देखें कि अन्य शब्दकोशों में "ईंधन रॉड" क्या है। रिएक्टर नियंत्रित परमाणु प्रतिक्रिया कैसे शुरू करें

यह आविष्कार परमाणु ऊर्जा के क्षेत्र से संबंधित है और इसका उपयोग बिजली रिएक्टरों के लिए ईंधन छड़ों के निर्माण के लिए किया जा सकता है। वर्तमान आविष्कार का तकनीकी उद्देश्य एक ईंधन रॉड डिज़ाइन बनाना है जिसमें मिश्र धातु या डाइऑक्साइड के रूप में प्लूटोनियम या अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम का उपयोग आवश्यक भार सुनिश्चित करते हुए कम या प्राकृतिक यूरेनियम या थोरियम के साथ पतला किए बिना किया जा सकता है। विखंडनीय और उपजाऊ न्यूक्लाइड्स, संसाधन में वृद्धि और आपातकालीन स्थितियों सहित संचालन की विश्वसनीयता में वृद्धि। ईंधन तत्व में, 200 से 100% तक विखंडनीय न्यूक्लाइड के द्रव्यमान अंश के साथ कोर का एक हिस्सा विभिन्न ज्यामितीय आकृतियों के एक या अधिक सीलबंद ampoules में संलग्न होता है, जो ईंधन तत्व क्लैडिंग की तुलना में समान या अलग संरचनात्मक सामग्री से बना होता है। परमाणु ईंधन की सूजन की भरपाई करने और गैसीय विखंडन के टुकड़ों को इकट्ठा करने के लिए एम्पौल्स में मुक्त मात्रा होती है। ईंधन रॉड कोर के बाकी हिस्से में परमाणु ईंधन होता है जिसमें विखंडनीय न्यूक्लाइड का द्रव्यमान अंश 0.715% और उपजाऊ न्यूक्लाइड 0.01 से 100% होता है। 5 वेतन, 4 बीमार.

आविष्कार परमाणु प्रौद्योगिकी से संबंधित है और इसका उपयोग थर्मल न्यूट्रॉन पावर रिएक्टरों के लिए प्लूटोनियम या अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम से परमाणु ईंधन के साथ ईंधन तत्वों (ईंधन तत्वों) के निर्माण में किया जा सकता है। दुनिया का परमाणु ऊर्जा उद्योग थर्मल और तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टरों का उपयोग करता है, लेकिन सभी परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की 85% बिजली हल्के पानी के थर्मल न्यूट्रॉन रिएक्टरों में उत्पन्न होती है, जिनमें से अधिकांश कंटेनर-प्रकार के ईंधन छड़ का उपयोग करते हैं। ऐसे ईंधन तत्व 7 - 15 मिमी व्यास वाले अंत कैप के साथ एक बेलनाकार धातु खोल होते हैं, जिसके अंदर यूरेनियम डाइऑक्साइड या यूरेनियम और प्लूटोनियम डाइऑक्साइड के मिश्रण से बनी गोलियों या कंपन-संकुचित कणिकाओं के रूप में एक कोर रखा जाता है, जबकि , एक नियम के रूप में, विखंडनीय न्यूक्लाइड का द्रव्यमान अंश यूरेनियम-235, प्लूटोनियम-239 और प्लूटोनियम-241 है जो परमाणु ईंधन में यूरेनियम और प्लूटोनियम की कुल सामग्री का 6% से कम है। परमाणु ईंधन में वॉल्यूमेट्रिक परिवर्तनों की भरपाई करने और गैसीय विखंडन टुकड़े एकत्र करने के लिए ईंधन छड़ों में मुक्त मात्रा होती है। ईंधन रॉड कोर के तापमान स्तर को कम करने के लिए, कभी-कभी छर्रों में छेद किए जाते हैं और मुक्त मात्रा को हीलियम या कम पिघलने वाली सामग्री से भर दिया जाता है, उदाहरण के लिए सोडियम, सोडियम-पोटेशियम मिश्र धातु, सीसा-बिस्मथ मिश्र धातु, आदि। 1/. कंटेनर-प्रकार की ईंधन छड़ों के अलावा, परमाणु ऊर्जा रिएक्टरों में, और, इससे भी अधिक हद तक, अनुसंधान रिएक्टरों में, फैलाव-प्रकार की ईंधन छड़ों का उपयोग किया जाता है, जिसमें विशेषता यह है कि उनके मूल में परमाणु ईंधन कण समान रूप से एक अक्रिय मैट्रिक्स में वितरित होते हैं। . ईंधन रॉड कोर की यह संरचना परमाणु ईंधन के कणों और उनसे सटे पतली मैट्रिक्स परतों में विखंडन टुकड़ों को स्थानीयकृत करती है, इसलिए गैसीय विखंडन टुकड़े /2/ एकत्र करने के लिए ईंधन छड़ों में कोई मुक्त मात्रा नहीं होती है। नए परमाणु ईंधन की उच्च रूपांतरण दर (0.5 तक) के साथ 2-, 3- और कम अक्सर 4 साल के अभियान के दौरान स्थिर रिएक्टर पावर स्तरों पर कंटेनर-प्रकार की ईंधन छड़ों का निर्माण और संचालन करना आसान होता है। ऐसी ईंधन छड़ों का ऊर्जा उत्पादन संचित विखंडन टुकड़ों से परमाणु ईंधन में वॉल्यूमेट्रिक परिवर्तन, गर्म (2000 डिग्री सेल्सियस तक) से ठंडे क्षेत्र (लगभग 300 डिग्री सेल्सियस) तक परमाणु ईंधन के बड़े पैमाने पर स्थानांतरण, के संक्षारक प्रभाव से सीमित है। क्लैडिंग पर आक्रामक विखंडन टुकड़े, और शेल और कोर में थर्मोमैकेनिकल तनाव द्वारा रिएक्टर शक्ति का संचालन, उनके तापमान स्तर और सामग्रियों के थर्मल विस्तार के गुणांक में अंतर से जुड़ा हुआ है। इसके अलावा, ईंधन रॉड कोर का उच्च तापमान स्तर, इसमें संचित थर्मल ऊर्जा और आपातकालीन स्थितियों में अवशिष्ट गर्मी रिलीज से क्लैडिंग जलने का कारण बन सकती है। ईंधन तत्व के अवसादन का कारण चाहे जो भी हो, चाहे वह आकस्मिक हो, ईंधन तत्व के जीवन की समाप्ति, या आपातकालीन स्थिति, परमाणु ईंधन से निकलने वाले विखंडन टुकड़े शीतलक में प्रवेश करते हैं, और इसकी रेडियोधर्मिता अधिकतम अनुमेय मूल्यों से अधिक हो सकती है। फैलाने वाले ईंधन तत्वों के लिए, मैट्रिक्स की अच्छी थर्मल चालकता के साथ, जो परमाणु ईंधन और क्लैडिंग के बीच विश्वसनीय थर्मल संपर्क सुनिश्चित करता है, ईंधन तत्व कोर का तापमान स्तर काफी कम हो जाता है, उदाहरण के लिए, एल्यूमीनियम मिश्र धातु के साथ कोर में तापमान अंतर VVER-1000 रिएक्टर के ईंधन तत्व में मैट्रिक्स को परिमाण के लगभग डेढ़ ऑर्डर (1500 o C से 100 o C तक) तक कम किया जा सकता है। यह आपको ईंधन छड़ों को पैंतरेबाज़ी मोड में सफलतापूर्वक संचालित करने की अनुमति देता है, उन्हें आपातकालीन स्थितियों में कम सुरक्षित बनाता है, और ईंधन रॉड अवसादन की स्थिति में, शीतलक के संदूषण की डिग्री को कम करता है, क्योंकि यह केवल परमाणु ईंधन के संपर्क में आएगा। दोष का स्थान. इसके अलावा, कम तापमान पर, परमाणु ईंधन संचित विखंडन टुकड़ों से वॉल्यूमेट्रिक परिवर्तनों के अधीन कम होता है और अन्य प्रकार के परमाणु ईंधन का उपयोग करना संभव हो जाता है, उदाहरण के लिए, यूरेनियम सिलिसाइड, यूरेनियम-मोलिब्डेनम मिश्र धातु, आदि। हालांकि, इसमें कम सांद्रता होती है। परमाणु ईंधन के फैलाव वाले ईंधन तत्व के मूल को विखंडनीय न्यूक्लाइड के द्रव्यमान अंश में वृद्धि की आवश्यकता होती है, जो तदनुसार नए परमाणु ईंधन की रूपांतरण दर को कम कर देता है। फैलाने वाली ईंधन छड़ों का ऊर्जा उत्पादन ईंधन छड़ के व्यास में अनुमेय वृद्धि या क्लैडिंग सामग्री के अनुमेय विरूपण द्वारा सीमित है। कंटेनर-प्रकार की ईंधन छड़ों और डाइऑक्साइड ईंधन के साथ हल्के पानी के रिएक्टरों की ओर विश्व परमाणु ऊर्जा के उन्मुखीकरण के परिणामस्वरूप, कई सौ टन प्लूटोनियम जमा हो गया है, जिसमें 238, 239, 240, 241 और 242 की द्रव्यमान संख्या के साथ एक पॉलीसोटोपिक संरचना है। प्लूटोनियम भंडारण और इसके आगे उपयोग की समस्या उत्पन्न हो गई है। परमाणु ईंधन के रूप में प्लूटोनियम का सबसे प्रभावी उपयोग तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टरों में होता है, लेकिन दुनिया में उनकी संख्या सीमित है, और नए रिएक्टरों के निर्माण के कार्यक्रम में कई दशकों से देरी हो रही है। पॉलीआइसोटोपिक प्लूटोनियम के उपयोग की समस्या के साथ निरस्त्रीकरण के परिणामस्वरूप जारी यूरेनियम और प्लूटोनियम के तेजी से नष्ट होने की समस्या भी जुड़ गई है। थर्मल न्यूट्रॉन रिएक्टरों में प्लूटोनियम का उपयोग करने का सबसे आम समाधान इसे समाप्त या प्राकृतिक यूरेनियम के साथ पतला करना है, क्योंकि थर्मल न्यूट्रॉन रिएक्टरों के लिए प्लूटोनियम का द्रव्यमान अंश लगभग 5% होना चाहिए। इस ईंधन को यूरेनियम-प्लूटोनियम या मिश्रित ईंधन कहा जाता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि थर्मल न्यूट्रॉन रिएक्टरों में प्लूटोनियम के केवल विषम संख्या वाले आइसोटोप का विखंडन किया जाता है। प्लूटोनियम-241 का आइसोटोप, जिसकी पॉलीआइसोटोपिक प्लूटोनियम में सांद्रता 14 wt.% तक पहुंच जाती है, का आधा जीवन लगभग 14 वर्षों का होता है, जबकि कठोर गामा विकिरण के साथ अमेरिकियम 241 बनाता है, जो लंबी अवधि के दौरान पॉलीआइसोटोपिक प्लूटोनियम के साथ काम को जटिल बनाता है। भंडारण। इसके अलावा, ऊर्जा-ग्रेड प्लूटोनियम का नुकसान भी हो रहा है (10 वर्षों में लगभग 9%)। पॉलीआइसोटोपिक प्लूटोनियम के विपरीत, हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम में मुख्य रूप से 239 आइसोटोप होता है और इसे मोनोआइसोटोपिक माना जा सकता है। मिश्रित डाइऑक्साइड परमाणु ईंधन के उत्पादन में मुख्य कठिनाई प्लूटोनियम और यूरेनियम डाइऑक्साइड के एक सजातीय मिश्रण का निर्माण है जिससे छर्रों को दबाया जाता है। कंपन-संपीड़ित कोर के साथ ईंधन तत्वों के निर्माण के लिए या उनसे छर्रों के निर्माण के लिए सीधे माइक्रोस्फेरिकल डाइऑक्साइड मिश्रित ईंधन का उपयोग करने की संभावना और व्यवहार्यता पर भी विचार किया जा रहा है। पाउडर की तुलना में माइक्रोस्फीयर का उपयोग करने का लाभ तकनीकी प्रक्रिया के सभी चरणों में हैंडलिंग के लिए अधिक सुविधाजनक रूप है और धूल का निर्माण काफी कम होता है, जो ऑपरेटरों के लिए सुरक्षित काम सुनिश्चित करता है। लगभग 5% प्लूटोनियम डाइऑक्साइड युक्त पाउडर से छर्रों के निर्माण की तकनीक, ईंधन छड़ों को मिश्रित डाइऑक्साइड ईंधन के छर्रों या माइक्रोस्फेयर से लैस करना, और ईंधन छड़ों का डिज़ाइन यूरेनियम ईंधन के लिए उपयोग किए जाने वाले समान है। हालाँकि, मिश्रित डाइऑक्साइड परमाणु ईंधन के साथ ईंधन तत्वों के उत्पादन के लिए उत्पादन के संगठन में एक बुनियादी अंतर है, खासकर जब पॉलीसोटोपिक प्लूटोनियम का उपयोग किया जाता है। उत्पादन परिसर में एक सामान्य विकिरण वातावरण बनाने के लिए, सभी उपकरणों को सुरक्षित रूप से सीलबंद कक्षों में रखा जाना चाहिए, और नियंत्रण संचालन सहित पूरी तकनीकी प्रक्रिया को अधिकतम सीमा तक स्वचालित किया जाना चाहिए। इन सबके कारण ईंधन छड़ों के निर्माण की लागत में वृद्धि होती है। कंटेनर-प्रकार की ईंधन रॉड का डिज़ाइन प्रस्तावित ईंधन रॉड डिज़ाइन के सबसे करीब है। ईंधन तत्व में ज़िरकोनियम-आधारित मिश्र धातु से बने एक बेलनाकार खोल और अंत प्लग होते हैं, जिसके अंदर लगभग 5% वजन के विखंडनीय आइसोटोप की सामग्री के साथ यूरेनियम डाइऑक्साइड या मिश्रित ईंधन के पापी छर्रों के रूप में एक कोर होता है। और इसकी सूजन और गैसीय विखंडन टुकड़ों के संग्रह की भरपाई के लिए मुक्त मात्रा। परमाणु ईंधन से शेल तक गर्मी हस्तांतरण को बेहतर बनाने के लिए, आंतरिक मुक्त मात्रा को हीलियम /1, पी से भरा जाता है। 45/. मिश्रित ईंधन के साथ ऐसी ईंधन रॉड का नुकसान यह है कि ईंधन रॉड के निर्माण की लागत यूरेनियम ईंधन के साथ ईंधन रॉड की तुलना में 4-5 गुना अधिक है, जो डाइऑक्साइड के मिश्रण की एकरूपता सुनिश्चित करने और अनुपालन करते समय छर्रों को दबाने से जुड़ी है। विकिरण सुरक्षा आवश्यकताओं और स्वच्छता नियमों के साथ। यह भी ध्यान दिया जाना चाहिए कि 5% प्लूटोनियम डाइऑक्साइड के साथ मिश्रण तैयार करने के लिए 20 गुना अधिक प्लूटोनियम युक्त सामग्री को संसाधित करना आवश्यक है। वर्तमान आविष्कार का मुख्य तकनीकी उद्देश्य थर्मल न्यूट्रॉन पावर रिएक्टरों के लिए एक ईंधन रॉड डिज़ाइन बनाना है, जिसमें 100% तक विखंडनीय न्यूक्लाइड के बड़े अंश के साथ पॉली- या मोनोआइसोटोपिक प्लूटोनियम या यूरेनियम का उपयोग परमाणु ईंधन के रूप में किया जा सकता है। एक कंटेनर-प्रकार के ईंधन तत्व के ज्ञात डिजाइन के विपरीत, जिसके मूल में यूरेनियम और प्लूटोनियम डाइऑक्साइड का एक सजातीय मिश्रण होता है, तकनीकी समस्या का समाधान ईंधन तत्व के कोर के हिस्से को बड़े पैमाने पर अंश के साथ संलग्न करके प्राप्त किया जाता है। ईंधन तत्व आवरण से समान या भिन्न संरचनात्मक सामग्री से बने विभिन्न ज्यामितीय आकृतियों के एक या कई सीलबंद ampoules में 20 से 100% तक विखंडनीय न्यूक्लाइड होता है। एम्पौल कोर के परमाणु ईंधन की सूजन की भरपाई करने और गैसीय विखंडन टुकड़ों को इकट्ठा करने के लिए एम्पौल्स में एक स्वतंत्र मात्रा होती है। ईंधन रॉड कोर के बाकी हिस्से में 0.715% तक विखंडनीय न्यूक्लाइड के द्रव्यमान अंश और 0.01 से 100% तक उपजाऊ न्यूक्लाइड के साथ परमाणु ईंधन होता है। ईंधन रॉड कोर के एम्पौल्स और परमाणु ईंधन से गर्मी हटाने को सुनिश्चित करने के लिए, ईंधन रॉड क्लैडिंग के अंदर एम्पौल्स और परमाणु ईंधन द्वारा गठित रिक्त स्थान संपर्क सामग्री से भरे हुए हैं। दावा किए गए आविष्कार द्वारा प्राप्त तकनीकी परिणाम यह है कि, संसाधित प्लूटोनियम युक्त सामग्रियों की श्रम तीव्रता और मात्रा को कम करने के अलावा, ampoules के ईंधन रॉड कोर में परिचय, जिसके भीतर 70% से अधिक विखंडन टुकड़े केंद्रित हैं, और संपर्क सामग्री, जो ईंधन रॉड कोर के तापमान स्तर को कम करती है, विश्वसनीय रिएक्टर ऑपरेटिंग मोड में ईंधन रॉड के विश्वसनीय संचालन को सुनिश्चित करती है, ईंधन रॉड अवसादन की स्थिति में रेडियोधर्मिता के मुख्य स्रोत के लिए सुरक्षा के अतिरिक्त दो चरण बनाती है, जो ईंधन बनाती है आपातकालीन स्थितियों में रॉड कम खतरनाक होती है। प्रस्तावित ईंधन रॉड डिज़ाइन इसके ऊर्जा उत्पादन को बढ़ाना संभव बनाता है, क्योंकि उपजाऊ न्यूक्लाइड के साथ ईंधन रॉड कोर के हिस्से में वॉल्यूमेट्रिक परिवर्तन की दर और परिमाण मिश्रित से बने पुराने डिज़ाइन के ईंधन रॉड कोर की तुलना में काफी कम हो जाएगा। ईंधन, चूंकि एम्पौल कोर में वॉल्यूमेट्रिक परिवर्तन, जिसमें विखंडन के टुकड़े जमा होते हैं, की भरपाई एम्पौल में की जाती है; इसके अलावा, ईंधन रॉड कोर में काफी कम ऑपरेटिंग तापमान होता है। प्रस्तावित तकनीकी समाधान से एम्पौल्स के डिजाइन और सामग्री, एम्पौल्स और ईंधन रॉड कोर के परमाणु ईंधन की सामग्री और आकार, विखंडनीय और उपजाऊ न्यूक्लाइड की मात्रा का अनुपात, समान का उपयोग या भिन्न होना संभव हो जाता है। एम्पौल्स और ईंधन रॉड कोर में विभिन्न संपर्क सामग्री, उपयोग, यदि आवश्यक हो, एम्पौल्स और ईंधन रॉड कोर में और जलने योग्य अवशोषक के एम्पौल की निर्माण सामग्री में, एम्पौल में गेटर्स का उपयोग। एम्पौल्स के ईंधन कोर में, प्लूटोनियम डाइऑक्साइड से मनमाने (ग्रिट्स) या दोहराए जाने वाले (कणिकाओं) आकार के कणों के रूप में या गैलियम के साथ प्लूटोनियम के मिश्र धातुओं से तार, टेप या कणिकाओं के रूप में परमाणु ईंधन का उपयोग करना सबसे उचित है। मोनोआइसोटोपिक प्लूटोनियम का उपयोग करते समय, और ईंधन रॉड कोर में - यूरेनियम या थोरियम के रासायनिक यौगिक या मिश्र धातु, उदाहरण के लिए, डाइऑक्साइड, सिलिसाइड, नाइट्राइड, 9% मोलिब्डेनम के साथ यूरेनियम का एक मिश्र धातु, आदि, जबकि परमाणु के ज्यामितीय आकार और आयाम एम्पौल कोर और ईंधन रॉड कोर में ईंधन समान हो सकता है, उदाहरण के लिए, ग्रिट-ग्रिट, ग्रैन्यूल- ग्रैन्यूल या अलग-अलग, उदाहरण के लिए, ग्रैन्यूल, ग्रैन्यूल, ब्लॉक, आदि। संरचनात्मक रूप से, ampoules को गेंदों, डिस्क, अंगूठियों, पॉलीहेड्रल या आकार की प्लेटों के रूप में बनाया जा सकता है, सीधे, अनुदैर्ध्य अक्ष के सापेक्ष मुड़, या गोल, अंडाकार, त्रिकोणीय, वर्ग के साथ विभिन्न सर्पिल के रूप में टेप या छड़ घाव, आयताकार, बहुफलकीय, तीन- या बहु-पालित या अन्य क्रॉस-सेक्शन, जिसमें ईंधन रॉड कोर में स्व-अंतरण के लिए पसलियां शामिल हैं। एम्पौल्स के ईंधन कोर की लंबाई ईंधन रॉड कोर की लंबाई से मेल खा सकती है या उससे कई गुना अधिक हो सकती है। एम्पौल्स की क्षतिपूर्ति मात्रा पूरी तरह से ईंधन रॉड कोर में स्थित हो सकती है या समान या संशोधित एम्पौल ज्यामिति के साथ आंशिक रूप से इसके बाहर ले जाया जा सकता है। इसके अलावा, एक गेटर को मुआवजे की मात्रा में रखा जा सकता है। यदि ईंधन रॉड कोर की लंबाई के साथ विखंडनीय आइसोटोप को असमान रूप से लोड करना आवश्यक है, तो इसे परमाणु ईंधन को कोर लंबाई के साथ ampoules में लोड करके, जो कि ईंधन रॉड कोर का एक गुणक है, ampoules की संख्या और रिक्ति द्वारा सुनिश्चित किया जा सकता है। लंबाई, और एक परिवर्तनीय क्रॉस-सेक्शन, ईंधन रॉड कोर की लंबाई के अनुरूप एम्पौल कोर की लंबाई के साथ घुमा या घुमावदार पिच। ईंधन रॉड कोर और एम्पौल कोर में संपर्क सामग्री के रूप में, ऐसी सामग्री जो ईंधन रॉड की परिचालन स्थितियों के तहत ठोस अवस्था में होती है, उदाहरण के लिए, मैग्नीशियम, एल्यूमीनियम मिश्र धातु, आदि, या तरल अवस्था में (बिस्मथ, सोडियम के साथ सीसा मिश्र धातु) , आदि), का उपयोग किया जा सकता है, और राज्यों (तरल-तरल, ठोस-तरल, ठोस-ठोस, तरल-ठोस) और रासायनिक संरचनाओं के किसी भी संयोजन में। ईंधन तत्व और एम्पौल के आवरण की सामग्री समान हो सकती है, उदाहरण के लिए, ज़िरकोनियम मिश्र धातु ई-110 - ज़िरकोनियम मिश्र धातु ई-110, स्टेनलेस स्टील ईआई-847 - स्टेनलेस स्टील ईआई-847 या अलग, उदाहरण के लिए, ज़िरकोनियम मिश्र धातु ई-110 - स्टेनलेस स्टील ईआई-847, ज़िरकोनियम मिश्र धातु ई-110 - ज़िरकोनियम मिश्र धातु ई-125, स्टेनलेस स्टील ईआई-844बीयू-आईडी, स्टेनलेस स्टील ईआई-852, आदि। यदि आवश्यक हो, तो जलने योग्य अवशोषक को परमाणु में पेश किया जा सकता है ईंधन छड़ों और ampoules के ईंधन, और/या ईंधन छड़ों और ampoules के परमाणु ईंधन के कणों के साथ जलने योग्य अवशोषक के मिश्रण कणों के रूप में, और/या ampoules की संरचनात्मक सामग्री में, जबकि वे रासायनिक रूप से समान या भिन्न होते हैं अवशोषित आइसोटोप की संरचना और/या सांद्रता। उदाहरण के लिए, ईंधन रॉड कोर में परमाणु ईंधन कणों की संरचना में गैडोलीनियम ऑक्साइड होता है, एम्पौल कोर में - परमाणु ईंधन कणों के साथ मिश्रित कणों के रूप में गैडोलीनियम ऑक्साइड, एम्पौल सामग्री में - ज़िरकोनियम मिश्र धातु में बोरान। ज्ञात के साथ प्रस्तावित तकनीकी समाधान का तुलनात्मक विश्लेषण हमें आविष्कारों की आवश्यकताओं के साथ प्रस्तावित तकनीकी समाधान के अनुपालन को स्थापित करने की अनुमति देता है। आविष्कार को चित्रों द्वारा दर्शाया गया है। चित्र 1 तीन बेलनाकार ampoules के साथ एक ईंधन रॉड दिखाता है जिसमें ईंधन रॉड कोर की लंबाई के अनुरूप लंबाई के कोर होते हैं, ईंधन रॉड कोर में संपर्क सामग्री होती है, जो ईंधन रॉड की परिचालन स्थितियों के तहत ठोस अवस्था में होती है। अंजीर में. चित्र 2 में ईंधन तत्व को बेलनाकार एम्पौल के साथ दिखाया गया है, जिसमें कोर की लंबाई ईंधन तत्व कोर की लंबाई का एक गुणक है, और एम्पौल और ईंधन तत्व कोर की संपर्क सामग्री है, जो ऑपरेटिंग परिस्थितियों में तरल अवस्था में हैं। चित्र 3 एक ईंधन तत्व को एक मुड़े हुए टेप के रूप में एक एम्पुल के साथ दिखाता है, जिसकी कोर लंबाई ईंधन तत्व कोर की लंबाई के अनुरूप होती है, जिसमें ईंधन तत्व कोर के बाहर स्थित एक गैस कलेक्टर होता है। अंजीर में. चित्र 4 एक प्रोफ़ाइल टेप के रूप में एक ampoule के साथ एक ईंधन तत्व को दर्शाता है, जो एक बेलनाकार सर्पिल में मुड़ा हुआ है, जिसकी कोर लंबाई ईंधन तत्व कोर की लंबाई के अनुरूप है, ईंधन तत्व कोर के बाहर स्थित एक गैस कलेक्टर है। ईंधन तत्व का डिज़ाइन (चित्र 1 देखें) एक शेल (1) है, जिसे प्लग (2) के साथ सिरों पर सील किया जाता है, जिसके अंदर एक कोर (3) होता है, जिसमें परमाणु ईंधन कणिकाओं का कंपन-संकुचित मिश्रण होता है। जिसमें उपजाऊ न्यूक्लाइड (4), और जलने योग्य ग्रैन्यूल अवशोषक (5) होते हैं, जिसके बीच के अंतराल में संपर्क सामग्री (6) रखी जाती है, जो ईंधन तत्व की परिचालन स्थितियों के तहत ठोस अवस्था में होती है। तीन बेलनाकार एम्पौल्स (7) 120° के अंतराल पर ईंधन रॉड कोर में स्थित होते हैं। एम्पौल्स और खोल के बीच एम्पौल्स के व्यास का कम से कम 0.1 गुना अंतर होता है, और कणिकाओं का न्यूनतम व्यास कम से कम 1.2 गुना अंतर होता है। एम्पौल एक बेलनाकार पतली दीवार वाली ट्यूब (8) है, जिसे सिरों पर प्लग (9) से सील किया जाता है, जिसके अंदर एक कोर (10) होता है, जिसमें विखंडनीय न्यूक्लाइड (11) युक्त झरझरा परमाणु ईंधन कणिकाओं का कंपन-संकुचित मिश्रण होता है। ), और एक गेटर (12)। अधिकतम ग्रेन्युल आकार ampoule के आंतरिक व्यास के 0.3 से अधिक नहीं है। एम्पौल (13) में मुआवजा मात्रा इंटरग्रेन्युलर और इंट्राग्रेनुलर पोरसिटी है। ईंधन रॉड कोर और एम्पौल्स की शुरुआत को संरेखित करने के लिए, निचले प्लग में एम्पौल्स के लिए स्लॉट के साथ एक वॉशर (14) होता है, जिसकी मोटाई एम्पौल के अंत से एम्पौल कोर की शुरुआत तक की दूरी के बराबर होती है। फ्यूल रॉड कोर की परत के ऊपर अक्रिय पदार्थ से बना एक प्लग (15) होता है, जिसकी ऊंचाई फ्यूल रॉड कोर के ऊपर एम्पौल के उभरे हुए हिस्से से अधिक होती है। शेल और ईंधन रॉड प्लग की सामग्री ज़िरकोनियम मिश्र धातु है, उदाहरण के लिए, ई-110, और एम्पौल और प्लग की सामग्री स्टेनलेस स्टील है, उदाहरण के लिए, ईआई-844बीयू-आईडी स्टील। मोलिब्डेनम, ज़िरकोनियम, नाइट्रोजन, सिलिकॉन, एल्यूमीनियम इत्यादि के साथ घटे हुए या प्राकृतिक यूरेनियम या थोरियम के मिश्र धातु और यौगिकों का उपयोग ईंधन रॉड कोर के लिए परमाणु ईंधन के रूप में किया जा सकता है, जो ईंधन रॉड में विखंडनीय और उपजाऊ न्यूक्लाइड के आवश्यक अनुपात पर निर्भर करता है। एम्पौल्स का मूल प्लूटोनियम डाइऑक्साइड या अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम है। गैडोलीनियम ऑक्साइड, बोरॉन कार्बाइड, गैडोलीनियम टाइटेनेट आदि का उपयोग जलने योग्य अवशोषक के रूप में किया जा सकता है। मैग्नीशियम या एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं का उपयोग ईंधन रॉड कोर की संपर्क सामग्री के रूप में किया जा सकता है। उपयोग की जाने वाली गेटर सामग्री ज़िर्कोनियम, एल्यूमीनियम और निकल के साथ बेरियम युक्त यौगिक है। कॉर्क सामग्री पापयुक्त एल्यूमीनियम ऑक्साइड कण (अनाज पीसना) है। ईंधन तत्व का डिज़ाइन (चित्र 2 देखें) एक शेल (1) है, जिसे प्लग (2) के साथ सिरों पर सील किया जाता है, जिसके अंदर एक कोर (3) होता है, जिसमें उपजाऊ न्यूक्लाइड (4) युक्त परमाणु ईंधन होता है और सिलेंडर के जेनरेटर के साथ हर 60 डिग्री पर छह खांचे वाले बेलनाकार ब्लॉक के रूप में, और संपर्क सामग्री (6), ब्लॉक और ईंधन तत्व शेल के बीच अंतराल में रखा जाता है और परिचालन स्थितियों के तहत तरल अवस्था में होता है। संपर्क सामग्री का स्तर अंतिम ब्लॉक के स्तर से 3-5 मिमी अधिक है। बेलनाकार ampoules (7) ब्लॉकों के खांचे में स्थित हैं। एम्पौल एक बेलनाकार पतली दीवार वाली ट्यूब (8) है, जिसे प्लग (9) के साथ सिरों पर सील किया जाता है, जिसके अंदर एक कोर (10) होता है जिसमें परमाणु ईंधन युक्त विखंडनीय न्यूक्लाइड (11) होता है, जो कणिकाओं के रूप में होता है। 0.3 से अधिक का व्यास नहीं या शीशी के आंतरिक व्यास के 0.7 से अधिक के व्यास वाला एक तार, और संपर्क सामग्री (16), जो ईंधन तत्व की परिचालन स्थितियों के तहत तरल अवस्था में है। संपर्क सामग्री का स्तर ampoule में परमाणु ईंधन के स्तर से 2 - 3 मिमी अधिक है। एम्पौल में मुआवजा मात्रा (13) संपर्क सामग्री के स्तर से ऊपर स्थित मुक्त मात्रा है। ईंधन रॉड कोर और एम्पौल्स की शुरुआत को संरेखित करने के लिए, निचले ईंधन रॉड प्लग पर एक वॉशर (14) होता है जो ब्लॉकों की प्रोफ़ाइल का अनुसरण करता है, जिसकी मोटाई एम्पौल के अंत से दूरी के बराबर होती है ampoule कोर की शुरुआत. ईंधन तत्व की लंबाई के साथ ampoules स्थित हैं ताकि प्रत्येक ब्लॉक के खांचे में, पहले को छोड़कर, ampoules की कोर और क्षतिपूर्ति मात्रा हर 60 o पर वैकल्पिक हो। यह इस तथ्य से प्राप्त होता है कि एम्पौल्स की लंबाई सम संख्या में ब्लॉक की ऊंचाई के बराबर है (चित्र 1 में यह दो ब्लॉक के बराबर है), ईंधन रॉड कोर ब्लॉक की लंबाई लंबाई के बराबर है एम्पौल कोर, और पहले ब्लॉक में, एम्पौल सिमुलेटर (17) जिनकी लंबाई आधी लंबाई के बराबर होती है, तीन खांचे एम्पौल में स्थापित होते हैं एम्पौल्स और ब्लॉकों को आपस में और शेल के बीच की दूरी पर रखने के लिए, एम्पौल्स की बाहरी सतह पर एम्पौल व्यास के कम से कम 0.1 के व्यास के साथ एक सर्पिल-घाव तार (18) होता है, जिसके सिरों को सिरों में वेल्ड किया जाता है। ampoules का. ईंधन रॉड कोर में वॉल्यूमेट्रिक परिवर्तनों की भरपाई करने और इसमें जारी गैसीय विखंडन टुकड़ों को इकट्ठा करने के लिए, संपर्क सामग्री के स्तर से ऊपर एक मुक्त मात्रा (19) है। ईंधन छड़ों और एम्पौल्स के खोल और प्लग की सामग्री चित्र 1 में दिखाए गए ईंधन छड़ के समान हो सकती है। ईंधन रॉड कोर की परमाणु ईंधन सामग्री मोलिब्डेनम, ज़िर्कोनियम, सिलिकॉन, एल्यूमीनियम इत्यादि के साथ घटते या प्राकृतिक यूरेनियम या थोरियम के मिश्र धातु और यौगिक हो सकती है, और एम्पौल कोर की परमाणु ईंधन सामग्री गैलियम के साथ प्लूटोनियम का मिश्र धातु हो सकती है या मोलिब्डेनम के साथ अत्यधिक समृद्ध यूरेनियम का एक मिश्र धातु। ईंधन रॉड कोर की संपर्क सामग्री सीसा-बिस्मथ मिश्र धातु हो सकती है, और एम्पौल कोर की संपर्क सामग्री सीसा-बिस्मथ मिश्र धातु या सोडियम भी हो सकती है। ईंधन तत्व का डिज़ाइन (चित्र 3 देखें) एक शेल (1) है, जिसे प्लग (2) के साथ सिरों पर सील किया जाता है, जिसके अंदर एक कोर (3) होता है, जिसमें परमाणु ईंधन कणिकाओं का कंपन-संपीड़ित मिश्रण होता है। (4) जिसमें उपजाऊ न्यूक्लाइड और एक जलने योग्य अवशोषक (5) होता है, जिसके बीच के अंतराल में एक संपर्क सामग्री (6) होती है, जो परिचालन स्थितियों के तहत ठोस अवस्था में होती है। ईंधन रॉड कोर के केंद्र में एक ampoule (7) है। एम्पौल एक खोखला टेप (8) है, जिसे निचले सिरे पर एक प्लग (9) से सील किया जाता है और अनुदैर्ध्य अक्ष के सापेक्ष घुमाया जाता है, जिसके अंदर एक कोर (10) होता है जिसमें उपजाऊ न्यूक्लाइड युक्त परमाणु ईंधन के कंपन-संपीड़ित कण होते हैं। (11) कोर की मोटाई 0,3 से अधिक नहीं के अधिकतम ग्रेन्युल व्यास के साथ, और ईंधन रॉड कोर के बाहर, ampoule के ऊपरी भाग में, एक गेटर (12) स्थित है। ईंधन रॉड और ampoule कोर की शुरुआत को संरेखित करने के लिए, ampoule के लिए एक स्लॉट के साथ एक वॉशर (14) होता है, जिसकी मोटाई ampoule के अंत से ampoule कोर की शुरुआत तक की दूरी के बराबर होती है। ईंधन रॉड कोर की परत के ऊपर अक्रिय सामग्री से बना एक प्लग (15) होता है, जिसकी ऊंचाई ईंधन रॉड कोर से गैस कलेक्टर (20) तक की दूरी के बराबर होती है। एम्पौल की क्षतिपूर्ति मात्रा (13) इंटरग्रेन्युलर पोरसिटी और गैस कलेक्टर (20) है। एम्पौल के ईंधन कोर को गैस-पारगम्य वाड (21) द्वारा गैस कलेक्टर से अलग किया जाता है। इस ईंधन रॉड डिज़ाइन की सभी सामग्रियां चित्र में दिखाए गए ईंधन रॉड डिज़ाइन की सामग्रियों के समान हैं। 1. हालाँकि, इस ईंधन तत्व के लिए, एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं का उपयोग ampoule शेल सामग्री के रूप में भी किया जा सकता है। ईंधन तत्व का डिज़ाइन (चित्र 4 देखें) एक शेल (1) है, जिसे प्लग (2) के साथ सिरों पर सील किया जाता है, जिसके अंदर एक कोर (3) होता है, जिसमें उपजाऊ के साथ परमाणु ईंधन युक्त कंपन-संकुचित कणिकाएं होती हैं। न्यूक्लाइड्स (4) और एक जलने योग्य अवशोषक (5), जिसके बीच के अंतराल में संपर्क सामग्री (6) होती है, जो परिचालन स्थितियों के तहत ठोस अवस्था में होती है। एक एम्पौल (7) ईंधन रॉड कोर में स्थित है। ampoule एक बेलनाकार सर्पिल के रूप में एक प्रोफ़ाइल टेप घाव है, जिसकी बाहरी सतह पर एक पसली होती है जो ampoule के बेलनाकार भाग और कम से कम 0.15 मिमी के खोल और न्यूनतम व्यास के बीच का अंतर प्रदान करती है। फ्यूल रॉड कोर ग्रैन्यूल गैप से 1.2 गुना बड़ा है। एम्पौल को नीचे एक प्लग (9) से सील कर दिया गया है। एम्पौल के अंदर ईंधन रॉड कोर की लंबाई के अनुरूप लंबाई वाला एक कोर (10) होता है, जिसमें विखंडनीय न्यूक्लाइड (11) युक्त परमाणु ईंधन होता है। ईंधन रॉड और ampoule कोर की शुरुआत को संरेखित करने के लिए, ampoule के लिए एक स्लॉट के साथ एक वॉशर (14) होता है, जिसकी मोटाई ampoule के अंत से ampoule कोर की शुरुआत तक की दूरी के बराबर होती है। ईंधन रॉड कोर की परत के ऊपर अक्रिय सामग्री से बना एक प्लग (15) होता है, जिसकी ऊंचाई ईंधन रॉड कोर से गैस कलेक्टर (20) तक की दूरी के बराबर होती है। एम्पौल की क्षतिपूर्ति मात्रा (13) इंटरग्रेन्युलर पोरसिटी और गैस कलेक्टर (20) है। एम्पौल के ईंधन कोर को गैस-पारगम्य वाड (21) द्वारा गैस कलेक्टर से अलग किया जाता है। सभी ईंधन रॉड सामग्री चित्र में दिखाए गए ईंधन रॉड डिजाइन की सामग्री के समान हैं। 1, इस बात को ध्यान में रखते हुए कि इस ईंधन तत्व डिज़ाइन में, एम्पौल शेल की सामग्री एल्यूमीनियम मिश्र धातु हो सकती है। ईंधन तत्व का विनिर्माण चित्र में दिखाया गया है। 1, प्रयोगशाला स्थितियों में परीक्षण किया गया। 9.15 x 7.72 मिमी के व्यास, 950 मिमी की लंबाई और प्लग के साथ शेल (1) ई-110 ज़िरकोनियम मिश्र धातु से बने थे। एम्पौल्स (7) 1.5 x 1.26 मिमी के व्यास के साथ केशिका ट्यूबों (8) से बनाए गए थे। EI-844BU-ID स्टील का उपयोग एम्पौल्स और उनके प्लग के लिए सामग्री के रूप में किया गया था। एम्पौल्स में 98% भार के यूरेनियम डाइऑक्साइड कणिकाओं के कंपन-संपीड़ित मिश्रण से बना एक कोर (10) था। और ज़िरकोनियम 2% वजन के साथ बेरियम मिश्र धातु। यूरेनियम डाइऑक्साइड कणिकाओं की आंतरिक सरंध्रता 12-15% थी। दाना मिश्रण की आंशिक संरचना -0.4+0.08 मिमी थी। कुल इंट्राग्रेन्युलर और इंटरग्रेनुलर पोरसिटी, जो कि क्षतिपूर्ति मात्रा (13) है, की गणना 50 - 55% की जाती है। एम्पौल कोर की लंबाई 900-5 मिमी थी। एम्पौल्स (10) और ईंधन रॉड (3) के कोर को संरेखित करने के लिए, ई-110 ज़िरकोनियम मिश्र धातु से बना एक वॉशर (14) 4 मिमी मोटा स्थापित किया गया था। यूरेनियम डाइऑक्साइड कणिकाओं (4) 95 wt.% का एक कंपन-संकुचित मिश्रण का उपयोग ईंधन रॉड कोर सामग्री (3) के रूप में किया गया था। और गैडोलीनियम ऑक्साइड (5) 5% वजन। आंशिक संरचना -0.5 + 0.315 मिमी, संपर्क सामग्री (7) के साथ संसेचित - 12% वजन के साथ एल्यूमीनियम मिश्र धातु। सिलिकॉन ईंधन रॉड कोर की लंबाई 900 - 5 मिमी थी, और कणिकाओं के साथ वॉल्यूमेट्रिक भराव 60 - 65% था। ईंधन रॉड कोर की परत के ऊपर, 0.5 - 0.6 मिमी की भिन्नात्मक संरचना के साथ एक गोल आकार (पीसने) के सिंटेड एल्यूमीनियम ऑक्साइड के कणों से एक प्लग (15) बनाया गया था, जिसे संपर्क सामग्री के साथ भी लगाया गया था। ईंधन रॉड कोर में एम्पौल्स 120 ओ अंतराल पर एम्पौल्स और 0.2 मिमी के क्लैडिंग के बीच के अंतर के साथ स्थित थे। एम्पौल्स का उत्पादन निम्नलिखित क्रम में किया गया। आकार के अनुसार पाइप को ट्रिम करना, एम्पौल के एक सिरे को सील करना, कंपन करना, एम्पौल को हीलियम से भरना और एम्पुल के दूसरे सिरे को सील करना, एम्पौल की मजबूती और एम्पौल की लंबाई के साथ परमाणु ईंधन के समान वितरण की जाँच करना। ईंधन तत्वों के निर्माण में निम्नलिखित तकनीकी संचालन शामिल थे। पाइप को आकार में ट्रिम करना और एक सिरे को सील करना, एक वॉशर और एम्पौल स्थापित करना, ईंधन रॉड को कंपन करना, एक प्लग जोड़ना और ईंधन रॉड कोर और प्लग को पिघले एल्यूमीनियम मिश्र धातु के साथ लगाना, ईंधन रॉड के दूसरे छोर को सील करना, ईंधन रॉड को समेटना हीलियम के साथ और जकड़न की जाँच करना, ईंधन रॉड में परमाणु ईंधन के वितरण की निगरानी करना, संसेचन संपर्क सामग्री की गुणवत्ता और उपस्थिति की निगरानी करना। ईंधन छड़ों के प्रयोगशाला नमूनों के निर्माण के परिणामों से पता चला कि ampoules में परमाणु ईंधन का असमान वितरण 7% से अधिक नहीं है, और ईंधन छड़ों में - 10%। ईंधन रॉड कोर के संसेचन की गुणवत्ता संतोषजनक है और ईंधन छड़ की उपस्थिति नियंत्रण नमूनों से मेल खाती है। ईंधन तत्व डिज़ाइन के अन्य दिए गए वेरिएंट के लिए विनिर्माण तकनीक ऊपर दिए गए के समान है, केवल स्ट्रिप ईंधन तत्वों वाले वेरिएंट में ट्यूबों को भी प्रोफाइल किया जाता है और भरे हुए एम्पौल्स को आवश्यक आकार दिया जाता है। इस प्रकार, प्रस्तावित डिजाइन की ईंधन छड़ें बनाने की वास्तविक संभावना दिखाई गई है, और चयनित परमाणु ईंधन संरचनाओं, संरचनात्मक, संपर्क और अन्य सामग्रियों और ampoules के डिजाइनों का संयोजन संसाधन में वृद्धि सुनिश्चित करेगा और संचालन की विश्वसनीयता में वृद्धि करेगा। रिएक्टर की विशिष्ट परिचालन स्थितियों के तहत पैंतरेबाज़ी मोड में ईंधन छड़ों की। दावा किए गए आविष्कार के अनुसार ईंधन रॉड को लागू करते समय, कणिकाओं, संरचनात्मक, परमाणु, जलने योग्य सामग्रियों और गेटर्स के अन्य आकार, आकार और ज्यामिति और ईंधन रॉड कोर में उनके प्लेसमेंट, उपरोक्त उदाहरणों में विचार नहीं किया जा सकता है, का उपयोग किया जा सकता है। बिजली रिएक्टरों में दावा किए गए आविष्कार के अनुसार ईंधन छड़ों का उपयोग मिश्रित ईंधन का उपयोग करने वाली ईंधन छड़ों की तुलना में अधिक किफायती है, और पारिस्थितिकी, स्वच्छता और विकिरण सुरक्षा की आवश्यकताओं को बेहतर ढंग से पूरा करता है। उपयोग की गई जानकारी के स्रोत 1. "पावर रिएक्टरों के लिए ईंधन तत्वों का विकास, उत्पादन और संचालन", पुस्तक 1. मॉस्को, एनर्जोएटोमिज़डैट, 1995 (पृष्ठ 45 पर प्रोटोटाइप)। 2. ए. जी. समोइलोव, ए. आई. कश्तानोव, वी. एस. वोल्कोव। "परमाणु रिएक्टरों के बिखरे हुए ईंधन तत्व", खंड 1। मॉस्को, एनर्जोइज़डैट, 1982।

लेख इस बारे में बात करता है कि ईंधन छड़ें क्या हैं, उनकी आवश्यकता क्यों है, उनका उपयोग कहां किया जाता है, वे कैसे बनाई जाती हैं, और क्या ऐसे रिएक्टर हैं जो ईंधन छड़ों का उपयोग नहीं करते हैं।

परमाणु युग

संभवतः ऊर्जा की सबसे नवीन शाखा परमाणु है। केवल 19वीं सदी के अंत में ही वैज्ञानिक आंशिक रूप से यह समझने में सक्षम थे कि रेडियोधर्मिता क्या है और किन पदार्थों में ये गुण होते हैं। और इस ज्ञान के कारण कई लोगों की जान चली गई, क्योंकि जीवित जीवों पर विकिरण के विनाशकारी प्रभाव लंबे समय तक अज्ञात रहे।

बहुत बाद में, रेडियोधर्मी सामग्रियों का नागरिक और सैन्य जीवन दोनों में उपयोग पाया गया। वर्तमान में, सभी विकसित देशों के पास अपने स्वयं के परमाणु हथियार और परमाणु ऊर्जा संयंत्र हैं, जो जीवाश्म ईंधन या पानी जैसे प्राकृतिक संसाधनों (हम जलविद्युत ऊर्जा संयंत्रों के बारे में बात कर रहे हैं) की परवाह किए बिना बड़ी मात्रा में ऊर्जा प्राप्त करना संभव बनाते हैं।

टीवीईएल है...

लेकिन बिजली के उत्पादन या अन्य उद्देश्यों के लिए निर्माण करने के लिए, आपको सबसे पहले उपयुक्त ईंधन बनाने की आवश्यकता है, क्योंकि हालांकि प्राकृतिक यूरेनियम में रेडियोधर्मिता है, लेकिन इसकी ऊर्जा पर्याप्त नहीं है। इसलिए, अधिकांश प्रकार के रिएक्टरों में, ईंधन का उपयोग किया जाता है, जो बदले में, ईंधन छड़ नामक विशेष उपकरणों में लोड किया जाता है। ईंधन तत्व एक विशेष उपकरण है जो परमाणु रिएक्टर का हिस्सा होता है और इसमें उनका डिज़ाइन और ईंधन का प्रकार शामिल होता है, जिसका हम अधिक विस्तार से विश्लेषण करेंगे।

डिज़ाइन

रिएक्टर के प्रकार के आधार पर, ईंधन तत्वों के कुछ पैरामीटर भिन्न हो सकते हैं, लेकिन उनका सामान्य डिज़ाइन और डिज़ाइन सिद्धांत समान हैं। सीधे शब्दों में कहें तो ईंधन रॉड कुछ अन्य धातुओं से बनी एक खोखली ट्यूब होती है, जिसमें यूरेनियम डाइऑक्साइड ईंधन छर्रों को स्थापित किया जाता है।

ईंधन

यूरेनियम सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला रेडियोधर्मी पदार्थ है; इससे कई अन्य आइसोटोप उत्पन्न होते हैं, जिनका उपयोग उद्योग और हथियार दोनों में किया जाता है। इसका निष्कर्षण कोयले के निष्कर्षण से बहुत अलग नहीं है और अपनी प्राकृतिक अवस्था में यह लोगों के लिए बिल्कुल सुरक्षित है। इसलिए कैदियों को निर्वासित कहां किया जाता है, इसकी कहानियां एक मिथक से ज्यादा कुछ नहीं हैं। किसी व्यक्ति की विकिरण बीमारी की तुलना में सूरज की रोशनी की कमी और खदान में कड़ी मेहनत के कारण मरने की संभावना अधिक होती है।

यूरेनियम का खनन बहुत सरलता से किया जाता है - चट्टान को विस्फोटों द्वारा तोड़ दिया जाता है, जिसके बाद इसे सतह पर पहुंचाया जाता है, जहां इसकी छंटाई और आगे की प्रक्रिया होती है। यूरेनियम संवर्धन की प्रक्रिया विभिन्न तरीकों से की जा सकती है, लेकिन रूस में यह गैस सेंट्रीफ्यूज का उपयोग करके किया जाता है। सबसे पहले, यूरेनियम को गैसीय अवस्था में परिवर्तित किया जाता है, जिसके बाद केन्द्रापसारक बल के प्रभाव में गैस को सेंट्रीफ्यूज में अलग किया जाता है और आवश्यक आइसोटोप अलग किए जाते हैं। इसके बाद, उन्हें यूरेनियम डाइऑक्साइड में परिवर्तित किया जाता है, गोलियों में दबाया जाता है और ईंधन छड़ों में लोड किया जाता है। यह ईंधन तत्वों के लिए ईंधन उत्पादन की सबसे आम विधि है।

आवेदन

किसी रिएक्टर में ईंधन छड़ों की संख्या उसके आकार, प्रकार और शक्ति पर निर्भर करती है। निर्माण के बाद, उन्हें एक रिएक्टर में लोड किया जाता है, जहां एक परमाणु क्षय प्रतिक्रिया होने लगती है, जिसके परिणामस्वरूप भारी मात्रा में गर्मी का एक शक्तिशाली उत्सर्जन होता है, जो ऊर्जा के स्रोत के रूप में कार्य करता है। साथ ही, रिएक्टर की शक्ति को कार्य क्षेत्र में ईंधन तत्वों की संख्या से नियंत्रित किया जा सकता है। समय-समय पर, जैसे-जैसे उनका उपयोग किया जाता है, उन्हें "ताजा" यूरेनियम डाइऑक्साइड गोलियों के साथ नई गोलियों से बदल दिया जाता है। तो अब हम जानते हैं कि ईंधन छड़ों का क्या मतलब है, वे कैसे बनाई जाती हैं और उनकी आवश्यकता क्या है। हालाँकि, सभी परमाणु रिएक्टरों को ऐसे तत्वों की आवश्यकता नहीं होती है, और ये आरटीजी हैं।

आरटीजी

रेडियोआइसोटोप एक ऐसा उपकरण है जो सैद्धांतिक रूप से परमाणु रिएक्टरों के समान होता है, लेकिन उनकी प्रक्रिया परमाणुओं के क्षय की श्रृंखला प्रतिक्रिया पर नहीं, बल्कि थर्मल प्रतिक्रिया पर आधारित होती है। सीधे शब्दों में कहें तो, यह एक बड़ी स्थापना है जो रेडियोधर्मी सामग्री के साथ बहुत अधिक गर्मी पैदा करती है, जो बदले में सीधे बिजली में परिवर्तित हो जाती है। परमाणु रिएक्टरों के विपरीत, आरटीजी में कोई गतिशील भाग नहीं होता है और ये अधिक विश्वसनीय, कॉम्पैक्ट और टिकाऊ होते हैं। लेकिन साथ ही उनकी कार्यक्षमता बहुत कम होती है।

इनका उपयोग मुख्यतः उन परिस्थितियों में किया जाता था जहाँ अन्य तरीकों से ऊर्जा प्राप्त करना असंभव होता है, या ये विधियाँ बहुत कठिन होती हैं। यूएसएसआर के वर्षों के दौरान, सुदूर उत्तर के अनुसंधान और मौसम विज्ञान स्टेशनों, तटीय प्रकाशस्तंभों, समुद्री बोय आदि को आरटीजी की आपूर्ति की गई थी।

वर्तमान में, उनकी सेवा अवधि समाप्त हो गई है, लेकिन उनमें से कुछ अभी भी अपने मूल स्थानों पर बने हुए हैं और अक्सर किसी भी तरह से संरक्षित भी नहीं हैं। इसके परिणामस्वरूप, दुर्घटनाएँ होती हैं, उदाहरण के लिए, अलौह धातुओं के शिकारियों ने इनमें से कई प्रतिष्ठानों को नष्ट करने की कोशिश की और गंभीर विकिरण प्राप्त किया, और जॉर्जिया में स्थानीय निवासियों ने उन्हें गर्मी स्रोतों के रूप में इस्तेमाल किया और विकिरण बीमारी से भी पीड़ित हुए।

तो अब हम ईंधन तत्वों की संरचना को जानते हैं और उनकी परिभाषा का विश्लेषण किया है। ईंधन छड़ें रिएक्टर के महत्वपूर्ण भाग हैं, जिनके बिना संचालन असंभव है।

ईंधन तत्व (ईंधन तत्व) विषम कोर का मुख्य संरचनात्मक हिस्सा है, जो काफी हद तक उनकी विश्वसनीयता, आकार और लागत निर्धारित करता है।

ईंधन रॉड क्लैडिंग को शीतलक और ईंधन के सीधे संपर्क को रोकने के लिए डिज़ाइन किया गया है ताकि शीतलक में रेडियोधर्मी ईंधन विखंडन उत्पादों की रिहाई के साथ-साथ ईंधन कोर के क्षरण और क्षरण को रोका जा सके। क्लैडिंग एक संरचनात्मक तत्व है जो ईंधन रॉड को आवश्यक आकार देता है और उन सभी भारों को अवशोषित करता है जो ईंधन रॉड को नष्ट कर देते हैं। ईंधन क्लैडिंग सक्रिय क्षेत्रों के सबसे महत्वपूर्ण संरचनात्मक भाग हैं, जो सबसे गंभीर परिस्थितियों में काम करते हैं। कोशों में न्यूट्रॉन के अवशोषण को कम करने के लिए, उन्हें यथासंभव पतला बनाना वांछनीय है। मजबूती की स्थिति और विनिर्माण प्रौद्योगिकी द्वारा निर्धारित धातु के गोले की मोटाई आमतौर पर 0.3 - 0.8 मिमी होती है।

थर्मल न्यूट्रॉन रिएक्टरों के लिए शेल सामग्री की मुख्य आवश्यकताओं में से एक छोटा थर्मल न्यूट्रॉन अवशोषण क्रॉस सेक्शन है, जो न्यूट्रॉन नुकसान को कम करने के लिए आवश्यक है।

वर्तमान में, ज़िरकोनियम और इसके मिश्र धातुओं से बने गोले का व्यापक रूप से पावर वॉटर-कूल्ड थर्मल न्यूट्रॉन रिएक्टरों में उपयोग किया जाता है, जिसे ज़िरकोनियम के छोटे थर्मल न्यूट्रॉन अवशोषण क्रॉस सेक्शन (0.18 बार्न) द्वारा समझाया गया है। हालाँकि, ज़िरकोनियम में 360 - 400°C के तापमान पर अपेक्षाकृत कम ताकत वाले गुण होते हैं।

ज़िरकोनियम मिश्र धातुओं के साथ, पावर रिएक्टर स्टेनलेस क्रोमियम-निकल ऑस्टेनिटिक स्टील्स से बने गोले का उपयोग करते हैं, जिनमें ज़िरकोनियम की तुलना में काफी अधिक गर्मी प्रतिरोध, संक्षारण प्रतिरोध, अच्छी विनिर्माण क्षमता और इसके अलावा, कम लागत होती है। हालाँकि, जिरकोनियम की तुलना में स्टील्स का मुख्य मूलभूत नुकसान उनका बड़ा थर्मल न्यूट्रॉन अवशोषण क्रॉस सेक्शन (2.7 - 2.9 बार्न) है, जिसके लिए अधिक समृद्ध ईंधन की आवश्यकता होती है। ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील्स का एक बड़ा नुकसान उनकी संक्षारण क्रैकिंग की प्रवृत्ति भी है, जो तब होता है जब धातु में तन्य तनाव और ठंडे पानी में क्लोराइड और ऑक्सीजन होते हैं। इस संबंध में, रिएक्टरों के संचालन के दौरान क्लोराइड और ऑक्सीजन की बेहद कम सामग्री के साथ-साथ पानी में अन्य अशुद्धियों का सावधानीपूर्वक रखरखाव बहुत महत्वपूर्ण हो जाता है।

उच्च तापमान वाले रिएक्टरों के लिए, दुर्दम्य धातुएँ नाइओबियम (गलनांक 2415°C), मोलिब्डेनम (2622°C), टंगस्टन (3395°C), टैंटलम (2996°C), साथ ही उनकी मिश्रधातुएँ, जिनका उपयोग किया जा सकता है शीतलक के रूप में हीलियम या तरल धातुओं का उपयोग करने के मामले में 800 - 1200 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान पर ईंधन तत्व आवरण। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि ऑक्सीजन युक्त गैसों (वायु, कार्बन डाइऑक्साइड और जल वाष्प) में इन धातुओं का प्रतिरोध 500 - 600 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर भी बहुत कम होता है।

रिएक्टरों के संचालन के दौरान, विकिरण, चक्रीय तापमान परिवर्तन, शीतलक के संपर्क आदि के प्रभाव में ईंधन तत्व सामग्री में गहरा परिवर्तन होता है, जो उनके विनाश का कारण बन सकता है। ईंधन छड़ों का पूर्ण विनाश एक बहुत बड़ी और पूरी तरह से अस्वीकार्य दुर्घटना है, क्योंकि इससे रेडियोधर्मी विखंडन टुकड़ों के साथ प्राथमिक सर्किट का गंभीर संदूषण होता है।

ईंधन तत्वों की सीलिंग का सबसे आम नुकसान क्लैडिंग में या सीलिंग प्लग की वेल्डिंग साइट पर दरार के कारण होता है। जकड़न कम होने से गैसीय विखंडन उत्पाद शीतलक में निकल जाते हैं। शेल में शीतलक के प्रवेश के परिणामस्वरूप संक्षारण होता है और ईंधन का रिसाव होता है, बदले में, विखंडन टुकड़ों की रिहाई बढ़ जाती है, जिसके परिणामस्वरूप सर्किट में शीतलक की रेडियोधर्मिता में और भी अधिक महत्वपूर्ण वृद्धि होती है।

शैलों में दरारें निम्नलिखित कारणों से हो सकती हैं:

स्थैतिक, गतिशील और कंपन भार की कार्रवाई से जुड़े अस्वीकार्य आंतरिक तनाव की उपस्थिति, ईंधन तत्वों की त्रिज्या और लंबाई दोनों के साथ तेज तापमान प्रवणता की उपस्थिति के कारण तापमान तनाव;

विकिरण वृद्धि, सूजन, ईंधन के चरण परिवर्तन और शेल को तोड़ने वाली ताकतों की उपस्थिति के कारण ईंधन में वॉल्यूमेट्रिक परिवर्तन; गैसीय विखंडन उत्पादों की ईंधन छड़ों के अंदर दबाव में अस्वीकार्य वृद्धि;

विकिरण के प्रभाव में या शेल के साथ ईंधन और शीतलक सामग्री के प्रसार संपर्क के परिणामस्वरूप शेल सामग्री की संरचना और भौतिक और यांत्रिक गुणों में परिवर्तन, उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन के साथ शेल की संतृप्ति;

शीतलक के दीर्घकालिक संक्षारक और क्षरणकारी प्रभाव, साथ ही क्लोरीन आयनों और मुक्त ऑक्सीजन की उपस्थिति में ट्रांस- और इंटरग्रेन्युलर तनाव संक्षारण के परिणामस्वरूप (स्टेनलेस स्टील के गोले का उपयोग करते समय पानी-पानी रिएक्टरों में);

ईंधन छड़ों के निर्माण के दौरान होने वाली खामियां (क्लैडिंग सामग्री की असमानता, क्लैडिंग की सतह पर खरोंच की उपस्थिति, खराब वेल्डिंग गुणवत्ता, आदि)।

कुछ मामलों में, उन्हीं कारणों के प्रभाव में, ईंधन छड़ों के आकार और आकार में परिवर्तन देखा जाता है, उदाहरण के लिए, वक्रता, जिससे प्रक्रिया चैनल के साथ ईंधन और शीतलक के वितरण में महत्वपूर्ण सामान्य और स्थानीय परिवर्तन हो सकते हैं। और, परिणामस्वरूप, स्थानीय अति ताप और ईंधन छड़ों का विनाश।

इस तथ्य के कारण कि ईंधन छड़ें आंतरिक ताप स्रोतों वाले निकाय हैं और उच्च तापमान और उच्च विशिष्ट ऊर्जा रिलीज पर काम करते हैं, उनके लिए सबसे बड़ा खतरा तब पैदा होता है जब शीतलन अचानक बंद हो जाता है। कोर को शीतलक की आपूर्ति रोकने से, एक नियम के रूप में, अवशिष्ट ऊर्जा रिलीज (परमाणु ईंधन के संचित विखंडन टुकड़ों के रेडियोधर्मी क्षय के दौरान ऊर्जा रिलीज) के कारण ईंधन तत्व पिघल जाते हैं। एक शटडाउन रिएक्टर में, ईंधन तत्वों में जमा हुए विखंडन टुकड़ों के रेडियोधर्मी क्षय से ऊर्जा की रिहाई के कारण, शटडाउन के बाद बाद वाले को लंबे समय तक ठंडा करना आवश्यक होता है। अन्यथा, शटडाउन रिएक्टर में कोर पिघल सकता है।

पीपीयू का संचालन करते समय, नियंत्रण के आयोजन और आवश्यक जल रासायनिक व्यवस्था को बनाए रखने पर विशेष ध्यान दिया जाना चाहिए।

कुछ समय पहले, अपने ब्लॉग पर, मैंने आपको पहले ही बताया था कि दुनिया की सबसे महंगी धातु - कैलिफ़ोर्निया-252 - का उत्पादन कैसे और कहाँ होता है। लेकिन इस अति-महंगे पदार्थ का उत्पादन दिमित्रोवग्राद में परमाणु रिएक्टरों के वैज्ञानिक अनुसंधान संस्थान (एनआईआईएआर) की एकमात्र गतिविधि नहीं है। 70 के दशक से, अनुसंधान केंद्र में एक ईंधन प्रौद्योगिकी विभाग रहा है, जहां वे दानेदार यूरेनियम ऑक्साइड के उत्पादन और पहले से ही विकिरणित परमाणु ईंधन (हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम सहित) के प्रसंस्करण के लिए पर्यावरण के अनुकूल तरीके विकसित कर रहे हैं।

इसके अलावा, ईंधन असेंबली (एफए) का भी वहां निर्माण किया जाता है - एक नियंत्रित परमाणु प्रतिक्रिया के माध्यम से रिएक्टर में थर्मल ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए डिज़ाइन किए गए उपकरण। मूलतः, ये एक रिएक्टर के लिए बैटरियां हैं। मैं इस लेख में इस बारे में बात करना चाहता हूं कि वे कैसे और किस चीज से बने हैं। हम उच्च स्तर के विकिरण वाले "गर्म" कक्ष के बिल्कुल अंदर देखेंगे, देखेंगे कि परमाणु ईंधन यूरेनियम ऑक्साइड कैसा दिखता है, और पता लगाएंगे कि एक असामान्य खिड़की में डबल-घुटा हुआ खिड़की की लागत कितनी हो सकती है।

मैं परमाणु रिएक्टर की संरचना और संचालन सिद्धांत के विवरण में नहीं जाऊंगा, लेकिन इसे समझना आसान बनाने के लिए, एक घरेलू वॉटर हीटर की कल्पना करें जिसमें ठंडा पानी बहता है और गर्म पानी निकलता है, और इसे एक इलेक्ट्रिक कॉइल द्वारा गर्म किया जाता है ( दस)। परमाणु रिएक्टर में कोई विद्युत सर्पिल नहीं होता है, लेकिन ईंधन संयोजन होते हैं - लंबे षट्भुज, जिसमें कई पतली धातु ट्यूब होते हैं - ईंधन तत्व (ईंधन तत्व), जिसमें संपीड़ित यूरेनियम ऑक्साइड की गोलियां होती हैं।

(फोटो स्रोत - sdelanounas.ru)

यूरेनियम नाभिक के निरंतर विखंडन के कारण बड़ी मात्रा में ऊष्मा निकलती है, जो पानी या अन्य शीतलक को उच्च तापमान तक गर्म करती है। और फिर योजना के अनुसार:

(स्रोत - lab-37.com)

आमतौर पर, ईंधन असेंबली 2.5-3.5 मीटर लंबे ईंधन तत्वों का एक हेक्सागोनल बंडल होता है, जो लगभग रिएक्टर कोर की ऊंचाई से मेल खाता है। एफए स्टेनलेस स्टील या ज़िरकोनियम मिश्र धातु (न्यूट्रॉन अवशोषण को कम करने के लिए) से बनाए जाते हैं। रिएक्टर में परमाणु ईंधन के लेखांकन और संचलन को सरल बनाने के लिए ईंधन तत्वों (पतली ट्यूबों) को ईंधन असेंबलियों में इकट्ठा किया जाता है। एक ईंधन असेंबली में आमतौर पर 18-350 ईंधन तत्व होते हैं। रिएक्टर कोर में आमतौर पर 200-1600 ईंधन असेंबलियाँ होती हैं (रिएक्टर के प्रकार के आधार पर)।

यह रिएक्टर (बॉयलर) का ढक्कन जैसा दिखता है, जिसके नीचे ईंधन असेंबलियाँ ऊर्ध्वाधर स्थिति में स्थित होती हैं। एक वर्ग - एक विधानसभा. एक असेंबली - लगभग 36 ट्यूब (आरबीएमके रिएक्टर के लिए, जो नीचे दी गई तस्वीर में दिखाया गया है; अन्य रिएक्टरों के लिए अधिक ट्यूब हैं, लेकिन कम असेंबली हैं)।

(फोटो सोर्स-visualrian.ru)

और इस प्रकार ईंधन असेंबली बनाने वाली ईंधन रॉड ट्यूब की व्यवस्था की जाती है:

आरबीएमके रिएक्टर ईंधन तत्व संरचना: 1 - प्लग; 2 - यूरेनियम डाइऑक्साइड गोलियाँ; 3 - ज़िरकोनियम खोल; 4 - वसंत; 5 - झाड़ी; 6 - टिप.

ईंधन तत्व (ट्यूब) और ईंधन असेंबली बॉडी:

और सब कुछ ठीक हो जाएगा यदि जादुई यूरेनियम ऑक्साइड की गोलियाँ परमाणु प्रतिक्रिया के दौरान अन्य तत्वों में विघटित न हों। जब ऐसा होता है, तो रिएक्टर की प्रतिक्रियाशीलता कमजोर हो जाती है और श्रृंखला प्रतिक्रिया स्वचालित रूप से बंद हो जाती है। कोर (ईंधन तत्व) में यूरेनियम को प्रतिस्थापित करने के बाद ही इसे फिर से शुरू किया जा सकता है। ट्यूबों में जो कुछ भी जमा हुआ है उसे रिएक्टर से उतारकर दफना देना चाहिए। या पुन: उपयोग के लिए रीसाइक्लिंग करें, जो अधिक आकर्षक है, क्योंकि परमाणु उद्योग में हर कोई अपशिष्ट मुक्त उत्पादन और पुनर्जनन के लिए प्रयास कर रहा है
वॉकी-टॉकीज़। परमाणु कचरे के भंडारण पर पैसा क्यों खर्च करें यदि आप इसके विपरीत, उनसे वह पैसा कमा सकते हैं?

यह आरआईएआर के इस विभाग में है कि वे खर्च किए गए परमाणु ईंधन के पुनर्जनन के लिए प्रौद्योगिकियों पर काम कर रहे हैं, रेडियोधर्मी खाद को उपयोगी तत्वों में अलग कर रहे हैं और जो कभी भी कहीं भी उपयोगी नहीं होंगे।

इस प्रयोजन के लिए, रासायनिक पृथक्करण विधियों का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। सबसे सरल विकल्प समाधान पुनर्प्रसंस्करण है, लेकिन यह विधि सबसे बड़ी मात्रा में तरल रेडियोधर्मी अपशिष्ट पैदा करती है, इसलिए यह तकनीक परमाणु युग की शुरुआत में ही लोकप्रिय थी। वर्तमान में, आरआईएआर तथाकथित "सूखी" विधियों में सुधार कर रहा है, जो बहुत कम ठोस अपशिष्ट पैदा करता है, जिसे निपटाना बहुत आसान है, इसे कांच के द्रव्यमान में बदल दिया जाता है।

खर्च किए गए परमाणु ईंधन के पुनर्संसाधन के लिए सभी आधुनिक तकनीकी योजनाएं प्योरएक्स प्रक्रिया (अंग्रेजी पु यू रिकवरी एक्सट्रैक्शन से) नामक निष्कर्षण प्रक्रियाओं पर आधारित हैं, जिसमें विखंडन उत्पादों के साथ यूरेनियम के मिश्रण से प्लूटोनियम का रिडक्टिव पुन: निष्कर्षण शामिल है। पुनर्प्रसंस्करण के दौरान पृथक किए गए प्लूटोनियम का उपयोग यूरेनियम ऑक्साइड के मिश्रण में ईंधन के रूप में किया जा सकता है। इस ईंधन को MOX (मिश्रित-ऑक्साइड ईंधन, MOX) कहा जाता है। इसे ईंधन प्रौद्योगिकी विभाग में आरआईएआर में भी प्राप्त किया जाता है। यह एक आशाजनक ईंधन है.

सभी अनुसंधान और उत्पादन प्रक्रियाएं ऑपरेटरों द्वारा दूर से, बंद कक्षों और सुरक्षात्मक बक्सों में की जाती हैं।

यह कुछ इस तरह दिखता है:

ऐसे इलेक्ट्रोमैकेनिकल मैनिपुलेटर्स की मदद से, ऑपरेटर "गर्म" कोशिकाओं में विशेष उपकरणों को नियंत्रित करते हैं। ऑपरेटर को उच्च रेडियोधर्मिता से केवल मीटर-मोटी लेड ग्लास द्वारा संरक्षित किया जाता है, जिसमें 9-10 अलग-अलग प्लेटें, 10 सेमी मोटी होती हैं।

केवल एक गिलास की लागत उल्यानोवस्क में एक अपार्टमेंट की लागत के बराबर है, और पूरे कक्ष का अनुमान लगभग 100 मिलियन रूबल है। विकिरण के प्रभाव में, कांच धीरे-धीरे अपनी पारदर्शिता खो देता है और उसे बदलने की आवश्यकता होती है। क्या आप फोटो में जोड़-तोड़ करने वाले का "हाथ" देख सकते हैं?

किसी मैनिपुलेटर को कुशलतापूर्वक नियंत्रित करने का तरीका सीखने के लिए, आपको वर्षों के प्रशिक्षण और अनुभव की आवश्यकता है। लेकिन उनकी मदद से, कभी-कभी चैम्बर के अंदर छोटे-छोटे नटों को खोलना और कसने जैसे ऑपरेशन करना आवश्यक हो जाता है।

"गर्म" कोशिकाओं के हॉल में मेज पर, आप ग्लास कैप्सूल में परमाणु ईंधन के नमूने देख सकते हैं। कई प्रयोगशाला मेहमान लगातार इस सूटकेस को तिरछी नज़र से देखते हैं और करीब आने से डरते हैं। लेकिन यह केवल एक दिखावा है, हालांकि बहुत यथार्थवादी है। यह बिल्कुल यूरेनियम डाइऑक्साइड जैसा दिखता है, जिससे ईंधन छड़ों के लिए जादुई ईंधन छर्रों को बनाया जाता है - एक चमकदार काला पाउडर।

यूरेनियम डाइऑक्साइड में कोई चरण संक्रमण नहीं होता है और यह उन अवांछनीय भौतिक प्रक्रियाओं के प्रति कम संवेदनशील होता है जो उच्च कोर तापमान पर यूरेनियम धातु के साथ होती हैं। यूरेनियम डाइऑक्साइड ज़िरकोनियम, नाइओबियम, स्टेनलेस स्टील और अन्य सामग्रियों के साथ परस्पर क्रिया नहीं करता है जिनसे ईंधन असेंबली और ईंधन रॉड ट्यूब बनाए जाते हैं। ये गुण परमाणु रिएक्टरों में इसका उपयोग करना संभव बनाते हैं, उच्च तापमान प्राप्त करते हैं और इसलिए, उच्च रिएक्टर दक्षता प्राप्त करते हैं।

मैनिपुलेटर नियंत्रण कक्ष थोड़ा अलग संशोधन है। इस सेल में कोई शीशा नहीं है, इसलिए अंदर लगे कैमरों से निगरानी की जाती है।

यह क्या है?! गर्म कोठरी में एक आदमी?! लेकिन...

यह ठीक है, यह एक "स्वच्छ" कैमरा है। रखरखाव के दौरान, इसमें विकिरण का स्तर अनुमेय मूल्यों से अधिक नहीं होता है, इसलिए आप विशेष रेडियो सुरक्षा उपकरणों के बिना भी इसमें काम कर सकते हैं। जाहिरा तौर पर, यह इस कक्ष में है कि ईंधन असेंबलियों की अंतिम असेंबली पहले से ही यूरेनियम छर्रों से चार्ज की गई ईंधन छड़ों से की जाती है।

खुले परमाणु ईंधन के लिए इतनी आरामदायक निकटता को देखते हुए, प्रयोगशाला में विकिरण का स्तर प्राकृतिक मूल्यों से अधिक नहीं है। यह सब सख्त विकिरण सुरक्षा तकनीकों के माध्यम से हासिल किया गया है। लोग अपने स्वास्थ्य को नुकसान पहुंचाए बिना दशकों से ऑपरेटर के रूप में काम कर रहे हैं।

अभी कुछ समय पहले ही, अपने ब्लॉग पर, मैंने पहले ही बात की थी कि दुनिया की सबसे महंगी धातु - कैलिफ़ोर्निया-252 - का उत्पादन कैसे और कहाँ होता है। लेकिन इस अति-महंगे पदार्थ का उत्पादन दिमित्रोवग्राद में परमाणु रिएक्टरों के वैज्ञानिक अनुसंधान संस्थान (एनआईआईएआर) की एकमात्र गतिविधि नहीं है। 70 के दशक से, अनुसंधान केंद्र में एक ईंधन प्रौद्योगिकी विभाग रहा है, जहां वे दानेदार यूरेनियम ऑक्साइड के उत्पादन और पहले से ही विकिरणित परमाणु ईंधन (हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम सहित) के प्रसंस्करण के लिए पर्यावरण के अनुकूल तरीके विकसित कर रहे हैं।

इसके अलावा, ईंधन असेंबली (एफए) का भी वहां निर्माण किया जाता है - एक नियंत्रित परमाणु प्रतिक्रिया के माध्यम से रिएक्टर में थर्मल ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए डिज़ाइन किए गए उपकरण। मूलतः, ये एक रिएक्टर के लिए बैटरियां हैं। मैं इस लेख में इस बारे में बात करना चाहता हूं कि वे कैसे और किस चीज से बने हैं। हम उच्च स्तर के विकिरण वाले "गर्म" कक्ष के बिल्कुल अंदर देखेंगे, देखेंगे कि परमाणु ईंधन यूरेनियम ऑक्साइड कैसा दिखता है, और पता लगाएंगे कि एक असामान्य खिड़की में डबल-घुटा हुआ खिड़की की लागत कितनी हो सकती है।

मैं परमाणु रिएक्टर की संरचना और संचालन सिद्धांत के विवरण में नहीं जाऊंगा, लेकिन इसे समझना आसान बनाने के लिए, एक घरेलू वॉटर हीटर की कल्पना करें जिसमें ठंडा पानी बहता है और गर्म पानी निकलता है, और इसे एक इलेक्ट्रिक कॉइल द्वारा गर्म किया जाता है ( दस)। परमाणु रिएक्टर में कोई विद्युत सर्पिल नहीं होता है, लेकिन ईंधन संयोजन होते हैं - लंबे षट्भुज, जिसमें कई पतली धातु ट्यूब होते हैं - ईंधन तत्व (ईंधन तत्व), जिसमें संपीड़ित यूरेनियम ऑक्साइड की गोलियां होती हैं।

(फोटो स्रोत - sdelanounas.ru)

यूरेनियम नाभिक के निरंतर विखंडन के कारण बड़ी मात्रा में ऊष्मा निकलती है, जो पानी या अन्य शीतलक को उच्च तापमान तक गर्म करती है। और फिर योजना के अनुसार:

(स्रोत - lab-37.com)

आमतौर पर, ईंधन असेंबली 2.5-3.5 मीटर लंबे ईंधन तत्वों का एक हेक्सागोनल बंडल होता है, जो लगभग रिएक्टर कोर की ऊंचाई से मेल खाता है। एफए स्टेनलेस स्टील या ज़िरकोनियम मिश्र धातु (न्यूट्रॉन अवशोषण को कम करने के लिए) से बनाए जाते हैं। रिएक्टर में परमाणु ईंधन के लेखांकन और संचलन को सरल बनाने के लिए ईंधन तत्वों (पतली ट्यूबों) को ईंधन असेंबलियों में इकट्ठा किया जाता है। एक ईंधन असेंबली में आमतौर पर 18-350 ईंधन तत्व होते हैं। रिएक्टर कोर में आमतौर पर 200-1600 ईंधन असेंबलियाँ होती हैं (रिएक्टर के प्रकार के आधार पर)।

यह रिएक्टर (बॉयलर) का ढक्कन जैसा दिखता है, जिसके नीचे ईंधन असेंबलियाँ ऊर्ध्वाधर स्थिति में स्थित होती हैं। एक वर्ग - एक विधानसभा. एक असेंबली लगभग 36 ट्यूब है (आरबीएमके रिएक्टर के लिए, जो नीचे दी गई तस्वीर में दिखाया गया है; अन्य रिएक्टरों के लिए अधिक ट्यूब हैं, लेकिन कम असेंबली हैं)।

(फोटो सोर्स-visualrian.ru)

और इस प्रकार ईंधन असेंबली बनाने वाली ईंधन रॉड ट्यूब की व्यवस्था की जाती है:

आरबीएमके रिएक्टर ईंधन तत्व डिजाइन: 1 - प्लग; 2 - यूरेनियम डाइऑक्साइड गोलियाँ; 3 - ज़िरकोनियम खोल; 4 - वसंत; 5 - झाड़ी; 6 - टिप.

ईंधन तत्व (ट्यूब) और ईंधन असेंबली बॉडी:

और सब कुछ ठीक हो जाएगा यदि जादुई यूरेनियम ऑक्साइड की गोलियाँ परमाणु प्रतिक्रिया के दौरान अन्य तत्वों में विघटित न हों। जब ऐसा होता है, तो रिएक्टर की प्रतिक्रियाशीलता कमजोर हो जाती है और श्रृंखला प्रतिक्रिया स्वचालित रूप से बंद हो जाती है। कोर (ईंधन तत्व) में यूरेनियम को प्रतिस्थापित करने के बाद ही इसे फिर से शुरू किया जा सकता है। ट्यूबों में जो कुछ भी जमा हुआ है उसे रिएक्टर से उतारकर दफना देना चाहिए। या पुन: उपयोग के लिए रीसाइक्लिंग करें, जो अधिक आकर्षक है, क्योंकि परमाणु उद्योग में हर कोई अपशिष्ट मुक्त उत्पादन और पुनर्जनन के लिए प्रयास कर रहा है
वॉकी-टॉकीज़। परमाणु कचरे के भंडारण पर पैसा क्यों खर्च करें यदि आप इसके विपरीत, उनसे वह पैसा कमा सकते हैं?

यह आरआईएआर के इस विभाग में है कि वे खर्च किए गए परमाणु ईंधन के पुनर्जनन के लिए प्रौद्योगिकियों पर काम कर रहे हैं, रेडियोधर्मी खाद को उपयोगी तत्वों में अलग कर रहे हैं और जो कभी भी कहीं भी उपयोगी नहीं होंगे।

इस प्रयोजन के लिए, रासायनिक पृथक्करण विधियों का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। सबसे सरल विकल्प समाधान पुनर्प्रसंस्करण है, लेकिन यह विधि सबसे बड़ी मात्रा में तरल रेडियोधर्मी अपशिष्ट पैदा करती है, इसलिए यह तकनीक केवल परमाणु युग की शुरुआत में ही लोकप्रिय थी। वर्तमान में, आरआईएआर तथाकथित "सूखी" विधियों में सुधार कर रहा है, जो बहुत कम ठोस अपशिष्ट पैदा करता है, जिसे निपटाना बहुत आसान है, इसे कांच के द्रव्यमान में बदल दिया जाता है।

खर्च किए गए परमाणु ईंधन के पुनर्संसाधन के लिए सभी आधुनिक तकनीकी योजनाएं प्योरएक्स प्रक्रिया (अंग्रेजी पु यू रिकवरी एक्सट्रैक्शन से) नामक निष्कर्षण प्रक्रियाओं पर आधारित हैं, जिसमें विखंडन उत्पादों के साथ यूरेनियम के मिश्रण से प्लूटोनियम का रिडक्टिव पुन: निष्कर्षण शामिल है। पुनर्प्रसंस्करण के दौरान पृथक किए गए प्लूटोनियम का उपयोग यूरेनियम ऑक्साइड के मिश्रण में ईंधन के रूप में किया जा सकता है। इस ईंधन को MOX (मिश्रित-ऑक्साइड ईंधन, MOX) कहा जाता है। इसे ईंधन प्रौद्योगिकी विभाग में आरआईएआर में भी प्राप्त किया जाता है। यह एक आशाजनक ईंधन है.

सभी अनुसंधान और उत्पादन प्रक्रियाएं ऑपरेटरों द्वारा दूर से, बंद कक्षों और सुरक्षात्मक बक्सों में की जाती हैं।

यह कुछ इस तरह दिखता है:

ऐसे इलेक्ट्रोमैकेनिकल मैनिपुलेटर्स की मदद से, ऑपरेटर "गर्म" कोशिकाओं में विशेष उपकरणों को नियंत्रित करते हैं। ऑपरेटर को उच्च रेडियोधर्मिता से केवल मीटर-मोटी लेड ग्लास द्वारा संरक्षित किया जाता है, जिसमें 9-10 अलग-अलग प्लेटें, 10 सेमी मोटी होती हैं।

केवल एक गिलास की लागत उल्यानोवस्क में एक अपार्टमेंट की लागत के बराबर है, और पूरे कक्ष का अनुमान लगभग 100 मिलियन रूबल है। विकिरण के प्रभाव में, कांच धीरे-धीरे अपनी पारदर्शिता खो देता है और उसे बदलने की आवश्यकता होती है। क्या आप फोटो में जोड़-तोड़ करने वाले का "हाथ" देख सकते हैं?

किसी मैनिपुलेटर को कुशलतापूर्वक नियंत्रित करने का तरीका सीखने के लिए, आपको वर्षों के प्रशिक्षण और अनुभव की आवश्यकता है। लेकिन उनकी मदद से, कभी-कभी चैम्बर के अंदर छोटे-छोटे नटों को खोलना और कसने जैसे ऑपरेशन करना आवश्यक हो जाता है।

"गर्म" कोशिकाओं के हॉल में मेज पर, आप ग्लास कैप्सूल में परमाणु ईंधन के नमूने देख सकते हैं। कई प्रयोगशाला मेहमान लगातार इस सूटकेस को तिरछी नज़र से देखते हैं और करीब आने से डरते हैं। लेकिन यह केवल एक दिखावा है, हालांकि बहुत यथार्थवादी है। यह बिल्कुल यूरेनियम डाइऑक्साइड जैसा दिखता है, जिससे ईंधन छड़ों के लिए जादुई ईंधन छर्रों को बनाया जाता है - एक चमकदार काला पाउडर।

यूरेनियम डाइऑक्साइड में कोई चरण संक्रमण नहीं होता है और यह उन अवांछनीय भौतिक प्रक्रियाओं के प्रति कम संवेदनशील होता है जो उच्च कोर तापमान पर यूरेनियम धातु के साथ होती हैं। यूरेनियम डाइऑक्साइड ज़िरकोनियम, नाइओबियम, स्टेनलेस स्टील और अन्य सामग्रियों के साथ परस्पर क्रिया नहीं करता है जिनसे ईंधन असेंबली और ईंधन रॉड ट्यूब बनाए जाते हैं। ये गुण परमाणु रिएक्टरों में इसका उपयोग करना संभव बनाते हैं, उच्च तापमान प्राप्त करते हैं और इसलिए, उच्च रिएक्टर दक्षता प्राप्त करते हैं।

मैनिपुलेटर नियंत्रण कक्ष थोड़ा अलग संशोधन है। इस सेल में कोई शीशा नहीं है, इसलिए अंदर लगे कैमरों से निगरानी की जाती है।

यह क्या है?! गर्म कोठरी में एक आदमी?! लेकिन…

यह ठीक है, यह एक "स्वच्छ" कैमरा है। रखरखाव के दौरान, इसमें विकिरण का स्तर अनुमेय मूल्यों से अधिक नहीं होता है, इसलिए आप विशेष रेडियो सुरक्षा उपकरणों के बिना भी इसमें काम कर सकते हैं। जाहिरा तौर पर, यह इस कक्ष में है कि ईंधन असेंबलियों की अंतिम असेंबली पहले से ही यूरेनियम छर्रों से चार्ज की गई ईंधन छड़ों से की जाती है।

खुले परमाणु ईंधन के लिए इतनी आरामदायक निकटता को देखते हुए, प्रयोगशाला में विकिरण का स्तर प्राकृतिक मूल्यों से अधिक नहीं है। यह सब सख्त विकिरण सुरक्षा तकनीकों के माध्यम से हासिल किया गया है। लोग अपने स्वास्थ्य को नुकसान पहुंचाए बिना दशकों से ऑपरेटर के रूप में काम कर रहे हैं।