Þegar fólk hugsar um kjarnorkuver snúa fyrstu hugsanir þeirra oft að stórum mannvirkjum eins og innilokunarkerum, kjarnaþrýstihylkjum og gufugjafa. Hins vegar eru sannarlega mikilvægu þættirnir í raun þessir yfirlætislausu „litlu stangir“ sem eru staðsettar djúpt í kjarna kjarna kjarnans.
Þessir hlutir eru þekktir sem kjarnorkueldsneytisstangir. Hver stöng er aðeins um það bil þrír til fjórir metrar að lengd -um það bil þykkt mannsfingurs. Samt framleiðir ein af þessum lítt áberandi stöngum næga orku til að knýja meðalheimili í áratugi.
Rússneska kjarnorkuverið í Rostov byrjar að prófa háþróaða eldsneytissamstæður
Kjarnorkueldsneyti má ekki nota beint upp úr jörðu
Margir gera ráð fyrir að kjarnorkueldsneyti sé alveg eins og kol-eitthvað sem hægt er að grafa upp úr jörðinni og brenna strax. Þetta er alls ekki raunin.
Náttúrulegt úranium málmgrýti inniheldur fyrst og fremst tvær samsætur: Uranium-238 og Uranium-235. Samsætan sem er fær um að gangast undir kjarnaklofnun er Úranium-235; hins vegar er það minna en 1% af náttúrulegu úrani. Afgangurinn samanstendur eingöngu af Uranium-238, sem ekki er hægt að nota beint sem eldsneyti.
Það er svipað og að vilja borða sólblómafræ: þú gætir átt heilan poka af fræjum, en aðeins nokkur innihalda æta kjarna, en restin er bara skel.
Þar af leiðandi, þegar úran málmgrýti hefur verið unnið úr námunni, verður það að gangast undir flókna röð ferla: mulning, mölun, útskolun, útdráttur, úrkoma, auðgun og fleira-engt þeirra eru einföld verkefni. Auðgunarstigið, sérstaklega, krefst þess að nota háhraða skilvindu til að aðskilja úran-235 frá úran-238 - tveimur efnum sem eru líkamlega nánast eins. Þetta er háþróuð tækni sem aðeins örfáar þjóðir um allan heim hafa náð fullum tökum á.
Úraniðnaður Kína nær öflugri byrjun á lykilverkefnum
Eldsneyti fyrir kjarna undir þrýstingi líkist „orkublýantum“
Eins og er, nota yfirgnæfandi meirihluti kjarnorkuvera um allan heim Pressurized Water Reactors (PWR). Aðal kjarnorkueldsneytið sem notað er í þessa kjarnaofna er úraníumdíoxíð.
Úraníumdíoxíð er keramikefni. Honum er þrýst í litla sívala köggla-hver um sig á stærð við lyfjatöflu, um það bil einn sentímetra í þvermál og aðeins meira en einn sentímetra á hæð. Þessir litlu strokkar eru þekktir sem kjarnorkueldsneytiskögglar.
Aðferð og aðferð til að undirbúa úraníumdíoxíð
Þessum köglum er síðan hlaðið í mjótt, aflangt málmrör. Þetta rör er ekki úr venjulegum málmi, heldur úr sirkonblendi. Sirkonblendi býr yfir sérstaklega merkum eiginleikum: það gleypir mjög fáar nifteindir. Nauðsynlegt er að nifteindir fari í gegnum rörefnið með lágmarks frásogi svo þær geti lent í -235 frumeindunum úran og haldið þannig uppi kjarnaklofnunarviðbrögðum. Ef annað efni-sem hefur sterka getu til nifteindagleypna væri notað í staðinn, myndi reactorinn ekki geta virkað.
Veggir þessara sirkon álröra eru aðeins nokkrir tíundu úr millimetra þykkir -þynnri, reyndar en venjulegt bankakort. Samt verða þeir að standast öfgakenndar aðstæður innan kjarnaofnsins: hitastig sem fer yfir 300 gráður, þrýstingur yfir 100 lofthjúpum og linnulausri,-langtíma sprengjuárás nifteinda. Framleiðsluferlið krefst svo óvenjulegrar nákvæmni að innan Kína er hægt að telja fjölda fyrirtækja sem geta framkvæmt það á einni hendi.
Ein eldsneytisstangir samanstendur af hundruðum eldsneytisköggla sem er staflað hver ofan á annan.
Hleðsluferlið líkist því að þræða niðursoðna ávexti á teini.
Í fyrsta lagi eru úraníumdíoxíðkögglar settir einn af öðrum í sirkonblendirörin; eitt rör rúmar um það bil 300 köggla. Ekki er hægt að setja kögglana í beina snertingu hver við annan; Það verður að vera örlítið bil á milli þeirra, þar sem kögglurnar þenjast út við kjarnahvarfið. Endar rörsins eru síðan loftþéttir með endatöppum með suðu og fyllt er aftur á innanrýmið með helíumgasi. Helíum hefur framúrskarandi hitaleiðni, sem auðveldar flutning á hita sem myndast af kögglunum frá innra hluta rörsins til ytra umhverfisins.
Á þennan hátt er ein eldsneytisstang lokið.
Hins vegar þarf kjarnakljúf ekki bara eina eða tvær eldsneytisstangir-né einu sinni eitt eða tvö hundruð. Ef tekið er dæmigerður innlendur milljón-kílóvatta-flokki þrýstivatnsreactor (PWR) sem dæmi, verður kjarnakljúfurinn að hýsa á milli 40.000 og 50.000 eldsneytisstangir.
Það er skipulagslega ómögulegt að setja 40.000 til 50.000 stangir fyrir sig; slík aðferð væri allt of tímafrek-og myndi útiloka rétta burðarvirki. Þar af leiðandi, í verkfræði, eru þessar stangir settar saman í "eldsneytissamstæður."
Eldsneytissamstæða er venjulega á eftirfarandi hátt: búnt með yfir 200 eldsneytisstangum er bundið saman-með efri og neðri endaplötum sem og bilristum-til að mynda snyrtilegan, réttar búnt. Spacer ristin eru sérstaklega mikilvægir hlutir; þær festa 200 plús stangirnar þétt í sínar nákvæmu, tilteknu stöður á sama tíma og þeir halda smá bili á milli stanganna til að tryggja óhindrað flæði kælivatns.
Einn kjarna kjarna kjarna rúmar venjulega meira en 150 slíkar eldsneytiseiningar.
Rannsóknir og hermigreining á slitsliti í eldsneytisbúnaði
Framleiðsla nákvæmni á pari við Aerospace staðla
Margir gera ráð fyrir að tilbúningur kjarnorkueldsneytis feli ekki í sér annað en einfalda vinnslu og samsetningu; í raun og veru eru kröfurnar um nákvæmni hins vegar ótrúlega miklar.
Lítum til dæmis á millinetin: þau eru með þúsundir gorma og útskota, sem þarf að stjórna víddarþoli hvers og eins innan stærðar þykkt mannshárs. Hefði það bara verið örlítið slökkt hefðu stuðningskraftarnir á eldsneytisstangunum verið misjafnir; meðan á langtíma-aðgerð stóð gæti þetta hafa leitt til aflögunar og titrings.
Svo er það spurningin um að stjórna þéttleika eldsneytisköglanna. Þrýsta verður úraníumdíoxíðkögglum í nægilega þéttleika-en samt ekki *of* þéttar. Ef þéttleikinn er of lítill, verður kjarnorkuviðbragðsskilvirkni þjáð; ef það er of hátt er ekki nægilegt pláss fyrir stækkun undir geislun sem getur valdið því að klæðningin sprungi. Þetta „bara rétta“ svið er afar þröngt og krefst mjög þroskaðra framleiðsluferla til að tryggja stöðuga framleiðslu.
**Stærsta framleiðslulína þjóðar okkar fyrir eldsneytissamstæður með þrýstivatnsofnum: Þar sem ástríða tímabilsins streymir**
Frá sjónarhóli háþróaðrar framleiðslu er kjarnorkueldsneytisframleiðsla í meginatriðum háþróuð-samþætting margra greina. Duftmálmvinnsla, nákvæm vinnsla, sérhæfð suðu, ó-eyðandi prófun-hvert einstakt stig táknar hátind tæknilegrar afburða.
**Hvert fer eytt eldsneyti?**
Kjarnorkueldsneyti er venjulega eftir í kjarnaofni í þrjár til fimm lotur, þar sem hver lota varir um það bil átján mánuði. Á þessu tímabili er úran-235 smám saman neytt, en nýir kirni-eins og plútóníum-239-myndast samtímis. Þegar orkumöguleikinn hefur verið að mestu búinn verður þetta eldsneyti það sem er þekkt sem „eytt eldsneyti“.
Notað eldsneyti er ekki úrgangur. Það inniheldur enn óbrennt úran-235 sem og nýmyndað plútóníum-239 - sem bæði eru dýrmætar kjarnorkuauðlindir. Á alþjóðavettvangi taka sumar þjóðir þátt í endurvinnslu til að endurheimta og endurnýta þessi efni. Landið okkar stundar einnig „lokaðan hringrás“ nálgun: að vinna gagnlega íhluti úr eytt eldsneyti til að búa til nýjar eldsneytissamstæður.
**Innanlandsframleidd flutningatunnur fyrir notað eldsneyti sem rjúfa erlenda einokun: Frumgerð stenst viðurkenningarpróf og er tilbúin fyrir fjöldaframleiðslu**
**Spurning sem vert er að velta fyrir sér**
Þegar ég skrifa þetta dettur mér í hug: alþjóðleg eftirspurn eftir nýju kjarnorkueldsneyti nemur tugum þúsunda tonna árlega; samt, þegar kemur að kjarnahlutum-eins og hár-nákvæmni sirkon álrörum og há-afköstum milliriðla-búa aðeins örfáar þjóðir yfir getu til að framleiða þau.
Undanfarin ár hefur getu okkar innanlands farið hratt fram; við höfum færst frá því að vera algjörlega háð innflutningi yfir í að geta framleitt meirihluta þessara íhluta sjálf. Engu að síður, fyrir ákveðnar sérstakar gerðir af sirkonblendi-sem og ákveðnum tegundum skoðunarbúnaðar-þurfum við enn að afla þeirra erlendis frá.
Ég hef alltaf verið þeirrar skoðunar að á sviði kjarnorkueldsneytissmíðunar sé endanleg ákvörðun um árangur undirliggjandi undirstaða þjóðar í undirstöðuatvinnugreinum. Án yfirburða duftmálmvinnslutækni er ekki hægt að hækka gæði eldsneytiskorna; án mikillar-nákvæmni vinnslugetu geta staðsetningarnetin ekki uppfyllt tilskilda staðla; og án strangs gæðastjórnunarkerfis er ekki einu sinni hægt að hreinsa íhlutina til uppsetningar í kjarnaofni.
Að lokum liggur kjarni samkeppnishæfni háþróaðrar framleiðslu ekki aðeins í getu til að framleiða tiltekinn íhlut, heldur í getu til að samþætta alla iðnaðarkeðjuna að fullu og tryggja stöðugan og áreiðanlegan rekstur hennar.
