Александр Константинов - Занимательная радиация. Всё, о чём вы хотели спросить - чем нас пугают, чего мы боимся, чего следует опасаться на самом деле, как снизить риски

Эти предприятия находятся в левой части рисунка 16.2.

Рис. 16.2 Схема типичных открытого и замкнутого ЯТЦ

В самом начале ЯТЦ – урановый рудник. В России единственное крупное месторождение находится в Читинской области (Приаргунское горно-химическое объединение, город Краснокаменск).

На гидрометаллургическом заводе(аналог горно-обогатительных комбинатов в металлургии) из урановой руды выделяют концентрат – техническую (то есть химически не очень чистую) закись-окись урана. Причём основная часть активности (около 85 %), представленная продуктами распада радиоактивных рядов, остаётся в пустой породе, так называемых хвостах .

Полученный урановый концентрат направляют на аффинажный завод, где его очищают от примесей. Но добыть урановую руду и получить сверхчистый урановый концентрат – даже не полдела. Нужно превратить его в низкообогащённый уран.

Поэтому концентрат сначала направляют на сублиматный завод, где получают газообразный гексафторид урана (UF6). Это необходимо, поскольку все промышленные методы обогащения урана лёгким изотопом основаны на использовании газообразных химических соединений, а именно – гексафторида урана.

Далее следует самая дорогостоящая операция начала цикла – обогащение урана изотопом уран-235, которое производится на изотопно-разделительных заводах. Частичное разделение изотопов урана основано на разнице молекулярных масс гексафторида урана-235 и чуть-чуть более тяжёлого урана-238. Разница составляет всего 0,85 %.

В настоящее время используют две промышленные технологии разделения изотопов урана. Исторически первый – газодиффузионныйметод, до сих пор основной в США и во Франции. Эта технология требует огромных затрат энергии.

Более прогрессивный – метод центрифугирования. В сравнении с газовой диффузией удельное потребление энергии при разделении изотопов урана снижается в 20–25 раз. Мировым лидером в использовании центрифужной технологии обогащения урана является Россия.

Во времена гонки вооружений на изотопно-разделительных заводах получали главным образом оружейный уран. Газодиффузионные заводы, как чёрные дыры, поглощали весомую долю, до 10 % вырабатываемой в США и СССР электроэнергии. Так, Иркутская и Братская ГЭС были построены прежде всего для нужд Ангарского электролизного химического комбината. Кстати, под личинами «химических» и «электрохимических» скрывались изотопно-разделительные заводы: Ангарский электролизный химический комбинат, Уральский электрохимический комбинат (Свердловск-44), Электрохимический завод (Красноярск-45), Сибирский химический комбинат (Томск-7).

Зато теперь российские центрифужные технологии позволяют обеспечить топливом огромное число АЭС в России, США, Европе, Китае. Смотрите: самая мощная американская ядерная энергетика даёт в два раза больше мегаватт, чем российские АЭС. Тем не менее, каждая пятая американская атомная станция работает на российском обогащённом уране [5].

Следующая операция ЯТЦ – изготовление тепловыделяющих элементов. Последние представляют собой трубки из циркониевого сплава длиной несколько метров и диаметром около 1 см. Сердечники твэлов выполнены из таблеток диоксида низкообогащенного урана (UО2). Поскольку количество твэлов для загрузки ядерного реактора огромное, десятки тысяч, они объединяются в кассеты. Иначе кассеты называют тепловыделяющими сборками (ТВС) , каждая из которых содержит сотни твэлов.

Сейчас мы коротко коснёмся атомных станций, а после рассмотрим остальные ПТЦ (правую часть рисунка 16.2).

В ядерных реакторах, внутри раскаленных твэлов, идёт уже знакомая нам реакция деления. По сути это растянутый во времени и регулируемый ядерный взрыв. В ходе этой самоподдерживающейся цепной реакции, во-первых, излучаются сверхмощные потоки уже знакомого гамма-излучения и нового для нас нейтронного излучения. И, во-вторых, образуются искусственные высокоактивные нуклиды, главным образом продукты деления урана (устаревшее название – осколочные изотопы ).

Потоки гамма-излучения и нейтронов потенциально опасны только вблизи работающего ядерного реактора, и от них имеется мощная защита.

А что это такое – продукты деления ? Под действием нейтронов ядра урана-235 разваливаются, в буквальном смысле делятся на два или три осколка. Образуются новые химические элементы из середины периодической системы Менделеева. Все они являются мощными бета-излучателями, и бета-распад часто сопровождается гамма-излучением. Это те самые высокоактивные изотопы стронция, цезия, йода и многие-многие другие. В процессе работы ядерного реактора продукты деления постоянно накапливаются в облучённом топливе .