Përdorimi i karburantit bërthamor në reaktorë për prodhimin e energjisë termike ka një sërë veçorish të rëndësishme për shkak të vetive fizike dhe natyrës bërthamore të proceseve. Këto karakteristika përcaktojnë specifikat e energjisë bërthamore, natyrën e teknologjisë së saj, kushtet e veçanta të funksionimit, performancën ekonomike dhe ndikimin mjedisor. Ato gjithashtu përcaktojnë problemet kryesore shkencore, teknike dhe inxhinierike që duhet të zgjidhen me zhvillimin e gjerë të teknologjisë bërthamore të besueshme, ekonomike dhe të sigurt.
Karakteristikat më të rëndësishme të karburantit bërthamor, të manifestuara në përdorimin e tij të energjisë:
1. vlera e lartë kalorifike, d.m.th. çlirimi i nxehtësisë për njësi masë të nuklideve të ndara;
2. pamundësia e "djegjes" (ndarjes) të plotë të të gjithë nuklideve të zbërthyer për një qëndrim një herë të karburantit në reaktor, pasi në bërthamën e reaktorit, është gjithmonë e nevojshme që të ketë një masë kritike të karburantit dhe është e mundur të "digjet" vetëm ajo pjesë e saj që tejkalon masën kritike;
3. aftësia për të pasur riprodhim (konvertim) të pjesshëm, në kushte të caktuara, të plotë dhe madje të zgjatur të nuklideve të zbërthyer, d.m.th. marrja e karburantit bërthamor dytësor nga riprodhimi i materialeve bërthamore (238 U dhe 232 Th);
4. “Djegia” e karburantit bërthamor në një reaktor nuk kërkon një agjent oksidues dhe nuk shoqërohet me shkarkim të vazhdueshëm të produkteve të “djegisë” në mjedis;
5. Procesi i zbërthimit shoqërohet njëkohësisht me grumbullimin e produkteve radioaktive jetëshkurtër dhe jetëgjatë të zbërthimit, si dhe produkte të kalbjes që ruajnë një nivel të lartë radioaktiviteti për një kohë të gjatë. Kështu, karburanti i rrezatuar në reaktor dhe i shpenzuar në të ka një radioaktivitet jashtëzakonisht të lartë dhe, si rezultat, nxehtësi të kalbjes, gjë që krijon vështirësi të veçanta në trajtimin e karburantit bërthamor të rrezatuar;
6. Reaksioni zinxhir i ndarjes së karburantit bërthamor shoqërohet me lëshimin e flukseve të mëdha të neutroneve. Nën ndikimin e neutroneve me energji të lartë (E>0,1 MeV) në materialet strukturore të rrezatuara të reaktorit (veshja e karburantit, pjesët e montimit të karburantit, pajisjet brenda reaktorit, enë), si dhe në ftohësin dhe materialet e mbrojtjes biologjike, në atmosfera e gaztë që mbush hapësirën midis reaktorit dhe mbrojtjes së tij biologjike, shumë elementë kimikisht të qëndrueshëm (jo radioaktivë) shndërrohen në radioaktivë. Ekziston një i ashtuquajtur aktivitet i induktuar.
Kapaciteti i lartë gjenerues i nxehtësisë i karburantit bërthamor është për shkak të energjisë së konsiderueshme intranukleare të lëshuar gjatë çdo akti të ndarjes së një atomi të rëndë të uraniumit ose plutoniumit. Gjatë djegies së lëndëve djegëse fosile, ndodhin procese oksiduese kimike, të shoqëruara nga një çlirim relativisht i ulët i energjisë.
Gjatë djegies (oksidimit) të një atomi karboni, në përputhje me reaksionin C + O 2 → CO 2, për çdo akt të bashkëveprimit lirohet rreth 4 eV energji, ndërsa gjatë ndarjes së bërthamës së atomit të uraniumit 235 U. + n → X 1 + X 2, rreth 200 MeV energji për ngjarje të ndarjes. Një çlirim i tillë shumë i përqendruar i energjisë për njësi masë çon në strese të mëdha termike. Diferenca e temperaturës përgjatë rrezes së elementit të karburantit arrin disa qindra gradë.
Përveç kësaj, materialet bazë përjetojnë ngarkesa të mëdha dinamike dhe rrezatimi për shkak të rrjedhës së ftohësit dhe efektit të fuqishëm të rrezatimit në lëndë djegëse dhe materialet strukturore të rrjedhave të rrezatimit jonizues me densitet të lartë. Veçanërisht, veprimi i rrezatimit i neutroneve të shpejta shkakton dëme të konsiderueshme të rrezatimit në materialet strukturore të reaktorit (brishtësia, ënjtja, zvarritja e shtuar). Prandaj, kërkesa të veçanta vendosen për materialet e përdorura në reaktorë. Një prej tyre është shkalla më e lartë e pastërtisë nga papastërtitë (të ashtuquajturat materiale të shkallës bërthamore). Për shkak të kësaj, seksioni kryq i ndërveprimit dhe absorbimit (i cili është i rëndësishëm për ruajtjen e një reaksioni zinxhir të ndarjes) të neutroneve nga materialet është minimal.
Niveli i kërkesave për përbërjen dhe vetitë e materialeve të përdorura në ndërtimin e reaktorit rezultoi të ishte aq i lartë sa që filloi zhvillimin e një numri teknologjish të reja dhe të avancuara për prodhimin e materialeve speciale dhe produkteve gjysëm të gatshme, si dhe të veçanta. metodat dhe mjetet për kontrollin e cilësisë së tyre. Aktualisht, është zhvilluar dhe zotëruar një teknologji për prodhimin industrial të materialeve të tilla si beriliumi, grafiti i pastërtisë bërthamore, uji i rëndë, zirkoniumi dhe lidhjet e niobit, metali i kalciumit, bor dhe çeliqet inox rezistente ndaj nxehtësisë, bor i pasuruar me 10 V. izotopi dhe elementët e tokës së rrallë.
Përmbajtja e lartë kalorike shkakton një reduktim të mprehtë si në masën ashtu edhe në vëllimin fizik të karburantit bërthamor që kërkohet për të prodhuar një sasi të caktuar energjie. Kështu, ruajtja dhe transportimi i lëndës së parë (koncentrati kimik i uraniumit natyror) dhe karburantit të përfunduar kërkojnë kosto relativisht të ulëta. Pasoja e kësaj është pavarësia e vendndodhjes së termocentraleve bërthamore nga zona e prodhimit dhe prodhimit të karburantit bërthamor, gjë që ndikon ndjeshëm në zgjedhjen e një pozicioni ekonomikisht të favorshëm gjeografik të forcave prodhuese. Në këtë kuptim, mund të flitet për karakterin universal të karburantit bërthamor. Karakteristikat e tij bërthamore-fizike janë të njëjta kudo, dhe ekonomia e përdorimit praktikisht nuk varet nga distanca me konsumatorin. Aftësia për të mos lidhur vendndodhjen e termocentraleve bërthamore me vendin e prodhimit dhe prodhimit të karburantit bërthamor bën të mundur vendndodhjen ekonomikisht optimale të tyre në të gjithë vendin, duke i afruar sa më shumë me konsumatorët e energjisë elektrike dhe termike. Krahasuar me termocentralet me lëndë djegëse fosile, termocentralet bërthamore nuk kanë vështirësi të lidhura me kushtet klimatike sezonale për dërgimin dhe furnizimin me karburant. Materialet bërthamore të nxjerra nga nëntoka dhe që i nënshtrohen përpunimit mund të ruhen për çdo numër vitesh me kosto shumë të ulët, pa kërkuar objekte magazinimi të mëdha dhe të shtrenjta.
Nevoja për qarkullim të përsëritur të karburantit bërthamor në ciklin e karburantit dhe pamundësia e djegies së plotë të tij gjatë një qëndrimi një herë në reaktor është për shkak të nevojës për të mbajtur një reaksion zinxhir të ndarjes. Një reaksion zinxhir i vetëqëndrueshëm në bërthamë është i mundur vetëm nëse në të ka një masë kritike të materialit të zbërthyer në një konfigurim të caktuar dhe në kushte të caktuara për ngadalësimin dhe thithjen e neutroneve. Prandaj, për të marrë energji termike në reaktor, kur funksionon me fuqinë e projektuar për një kohë të caktuar, është e nevojshme që të ketë një tepricë të nuklideve të zbërthyer në bërthamë mbi masën kritike. Kjo tepricë krijon një diferencë reaktiviteti të bërthamës së reaktorit, e cila është e nevojshme për të arritur djegien e specifikuar ose të llogaritur të karburantit. Djegia e karburantit bërthamor në bërthamën e reaktorit quhet procesi i shpenzimit të nuklideve të zbërthyeshme, parësore dhe dytësore, si rezultat i ndarjes gjatë bashkëveprimit të tyre me neutronet. Burnup zakonisht përcaktohet nga sasia e energjisë termike të lëshuar ose sasia (masa) e nukliideve të ndara për njësi masë të karburantit të ngarkuar në reaktor. Prandaj, për të djegur një sasi të caktuar uraniumi në një reaktor, është e nevojshme ta ngarkoni atë me karburant që ka një masë dukshëm më të madhe se ajo kritike. Në këtë rast, pasi të keni arritur thellësinë e specifikuar të djegies, kur marzhi i reaktivitetit është shteruar, është e nevojshme të zëvendësohet karburanti i shpenzuar me karburant të freskët për të ruajtur reaksionin zinxhir të ndarjes. Kërkesa për të mbajtur vazhdimisht në bërthamën e reaktorit një masë të madhe karburanti bërthamor, të projektuar për një periudhë të gjatë operimi për të siguruar një prodhim të caktuar të energjisë, shkakton kosto të konsiderueshme një herë për pagimin e ngarkesës së parë të karburantit dhe tufave pasuese të përgatitura për karburant. Ky është një nga ndryshimet thelbësore dhe themelore midis kushteve për përdorimin e karburantit bërthamor në termocentrale në krahasim me karburantin organik.
Megjithatë, karburanti i shpenzuar i shkarkuar nga bërthama do të përmbajë një sasi të konsiderueshme materialesh të zbërthyeshme dhe nuklide pjellore me vlerë të konsiderueshme. Ky karburant, pas pastrimit kimik nga produktet e ndarjes, mund të kthehet në ciklin e karburantit për ripërdorim. Sasia e nukleideve të zbërthyeshme në lëndën djegëse të shpenzuar, e cila mbetet e papërdorur gjatë qëndrimit një herë në reaktor, varet nga lloji i reaktorit dhe nga lloji i karburantit dhe mund të jetë deri në 50% të atyre të ngarkuara fillimisht. Natyrisht, duhet të përdoren "mbeturina" të tilla të vlefshme. Për këtë qëllim janë duke u krijuar objekte dhe ambiente të veçanta teknike për ruajtjen, transportin dhe rigjenerimin kimik të karburantit të shpenzuar (SFA). Materialet e zbërthyeshme të nxjerra nga SFA mund të kthehen dhe të qarkullojnë në mënyrë të përsëritur përmes reaktorëve dhe ndërmarrjeve të karburantit të industrisë bërthamore: impiantet radiokimike që sigurojnë rigjenerimin (pastrimin e produkteve të ndarjes dhe papastërtive) të karburantit të shkarkuar nga reaktori dhe kthimin e tij në ciklin e karburantit pas pasurimi i nevojshëm shtesë me nuklide të zbërthyeshme; uzina çeliku për prodhimin e elementëve të rinj të karburantit, në të cilat karburanti i rigjeneruar shtohet në të freskët, jo të rrezatuar në reaktorë. Kështu, një tipar karakteristik i furnizimit me karburant në industrinë e energjisë bërthamore është mundësia teknike dhe nevoja për të rikthyer në cikël (riciklim) izotopet e zbërthyeshme dhe pjellore të uraniumit dhe plutoniumit që nuk janë përdorur në kushtet e një qëndrimi të vetëm në reaktor. Për të siguruar furnizim të pandërprerë me karburant, po krijohen kapacitetet e nevojshme të ndërmarrjeve të ciklit të karburantit. Ato mund të konsiderohen si ndërmarrje që plotësojnë "nevojat e veta" të energjisë bërthamore si industri. Koncepti i zhvillimit të inxhinierisë bërthamore të bazuar në reaktorët rritës të karburantit bërthamor bazohet në mundësinë e riciklimit të uraniumit dhe plutoniumit. Për më tepër, riciklimi i uraniumit dhe plutoniumit redukton ndjeshëm nevojën për uranium natyror dhe për kapacitetin e pasurimit të uraniumit për reaktorët termikë të neutroneve, të cilët aktualisht dominojnë industrinë në zhvillim të energjisë bërthamore. Për sa kohë që nuk ka ripërpunim të karburantit të shpenzuar, nuk ka riciklim të uraniumit dhe plutoniumit. Kjo do të thotë që reaktorët termikë mund të ushqehen vetëm me karburant të freskët që rrjedh nga uraniumi i minuar dhe i përpunuar, ndërsa karburanti i shpenzuar do të ruhet.
Mbarështimi i karburantit bërthamor ndodh pothuajse në çdo reaktor të projektuar për prodhimin e energjisë, i cili, së bashku me materialet e zbërthyeshme, përmban lëndë të para pjellore (238 U dhe 232 Th). Nëse nuk marrim parasysh rastin hipotetik të përdorimit të karburantit të uraniumit të superpasuruar (~ 90%) për disa reaktorë të veçantë, atëherë në të gjithë reaktorët bërthamorë të përdorur në industrinë e energjisë elektrike, do të ketë një pjesë të pjesshme dhe kur të krijohen kushte të caktuara, të plotë dhe madje edhe riprodhimi i zgjeruar i karburantit bërthamor - izotopet e plutoniumit, që kanë të njëjtën vlerë të lartë kalorifike si 235 U. Plutoniumi mund të ndahet nga karburanti i shpenzuar në impiantet e përpunimit kimik në formën e tij të pastër dhe të përdoret për të prodhuar lëndë djegëse të përzier uranium-plutonium. Mundësia e prodhimit të plutoniumit në çdo reaktor termik të neutronit bën të mundur kualifikimin e çdo termocentrali bërthamor si një ndërmarrje me qëllime të dyfishta: duke gjeneruar jo vetëm energji termike dhe elektrike, por edhe prodhimin e një karburanti të ri bërthamor - plutonium. Sidoqoftë, roli i plutoniumit manifestohet jo vetëm në akumulimin e tij në karburantin e shpenzuar. Një pjesë e konsiderueshme e izotopeve të zbërthyera të plutoniumit rezultojnë në ndarje në reaktor, duke përmirësuar ekuilibrin e karburantit dhe duke kontribuar në një rritje të djegies së karburantit të ngarkuar në bërthamë. Më e leverdishme, sipas ideve të sotme, është përdorimi i plutoniumit në reaktorët e shpejtë të neutronit, ku bën të mundur sigurimin e një fitimi në masën kritike, dhe rrjedhimisht, në ngarkimin në krahasim me 235 U me 20-30% dhe marrjen e koeficientë shumë të lartë që tejkalojnë unitetin.riprodhimi. Përdorimi i plutoniumit në ngarkesën e karburantit të reaktorëve termikë të neutronit, megjithëse nuk bën të mundur marrjen e një fitimi të konsiderueshëm në masën kritike dhe ritme kaq të larta riprodhimi si në reaktorët e shpejtë të neutronit, megjithatë, krijon një efekt të madh duke rritur burimet e karburantit bërthamor. .
Në energjinë bërthamore, përveç uraniumit, ka mundësi për zhvillimin e cikleve të karburantit të toriumit. Në të njëjtën kohë, izotopi natyror 232 Th përdoret për të prodhuar 233 U, i cili është i ngjashëm në vetitë e tij bërthamore me 235 U. Megjithatë, aktualisht është e vështirë të pritet ndonjë përdorim domethënës i ciklit uranium-torium në inxhinierinë e energjisë bërthamore. . Kjo shpjegohet me faktin se 232 Th, si 238 U, është vetëm një material pjellor, por jo i zbërthyeshëm, dhe teknologjia e përpunimit të toriumit ka një numër karakteristikash specifike dhe ende nuk është zotëruar në një shkallë industriale. Në të njëjtën kohë, ende nuk ka mungesë të uraniumit natyror. Për më tepër, ka një akumulim të vazhdueshëm në magazina të mbetjeve të uraniumit të gatshëm për t'u përdorur si një material pjellor në reaktorët riprodhues.
Mungesa e nevojës për një oksidues për të gjeneruar energji është një nga përfitimet kryesore mjedisore të përdorimit të energjisë bërthamore në krahasim me hidrokarburet. Emetimet e gazit nga termocentralet bërthamore janë kryesisht për shkak të nevojave të sistemeve të ventilimit të stacionit. Ndryshe nga termocentralet bërthamore, miliona metra kub gazra me djegie lëshohen në ajër çdo vit. Këto përfshijnë, para së gjithash, oksidet e karbonit, azotit dhe squfurit, të cilat shkatërrojnë shtresën e ozonit të planetit dhe krijojnë një ngarkesë të madhe në biosferën e territoreve ngjitur.
Fatkeqësisht, përveç avantazheve të energjisë bërthamore, ka edhe disavantazhe. Këto përfshijnë, në veçanti, formimin e produkteve të ndarjes dhe aktivizimit gjatë funksionimit të një reaktori bërthamor. Substanca të tilla ndërhyjnë në funksionimin e vetë reaktorit dhe janë radioaktive. Megjithatë, vëllimi i mbetjeve radioaktive të krijuara është i kufizuar (shumë rend të madhësisë më pak se mbetjet nga termocentralet). Përveç kësaj, ekzistojnë teknologji të provuara për pastrimin, nxjerrjen, kondicionimin, ruajtjen dhe asgjësimin e tyre të sigurt. Një numër izotopësh radioaktivë të nxjerrë nga karburanti i shpenzuar përdoren në mënyrë aktive në teknologjitë industriale dhe të tjera. Me zhvillimin e mëtejshëm të teknologjive të përpunimit të SFA, ka edhe perspektiva për nxjerrjen e produkteve të ndarjes prej tij - elemente të rralla të tokës me vlerë të madhe.
Zona aktive e një reaktori të energjisë bërthamore (a.z.EIAR)- kjo është një pjesë e vëllimit të saj, në të cilën organizohen kushtet në mënyrë konstruktive për zbatimin e një reaksioni zinxhir të vazhdueshëm vetë-qëndrueshëm të ndarjes së karburantit bërthamor dhe një heqje të ekuilibruar të nxehtësisë së krijuar në të për qëllimin e përdorimit të tij të mëvonshëm.
Duke menduar për kuptimin e këtij përkufizimi në lidhje me bërthamën e një ENR termike, mund të kuptohet se përbërësit themelorë të një bërthame të tillë janë karburanti bërthamor, moderatori, ftohësi dhe materiale të tjera strukturore.Këto të fundit janë objektivisht të domosdoshëm, pasi karburanti bërthamor dhe moderatori në bërthamë dhe vetë bërthama zona duhet të jetë e fiksuar në mënyrë të palëvizshme në reaktor, duke përfaqësuar, nëse është e mundur, një njësi teknologjike të palosshme.
Karburanti bërthamor zakonisht kuptohet si tërësia e të gjitha nuklideve të zbërthyeshme në zonën aktive. Shumica e ENR-ve termike të përdorura në njësitë e energjisë NPP në fazën fillestare të funksionimit operojnë me karburant uraniumi të pastër, por gjatë fushatës ata riprodhojnë një sasi të konsiderueshme të karburantit bërthamor sekondar - plutonium-239, i cili menjëherë pas formimit të tij përfshihet në proces. të shumëzimit të neutroneve në reaktor. Prandaj, karburanti në një ENR të tillë në çdo moment arbitrar të fushatës duhet të konsiderohet si një kombinim i tre komponentëve të zbërthyer: 235U, 238U dhe 239Pu. Uraniumi-235 dhe plutoniumi-239 janë të zbërthyer nga neutronet e çdo energjie të spektrit të reaktorit, dhe 238U, siç është përmendur tashmë, vetëm nga neutronet e shpejta mbi pragun (me E > 1.1 MeV).
Karakteristika kryesore e karburantit bërthamor të uraniumit është pasurimi i tij fillestar (x), i cili i referohet proporcionit (ose përqindjes) të bërthamave të uraniumit-235 midis të gjitha bërthamave të uraniumit. Dhe meqenëse më shumë se 99.99% e uraniumit përbëhet nga dy izotope - 235 U dhe 238 U, vlera e pasurimit është:
x= N 5 /N U \u003d N 5 / (N 5 +N 8) (4.1.1)
Uraniumi natyror metalik përmban afërsisht 0.71% të bërthamave 235 U, dhe më shumë se 99.28% është 238 U. të merren parasysh.
Reaktorët e NPP përdorin uranium të pasuruar deri në 1,8 ÷ 5,2%, në reaktorët e centraleve bërthamore të transportit detar, pasurimi fillestar i karburantit bërthamor është 20 ÷ 45%. Përdorimi i karburantit me pasurim të ulët në termocentralet bërthamore shpjegohet me konsiderata ekonomike: teknologjia për prodhimin e karburantit të pasuruar është komplekse, me energji intensive, kërkon pajisje komplekse dhe të mëdha, dhe për këtë arsye është një teknologji e shtrenjtë.
Uraniumi metalik është termikisht i paqëndrueshëm, subjekt i transformimeve alotropike në temperatura relativisht të ulëta dhe kimikisht i paqëndrueshëm, dhe për këtë arsye i papranueshëm si lëndë djegëse për reaktorët e energjisë. Prandaj, uraniumi përdoret në reaktorë jo në një formë thjesht metalike, por në formën e përbërjeve kimike (ose metalurgjike) me elementë të tjerë kimikë. Këto lidhje quhen karburant kompozime.
Përbërjet më të zakonshme të karburantit në teknologjinë e reaktorit janë:
UO 2, U 3 O 8, UC, UC 2, OKB, U 3 Si, (UAl 3) Si, UBe 13.
Elementi tjetër kimik i përbërjes së karburantit quhet hollues i karburantit.
Në dy të parat nga përbërjet e listuara të karburantit, tretësi është oksigjeni, në dy të dytat - karboni, në vijim, përkatësisht, azot, silikon, alumin me silikon dhe berilium.
Kërkesat kryesore për tretësin janë të njëjta si për moderatorin në reaktor: ai duhet të ketë një mikroseksion shpërndarjeje elastike të lartë dhe mundësisht një mikroseksion thithjeje më të ulët për neutronet termike dhe rezonante.
Përbërja më e zakonshme e karburantit në reaktorët e energjisë bërthamore është dioksid uraniumi(UO 2), dhe tretësi i tij - oksigjeni - plotëson plotësisht të gjitha kërkesat e mësipërme .
Pika e shkrirjes së dioksidit (2800 o C) dhe qëndrueshmëria e lartë termike e tij bëjnë të mundur që të ketë temperaturë të lartë karburant me një temperaturë të lejueshme funksionimi deri në 2200 ° C.
Centralet bërthamore - centralet bërthamore janë termocentrale. Termocentralet bërthamore përdorin energjinë e reaksioneve bërthamore të kontrolluara si burim. Kapaciteti i njësisë së njësive energjitike të NPP arrin 1.5 GW.
Përdoret si lëndë djegëse e zakonshme për termocentralet bërthamore U- uranium. Reagimi i ndarjes kryhet në njësinë kryesore të një termocentrali bërthamor - një reaktor bërthamor. Një reaksion zinxhir i ndarjes së lëndës bërthamore lëshon një sasi të konsiderueshme të energjisë termike të përdorur për të prodhuar energji elektrike.
Fizioni i bërthamave të uraniumit prodhon neutrone të shpejta. Shkalla e ndarjes është një reaksion zinxhir, në termocentralet bërthamore rregullohet nga moderatorë: ujë i rëndë ose grafit. Neutronet përmbajnë një sasi të madhe të energjisë termike. Nëpërmjet ftohësit, energjia hyn në gjeneratorin e avullit. Avulli me presion të lartë dërgohet në turbogjeneratorët. Energjia elektrike që rezulton shkon në transformatorë dhe më pas në pajisjet e shpërndarjes. Një pjesë e energjisë elektrike drejtohet për të plotësuar nevojat e një centrali bërthamor (NPP). Qarkullimi i ftohësit në termocentralet bërthamore sigurohet nga pompat: kryesore dhe kondensata. Nxehtësia e tepërt nga termocentralet bërthamore dërgohet në kullat ftohëse.
Termocentralet bërthamore - Termocentralet bërthamore nuk lëshojnë gazra të gripit në atmosferë. Në termocentralet bërthamore nuk ka mbeturina në formë hiri dhe skorje. Problemet në termocentralet bërthamore janë nxehtësia e tepërt dhe ruajtja e mbetjeve radioaktive. Për të mbrojtur njerëzit dhe atmosferën nga emetimet radioaktive, termocentralet bërthamore marrin masa të veçanta:
Termocentralet bërthamore janë të rrethuara nga një zonë mbrojtëse sanitare.
Energjia bërthamore është një mënyrë moderne dhe me zhvillim të shpejtë të prodhimit të energjisë elektrike. A e dini se si janë rregulluar termocentralet bërthamore? Cili është parimi i funksionimit të një termocentrali bërthamor? Cilat lloje të reaktorëve bërthamorë ekzistojnë sot? Ne do të përpiqemi të shqyrtojmë në detaje skemën e funksionimit të një termocentrali bërthamor, të gërmojmë në strukturën e një reaktori bërthamor dhe të zbulojmë se sa e sigurt është metoda atomike e prodhimit të energjisë elektrike.
Çdo stacion është një zonë e mbyllur larg zonës së banimit. Në territorin e saj ka disa ndërtesa. Ndërtesa më e rëndësishme është ndërtesa e reaktorit, pranë saj është salla e turbinës nga ku kontrollohet reaktori dhe ndërtesa e sigurisë.
Skema është e pamundur pa një reaktor bërthamor. Një reaktor atomik (bërthamor) është një pajisje e një termocentrali bërthamor, i cili është krijuar për të organizuar një reaksion zinxhir të ndarjes së neutronit me lëshimin e detyrueshëm të energjisë në këtë proces. Por cili është parimi i funksionimit të një termocentrali bërthamor?
I gjithë impianti i reaktorit është vendosur në ndërtesën e reaktorit, një kullë e madhe betoni që fsheh reaktorin dhe, në rast aksidenti, do të përmbajë të gjitha produktet e një reaksioni bërthamor. Kjo kullë e madhe quhet frenim, guaskë hermetike ose frenim.
Zona e frenimit në reaktorët e rinj ka 2 mure të trasha betoni - predha.
Një guaskë e jashtme 80 cm e trashë mbron zonën e izolimit nga ndikimet e jashtme.
Predha e brendshme me trashësi 1 metër 20 cm ka në pajisjen e saj kabllo të posaçme çeliku, të cilat rrisin rezistencën e betonit me pothuajse tre herë dhe nuk do të lejojnë që struktura të shkërmoqet. Nga ana e brendshme, është e veshur me një fletë të hollë çeliku të veçantë, e cila është projektuar për të shërbyer si mbrojtje shtesë për kontrollin dhe, në rast aksidenti, për të parandaluar lëshimin e përmbajtjes së reaktorit jashtë zonës së izolimit.
Një pajisje e tillë e një termocentrali bërthamor mund të përballojë rënien e një avioni që peshon deri në 200 tonë, një tërmet 8 ballë, tornado dhe cunami.
Mbyllja e parë nën presion u ndërtua në termocentralin bërthamor amerikan në Connecticut Yankee në vitin 1968.
Lartësia totale e zonës së izolimit është 50-60 metra.
Për të kuptuar parimin e funksionimit të një reaktori bërthamor, dhe rrjedhimisht parimin e funksionimit të një termocentrali bërthamor, duhet të kuptoni përbërësit e reaktorit.
Çfarë bën një termocentral bërthamor? Karburanti për termocentralet bërthamore janë elementë kimikë me veti radioaktive. Në të gjitha termocentralet bërthamore, uraniumi është një element i tillë.
Dizajni i stacioneve nënkupton që termocentralet bërthamore funksionojnë me lëndë djegëse komplekse, dhe jo me një element të pastër kimik. Dhe për të nxjerrë karburantin e uraniumit nga uraniumi natyror, i cili ngarkohet në një reaktor bërthamor, duhet të kryeni shumë manipulime.
Uranium i pasuruar
Uraniumi përbëhet nga dy izotope, domethënë përmban bërthama me masa të ndryshme. Ata u emëruan nga numri i protoneve dhe neutroneve izotop -235 dhe izotop-238. Studiuesit e shekullit të 20-të filluan të nxjerrin uranium 235 nga minerali, sepse. ishte më e lehtë të dekompozohej dhe të transformohej. Doli se ka vetëm 0.7% të uraniumit të tillë në natyrë (përqindjet e mbetura shkuan në izotopin e 238-të).
Çfarë duhet bërë në këtë rast? Ata vendosën të pasurojnë uranium. Pasurimi i uraniumit është një proces kur ka shumë izotopë të nevojshëm 235x dhe pak izotopë të panevojshëm 238x të mbetur në të. Detyra e pasuruesve të uraniumit është të bëjnë gati 100% uranium-235 nga 0.7%.
Uraniumi mund të pasurohet duke përdorur dy teknologji - difuzionin e gazit ose centrifugën e gazit. Për përdorimin e tyre, uraniumi i nxjerrë nga xeherori shndërrohet në gjendje të gaztë. Në formën e gazit, ai pasurohet.
pluhur uraniumi
Gazi i uraniumit të pasuruar shndërrohet në një gjendje të ngurtë - dioksid uraniumi. Ky uranium i pastër i ngurtë 235 duket si kristale të mëdhenj të bardhë që më vonë grimcohen në pluhur uraniumi.
Tabletat e uraniumit
Peletat e uraniumit janë rondele metalike të forta, disa centimetra të gjata. Për të formuar tableta të tilla nga pluhuri i uraniumit, ajo përzihet me një substancë - një plastifikues, përmirëson cilësinë e shtypjes së tabletave.
Rondelet e shtypura piqen në një temperaturë prej 1200 gradë Celsius për më shumë se një ditë për t'i dhënë tabletave forcë dhe rezistencë të veçantë ndaj temperaturave të larta. Mënyra se si funksionon një termocentral bërthamor varet drejtpërdrejt nga sa mirë është ngjeshur dhe pjekur karburanti i uraniumit. 
Tabletat piqen në kuti molibdeni, sepse. vetëm ky metal është në gjendje të mos shkrihet në temperatura "djallëzore" mbi një mijë e gjysmë gradë. Pas kësaj, karburanti i uraniumit për termocentralet bërthamore konsiderohet i gatshëm.
Bërthama e reaktorit duket si një disk ose tub i madh me vrima në mure (në varësi të llojit të reaktorit), 5 herë më i madh se trupi i njeriut. Këto vrima përmbajnë karburant uranium, atomet e të cilit kryejnë reaksionin e dëshiruar.
Është e pamundur të hedhësh thjesht karburant në një reaktor, mirë, nëse nuk dëshiron të marrësh një shpërthim të të gjithë stacionit dhe një aksident me pasoja për disa shtete afër. Prandaj, karburanti i uraniumit vendoset në shufrat e karburantit, dhe më pas mblidhet në asambletë e karburantit. Çfarë kuptimi kanë këto shkurtesa?
Zirkoni u zgjodh si një material për prodhimin e shufrave të karburantit për shkak të refraktaritetit dhe vetive të tij kundër korrozionit.
Lloji i elementeve të karburantit varet nga lloji dhe struktura e reaktorit. Si rregull, struktura dhe qëllimi i shufrave të karburantit nuk ndryshon; gjatësia dhe gjerësia e tubit mund të jenë të ndryshme. 
Makina ngarkon më shumë se 200 fishekë uraniumi në një tub zirkoniumi. Në total, rreth 10 milionë fishekë uraniumi punojnë njëkohësisht në reaktor.
FA - montimi i karburantit. Punonjësit e NPP-së i quajnë grupe karburanti.
Në fakt, këto janë disa TVEL të lidhura së bashku. Asambletë e karburantit janë lëndë djegëse bërthamore e gatshme, me të cilën funksionon një termocentral bërthamor. Janë asambletë e karburantit që ngarkohen në një reaktor bërthamor. Rreth 150 - 400 grupe karburanti vendosen në një reaktor.
Varësisht se në cilin reaktor do të funksionojë grupi i karburantit, ato vijnë në forma të ndryshme. Herë tufat palosen në kubikë, herë në formë cilindrike, herë në formë gjashtëkëndore.
Një grup karburanti për 4 vjet funksionim gjeneron të njëjtën sasi energjie si kur digjen 670 vagonë qymyr, 730 rezervuarë me gaz natyror ose 900 rezervuarë të ngarkuar me naftë.
Sot, asambletë e karburantit prodhohen kryesisht në fabrika në Rusi, Francë, SHBA dhe Japoni.
Për të dërguar karburant për termocentralet bërthamore në vendet e tjera, montimet e karburantit mbyllen në tuba metalikë të gjatë dhe të gjerë, ajri pompohet nga tubat dhe dërgohet në bordin e avionëve të ngarkesave me makina speciale.
Karburanti bërthamor për termocentralet bërthamore peshon jashtëzakonisht shumë, tk. uraniumi është një nga metalet më të rënda në planet. Pesha e tij specifike është 2.5 herë më e madhe se ajo e çelikut.
Cili është parimi i funksionimit të një termocentrali bërthamor? Parimi i funksionimit të termocentraleve bërthamore bazohet në një reaksion zinxhir të ndarjes së atomeve të një substance radioaktive - uraniumit. Ky reagim ndodh në thelbin e një reaktori bërthamor.
Nëse nuk hyni në ndërlikimet e fizikës bërthamore, parimi i funksionimit të një termocentrali bërthamor duket si ky:
Pas fillimit të reaktorit bërthamor, shufrat thithëse hiqen nga shufrat e karburantit, të cilat parandalojnë reagimin e uraniumit.
Sapo të hiqen shufrat, neutronet e uraniumit fillojnë të ndërveprojnë me njëri-tjetrin.
Kur neutronet përplasen, ndodh një mini-shpërthim në nivelin atomik, lirohet energji dhe lindin neutrone të reja, fillon të ndodhë një reaksion zinxhir. Ky proces çliron nxehtësinë.
Nxehtësia transferohet në ftohës. Në varësi të llojit të ftohësit, ai kthehet në avull ose gaz, i cili rrotullon turbinën.
Turbina drejton një gjenerator elektrik. Është ai që, në fakt, prodhon energji elektrike.
Nëse nuk e ndiqni procesin, neutronet e uraniumit mund të përplasen me njëri-tjetrin derisa reaktori të hidhet në erë dhe i gjithë termocentrali bërthamor të hidhet në erë. Sensorët e kompjuterit kontrollojnë procesin. Ata zbulojnë një rritje të temperaturës ose një ndryshim të presionit në reaktor dhe mund të ndalojnë automatikisht reaksionet.
Cili është ndryshimi midis parimit të funksionimit të termocentraleve bërthamore dhe termocentraleve (centraleve termocentrale)?
Dallimet në punë janë vetëm në fazat e para. Në termocentralet bërthamore, ftohësi merr nxehtësi nga ndarja e atomeve të karburantit të uraniumit, në termocentralet, ftohësi merr nxehtësi nga djegia e karburantit organik (qymyri, gazi ose nafta). Pasi atomet e uraniumit ose gazi me qymyr kanë lëshuar nxehtësi, skemat e funksionimit të termocentraleve bërthamore dhe termocentraleve janë të njëjta.
Mënyra se si funksionon një termocentral bërthamor varet nga mënyra se si funksionon reaktori i tij bërthamor. Sot ekzistojnë dy lloje kryesore të reaktorëve, të cilët klasifikohen sipas spektrit të neuroneve:
Një reaktor i ngadalshëm neutron, i quajtur gjithashtu një reaktor termik.
Për funksionimin e tij përdoret uranium 235, i cili kalon në fazat e pasurimit, krijimit të tabletave të uraniumit etj. Sot, reaktorët e ngadaltë të neutronit janë në shumicën dërrmuese.
Reaktor i shpejtë neutron.
Këta reaktorë janë e ardhmja, sepse ata punojnë në uranium-238, i cili është një qindarkë në natyrë dhe nuk është e nevojshme të pasurohet ky element. Disavantazhi i reaktorëve të tillë është vetëm në kostot shumë të larta për projektim, ndërtim dhe lëshim. Sot, reaktorët e shpejtë neutron funksionojnë vetëm në Rusi.
Ftohësi në reaktorët e shpejtë të neutronit është merkuri, gazi, natriumi ose plumbi. 
Reaktorët e ngadaltë të neutronit, të cilët sot përdoren nga të gjitha termocentralet bërthamore në botë, vijnë gjithashtu në disa lloje.
Organizata IAEA (Agjencia Ndërkombëtare e Energjisë Atomike) ka krijuar klasifikimin e saj, i cili përdoret më shpesh në industrinë bërthamore botërore. Meqenëse parimi i funksionimit të një termocentrali bërthamor varet kryesisht nga zgjedhja e ftohësit dhe moderatorit, IAEA e ka bazuar klasifikimin e saj në këto dallime.
Nga pikëpamja kimike, oksidi i deuteriumit është një moderator dhe ftohës ideal, sepse atomet e tij ndërveprojnë në mënyrë më efektive me neutronet e uraniumit në krahasim me substancat e tjera. E thënë thjesht, uji i rëndë e kryen detyrën e tij me humbje minimale dhe rezultate maksimale. Sidoqoftë, prodhimi i tij kushton para, ndërsa është shumë më e lehtë të përdorim ujin e zakonshëm "të lehtë" dhe të njohur për ne.
Është interesante se një reaktor i centralit bërthamor është ndërtuar për të paktën 3 vjet!
Për të ndërtuar një reaktor, ju nevojiten pajisje që funksionojnë me një rrymë elektrike prej 210 kilogramë amper, që është një milion herë rryma që mund të vrasë një person.
Një predhë (element strukturor) i një reaktori bërthamor peshon 150 tonë. Ka 6 elementë të tillë në një reaktor.
Reaktor i ujit nën presion
Ne kemi zbuluar tashmë se si funksionon termocentrali bërthamor në përgjithësi, në mënyrë që ta "zgjidhim" le të shohim se si funksionon reaktori bërthamor më i popullarizuar me presion.
Në të gjithë botën sot përdoren reaktorë të ujit nën presion të gjeneratës 3+. Ata konsiderohen më të besueshëm dhe të sigurt.
Të gjithë reaktorët e ujit nën presion në botë gjatë gjithë viteve të funksionimit të tyre në total kanë arritur tashmë të fitojnë më shumë se 1000 vjet funksionim pa probleme dhe kurrë nuk kanë dhënë devijime serioze. 
Struktura e termocentraleve bërthamore e bazuar në reaktorët e ujit nën presion nënkupton që uji i distiluar qarkullon midis shufrave të karburantit, i ngrohur në 320 gradë. Për të parandaluar kalimin e tij në gjendje avulli, ai mbahet nën një presion prej 160 atmosferash. Skema e NPP-ve e quan ujë primar.
Uji i nxehtë hyn në gjeneratorin e avullit dhe lëshon nxehtësinë e tij në ujin e qarkut sekondar, pas së cilës "kthehet" përsëri në reaktor. Nga pamja e jashtme, duket sikur tubat e qarkut primar të ujit janë në kontakt me tubat e tjerë - uji i qarkut të dytë, ata transferojnë nxehtësinë me njëri-tjetrin, por ujërat nuk kontaktojnë. Tubat janë në kontakt.
Kështu, përjashtohet mundësia e futjes së rrezatimit në ujin e qarkut dytësor, i cili do të marrë pjesë më tej në procesin e gjenerimit të energjisë elektrike.
Pasi të kemi mësuar parimin e funksionimit të termocentraleve bërthamore, duhet të kuptojmë se si është rregulluar siguria. Dizajni i termocentraleve bërthamore sot kërkon vëmendje të shtuar ndaj rregullave të sigurisë.
Kostoja e sigurisë së centralit bërthamor është afërsisht 40% e kostos totale të vetë centralit. 
Skema e NPP përfshin 4 barriera fizike që pengojnë çlirimin e lëndëve radioaktive. Çfarë duhet të bëjnë këto barriera? Në kohën e duhur, të jeni në gjendje të ndaloni reaksionin bërthamor, të siguroni heqjen e vazhdueshme të nxehtësisë nga bërthama dhe vetë reaktori dhe të parandaloni çlirimin e radionuklideve nga kontrolli (zona e frenimit).
Nëse, megjithë ndërtimin e një termocentrali bërthamor me shumë shkallë mbrojtjeje, nuk është e mundur të ftohet bërthama e reaktorit në kohën e duhur dhe temperatura e karburantit rritet në 2600 gradë, atëherë vjen në lojë shpresa e fundit e sistemit të sigurisë. - i ashtuquajturi kurth i shkrirjes.
Fakti është se në një temperaturë të tillë fundi i enës së reaktorit do të shkrihet, dhe të gjitha mbetjet e karburantit bërthamor dhe strukturave të shkrira do të derdhen në një "xham" të veçantë të pezulluar mbi bërthamën e reaktorit.
Kurthi i shkrirjes është në frigorifer dhe refraktar. Ai është i mbushur me të ashtuquajturin "material sakrifikues", i cili gradualisht ndalon reaksionin zinxhir të ndarjes.
Kështu, skema e NPP-ve nënkupton disa shkallë mbrojtjeje, të cilat pothuajse plotësisht përjashtojnë çdo mundësi aksidenti.
Në vitin 2011, Fabrika e Koncentrateve Kimike në Novosibirsk prodhoi dhe shiti 70% të konsumit botëror të izotopit të litium-7 (1300 kg), duke vendosur një rekord të ri në historinë e uzinës. Megjithatë, produkti kryesor i NCCP është karburanti bërthamor.
Kjo frazë ka një efekt mbresëlënës dhe të frikshëm në mendjet e banorëve të Novosibirsk, duke i detyruar ata të imagjinojnë ndonjë gjë rreth ndërmarrjes: nga punëtorët me tre këmbë dhe një qytet i veçantë nëntokësor deri te era radioaktive.
Pra, çfarë fshihet në të vërtetë pas gardheve të uzinës më misterioze në Novosibirsk, e cila prodhon karburant bërthamor brenda qytetit?
SHA "Novosibirsk Fabrika e Koncentrateve Kimike" është një nga prodhuesit kryesorë në botë të karburantit bërthamor për termocentralet bërthamore dhe reaktorët kërkimorë në Rusi dhe jashtë saj. Prodhuesi i vetëm rus i litiumit metalik dhe kripërave të tij. Është pjesë e Kompanisë së Karburantit TVEL të Korporatës Shtetërore Rosatom.
Erdhëm në punëtorinë ku bëhen montimet e karburantit - montimet e karburantit, të cilat ngarkohen në reaktorët e energjisë bërthamore. Ky është karburanti bërthamor për termocentralet bërthamore. Për të hyrë në prodhim, duhet të vishni një fustan zhveshjeje, një kapele, mbulesa këpucësh prej pëlhure dhe "Petal" në fytyrën tuaj.
E gjithë puna në lidhje me materialet që përmbajnë uranium është e përqendruar në dyqan. Ky kompleks teknologjik është një nga kryesorët për NCCP (FA për termocentralet bërthamore zënë afërsisht 50% në strukturën e produkteve të shitura nga OJSC NCCP).
Dhoma e kontrollit, nga ku kontrollohet procesi i prodhimit të pluhurit të dioksidit të uraniumit, nga i cili më pas bëhen peletat e karburantit.
Punëtorët kryejnë mirëmbajtje rutinë: në intervale të caktuara ndalohen dhe kontrollohen edhe pajisjet më të reja. Gjithmonë ka shumë ajër në vetë punëtori - ventilimi i shkarkimit po funksionon vazhdimisht.
Këto bikone ruajnë pluhurin e dioksidit të uraniumit. Ata përziejnë pluhurin dhe plastifikuesin, i cili lejon që tableta të kompresohet më mirë.
Një instalim që prodhon kompresimin e peletave të karburantit. Ashtu si fëmijët bëjnë ëmbëlsira nga rëra duke shtypur një kallëp, kështu edhe këtu: një topth uraniumi shtypet nën presion.
Varkë molibdeni me fishekë që presin të dërgohen në furrë për pjekje. Para pjekjes, tabletat kanë një nuancë të gjelbër dhe një madhësi të ndryshme.
Kontakti i pluhurit, tabletës dhe mjedisit është minimizuar: e gjithë puna kryhet në kuti. Për të korrigjuar diçka brenda, në kuti vendosen doreza speciale.
Pishtarët e mësipërm po djegin hidrogjen. Tabletat piqen në furra në një temperaturë prej të paktën 1750 gradë në një mjedis reduktues hidrogjeni për më shumë se 20 orë.
Kabinetet e zeza janë furra me temperaturë të lartë me hidrogjen, në të cilat varka e molibdenit kalon nëpër zona të ndryshme të temperaturës. Amortizatori hapet dhe një varkë molibdeni hyn në furrë, prej nga ikin flakët.
Tabletat e përfunduara janë të lëmuara, pasi ato duhet të jenë të një madhësie të përcaktuar rreptësisht. Dhe në dalje, inspektorët kontrollojnë çdo tabletë në mënyrë që të mos ketë patate të skuqura, pa çarje, asnjë defekt.
Një tabletë me peshë 4.5 g është ekuivalente për sa i përket çlirimit të energjisë me 640 kg dru zjarri, 400 kg qymyr, 360 metër kub. m gaz, 350 kg naftë.
Tableta të dioksidit të uraniumit pas pjekjes në një furrë me hidrogjen.
Këtu tubat e zirkonit janë të mbushura me fishekë të dioksidit të uraniumit. Në dalje, ne kemi përfunduar elementët e karburantit (rreth 4 m në gjatësi) - elementët e karburantit. Asambletë e karburantit tashmë po montohen nga shufrat e karburantit, me fjalë të tjera, karburanti bërthamor.
Makina të tilla sode në rrugët e qytetit nuk mund të gjenden më, ndoshta vetëm në NZHK. Edhe pse në kohët sovjetike ato ishin shumë të zakonshme.
Në këtë makinë, gota mund të lahet dhe më pas të mbushet me ujë të gazuar, të qetë ose të ftohtë.
Sipas vlerësimit të Departamentit të Burimeve Natyrore dhe Mbrojtjes së Mjedisit në vitin 2010, NCCP nuk ka një ndikim të rëndësishëm në ndotjen e mjedisit.
Një palë pula të tilla të pastërta jeton vazhdimisht dhe lëshon vezë në një zogj të fortë prej druri, i cili ndodhet në territorin e punishtes.
Punëtorët bashkojnë një kornizë për një montim karburanti. Kornizat janë të ndryshme, në varësi të modifikimit të asambleve të karburantit.
Fabrika punëson 2277 persona, mosha mesatare e stafit është 44.3 vjeç, 58% janë burra. Paga mesatare tejkalon 38,000 rubla.
Tubat e mëdhenj janë kanale për sistemin e kontrollit të mbrojtjes së reaktorit. Më pas në këtë kornizë do të instalohen 312 shufra karburanti.
CHPP-4 ndodhet pranë NZHK. Duke iu referuar ekologëve, përfaqësuesit e termocentralit raportuan se një termocentral lëshon 7.5 herë më shumë lëndë radioaktive në vit sesa NCCP.
Montuesi i montimit Viktor Pustozerov, veteran i industrisë së centralit dhe energjisë bërthamore, ka 2 Urdhra të Lavdisë së Punës
Koka dhe fyti për TVS. Ato janë instaluar në fund, kur të gjitha 312 shufrat e karburantit janë tashmë në kornizë.
Kontrolli përfundimtar: montimet e përfunduara të karburantit kontrollohen me sonda speciale në mënyrë që distanca midis shufrave të karburantit të jetë e njëjtë. Kontrollorët janë më shpesh gra, kjo është një punë shumë e mundimshme.
Në kontejnerë të tillë, asambletë e karburantit i dërgohen konsumatorit - 2 kaseta në secilën. Brenda kanë shtratin e tyre komod të ndjerë.
Karburanti për termocentralet bërthamore i prodhuar nga SHA NCCP përdoret në termocentralet bërthamore ruse dhe furnizohet gjithashtu në Ukrainë, Bullgari, Kinë, Indi dhe Iran. Kostoja e montimeve të karburantit është një sekret tregtar.
Të punosh në NCCP nuk është më e rrezikshme sesa të punosh në çdo ndërmarrje industriale. Gjendja shëndetësore e punonjësve monitorohet vazhdimisht. Në vitet e fundit, asnjë rast i vetëm i sëmundjeve profesionale nuk është identifikuar në mesin e punëtorëve.
