Penggunaan bahan bakar nuklir dalam reaktor untuk produksi energi panas memiliki sejumlah fitur penting karena sifat fisik dan sifat nuklir dari proses. Fitur-fitur ini menentukan spesifikasi energi nuklir, sifat teknologinya, kondisi operasi khusus, kinerja ekonomi, dan dampak lingkungan. Mereka juga menentukan masalah-masalah ilmiah, teknis dan rekayasa utama yang harus dipecahkan dengan meluasnya pengembangan teknologi nuklir yang andal, ekonomis, dan aman.
Fitur paling penting dari bahan bakar nuklir, dimanifestasikan dalam penggunaan energinya:
1. nilai kalori tinggi, yaitu pelepasan panas per satuan massa nuklida yang terpisah;
2. ketidakmungkinan "pembakaran" (fisi) lengkap semua nuklida fisil untuk satu kali tinggal bahan bakar di dalam reaktor, karena di teras reaktor, selalu perlu memiliki massa kritis bahan bakar dan dimungkinkan untuk "membakar" hanya bagian yang melebihi massa kritis;
3. kemampuan untuk memiliki sebagian, dalam kondisi tertentu, reproduksi (konversi) nuklida fisil yang lengkap dan bahkan diperpanjang, yaitu. memperoleh bahan bakar nuklir sekunder dari reproduksi bahan nuklir (238 U dan 232 Th);
4. “pembakaran” bahan bakar nuklir dalam reaktor tidak memerlukan zat pengoksidasi dan tidak disertai dengan pelepasan produk “pembakaran” secara terus menerus ke lingkungan;
5. Proses fisi secara simultan disertai dengan akumulasi produk fisi radioaktif berumur pendek dan berumur panjang, serta produk peluruhan yang mempertahankan tingkat radioaktivitas tinggi untuk waktu yang lama. Dengan demikian, bahan bakar yang diiradiasi dalam reaktor dan dihabiskan di dalamnya memiliki radioaktivitas yang sangat tinggi dan, sebagai akibatnya, panas peluruhan, yang menciptakan kesulitan khusus dalam menangani bahan bakar nuklir yang diiradiasi;
6. reaksi berantai fisi bahan bakar nuklir disertai dengan pelepasan fluks neutron yang sangat besar. Di bawah pengaruh neutron energi tinggi (E>0,1 MeV) dalam bahan struktural reaktor yang diiradiasi (kelongsong bahan bakar, bagian perakitan bahan bakar, perangkat dalam reaktor, bejana), serta dalam bahan pendingin dan perlindungan biologis, di atmosfer gas yang mengisi ruang antara reaktor dan perlindungan biologisnya, banyak unsur yang stabil secara kimia (non-radioaktif) diubah menjadi unsur radioaktif. Ada yang disebut aktivitas yang diinduksi.
Kapasitas pembangkit panas yang tinggi dari bahan bakar nuklir disebabkan oleh energi intranuklear yang signifikan dilepaskan selama setiap tindakan fisi atom berat uranium atau plutonium. Selama pembakaran bahan bakar fosil, proses oksidatif kimia berlangsung, disertai dengan pelepasan energi yang relatif rendah.
Selama pembakaran (oksidasi) atom karbon, sesuai dengan reaksi C + O 2 → CO 2, sekitar 4 eV energi dilepaskan untuk setiap tindakan interaksi, sedangkan selama fisi inti atom uranium 235 U + n → X 1 + X 2, sekitar 200 MeV energi per peristiwa fisi. Pelepasan energi yang sangat terkonsentrasi per satuan massa seperti itu menyebabkan tekanan termal yang sangat besar. Perbedaan suhu di sepanjang jari-jari elemen bahan bakar mencapai beberapa ratus derajat.
Selain itu, bahan inti mengalami beban dinamis dan radiasi yang sangat besar karena aliran pendingin dan efek radiasi yang kuat pada bahan bakar dan bahan struktural dari aliran radiasi pengion densitas tinggi. Secara khusus, aksi radiasi neutron cepat menyebabkan kerusakan radiasi yang signifikan pada bahan struktural reaktor (penggetasan, pembengkakan, peningkatan creep). Oleh karena itu, persyaratan khusus dikenakan pada bahan yang digunakan dalam reaktor. Salah satunya adalah tingkat kemurnian tertinggi dari pengotor (yang disebut bahan tingkat nuklir). Karena ini, penampang interaksi dan penyerapan (yang penting untuk mempertahankan reaksi berantai fisi) neutron oleh bahan minimal.
Tingkat persyaratan komposisi dan sifat bahan yang digunakan dalam konstruksi reaktor ternyata sangat tinggi sehingga memicu pengembangan sejumlah teknologi baru dan canggih untuk produksi bahan khusus dan produk setengah jadi, serta bahan khusus. metode dan sarana untuk mengontrol kualitasnya. Saat ini, sebuah teknologi telah dikembangkan dan dikuasai untuk produksi industri bahan-bahan seperti berilium, grafit kemurnian nuklir, air berat, paduan zirkonium dan niobium, logam kalsium, boron dan baja tahan karat tahan panas, boron yang diperkaya dengan 10 V isotop, dan unsur tanah jarang.
Kandungan kalori yang tinggi menyebabkan pengurangan tajam baik massa maupun volume fisik bahan bakar nuklir yang dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah energi tertentu. Dengan demikian, penyimpanan dan pengangkutan bahan baku (konsentrat kimia uranium alam) dan bahan bakar jadi memerlukan biaya yang relatif rendah. Konsekuensi dari ini adalah independensi lokasi pembangkit listrik tenaga nuklir dari area produksi dan pembuatan bahan bakar nuklir, yang secara signifikan mempengaruhi pilihan lokasi geografis kekuatan produktif yang menguntungkan secara ekonomi. Dalam pengertian ini, seseorang dapat berbicara tentang karakter universal bahan bakar nuklir. Sifat fisik-nuklirnya sama di mana-mana, dan penghematan penggunaan praktis tidak bergantung pada jarak ke konsumen. Kemampuan untuk tidak menghubungkan lokasi pembangkit listrik tenaga nuklir dengan tempat produksi dan pembuatan bahan bakar nuklir memungkinkan untuk menempatkannya secara optimal di seluruh negeri, membawanya sedekat mungkin dengan konsumen energi listrik dan panas. Dibandingkan dengan pembangkit listrik bahan bakar fosil, pembangkit listrik tenaga nuklir tidak mengalami kesulitan terkait dengan kondisi iklim musiman untuk pengiriman dan pasokan bahan bakar. Bahan nuklir yang diekstraksi dari lapisan tanah bawah dan menjalani pemrosesan dapat disimpan selama beberapa tahun dengan biaya yang sangat rendah, tanpa memerlukan fasilitas penyimpanan yang besar dan mahal.
Kebutuhan untuk sirkulasi berulang bahan bakar nuklir dalam siklus bahan bakar dan ketidakmungkinan pembakaran sempurna selama tinggal satu kali di reaktor adalah karena kebutuhan untuk mempertahankan reaksi berantai fisi. Reaksi berantai mandiri di inti hanya mungkin jika ada massa kritis bahan fisil di dalamnya dalam konfigurasi tertentu dan dalam kondisi tertentu untuk memperlambat dan menyerap neutron. Oleh karena itu, untuk memperoleh energi panas dalam reaktor, ketika beroperasi pada daya desain untuk waktu tertentu, perlu ada kelebihan nuklida fisil di teras yang melebihi massa kritis. Kelebihan ini menciptakan margin reaktivitas teras reaktor, yang diperlukan untuk mencapai pembakaran bahan bakar yang ditentukan atau dihitung. Pembakaran bahan bakar nuklir dalam teras reaktor disebut proses pengeluaran nuklida fisil, primer dan sekunder, sebagai hasil fisi selama interaksinya dengan neutron. Pembakaran biasanya ditentukan oleh jumlah energi panas yang dilepaskan atau jumlah (massa) nuklida yang terpisah per satuan massa bahan bakar yang dimuat ke dalam reaktor. Oleh karena itu, untuk membakar sejumlah uranium dalam reaktor, perlu untuk memuatnya dengan bahan bakar yang memiliki massa yang jauh lebih besar daripada yang kritis. Dalam hal ini, setelah mencapai kedalaman pembakaran yang ditentukan, ketika margin reaktivitas habis, perlu untuk mengganti bahan bakar bekas dengan bahan bakar baru untuk mempertahankan reaksi berantai fisi. Persyaratan untuk terus-menerus menyimpan di dalam teras reaktor sejumlah besar bahan bakar nuklir, yang dirancang untuk operasi jangka panjang untuk memastikan keluaran daya yang diberikan, menyebabkan biaya satu kali yang signifikan untuk membayar beban bahan bakar pertama dan batch berikutnya yang disiapkan untuk pengisian bahan bakar. Ini adalah salah satu perbedaan penting dan mendasar antara kondisi penggunaan bahan bakar nuklir di pembangkit listrik dibandingkan dengan bahan bakar organik.
Namun, bahan bakar bekas yang diturunkan dari inti akan mengandung sejumlah besar bahan fisil dan nuklida subur yang bernilai signifikan. Bahan bakar ini, setelah pemurnian kimia dari produk fisi, dapat dikembalikan ke siklus bahan bakar untuk digunakan kembali. Jumlah nuklida fisil dalam bahan bakar bekas, yang tetap tidak digunakan selama satu kali tinggal di reaktor, tergantung pada jenis reaktor dan jenis bahan bakar dan dapat mencapai 50% dari yang dimuat awal. Secara alami, "limbah" yang berharga seperti itu harus digunakan. Untuk tujuan ini, fasilitas dan fasilitas teknis khusus sedang dibuat untuk penyimpanan, transportasi dan regenerasi kimia bahan bakar bekas (SFA). Bahan fisil yang diekstraksi dari SFA dapat dikembalikan dan diedarkan berulang kali melalui reaktor dan perusahaan bahan bakar industri nuklir: pabrik radiokimia yang memastikan regenerasi (pemurnian produk fisi dan pengotor) bahan bakar yang dikeluarkan dari reaktor dan kembali ke siklus bahan bakar setelah pengayaan tambahan yang diperlukan dengan nuklida fisil; pabrik baja untuk produksi elemen bahan bakar baru, di mana bahan bakar regenerasi ditambahkan ke dalam reaktor segar, tidak diiradiasi. Dengan demikian, ciri khas pasokan bahan bakar di industri tenaga nuklir adalah kemungkinan teknis dan kebutuhan untuk kembali ke siklus (mendaur ulang) isotop uranium dan plutonium yang fisil dan subur yang tidak digunakan dalam kondisi tinggal tunggal di reaktor. Untuk memastikan pasokan bahan bakar tidak terputus, kapasitas yang diperlukan dari perusahaan siklus bahan bakar sedang dibuat. Mereka dapat dianggap sebagai perusahaan yang memenuhi "kebutuhan sendiri" energi nuklir sebagai industri. Konsep pengembangan rekayasa tenaga nuklir berbasis reaktor pemulia bahan bakar nuklir didasarkan pada kemungkinan daur ulang uranium dan plutonium. Selain itu, daur ulang uranium dan plutonium secara signifikan mengurangi kebutuhan uranium alam dan kapasitas pengayaan uranium untuk reaktor neutron termal, yang saat ini mendominasi industri tenaga nuklir yang sedang berkembang. Selama tidak ada pengolahan ulang bahan bakar bekas, tidak ada daur ulang uranium dan plutonium. Ini berarti bahwa reaktor termal hanya dapat ditenagai oleh bahan bakar segar yang berasal dari uranium yang ditambang dan diproses, sedangkan bahan bakar bekas akan disimpan.
Pemuliaan bahan bakar nuklir terjadi di hampir semua reaktor yang dirancang untuk produksi energi, yang, bersama dengan bahan fisil, mengandung bahan mentah yang subur (238 U dan 232 Th). Jika kita tidak mempertimbangkan kasus hipotetis penggunaan bahan bakar uranium super-diperkaya (~ 90%) untuk beberapa reaktor khusus, maka di semua reaktor nuklir yang digunakan dalam industri tenaga, akan ada sebagian, dan ketika kondisi tertentu dibuat, selesai dan bahkan memperbanyak reproduksi bahan bakar nuklir - isotop plutonium, yang memiliki nilai kalori tinggi yang sama dengan 235 U. Plutonium dapat dipisahkan dari bahan bakar bekas di pabrik pengolahan kimia dalam bentuk murni dan digunakan untuk membuat bahan bakar campuran uranium-plutonium. Kemungkinan memproduksi plutonium dalam reaktor neutron termal mana pun memungkinkan pembangkit listrik tenaga nuklir memenuhi syarat sebagai perusahaan tujuan ganda: menghasilkan tidak hanya energi panas dan listrik, tetapi juga memproduksi bahan bakar nuklir baru - plutonium. Namun, peran plutonium dimanifestasikan tidak hanya dalam akumulasinya dalam bahan bakar bekas. Bagian penting dari isotop fisil plutonium yang dihasilkan mengalami fisi dalam reaktor, meningkatkan keseimbangan bahan bakar dan berkontribusi pada peningkatan pembakaran bahan bakar yang dimuat ke dalam teras. Yang paling bijaksana, menurut ide-ide hari ini, adalah penggunaan plutonium dalam reaktor neutron cepat, di mana memungkinkan untuk memberikan keuntungan dalam massa kritis, dan, akibatnya, dalam pembebanan dibandingkan dengan 235 U sebesar 20-30% dan untuk mendapatkan koefisien yang sangat tinggi melebihi kesatuan.reproduksi. Penggunaan plutonium dalam beban bahan bakar reaktor neutron termal, meskipun tidak memungkinkan untuk memperoleh keuntungan yang signifikan dalam massa kritis dan tingkat pemuliaan yang tinggi seperti pada reaktor neutron cepat, bagaimanapun, menciptakan efek yang besar dengan meningkatkan sumber daya bahan bakar nuklir. .
Dalam energi nuklir, selain uranium, ada peluang untuk pengembangan siklus bahan bakar thorium. Pada saat yang sama, isotop alami 232 Th digunakan untuk menghasilkan 233 U, yang serupa dalam sifat nuklirnya dengan 235 U. Namun, saat ini sulit untuk mengharapkan penggunaan yang signifikan dari siklus uranium-thorium dalam rekayasa tenaga nuklir. . Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa 232 Th, seperti 238 U, hanya merupakan bahan yang subur, tetapi bukan bahan fisil, dan teknologi pemrosesan thorium memiliki sejumlah fitur khusus dan belum dikuasai dalam skala industri. Pada saat yang sama, tidak ada kekurangan uranium alam. Selain itu, ada akumulasi terus menerus di gudang limbah uranium yang siap digunakan sebagai bahan subur di reaktor breeder.
Tidak adanya kebutuhan oksidator untuk menghasilkan energi adalah salah satu manfaat lingkungan utama menggunakan tenaga nuklir dibandingkan dengan hidrokarbon. Emisi gas dari pembangkit listrik tenaga nuklir terutama karena kebutuhan sistem ventilasi stasiun. Tidak seperti pembangkit listrik tenaga nuklir, jutaan meter kubik gas pembakaran dilepaskan ke udara setiap tahun. Ini termasuk, pertama-tama, oksida karbon, nitrogen dan belerang, yang menghancurkan lapisan ozon planet ini dan menciptakan beban besar pada biosfer wilayah yang berdekatan.
Sayangnya, selain kelebihan energi nuklir, ada juga kekurangannya. Ini termasuk, khususnya, pembentukan produk fisi dan aktivasi selama operasi reaktor nuklir. Zat tersebut mengganggu pengoperasian reaktor itu sendiri dan bersifat radioaktif. Namun, volume limbah radioaktif yang dihasilkan terbatas (lebih kecil dari limbah dari pembangkit termal). Selain itu, ada teknologi yang telah terbukti untuk pemurnian, ekstraksi, pengkondisian, penyimpanan dan pembuangan yang aman. Sejumlah isotop radioaktif yang diekstraksi dari bahan bakar bekas digunakan secara aktif dalam industri dan teknologi lainnya. Dengan pengembangan lebih lanjut dari teknologi pemrosesan SFA, ada juga prospek untuk ekstraksi produk fisi darinya - elemen tanah jarang yang bernilai tinggi.
Zona aktif reaktor tenaga nuklir (a.z.EIAR)- ini adalah bagian dari volumenya, di mana kondisi diatur secara konstruktif untuk implementasi reaksi berantai berkelanjutan dari fisi bahan bakar nuklir dan penghilangan panas yang dihasilkan di dalamnya untuk tujuan penggunaan selanjutnya.
Memikirkan arti definisi ini dalam kaitannya dengan inti ENR termal, orang dapat memahami bahwa komponen dasar dari inti tersebut adalah bahan bakar nuklir, moderator, pendingin, dan bahan struktural lainnya. Yang terakhir ini secara objektif diperlukan, karena bahan bakar nuklir dan bahan struktural lainnya. moderator di teras dan teras itu sendiri zona harus tetap dalam reaktor, yang mewakili, jika mungkin, unit teknologi yang dapat dilipat.
Bahan bakar nuklir biasanya dipahami sebagai totalitas semua nuklida fisil di zona aktif. Sebagian besar ENR termal yang digunakan dalam unit daya PLTN pada tahap awal operasi beroperasi pada bahan bakar uranium murni, tetapi selama kampanye mereka mereproduksi sejumlah besar bahan bakar nuklir sekunder - plutonium-239, yang segera setelah pembentukannya dimasukkan dalam proses perkalian neutron dalam reaktor. Oleh karena itu, bahan bakar dalam ENR tersebut pada setiap momen kampanye yang sewenang-wenang harus dianggap sebagai kombinasi dari tiga komponen fisil: 235U, 238U, dan 239Pu. Uranium-235 dan plutonium-239 dapat fisil oleh neutron dari berbagai energi spektrum reaktor, dan 238U, seperti telah dicatat, hanya dengan neutron cepat di atas ambang batas (dengan E > 1,1 MeV).
Karakteristik utama bahan bakar nuklir uranium adalah pengayaan awal (x), yang mengacu pada proporsi (atau persentase) inti uranium-235 di antara semua inti uranium. Dan karena lebih dari 99,99% uranium terdiri dari dua isotop - 235 U dan 238 U, nilai pengayaan adalah:
x= N 5 /N U \u003d N 5 / (N 5 +N 8) (4.1.1)
Uranium logam alam mengandung sekitar 0,71% dari inti 235 U, dan lebih dari 99,28% adalah 238 U. diperhitungkan.
Reaktor PLTN menggunakan uranium yang diperkaya hingga 1,8 5,2%, di reaktor pembangkit listrik tenaga nuklir transportasi laut, pengayaan awal bahan bakar nuklir adalah 20 45%. Penggunaan bahan bakar dengan pengayaan rendah di pembangkit listrik tenaga nuklir dijelaskan oleh pertimbangan ekonomi: teknologi untuk produksi bahan bakar yang diperkaya itu kompleks, boros energi, membutuhkan peralatan yang rumit dan besar, dan oleh karena itu merupakan teknologi yang mahal.
Uranium logam tidak stabil secara termal, tunduk pada transformasi alotropik pada suhu yang relatif rendah, dan tidak stabil secara kimia, dan karenanya tidak dapat diterima sebagai bahan bakar untuk reaktor daya. Oleh karena itu, uranium yang digunakan dalam reaktor tidak dalam bentuk logam murni, tetapi dalam bentuk senyawa kimia (atau metalurgi) dengan unsur kimia lainnya. Koneksi ini disebut bahan bakar komposisi.
Komposisi bahan bakar yang paling umum dalam teknologi reaktor adalah:
UO 2, U 3 O 8, UC, UC 2, UN, U 3 Si, (UAl 3) Si, UBe 13.
Unsur kimia lain dari komposisi bahan bakar disebut bahan bakar lebih tipis.
Dalam dua yang pertama dari komposisi bahan bakar yang terdaftar, pengencernya adalah oksigen, dalam dua yang kedua - karbon, berikut ini, masing-masing, nitrogen, silikon, aluminium dengan silikon dan berilium.
Persyaratan utama untuk pengencer adalah sama seperti untuk moderator dalam reaktor: ia harus memiliki mikroseksi hamburan elastis yang tinggi dan mungkin mikroseksi serapan yang lebih rendah untuk neutron termal dan resonansi.
Komposisi bahan bakar yang paling umum dalam reaktor tenaga nuklir adalah uranium dioksida(UO 2), dan pengencernya - oksigen - sepenuhnya memenuhi semua persyaratan di atas .
Titik lebur dioksida (2800 Hai C) dan stabilitas termalnya yang tinggi memungkinkan untuk memiliki suhu tinggi bahan bakar dengan suhu operasi yang diizinkan hingga 2200 ° C.
Pembangkit listrik tenaga nuklir - pembangkit listrik tenaga nuklir adalah pembangkit listrik termal. Pembangkit listrik tenaga nuklir menggunakan energi reaksi nuklir terkontrol sebagai sumber. Kapasitas unit unit daya PLTN mencapai 1,5 GW.
Digunakan sebagai bahan bakar umum untuk pembangkit listrik tenaga nuklir kamu- uranium. Reaksi fisi dilakukan di unit utama pembangkit listrik tenaga nuklir - reaktor nuklir. Reaksi berantai dari fisi materi nuklir melepaskan sejumlah besar energi panas yang digunakan untuk menghasilkan listrik.
Fisi inti uranium menghasilkan neutron cepat. Laju fisi adalah reaksi berantai, di pembangkit listrik tenaga nuklir diatur oleh moderator: air berat atau grafit. Neutron mengandung sejumlah besar energi panas. Melalui pendingin, energi memasuki pembangkit uap. Uap bertekanan tinggi dikirim ke turbogenerator. Listrik yang dihasilkan masuk ke transformator dan kemudian ke perangkat distribusi. Sebagian tenaga listrik diarahkan untuk memenuhi kebutuhan sendiri pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN). Sirkulasi pendingin di pembangkit listrik tenaga nuklir disediakan oleh pompa: utama dan kondensat. Panas berlebih dari pembangkit listrik tenaga nuklir dikirim ke menara pendingin.
Pembangkit listrik tenaga nuklir - Pembangkit listrik tenaga nuklir tidak mengeluarkan gas buang ke atmosfer. Tidak ada limbah berupa abu dan terak di pembangkit listrik tenaga nuklir. Masalah di pembangkit listrik tenaga nuklir adalah kelebihan panas dan penyimpanan limbah radioaktif. Untuk melindungi manusia dan atmosfer dari emisi radioaktif, pembangkit listrik tenaga nuklir mengambil tindakan khusus:
Pembangkit listrik tenaga nuklir dikelilingi oleh zona perlindungan sanitasi.
Tenaga nuklir adalah cara modern dan berkembang pesat untuk menghasilkan listrik. Tahukah Anda bagaimana pembangkit listrik tenaga nuklir diatur? Apa prinsip operasi pembangkit listrik tenaga nuklir? Apa jenis reaktor nuklir yang ada saat ini? Kami akan mencoba mempertimbangkan secara rinci skema operasi pembangkit listrik tenaga nuklir, mempelajari struktur reaktor nuklir dan mencari tahu seberapa aman metode atom menghasilkan listrik.
Setiap stasiun adalah area tertutup yang jauh dari pemukiman. Ada beberapa bangunan di wilayahnya. Bangunan terpenting adalah bangunan reaktor, di sebelahnya adalah ruang turbin tempat reaktor dikendalikan, dan bangunan pengaman.
Skema ini tidak mungkin tanpa reaktor nuklir. Reaktor atom (nuklir) adalah perangkat pembangkit listrik tenaga nuklir, yang dirancang untuk mengatur reaksi berantai fisi neutron dengan pelepasan energi wajib dalam proses ini. Tapi apa prinsip pengoperasian pembangkit listrik tenaga nuklir?
Seluruh instalasi reaktor ditempatkan di gedung reaktor, menara beton besar yang menyembunyikan reaktor dan, jika terjadi kecelakaan, akan berisi semua produk reaksi nuklir. Menara besar ini disebut kontainmen, cangkang kedap udara atau kontainmen.
Zona penahanan di reaktor baru memiliki 2 dinding beton tebal - cangkang.
Kulit luar setebal 80 cm melindungi area penahanan dari pengaruh luar.
Cangkang bagian dalam setebal 1 meter 20 cm memiliki kabel baja khusus di perangkatnya, yang meningkatkan kekuatan beton hampir tiga kali lipat dan tidak akan membiarkan struktur runtuh. Di bagian dalam, dilapisi dengan lembaran tipis baja khusus, yang dirancang untuk berfungsi sebagai perlindungan tambahan untuk pengungkungan dan, jika terjadi kecelakaan, mencegah isi reaktor keluar dari area pengungkungan.
Perangkat pembangkit listrik tenaga nuklir semacam itu dapat menahan jatuhnya pesawat dengan berat hingga 200 ton, gempa berkekuatan 8, tornado, dan tsunami.
Kandang bertekanan pertama dibangun di pembangkit listrik tenaga nuklir Amerika Connecticut Yankee pada tahun 1968.
Ketinggian total area penahanan adalah 50-60 meter.
Untuk memahami prinsip pengoperasian reaktor nuklir, dan karenanya prinsip pengoperasian pembangkit listrik tenaga nuklir, Anda perlu memahami komponen reaktor.
Apa yang dilakukan pembangkit listrik tenaga nuklir? Bahan bakar untuk pembangkit listrik tenaga nuklir adalah unsur kimia dengan sifat radioaktif. Di semua pembangkit listrik tenaga nuklir, uranium adalah elemen seperti itu.
Desain stasiun menyiratkan bahwa pembangkit listrik tenaga nuklir beroperasi pada bahan bakar komposit kompleks, dan bukan pada unsur kimia murni. Dan untuk mengekstrak bahan bakar uranium dari uranium alam, yang dimuat ke dalam reaktor nuklir, Anda perlu melakukan banyak manipulasi.
Uranium yang diperkaya
Uranium terdiri dari dua isotop, yaitu mengandung inti dengan massa yang berbeda. Mereka diberi nama dengan jumlah proton dan neutron isotop -235 dan isotop-238. Para peneliti abad ke-20 mulai mengekstraksi uranium 235 dari bijih, karena. lebih mudah terurai dan berubah. Ternyata hanya ada 0,7% uranium semacam itu di alam (persentase sisanya masuk ke isotop ke-238).
Apa yang harus dilakukan dalam kasus ini? Mereka memutuskan untuk memperkaya uranium. Pengayaan uranium adalah proses ketika ada banyak isotop 235x yang diperlukan dan sedikit isotop 238x yang tidak diperlukan yang tersisa di dalamnya. Tugas pengaya uranium adalah membuat hampir 100% uranium-235 dari 0,7%.
Uranium dapat diperkaya menggunakan dua teknologi - difusi gas atau centrifuge gas. Untuk penggunaannya, uranium yang diekstraksi dari bijih diubah menjadi gas. Dalam bentuk gas, itu diperkaya.
bubuk uranium
Gas uranium yang diperkaya diubah menjadi keadaan padat - uranium dioksida. Uranium padat murni 235 ini terlihat seperti kristal putih besar yang kemudian dihancurkan menjadi bubuk uranium.
Tablet uranium
Pelet uranium adalah pencuci logam padat, panjangnya beberapa sentimeter. Untuk membentuk tablet semacam itu dari bubuk uranium, dicampur dengan zat - plasticizer, itu meningkatkan kualitas pengepresan tablet.
Mesin cuci yang ditekan dipanggang pada suhu 1200 derajat Celcius selama lebih dari satu hari untuk memberikan tablet kekuatan khusus dan ketahanan terhadap suhu tinggi. Cara pembangkit listrik tenaga nuklir bekerja secara langsung tergantung pada seberapa baik bahan bakar uranium dikompresi dan dipanggang. 
Tablet dipanggang dalam kotak molibdenum, karena. hanya logam ini yang tidak dapat meleleh pada suhu "neraka" lebih dari satu setengah ribu derajat. Setelah itu, bahan bakar uranium untuk PLTN dianggap sudah siap.
Inti reaktor terlihat seperti piringan atau pipa besar dengan lubang di dinding (tergantung pada jenis reaktor), 5 kali lebih besar dari tubuh manusia. Lubang-lubang ini mengandung bahan bakar uranium, atom-atom yang melakukan reaksi yang diinginkan.
Tidak mungkin hanya membuang bahan bakar ke dalam reaktor, yah, jika Anda tidak ingin mendapatkan ledakan di seluruh stasiun dan kecelakaan dengan konsekuensi untuk beberapa negara bagian terdekat. Oleh karena itu, bahan bakar uranium ditempatkan di batang bahan bakar, dan kemudian dikumpulkan dalam rakitan bahan bakar. Apa arti singkatan-singkatan ini?
Zirkonium dipilih sebagai bahan untuk produksi batang bahan bakar karena sifat tahan api dan anti-korosinya.
Jenis elemen bahan bakar tergantung pada jenis dan struktur reaktor. Sebagai aturan, struktur dan tujuan batang bahan bakar tidak berubah, panjang dan lebar tabung bisa berbeda. 
Mesin memuat lebih dari 200 pelet uranium ke dalam satu tabung zirkonium. Secara total, sekitar 10 juta pelet uranium bekerja secara bersamaan di dalam reaktor.
FA - perakitan bahan bakar. Pekerja PLTN menyebutnya bundel rakitan bahan bakar.
Sebenarnya, ini adalah beberapa TVEL yang diikat menjadi satu. Rakitan bahan bakar adalah bahan bakar nuklir siap pakai, yang dijalankan oleh pembangkit listrik tenaga nuklir. Ini adalah rakitan bahan bakar yang dimuat ke dalam reaktor nuklir. Sekitar 150 - 400 rakitan bahan bakar ditempatkan dalam satu reaktor.
Tergantung pada reaktor mana perakitan bahan bakar akan beroperasi, mereka datang dalam berbagai bentuk. Kadang-kadang bundel dilipat menjadi kubus, kadang-kadang menjadi silinder, kadang-kadang menjadi bentuk heksagonal.
Satu perakitan bahan bakar selama 4 tahun beroperasi menghasilkan jumlah energi yang sama seperti saat membakar 670 gerbong batu bara, 730 tangki dengan gas alam, atau 900 tangki berisi minyak.
Saat ini, rakitan bahan bakar diproduksi terutama di pabrik-pabrik di Rusia, Prancis, AS, dan Jepang.
Untuk mengirimkan bahan bakar untuk pembangkit listrik tenaga nuklir ke negara lain, rakitan bahan bakar disegel dalam pipa logam panjang dan lebar, udara dipompa keluar dari pipa dan dikirim ke pesawat kargo dengan mesin khusus.
Bahan bakar nuklir untuk pembangkit listrik tenaga nuklir sangat berat, tk. uranium adalah salah satu logam terberat di planet ini. Berat jenisnya adalah 2,5 kali lipat dari baja.
Apa prinsip operasi pembangkit listrik tenaga nuklir? Prinsip pengoperasian pembangkit listrik tenaga nuklir didasarkan pada reaksi berantai dari fisi atom zat radioaktif - uranium. Reaksi ini terjadi di inti reaktor nuklir.
Jika Anda tidak masuk ke seluk-beluk fisika nuklir, prinsip pengoperasian pembangkit listrik tenaga nuklir terlihat seperti ini:
Setelah reaktor nuklir dimulai, batang penyerap dikeluarkan dari batang bahan bakar, yang mencegah uranium bereaksi.
Segera setelah batang dilepas, neutron uranium mulai berinteraksi satu sama lain.
Ketika neutron bertabrakan, ledakan mini terjadi pada tingkat atom, energi dilepaskan dan neutron baru lahir, reaksi berantai mulai terjadi. Proses ini melepaskan panas.
Panas dipindahkan ke pendingin. Tergantung pada jenis pendingin, itu berubah menjadi uap atau gas, yang memutar turbin.
Turbin menggerakkan generator listrik. Dialah yang, pada kenyataannya, menghasilkan listrik.
Jika Anda tidak mengikuti prosesnya, neutron uranium dapat saling bertabrakan hingga reaktor meledak dan seluruh pembangkit listrik tenaga nuklir meledak berkeping-keping. Sensor komputer mengontrol proses. Mereka mendeteksi peningkatan suhu atau perubahan tekanan dalam reaktor dan secara otomatis dapat menghentikan reaksi.
Apa perbedaan prinsip pengoperasian pembangkit listrik tenaga nuklir dan pembangkit listrik tenaga panas (thermal power plant)?
Perbedaan dalam pekerjaan hanya pada tahap pertama. Di pembangkit listrik tenaga nuklir, pendingin menerima panas dari fisi atom bahan bakar uranium, di pembangkit listrik termal, pendingin menerima panas dari pembakaran bahan bakar organik (batubara, gas atau minyak). Setelah atom uranium atau gas dengan batu bara melepaskan panas, skema operasi pembangkit listrik tenaga nuklir dan pembangkit listrik termal adalah sama.
Cara kerja pembangkit listrik tenaga nuklir tergantung pada cara kerja reaktor nuklirnya. Saat ini ada dua jenis utama reaktor, yang diklasifikasikan menurut spektrum neuron:
Reaktor neutron lambat, juga disebut reaktor termal.
Untuk operasinya, 235 uranium digunakan, yang melalui tahap pengayaan, pembuatan tablet uranium, dll. Saat ini, reaktor neutron lambat berada di sebagian besar.
Reaktor neutron cepat.
Reaktor ini adalah masa depan, karena mereka bekerja pada uranium-238, yang merupakan selusin sepeser pun di alam dan tidak perlu memperkaya elemen ini. Kerugian dari reaktor tersebut hanya dalam biaya yang sangat tinggi untuk desain, konstruksi dan peluncuran. Saat ini, reaktor neutron cepat hanya beroperasi di Rusia.
Pendingin dalam reaktor neutron cepat adalah merkuri, gas, natrium atau timbal. 
Reaktor neutron lambat, yang saat ini digunakan oleh semua pembangkit listrik tenaga nuklir di dunia, juga tersedia dalam beberapa jenis.
Organisasi IAEA (Badan Energi Atom Internasional) telah membuat klasifikasinya sendiri, yang paling sering digunakan di industri nuklir dunia. Karena prinsip pengoperasian pembangkit listrik tenaga nuklir sangat tergantung pada pilihan pendingin dan moderator, IAEA mendasarkan klasifikasinya pada perbedaan ini.
Dari sudut pandang kimia, deuterium oksida adalah moderator dan pendingin yang ideal, karena atomnya paling efektif berinteraksi dengan neutron uranium dibandingkan dengan zat lain. Sederhananya, air berat melakukan tugasnya dengan kerugian minimal dan hasil maksimal. Namun, produksinya membutuhkan biaya, sementara jauh lebih mudah menggunakan air "ringan" dan akrab bagi kita.
Sangat menarik bahwa satu reaktor pembangkit listrik tenaga nuklir dibangun setidaknya selama 3 tahun!
Untuk membangun reaktor, Anda memerlukan peralatan yang berjalan dengan arus listrik 210 kilo ampere, yang merupakan satu juta kali arus yang dapat membunuh seseorang.
Satu cangkang (elemen struktural) reaktor nuklir memiliki berat 150 ton. Ada 6 elemen seperti itu dalam satu reaktor.
Reaktor air bertekanan
Kami telah menemukan cara kerja pembangkit listrik tenaga nuklir secara umum, untuk "menyelesaikannya" mari kita lihat bagaimana reaktor nuklir bertekanan paling populer bekerja.
Di seluruh dunia saat ini, reaktor air bertekanan generasi 3+ digunakan. Mereka dianggap yang paling andal dan aman.
Semua reaktor air bertekanan di dunia selama bertahun-tahun operasi mereka secara total telah berhasil mendapatkan lebih dari 1000 tahun operasi bebas masalah dan tidak pernah memberikan penyimpangan serius. 
Struktur pembangkit listrik tenaga nuklir berdasarkan reaktor air bertekanan menyiratkan bahwa air suling bersirkulasi di antara batang bahan bakar, dipanaskan hingga 320 derajat. Untuk mencegahnya menjadi uap, itu disimpan di bawah tekanan 160 atmosfer. Skema PLTN menyebutnya air primer.
Air yang dipanaskan memasuki generator uap dan melepaskan panasnya ke air sirkuit sekunder, setelah itu "kembali" ke reaktor lagi. Dari luar, sepertinya pipa-pipa dari sirkuit air primer bersentuhan dengan pipa lain - air dari sirkuit kedua, mereka mentransfer panas satu sama lain, tetapi airnya tidak bersentuhan. Tabung berada dalam kontak.
Dengan demikian, kemungkinan radiasi masuk ke air sirkuit sekunder, yang selanjutnya akan berpartisipasi dalam proses pembangkitan listrik, dikecualikan.
Setelah mempelajari prinsip pengoperasian pembangkit listrik tenaga nuklir, kita harus memahami bagaimana keselamatan diatur. Desain pembangkit listrik tenaga nuklir saat ini membutuhkan peningkatan perhatian pada aturan keselamatan.
Biaya keselamatan pembangkit listrik tenaga nuklir adalah sekitar 40% dari total biaya pembangkit itu sendiri. 
Skema PLTN mencakup 4 hambatan fisik yang mencegah pelepasan zat radioaktif. Apa yang harus dilakukan penghalang ini? Pada saat yang tepat, mampu menghentikan reaksi nuklir, memastikan penghilangan panas secara konstan dari teras dan reaktor itu sendiri, serta mencegah lepasnya radionuklida dari sungkup (containment zone).
Jika, terlepas dari pembangunan pembangkit listrik tenaga nuklir dengan banyak tingkat perlindungan, tidak mungkin untuk mendinginkan inti reaktor pada waktu yang tepat, dan suhu bahan bakar naik hingga 2600 derajat, maka harapan terakhir dari sistem keselamatan ikut bermain. - yang disebut perangkap leleh.
Faktanya adalah bahwa pada suhu seperti itu bagian bawah bejana reaktor akan meleleh, dan semua sisa bahan bakar nuklir dan struktur cair akan mengalir ke "kaca" khusus yang digantung di atas inti reaktor.
Perangkap lelehan didinginkan dan tahan api. Itu diisi dengan apa yang disebut "bahan pengorbanan", yang secara bertahap menghentikan reaksi berantai fisi.
Dengan demikian, skema PLTN menyiratkan beberapa tingkat perlindungan, yang hampir sepenuhnya mengecualikan kemungkinan kecelakaan.
Pada tahun 2011 Pabrik Konsentrat Kimia Novosibirsk memproduksi dan menjual 70% dari konsumsi dunia lithium-7 isotop (1300 kg), membuat rekor baru dalam sejarah pabrik. Namun, produk utama NCCP adalah bahan bakar nuklir.
Frasa ini memiliki efek yang mengesankan dan menakutkan di benak penduduk Novosibirsk, memaksa mereka untuk membayangkan apa pun tentang perusahaan: dari pekerja berkaki tiga dan kota bawah tanah yang terpisah hingga angin radioaktif.
Jadi apa yang sebenarnya tersembunyi di balik pagar pabrik paling misterius di Novosibirsk, yang menghasilkan bahan bakar nuklir di dalam kota?
JSC "Pabrik Novosibirsk Konsentrat Kimia" adalah salah satu produsen bahan bakar nuklir terkemuka di dunia untuk pembangkit listrik tenaga nuklir dan reaktor penelitian di Rusia dan luar negeri. Satu-satunya produsen lithium metalik Rusia dan garamnya. Ini adalah bagian dari Perusahaan Bahan Bakar TVEL dari Rosatom State Corporation.
Kami datang ke bengkel di mana rakitan bahan bakar dibuat - rakitan bahan bakar, yang dimuat ke dalam reaktor tenaga nuklir. Ini adalah bahan bakar nuklir untuk pembangkit listrik tenaga nuklir. Untuk memasuki produksi, Anda harus mengenakan gaun ganti, topi, penutup sepatu yang terbuat dari kain, dan "Petal" di wajah Anda.
Semua pekerjaan yang berhubungan dengan bahan yang mengandung uranium terkonsentrasi di bengkel. Kompleks teknologi ini adalah salah satu yang utama untuk NCCP (FA untuk pembangkit listrik tenaga nuklir menempati sekitar 50% dalam struktur produk yang dijual oleh OJSC NCCP).
Ruang kontrol, dari mana proses produksi bubuk uranium dioksida dikendalikan, dari mana pelet bahan bakar kemudian dibuat.
Pekerja melakukan perawatan rutin: pada interval tertentu, bahkan peralatan terbaru dihentikan dan diperiksa. Selalu ada banyak udara di bengkel itu sendiri - ventilasi pembuangan terus bekerja.
Bicones ini menyimpan bubuk uranium dioksida. Mereka mencampur bubuk dan plasticizer, yang memungkinkan tablet dikompresi dengan lebih baik.
Sebuah instalasi yang menghasilkan kompresi pelet bahan bakar. Sama seperti anak-anak membuat kue dari pasir dengan menekan cetakan, demikian juga di sini: pelet uranium ditekan di bawah tekanan.
Perahu molibdenum dengan pelet menunggu untuk dikirim ke tungku untuk anil. Sebelum anil, tablet memiliki warna kehijauan dan ukuran yang berbeda.
Kontak bedak, tablet, dan lingkungan diminimalkan: semua pekerjaan dilakukan dalam kotak. Untuk memperbaiki sesuatu di dalam, sarung tangan khusus dipasang di dalam kotak.
Obor di atas sedang membakar hidrogen. Tablet dianil dalam tungku pada suhu setidaknya 1750 derajat dalam lingkungan pereduksi hidrogen selama lebih dari 20 jam.
Lemari hitam adalah tungku suhu tinggi hidrogen di mana perahu molibdenum melewati berbagai zona suhu. Peredam terbuka, dan perahu molibdenum memasuki tungku, dari mana api keluar.
Tablet yang sudah jadi dipoles, karena ukurannya harus ditentukan secara ketat. Dan di pintu keluar, pemeriksa memeriksa setiap tablet agar tidak ada keripik, tidak ada retak, tidak ada cacat.
Satu tablet seberat 4,5 g setara dalam hal pelepasan energi untuk 640 kg kayu bakar, 400 kg batu bara, 360 meter kubik. m gas, 350 kg minyak.
Tablet uranium dioksida setelah anil dalam tungku hidrogen.
Di sini tabung zirkonium diisi dengan pelet uranium dioksida. Pada output, kami telah menyelesaikan elemen bahan bakar (panjang sekitar 4 m) - elemen bahan bakar. Rakitan bahan bakar sudah dirakit dari batang bahan bakar, dengan kata lain, bahan bakar nuklir.
Mesin soda seperti itu di jalan-jalan kota tidak lagi dapat ditemukan, mungkin hanya di NZHK. Meskipun di masa Soviet mereka sangat umum.
Dalam mesin ini, kaca dapat dicuci dan kemudian diisi dengan air berkarbonasi, diam atau dingin.
Menurut penilaian Departemen Sumber Daya Alam dan Perlindungan Lingkungan tahun 2010, NCCP tidak berdampak signifikan terhadap pencemaran lingkungan.
Sepasang ayam ras murni seperti itu terus-menerus hidup dan bertelur di kandang burung kayu solid, yang terletak di wilayah bengkel.
Pekerja mengelas bingkai untuk perakitan bahan bakar. Bingkai berbeda, tergantung pada modifikasi rakitan bahan bakar.
Pabrik mempekerjakan 2277 orang, usia rata-rata staf adalah 44,3 tahun, 58% adalah laki-laki. Gaji rata-rata melebihi 38.000 rubel.
Tabung besar adalah saluran untuk sistem kontrol proteksi reaktor. 312 batang bahan bakar kemudian akan dipasang di rangka ini.
CHPP-4 terletak di sebelah NZHK. Dengan mengacu pada ahli ekologi, perwakilan pabrik melaporkan bahwa satu pembangkit listrik termal memancarkan 7,5 kali lebih banyak zat radioaktif per tahun daripada NCCP.
Tukang perakitan Viktor Pustozerov, veteran pabrik dan industri tenaga nuklir, memiliki 2 Order of Labor Glory
Kepala dan betis untuk TVS. Mereka dipasang di bagian paling akhir, ketika semua 312 batang bahan bakar sudah ada di dalam bingkai.
Kontrol akhir: rakitan bahan bakar jadi diperiksa dengan probe khusus sehingga jarak antara batang bahan bakar sama. Pengendali paling sering adalah wanita, ini adalah pekerjaan yang sangat melelahkan.
Dalam wadah seperti itu, rakitan bahan bakar dikirim ke konsumen - masing-masing 2 kaset. Di dalam mereka memiliki tempat tidur nyaman mereka sendiri.
Bahan bakar untuk pembangkit listrik tenaga nuklir yang diproduksi oleh JSC NCCP digunakan di pembangkit listrik tenaga nuklir Rusia dan juga dipasok ke Ukraina, Bulgaria, Cina, India dan Iran. Biaya perakitan bahan bakar adalah rahasia dagang.
Bekerja di NCCP tidak lebih berbahaya daripada bekerja di perusahaan industri mana pun. Status kesehatan karyawan terus dipantau. Dalam beberapa tahun terakhir, tidak ada satu pun kasus penyakit akibat kerja yang teridentifikasi di antara para pekerja.
