Переработанный уран

Переработанный уран ( RepU ) — это уран, полученный в результате ядерной переработки , которая осуществляется на коммерческой основе во Франции, Великобритании и Японии, а также в рамках военных программ производства плутония в государствах, обладающих ядерным оружием . Этот уран составляет основную часть материала, выделяемого при переработке.

Коммерческое LWR отработавшее ядерное топливо содержит в среднем (без учета оболочки ) только четыре процента плутония , второстепенные актиниды и продукты деления по весу. Несмотря на то, что переработанный уран часто содержит больше расщепляющегося материала, чем природный уран , повторное использование переработанного урана не получило широкого распространения из-за низких цен на урановом рынке в последние десятилетия, а также из-за того, что он содержит нежелательные изотопы урана .

Изотопный состав переработанного урана ^[1]
Изотоп	Пропорция	Характеристики
уран-238	98.5%	Плодородный материал
уран-237	0%	Около 0,001% при выписке, но период полувыведения всего 1 неделя. Производит растворимый долгоживущий нептуний-237, который трудно удержать в геологическом хранилище . ²³⁷ Np – сырье для производства ²³⁸ Pu , который используется в радиоизотопных термоэлектрических генераторах.
уран-236	0.4–0.6%	Ни расщепляющийся, ни плодородный. Влияет на реактивность.
уран-235	0.5–1.0%	Делящийся материал
уран-234	>0,02%	Плодородный материал, но может по-разному влиять на реакционную способность. ^[2]
уран-233	след	Делящийся материал
уран-232	след	Плодородный материал, продукт распада таллий-208 излучает сильное гамма-излучение, что затрудняет обращение с ним.

Учитывая достаточно высокие цены на уран, вполне возможно повторное обогащение и повторное использование переработанного урана. Для компенсации более высоких уровней обогащения требуется более высокий уровень обогащения, чем у природного урана. ²³⁶U, который легче, чем ²³⁸U и поэтому концентрируется в обогащенном продукте. ^[3] Поскольку при обогащении более легкие изотопы концентрируются на «обогащенной» стороне, а более тяжелые — на «обедненной» стороне, ²³⁴
Вы неизбежно обогатитесь чуть сильнее, чем ²³⁵
U , что является незначительным эффектом в прямоточном топливном цикле из-за низкой (55 ppm ) доли ²³⁴
U в природном уране, но может стать актуальным после последовательного прохождения цикла обогащение-выгорание-переработка-обогащение, в зависимости от характеристик обогащения и выгорания. ²³⁴
U легко поглощает тепловые нейтроны и превращается в делящийся материал. ²³⁵
U , что необходимо учитывать, если оно достигает значительных долей топливного материала. Если ²³⁵
При взаимодействии U с быстрым нейтроном существует вероятность (n,2n)-реакции «нокаута». В зависимости от характеристик реактора и степени выгорания это может быть более крупным источником ²³⁴
U в отработавшем топливе, чем в обогащении.Если быстрые реакторы-размножители когда-нибудь получат широкое коммерческое применение, переработанный уран, как и обедненный уран , можно будет использовать в их бланкетах воспроизводства .

Было проведено несколько исследований по использованию переработанного урана в реакторах CANDU . CANDU спроектирован для использования природного урана в качестве топлива; тот ²³⁵Содержание урана, остающееся в отработавшем топливе PWR/BWR, обычно превышает содержание урана в природном уране, которое составляет около 0,72%. ²³⁵U, что позволяет пропустить этап повторного обогащения. Испытания топливного цикла также включали топливный цикл DUPIC (Прямое использование отработанного топлива PWR в CANDU), в котором отработанное топливо из реактора с водой под давлением (PWR) упаковывается в топливный пакет CANDU с только физической переработкой (разрезанием на части), но без химическая переработка. ^[4] Открытие оболочки неизбежно приводит к выбросу летучих продуктов деления, таких как ксенон , тритий или криптон-85 . В некоторых вариантах топливного цикла DUPIC это намеренно используется путем включения этапа волоксидирования , на котором топливо нагревается для удаления полулетучих продуктов деления или подвергается одному или нескольким циклам восстановления / окисления для преобразования нелетучих оксидов в летучие самородные элементы и наоборот. наоборот.

Прямое использование восстановленного урана для топлива реактора CANDU было впервые продемонстрировано на атомной электростанции Циньшань в Китае. ^[5] Первое использование переобогащенного урана в коммерческом LWR произошло в 1994 году на атомной электростанции Круас во Франции. ^[6]^[7]

В 2020 году Франция, одна из стран с крупнейшими мощностями по переработке, имела запасы переработанного урана в размере 40 020 тонн (39 390 длинных тонн; 44 110 коротких тонн) по сравнению с 24 100 тоннами (23 700 длинных тонн; 26 600 коротких тонн) в 2010 году. ^[8] Ежегодно Франция перерабатывает 1100 тонн (1100 длинных тонн; 1200 коротких тонн) отработавшего топлива в 11 тонн (11 длинных тонн; 12 коротких тонн) плутония реакторного качества (для немедленной дальнейшей переработки в МОХ-топливо ) и 1045 тонн (1028 длинных тонн; 1152 коротких тонны) переработанного урана, большая часть которого складируется. Существуют условия для хранения этого переработанного урана сроком до 250 лет для потенциального использования в будущем. ^[9] Учитывая внутренние возможности Франции по обогащению урана, эти запасы представляют собой стратегический резерв на случай серьезного перебоя в поставках урана, поскольку во Франции нет внутренней добычи урана .

Ссылки

^ «Переработка отработанного ядерного топлива» . Всемирная ядерная ассоциация. 2013. Архивировано из оригинала 12 февраля 2013 г. Проверено 16 февраля 2014 г.
^ «Уран от переработки» . Архивировано из оригинала 19 октября 2007 г.
^ «Расширенная основа стоимости топливного цикла» (PDF) . Национальная лаборатория Айдахо. Архивировано из оригинала (PDF) 24 января 2009 г.
^ «Эволюция топливных циклов CANDU и их потенциальный вклад в мир во всем мире» . ДУПИК .
^ Использование топлива CANDU из отработанного топлива легководного реактора на атомной электростанции Циньшань.
^ Framatome поставит EDF переработанное урановое топливо.
^ EDF планирует возобновить использование переработанного урана в некоторых своих реакторах.
^ «Восстановленные и истощенные запасы урана во Франции, 2010-2030 гг.» .
^ «Переработка отработанного ядерного топлива – Всемирная ядерная ассоциация» .

Дальнейшее чтение

База стоимости усовершенствованного топливного цикла - Национальная лаборатория Айдахо

Модуль K2 Конверсия и утилизация переработанного урана в водной среде
Модуль К3 Конверсия и утилизация пирохимически/пирометаллургически переработанного урана

[world-nuclear-1] «Переработка отработанного ядерного топлива» . Всемирная ядерная ассоциация. 2013. Архивировано из оригинала 12 февраля 2013 г. Проверено 16 февраля 2014 г.

[2] «Уран от переработки» . Архивировано из оригинала 19 октября 2007 г.

[3] «Расширенная основа стоимости топливного цикла» (PDF) . Национальная лаборатория Айдахо. Архивировано из оригинала (PDF) 24 января 2009 г.

[4] «Эволюция топливных циклов CANDU и их потенциальный вклад в мир во всем мире» . ДУПИК .

[5] Использование топлива CANDU из отработанного топлива легководного реактора на атомной электростанции Циньшань.

[6] Framatome поставит EDF переработанное урановое топливо.

[7] EDF планирует возобновить использование переработанного урана в некоторых своих реакторах.

[8] «Восстановленные и истощенные запасы урана во Франции, 2010-2030 гг.» .

[9] «Переработка отработанного ядерного топлива – Всемирная ядерная ассоциация» .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]