Nhiên liệu hạt nhân

Nhiên liêu là các chất khí cháy cho nhiệt năng. Những nhiên liệu được biết đến như là gỗ, than, khí thiên nhiên hay dầu mỏ. Tương tự như vậy urani dung trong các nhà máy điện hạt nhân được gọi là nhiên hạt nhân vì nó tỏa ra nhiệt năng nhưng do phân hạch chứ không phải do cháy. Nhiên liệu hạt nhân sau khi sử dụng xong trong lò phản ứng có thể tái xử lý để lấy ra những vật chất cho năng lương tái chế được. Vì vậy mà người ta nói đến chu trình nhiên...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nhiên liệu hạt nhân CHƯƠNG 3 NHIÊN LIỆU HẠT NHÂNI. KHÁI NIỆM CHUNG Nhiên liêu là các chất khí cháy cho nhiệt năng. Những nhiên liệu được biếtđến như là gỗ, than, khí thiên nhiên hay dầu mỏ. Tương tự như vậy urani dungtrong các nhà máy điện hạt nhân được gọi là nhiên hạt nh ân vì nó tỏa ra nhiệt năngnhưng do phân hạch chứ không phải do cháy. Nhiên liệu hạt nhân sau khi sử dụngxong trong lò phản ứng có thể tái xử lý để lấy ra những vật chất cho năng lương táichế được. Vì vậy mà người ta nói đến chu trình nhiên liệu hạt nhân. Chu trình ấy baogồm toàn bộ các thao tác công nghiệp sau đây:+ Khai thác urani từ mỏ.+ Chế tạo thanh nhiên liệu.+ Sử dụng trong lò phản ứng.+ Tái xử lý nhiên liệu lấy ra từ các lò phản ứng.+ Xử lý và cất giữ chất thải. Nhiên liệu hạt nhân cung cấp năng lượng lớn hơn nhiều so với nhiên liệuháo thạch (than đá hay dầu mỏ). Dùng trong một lò phản ứng nước dưới áp suất ,1kg urani cung cấp năng lượng gấp 10000 lần so với 1kg than đá hay dầu mỏ trongmột nhà máy nhiệt điện. Hơn nữa nhiên liệu còn nằm trong lò phản ứng một thờigian nhiều năm, khác với nhiên liệu cổ điển cháy rất nhanh. Nhieenn liệu hạt nhâncũng còn khác các nhiên liệu khác vì urani sau khi khai thác phải qua nhiều thao tácmới sử dụng được trong lò phản ứng. Để đơn giản ta sẽ nói đến nhiê n liệu hạt nhândùng trong các lò phản ứng dưới áp suất (REP). Trong thực tế các nhà máy điện hạtnhân sử dụng lò phản ứng REP hiện nay là nhà máy điện hạt nhân phổ biến trên thếgiới.II. NGUỒN GỐC URANI Urani là một kim loại nặng ( có ký hiệu hóa học là U), có thể sử dụng nhưmột nguồn năng lượng tập trung. Trong đa số các tảng đá trong vỏ Trái Đất có từ 2đến 4 phần triệu urani. Nó có trong nước biển và có thể khai thác từ các đại dương.Nó được khám phá vào năm 1789 trong khoáng vaatj gọi là uranit. Urani đã đượchình thành khoảng 6,6 tỷ năm trước đây. Ngày nay sự phân rã phóng xạ của nó lànguồn cung cấp nhiệt chings trong lõi của Trái Đất. Điểm tan chảy của urani là11320C.1. Nguyên tử urani: Trên một trật tự sắp xếp theo một khối lượng ngày càng tăng của họ hạtnhân, urani là chất nặng nhất trong tự nhiên (hydro là nhẹ nhất). Gioongs như một số chất khác, urani tồn tại trong vài dạng khác nhau lànhững chất đồng vị của nó. Những chất đồng vị này khác nhau về những hạtnowtron trong hạt nhân. Trong tự nhiên urani được tìm thấy trong vỏ địa cầu là một sự pha trộn phầnlớn của hai chất đồng vị: urani -238 (U238), chiếm 99,3% và urani -235 (U235)vào khoảng 0,7%. Chât đòng vị U235 là quan trọng hơn bởi vì trong những điềukiện nhất định nó có thể bị phân rã và cung cấp nhiều năng lượng. U238 phân rã rấtchậm chạp, chu kì bán rã của nó là bằng tuổi thọ của Trái Đất. Tuy vậy khi phân rã,nó phát sinh 0,1 W/1tấn và điều đó cũng đủ để sưởi ấm lõi Trái Đất.2. Plutoni Trong lò phản ứng nguyên tử U238 có hể bắt 1 trong những nowtron đanghướng về bên trong lõi lò phản ứng và trở thành Pu239. Pu239 rất giống U235 ởchỗ trong những phản ứng phân hạch khi bị va chạm bởi một nowtron nó gải phóngra nhiều năng lượng. Do có rất nhiều U238 trong lõi của lò phản ứng (chiếm hầuhết nhiên liệu) nên những phản ứng này xuất hiện thường xuyên, và trong thực tếkhoảng 1/3 năng lượng của nhiên liệu tạo nên do sự phân rã của Pu239.3. Xử lý quặng urani Quặng urani có thể được khai thác trong các mỏ ngầm hoặc lộ thiên, phụthuộc vào chiều sâu của nó. Sau khai thác, quặng được nghiền và được đưa lên trênmặt đất. Rồi nó được xử lý với axit để hòa tan urani và tách urani ra từ dung dịch.Urani có thể khai thác bởi bộ lọc (ISL), nơi nó được hòa tan từ quặng nguyên chấtvà hút lên bề mặt. Sản phẩm cuối cùng của giai đoạn khai thác và giai đoạn nghiềnlà axit urani cô đặc (U3O8). Đây là mẫu sản phẩm urani được đem bán. Đối với hầu hết các lò phản ứng trên thế giới, bước tiếp theo trong việc tạ ora nhiên liệu có thể sử dụng được là chuyển đổi oxit urani thành khí, uranihexafluorua (UF6), mà vẫn cho phép việc làm giàu nó. Việc làm giàu sẽ tăng thêmtỉ lệ của đồng vị U235 từ mức tự nhiên của nó là 0,7% lên 3-4%. Điều này cho hiệuquả kĩ thuật lớn hơn trong thiết kế và thao tác lò phản ứng, đặc biệt trong các lòphnản ứng lớn, và cho phép sử dụng nước thường như một chất điều tiết. Sau việclàm giàu khí UF6 được chuyển đổi thành đoxit urani (UO2) và được định dạngtrong những viên nhiên liệu. Những viên nhiên liệu này được đặt trong các ống kimloại mỏng, được tập hợp thành các bó tạo thành nhiên liệu cơ sở cho lõi của lò phảnứng. Đối với những lò phản ứng sử dụng nhiên liệu urani tự nhiên U3O8 cô đặc thìnó cần được tinh lọc và chuyển đổi trực tiếp thành ddioxxit urani. Nhiên liệu phếthải của lò phản ứng được lưu giữ, và sau đó hoặc tái xử lý hoặc chôn sâu dưới đất.III. CHUẨN BỊ NHIÊN LIỆU1. Tách urani ra từ quặng Urani là một kim loại tương ddooid phổ biến tro ...