de las tuberías y se entrega a bordo de aviones de carga mediante máquinas especiales.
El combustible nuclear para las plantas de energía nuclear pesa prohibitivamente mucho, tk. El uranio es uno de los metales más pesados del planeta. Su gravedad específica es 2,5 veces mayor que la del acero.
¿Cuál es el principio de funcionamiento de una central nuclear? El principio de funcionamiento de las centrales nucleares se basa en una reacción en cadena de fisión de átomos de una sustancia radiactiva: el uranio. Esta reacción tiene lugar en el núcleo de un reactor nuclear.
Si no entra en las complejidades de la física nuclear, el principio de funcionamiento de una planta de energía nuclear se ve así:
Una vez que se pone en marcha el reactor nuclear, se retiran las barras absorbentes de las barras de combustible, lo que evita que el uranio reaccione.
Tan pronto como se retiran las varillas, los neutrones de uranio comienzan a interactuar entre sí.
Cuando los neutrones chocan se produce una mini-explosión a nivel atómico, se libera energía y nacen nuevos neutrones, comienza a producirse una reacción en cadena. Este proceso libera calor.
El calor se transfiere al refrigerante. Según el tipo de refrigerante, se convierte en vapor o gas, que hace girar la turbina.
La turbina impulsa un generador eléctrico. Es él quien, de hecho, genera electricidad.
Si no sigue el proceso, los neutrones de uranio pueden chocar entre sí hasta que el reactor explote y toda la planta de energía nuclear explote en pedazos. Los sensores informáticos controlan el proceso. Detectan un aumento de temperatura o un cambio de presión en el reactor y pueden detener automáticamente las reacciones.
¿Cuál es la diferencia entre el principio de funcionamiento de las centrales nucleares y las centrales térmicas (centrales térmicas)?
Las diferencias en el trabajo son solo en las primeras etapas. En las centrales nucleares, el refrigerante recibe calor de la fisión de átomos de combustible de uranio, en las centrales térmicas, el refrigerante recibe calor de la combustión de combustible orgánico (carbón, gas o petróleo). Después de que los átomos de uranio o el gas con carbón hayan liberado calor, los esquemas de operación de las centrales nucleares y las centrales térmicas son los mismos.
El funcionamiento de una central nuclear depende del funcionamiento de su reactor nuclear. Hoy en día existen dos tipos principales de reactores, que se clasifican según el espectro de neuronas:
Un reactor de neutrones lentos, también llamado reactor térmico.
Para su funcionamiento se utiliza uranio 235, que pasa por las etapas de enriquecimiento, creación de tabletas de uranio, etc. Hoy en día, los reactores de neutrones lentos son la gran mayoría.
Reactor de neutrones rápidos.
Estos reactores son el futuro, porque trabajan con uranio-238, que es de diez centavos por docena en la naturaleza y no es necesario enriquecer este elemento. La desventaja de tales reactores es solo en costos muy altos para el diseño, construcción y lanzamiento. Hoy en día, los reactores de neutrones rápidos funcionan solo en Rusia.
El refrigerante en los reactores de neutrones rápidos es mercurio, gas, sodio o plomo. 
Los reactores de neutrones lentos, que se utilizan hoy en día en todas las plantas de energía nuclear del mundo, también vienen en varios tipos.
La organización OIEA (Agencia Internacional de Energía Atómica) ha creado su propia clasificación, que se utiliza con mayor frecuencia en la industria nuclear mundial. Dado que el principio de funcionamiento de una central nuclear depende en gran medida de la elección del refrigerante y moderador, el OIEA ha basado su clasificación en estas diferencias.
Desde un punto de vista químico, el óxido de deuterio es un moderador y refrigerante ideal, porque sus átomos interactúan más efectivamente con los neutrones de uranio en comparación con otras sustancias. En pocas palabras, el agua pesada realiza su tarea con pérdidas mínimas y resultados máximos. Sin embargo, su producción cuesta dinero, mientras que es mucho más fácil usar el agua "ligera" y familiar habitual para nosotros.
¡Es interesante que un reactor de una planta de energía nuclear se construya durante al menos 3 años!
Para construir un reactor, se necesita un equipo que funcione con una corriente eléctrica de 210 kiloamperios, que es un millón de veces la corriente que puede matar a una persona.
Una coraza (elemento estructural) de un reactor nuclear pesa 150 toneladas. Hay 6 de estos elementos en un reactor.
Reactor de agua a presión
Ya hemos descubierto cómo funciona la planta de energía nuclear en general, para "arreglarlo", veamos cómo funciona el reactor nuclear presurizado más popular.
Actualmente, en todo el mundo se utilizan reactores de agua a presión de generación 3+. Se consideran los más fiables y seguros.
Todos los reactores de agua a presión del mundo durante todos los años de su funcionamiento en total ya han logrado ganar más de 1000 años de funcionamiento sin problemas y nunca han dado desviaciones graves. 
La estructura de las centrales nucleares basadas en reactores de agua a presión implica que entre las barras de combustible circula agua destilada, calentada a 320 grados. Para evitar que entre en estado de vapor, se mantiene bajo una presión de 160 atmósferas. El esquema NPP lo llama agua primaria.
El agua calentada ingresa al generador de vapor y cede su calor al agua del circuito secundario, luego de lo cual “regresa” nuevamente al reactor. Exteriormente, parece que las tuberías del circuito de agua primario están en contacto con otras tuberías: el agua del segundo circuito se transfiere calor entre sí, pero las aguas no se ponen en contacto. Los tubos están en contacto.
Por lo tanto, se excluye la posibilidad de que la radiación ingrese al agua del circuito secundario, que participará más en el proceso de generación de electricidad.
Habiendo aprendido el principio de funcionamiento de las centrales nucleares, debemos comprender cómo se organiza la seguridad. Actualmente, el diseño de las centrales nucleares requiere una mayor atención a las normas de seguridad.
El coste de la seguridad de las centrales nucleares es aproximadamente el 40% del coste total de la propia central. 
El esquema de la central nuclear incluye 4 barreras físicas que evitan la liberación de sustancias radiactivas. ¿Qué se supone que deben hacer estas barreras? En el momento adecuado, ser capaz de detener la reacción nuclear, garantizar la eliminación constante de calor del núcleo y del propio reactor, y evitar la liberación de radionúclidos de la contención (zona de contención).
Si, a pesar de la construcción de una central nuclear con muchos grados de protección, no es posible enfriar el núcleo del reactor en el momento adecuado y la temperatura del combustible sube a 2600 grados, entonces entra en juego la última esperanza del sistema de seguridad. - la llamada trampa de fusión.
El hecho es que a tal temperatura, el fondo de la vasija del reactor se derretirá y todos los restos de combustible nuclear y estructuras fundidas fluirán hacia un "vidrio" especial suspendido sobre el núcleo del reactor.
La trampa de fusión es refrigerada y refractaria. Está lleno del llamado "material de sacrificio", que detiene gradualmente la reacción en cadena de la fisión.
Así, el esquema de la central nuclear implica varios grados de protección, que excluyen casi por completo cualquier posibilidad de accidente.
En 2011, la Planta de Concentrados Químicos de Novosibirsk produjo y vendió el 70% del consumo mundial de isótopo de litio-7 (1300 kg), estableciendo un nuevo récord en la historia de la planta. Sin embargo, el principal producto de NCCP es el combustible nuclear.
Esta frase tiene un efecto impresionante y aterrador en la mente de los residentes de Novosibirsk, obligándolos a imaginar cualquier cosa sobre la empresa: desde trabajadores de tres patas y una ciudad subterránea separada hasta viento radiactivo.
Entonces, ¿qué se esconde realmente detrás de las vallas de la planta más misteriosa de Novosibirsk, que produce combustible nuclear dentro de la ciudad?
JSC "Planta de concentrados químicos de Novosibirsk" es uno de los principales fabricantes mundiales de combustible nuclear para plantas de energía nuclear y reactores de investigación en Rusia y en el extranjero. El único fabricante ruso de litio metálico y sus sales. Forma parte de la Empresa de Combustibles TVEL de la Corporación Estatal Rosatom.
Llegamos al taller donde se fabrican los ensamblajes de combustible, los ensamblajes de combustible, que se cargan en los reactores de energía nuclear. Este es el combustible nuclear para las centrales nucleares. Para ingresar a la producción, debe ponerse una bata, un sombrero, cubrezapatos de tela y "Pétalo" en la cara.
Todo el trabajo relacionado con los materiales que contienen uranio se concentra en el taller. Este complejo tecnológico es uno de los principales para NCCP (los FA para centrales nucleares ocupan aproximadamente el 50% en la estructura de productos vendidos por OJSC NCCP).
La sala de control, desde donde se controla el proceso de producción de polvo de dióxido de uranio, a partir del cual se fabrican las pastillas de combustible.
Los trabajadores llevan a cabo el mantenimiento de rutina: en ciertos intervalos, incluso los equipos más nuevos se detienen y revisan. Siempre hay mucho aire en el propio taller: la ventilación por extracción funciona constantemente.
Estos biconos almacenan dióxido de uranio en polvo. Mezclan el polvo y el plastificante, lo que permite comprimir mejor la pastilla.
Una instalación que produce la compresión de pellets de combustible. Así como los niños hacen tortas de arena presionando un molde, aquí también: una bolita de uranio se presiona bajo presión.
Bote de molibdeno con pellets a la espera de ser enviado al horno de recocido. Antes del recocido, las tabletas tienen un tinte verdoso y un tamaño diferente.
Se minimiza el contacto del polvo, la pastilla y el medio ambiente: todo el trabajo se realiza en cajas. Para corregir algo en el interior, se incorporan guantes especiales en las cajas.
Las antorchas de arriba están quemando hidrógeno. Las tabletas se recocen en hornos a una temperatura de al menos 1750 grados en un entorno reductor de hidrógeno durante más de 20 horas.
Los armarios negros son hornos de hidrógeno de alta temperatura en los que el bote de molibdeno pasa por varias zonas de temperatura. Se abre la compuerta y entra en el horno un bote de molibdeno, por donde escapan las llamas.
Las tabletas terminadas se pulen, ya que deben tener un tamaño estrictamente definido. Y a la salida, los inspectores revisan cada tableta para que no haya astillas, ni grietas, ni defectos.
Una tableta que pesa 4,5 g equivale en términos de liberación de energía a 640 kg de leña, 400 kg de carbón, 360 metros cúbicos. m de gas, 350 kg de aceite.
Tabletas de dióxido de uranio después del recocido en un horno de hidrógeno.
Aquí los tubos de circonio se llenan con gránulos de dióxido de uranio. A la salida, tenemos elementos combustibles terminados (unos 4 m de longitud) - elementos combustibles. Ya se están ensamblando elementos combustibles a partir de barras de combustible, es decir, combustible nuclear.
Tales máquinas de refrescos en las calles de la ciudad ya no se pueden encontrar, quizás solo en NZHK. Aunque en la época soviética eran muy comunes.
En esta máquina, el vaso se puede lavar y luego llenar con agua carbonatada, sin gas o fría.
Según la evaluación del Departamento de Recursos Naturales y Protección Ambiental en 2010, NCCP no tiene un impacto significativo en la contaminación ambiental.
Un par de estas gallinas de pura sangre vive y pone huevos constantemente en un aviario de madera maciza, que se encuentra en el territorio del taller.
Los trabajadores sueldan un marco para un elemento combustible. Los marcos son diferentes, dependiendo de la modificación de los conjuntos de combustible.
La planta emplea a 2277 personas, la edad promedio de la plantilla es de 44,3 años, el 58% son hombres. El salario medio supera los 38.000 rublos.
Los tubos grandes son conductos para el sistema de control de protección del reactor. Luego se instalarán 312 barras de combustible en este marco.
CHPP-4 está ubicado al lado del NZHK. En referencia a los ecologistas, los representantes de la central informaron que una central térmica emite 7,5 veces más sustancias radiactivas al año que la NCCP.
El ensamblador Viktor Pustozerov, veterano de la industria de plantas y energía nuclear, tiene 2 Órdenes de Gloria Laboral
Cabeza y vástago para TVS. Se instalan al final, cuando las 312 barras de combustible ya están en el marco.
Control final: los elementos combustibles terminados se verifican con sondas especiales para que la distancia entre las barras de combustible sea la misma. Los controladores son en su mayoría mujeres, este es un trabajo muy minucioso.
En dichos contenedores, los conjuntos de combustible se envían al consumidor: 2 casetes en cada uno. En el interior tienen su propia cama de fieltro acogedor.
El combustible para plantas de energía nuclear producido por JSC NCCP se usa en plantas de energía nuclear rusas y también se suministra a Ucrania, Bulgaria, China, India e Irán. El costo de los elementos combustibles es un secreto comercial.
Trabajar en NCCP no es más peligroso que trabajar en cualquier empresa industrial. El estado de salud de los empleados es monitoreado constantemente. En los últimos años no se ha identificado un solo caso de enfermedades profesionales entre los trabajadores.
