Nhiên liệu hạt nhân – Wikipedia tiếng Việt

Nhiên liệu hạt nhân là chất được sử dụng trong các nhà máy năng lượng hạt nhân để tạo ra nhiệt cung cấp cho các tua bin. Nhiệt lượng được tạo thành khi nhiên liệu hạt nhân trải qua phản ứng phân hạch.

Hầu hết nguyên vật liệu hạt nhân đều chứa những nguyên tố nặng có năng lực xảy ra quy trình phản ứng phân hạch ví dụ như urani-235 hoặc plutoni-239. Khi những hạt nhân không không thay đổi của những nguyên tố này va chạm nhau bởi sự hoạt động chậm của neutron, rồi phân loại tạo thành hai hạt nhân con và hai hoặc nhiều hơn ba neutron. Sau đó những neutron này liên tục phân loại ra nhiều hạt nhân. Điều này giúp duy trì phản ứng dây chuyền sản xuất được trấn áp trong lò phản ứng hạt nhân hoặc không bị hạn chế trong vũ khí hạt nhân .

Quá trình này bao gồm sự khai khoáng, tinh luyện, tinh chế, sử dụng, sắp đặt nhiên liệu hạt nhân được biết với tên gọi chung là chu trình nhiên liệu hạt nhân.

Không phải tổng thể loại nguyên vật liệu hạt nhân đều tạo ra năng lượng từ phản ứng phân hạch ; plutoni – 238 và một vài nguyên tố khác thường được sử dụng để sản xuất một chút ít năng lượng hạt nhân do tại sự phân rã phóng xạ của nó trong máy phát điện đồng vị phóng xạ và trong những dạng khác của pin nguyên tử .Nhiên liệu hạt nhân có tỷ lệ năng lượng cao nhất trong tổng thể những nguồn nguyên vật liệu thực tiễn .

Nhiên liệu oxide[sửa|sửa mã nguồn]

Mục đích của phản ứng phân hạch, chất đốt ( nổi bật là uranium ), thường được dựa trên oxide sắt kẽm kim loại ; những oxide này được sử dụng thay vì sử dụng chính sắt kẽm kim loại đó chính bới điểm nóng chảy của oxide cao hơn sắt kẽm kim loại cũng như nó không hề bị đốt cháy và luôn ở trạng thái oxy hóa .
Uranium dioxide là một chất bán dẫn màu đen. Nó được sản xuất bởi phản ứng uranyl nitrat với base ( ammonia ) để hình thành chất rắn ( amoni uranate ). Nó được làm nóng để hình thành U3O8 và sau đó hoàn toàn có thể bị biến hóa bởi sự nung nóng argon / hỗn hợp hydro ( 700 °C ) tạo thành UO2. UO2 sau đó trộn với chất kết dính hữu cơ và nén thành hạt nhỏ, những hạt nhỏ này được đốt cháy trong nhiệt độ cao ( H2 / Ar ) rồi nung kết thành chất rắn. Mục đích là hình thành chất rắn đậm đặc có ít bọt .Độ dẫn điện của Uranium dioxide rất thấp so với Zirconi và điều đó giảm xuống khi nhiệt độ tăng lên. Sự ăn mòn của UO2 trong nước được trấn áp bởi những quy trình giống nhau điện hóa học cho tới sự ăn mòn của dòng điện trên mặt phẳng sắt kẽm kim loại .
Hỗn hợp oxide hay nguyên vật liệu MOX là sự trộn lẫn của plutonium và tự nhiên hoặc làm thiếu vắng urani khi quản lý và vận hành giống nhau để làm giàu uranium phân phối cho nhiều lò phản ứng hạt nhân. Nhiên liệu MOX là sự thay thế sửa chữa việc làm giàu uranium ít đi cũng sử dụng trong lò phản ứng nước nhẹ vượt trội hơn so với sự hình thành năng lượng hạt nhân .Một số lo ngại đã được bày tỏ ra rằng sử dụng nhiều lõi MOX sẽ vô hiệu nhiều thử thách mới, mặc dầu MOX chính là làm dư số plutonium do sự đổi khác .Quá trình tái chế có giá trị thương mại của nguyên vật liệu hạt nhân đã được triển khai để sản xuất MOX trong nhà máy sản xuất ở Anh. Tính đến năm năm ngoái, hỗn hợp oxide được sản xuất ở Pháp ( xem ở website hạt nhân Marcoule ) và ở một mức độ thấp hơn ở Nga, Ấn Độ và Nhật Bản. Trung Quốc có kế hoạch tăng trưởng nhanh những lò phản ứng tái sinh và quy trình tái chế .Các công ty năng lượng hạt nhân trên toàn thế giới trải qua một đề xuất kiến nghị ở Hoa Kỳ của chính quyền sở tại tổng thống George W. Bush hình thành quan hệ đối tác chiến lược quốc tế xem nguyên vật liệu hạt nhân đã qua sử dụng để tái chế plutoni điều đó tiện nghi cho nguyên vật liệu hạt nhân chứ không phải cho vũ khí hạt nhân. Việc tái xử lí nguyên vật liệu hạt nhân đã qua sử dụng không được cấp phép ở Hoa Kỳ do những xem xét không phổ cập .Tất cả những vương quốc khác tái chế vũ khí hạt nhân đã có từ lâu rồi sử dụng nguyên vật liệu đó để điều tra và nghiên cứu trong quân đội ngoại trừ Nhật Bản. Thông thường với nguyên vật liệu đổi khác cứ ba năm một lần, khoảng chừng 50% số Pu-239 bị đốt cháy trong lò phản ứng, cung ứng khoảng chừng 1/3 tổng năng lượng. Nó hoạt động giải trí giống như là U-235 và sự phân hạch giải phóng ra một nguồn năng lượng tương tự như. Đốt cháy càng lớn, càng tiêu tốn nhiều lượng plutoni, phần phân hạch của plutonium càng thấp. Thông thường khoảng chừng 1 % nguyên vật liệu sử dụng được thải ra từ lò phản ứng là plutonium và 2/3 trong chúng được phân hạch ( 50 % Pu-239, 15 % Pu-241 ) .Toàn quốc tế có khoảng chừng 70 tấn plutonium chứa trong nguyên vật liệu đã qua sử dụng được vô hiệu khi những lò phản ứng tiếp nguyên vật liệu mỗi năm .

Nhiên liệu sắt kẽm kim loại[sửa|sửa mã nguồn]

Nhiên liệu sắt kẽm kim loại có lợi thế về độ dẫn nhiệt cao hơn nhiều so với nguyên vật liệu oxide nhưng không hề sống sót ở nhiệt độ cao như nhau. Nhiên liệu sắt kẽm kim loại có một lịch sử dân tộc lâu dài hơn, lê dài từ lò phản ứng clementine [ 1 ] vào năm 1946 với nhiều thí nghiệm và điều tra và nghiên cứu lò phản ứng .Nhiều nguyên vật liệu sắt kẽm kim loại có tiềm năng lớn về tỷ lệ phân rã của nguyên tử. Nhiên liệu sắt kẽm kim loại thường dùng để làm kim loại tổng hợp nhưng có 1 số ít được sản xuất với uranium nguyên chất. Các kim loại tổng hợp Urani đã được sử dụng gồm có nhôm uranium, uranium zirconi, uranium silic, urani molypden và urani zirconium hydride. Bất kỳ loại nguyên vật liệu nào nói trên đều hoàn toàn có thể được sản xuất bằng plutonium và những actinides khác như thể một phần của quy trình nguyên vật liệu hạt nhân khép kín. Nhiên liệu sắt kẽm kim loại đã được sử dụng trong những lò phản ứng hơi nước và lò phản ứng với sắt kẽm kim loại lỏng, ví dụ điển hình như ( EBR-ll ). [ 2 ]

Nhiên liệu Actinide[sửa|sửa mã nguồn]

Trong một lò phản ứng neutron nhanh, những actinit nhỏ được tạo ra bằng cách thu nhận neutron của urani và plutoni hoàn toàn có thể được sử dụng làm nguyên vật liệu. Nhiên liệu actinide sắt kẽm kim loại thường là một kim loại tổng hợp của zirconium, urani, plutonium. Nó hoàn toàn có thể được thực thi bảo đảm an toàn bằng với việc mở rộng nhiệt kim loại tổng hợp của sắt kẽm kim loại sẽ làm tăng rò rỉ neutron .

Plutonium nóng chảy[sửa|sửa mã nguồn]

Plutoni nóng chảy, kim loại tổng hợp với những sắt kẽm kim loại khác để hạ thấp điểm nóng chảy của nó và kết vỏ trong tantali [ 3 ], đã được thử nghiệm trong hai lò phản ứng LAMPRE I và LAMPRE II tại LANL trong những năm 1960. LAMPRE đã trải qua ba lần thất bại khi phân tách nguyên vật liệu trong quy trình hoạt động giải trí [ 4 ] .

Nhiên liệu TRIGA[sửa|sửa mã nguồn]

TRIGA fuel là thuật ngữ được dùng trong TRIGA ( sự huấn luyện và đào tạo, điều tra và nghiên cứu, đồng vị, tổng quát những nguyên tử ) của những lò phản ứng. Sử dụng nguyên vật liệu UZrH, trong đó có sự thôi thúc của thông số nhiệt độ để nguyên vật liệu xảy ra theo khunh hướng xấu đi, có nghĩa là khi nhiệt độ của lõi tăng thì sự phản ứng giảm thế cho nên rất khó để cho năng lượng phóng xạ phát ra. Hầu hết những lõi sử dụng nguyên vật liệu này là những lõi rò rỉ cao, nơi những neutron bị rò rỉ dư thừa hoàn toàn có thể sử dụng để điều tra và nghiên cứu. Nhiên liệu TRIGA khởi đầu được phong cách thiết kế để làm giàu uranium, tuy nhiên vào năm 1978 bộ năng lượng Hoa kỳ tiến hành giảm cường độ điều tra và nghiên cứu cho những lò phản ứng, thôi thúc phản ứng chuyển hóa sang làm giàu uranium thấp. Tổng cộng có 35 nhà máy sản xuất được lắp ráp tại những khu vực xuyên suốt Hoa Kỳ. Xa hơn nữa 35 lò phản ứng cũng đã được lắp ráp ở nhiều những vương quốc khác nhau .

Nhiên liệu bằng gốm[sửa|sửa mã nguồn]

Nhiên liệu bằng gốm thường có lợi thế so với nguyên vật liệu oxide về độ dẫn nhiệt cao và điểm nóng chảy, nhưng chúng dễ bị phình to so với nguyên vật liệu oxide và cũng không hề thuận tiện chớp lấy về nó .
Đây là nguyên vật liệu thường được lựa chọn để phong cách thiết kế lò phản ứng mà NASA sản xuất, một quyền lợi của UN là độ dẫn nhiệt hơn UO2 và UN có điểm nóng chảy cao. Nhiên liệu này sử dụng rất bất lợi trừ khi 15 N được sửa chữa thay thế 14N, một lượng lớn 14 C được tạo thành từ phản ứng của nitơ ( n, p ). Khí nitơ thiết yếu cho nguyên vật liệu thì quá tốn kém dẫn đến nguyên vật liệu hoàn toàn có thể được tái chế qua quy trình pyro để lượng 15N được hồi sinh. Nếu nguyên vật liệu hòa tan với acid nitric thì nitơ được làm giàu với 15N pha loãng với 14N thường thì .
Phần lớn những gì được biết về Uranium carbide là ở dạng những nguyên tố nguyên vật liệu dạng pin cho những lò phản ứng sắt kẽm kim loại lỏng trong quy trình nghiên cứu và điều tra mãnh liệt trong những năm 1960 và 1970. Tuy nhiên, gần đây sự chăm sóc về yếu tố hồi sinh uranium carbide ở nguyên vật liệu tấm và nhiều chú ý quan tâm hơn là hạt nguyên vật liệu vi mô ( ví dụ Triso ) .Độ dẫn nhiệt và điểm nóng chảy cao khiến cho uranium carbide là một nguyên vật liệu mê hoặc. Ngoài ra, chính bới sự thiếu oxy trong nguyên vật liệu ( trong quy trình chiếu xạ, áp suất khí dư thừa hoàn toàn có thể hình thành O2 hoặc những khí khác ) cũng như năng lực bổ trợ lớp phủ gốm ( giao diện gốm sứ ) có sự lợi thế về cấu trúc và hóa học ), Urani carbide hoàn toàn có thể là ứng viên nguyên vật liệu lý tưởng cho một số ít lò phản ứng thế hệ thứ 4 cũng như lò phản ứng nhanh làm mát bằng khí .

Nhiên liệu lỏng[sửa|sửa mã nguồn]

Nhiên liệu lỏng là những chất lỏng có chứa nguyên vật liệu hạt nhân hòa tan và được chứng tỏ là có nhiều ưu điểm quản lý và vận hành so với những chiêu thức sử dụng nguyên vật liệu rắn truyền thống lịch sử .Các lò phản ứng nguyên vật liệu lỏng phân phối những lợi thế bảo đảm an toàn đáng kể do chính sách tự kiểm soát và điều chỉnh của lò phản ứng luôn không thay đổi. Điều này cung ứng hai quyền lợi chính : hầu hết vô hiệu những năng lực nhanh gọn xảy ra sự cố trong lò phản ứng, cung ứng năng lực tải tự động hóa tương thích với việc phát điện và những ứng dụng nhiệt của công nghiệp ở nhiệt độ cao .Một ưu điểm lớn của lõi chất lỏng là năng lực thoát nước nhanh gọn bảo đảm an toàn vào bể chứa bị động. Lợi thế này đã được chứng tỏ một cách liên tục như thể một phần của hoạt động giải trí chấm hết hàng tuần của chương trình ORNL MSRE xuyên suốt trong 4 năm thành công xuất sắc .Một ưu điểm nửa của lõi chất lỏng là năng lực giải phóng khí nexon thường hoạt động giải trí như một chất hấp thụ neutron và gây ra sự biến dạng cấu trúc của những nguyên tố nguyên vật liệu rắn dẫn đến thay thế sửa chữa sớm những thanh nhiên liệu rắn với hơn 98 % nguyên vật liệu hạt nhân không bị cháy gồm có những actinit lâu bền hơn. trái lại những lò phản ứng muối nóng chảy ( MSR ) có năng lực giữ lại hỗn hợp nguyên vật liệu trong thời hạn dài, không riêng gì làm tăng hiệu suất nguyên vật liệu mà còn đốt cháy hầu hết chất thải như một phần hoạt động giải trí thông thường .

Muối nóng chảy[sửa|sửa mã nguồn]

Nhiên liệu muối nóng chảy có nguyên vật liệu hạt nhân hòa tan trực tiếp trong chất làm mát muối nóng chảyNhiên liệu muối nóng chảy được sử dụng trong LFTR được gọi là thí nghiệm phản ứng muối nóng chảy cũng như những thí nghiệm phản ứng lõi chất lỏng khác. Nhiên liệu lỏng của phản ứng muối nóng chảy là hỗn hợp của lithium, beryllium, thori và urani fluoride : LiF-BeF2-ThF4-UF4 ( 72-16-12 – 0.4 mol % ). Nó có nhiệt độ hoạt động giải trí cao nhất ở 705 °C trong phòng thí nghiệm và hoàn toàn có thể hoạt động giải trí ở nhiệt độ cao hơn nữa vì nhiệt độ sôi của muối nóng chảy cao hơn 1400 °C .

Một số hình dạng vật lí của nguyên vật liệu hạt nhân[sửa|sửa mã nguồn]

Bột Uranium dioxide ( UO2 ) được nén lại thành viên hình tròn trụ và đốt cháy ở nhiệt độ cao để sản xuất viên nguyên vật liệu bằng gốm với tỷ lệ cao được xác lập rõ đặc thù vật lí và thành phần hóa học .Một quy trình mài giũa để đạt được hình tròn trụ hình học với dung sai hẹp. Những viên nguyên vật liệu này được xếp chồng lên nhau và đổ đầy vào những ống sắt kẽm kim loại. Kim loại sử dụng cho những ống phụ thuộc vào vào phong cách thiết kế của lò phản ứng .Thép không gỉ đã được dùng trong quá khứ, nhưng hầu hết những lò phản ứng lúc bấy giờ đều dùng kim loại tổng hợp zirconi, ngoài việc có năng lực chống ăn mòn cao còn có năng lực hấp thụ neutron thấp. Các ống chứa viên nguyên vật liệu được xác nhận và những thanh nhiên liệu được nhóm lại thành những cụm để xây cốt lõi của lò phản ứng năng lượng .Lớp bên ngoài của thanh nguyên vật liệu sống sót giữa chất làm mát và nguyên vật liệu hạt nhân. Nó được làm bằng vật tư chống ăn mòn với tiết diện hấp thụ thấp nhiệt của những notron thường là zircaloy hay thép trong những khu công trình văn minh hoặc magie với một lượng nhỏ nhôm và những sắt kẽm kim loại khác của lò phản ứng magnox đã lỗi thời. Lớp phủ ngăn ngừa những lớp phân hạch phóng xạ thoát khỏi nguyên vật liệu rồi vào trong chất làm mát và bị hấp thụ .
Ảnh Ủy ban điều tiết hạt nhân ( NRC ) Viên nguyên vật liệu tươi đã chuẩn bị sẵn sàng để lắp ráp

Nhiên liệu PWR[sửa|sửa mã nguồn]

Nhiên liệu lò phản ứng áp suất nước gồm có những que hình tròn trụ được đưa vào bó. Một viên gốm oxide urani tạo thành dạng viên và được đưa vào những ống kim loại tổng hợp Zircaloy rồi gói lại với nhau .Các ống Zircaloy có đường kính khoảng chừng 1 cm và chứa đầy khí heli để cải thiện sự dẫn nhiệt từ nguyên vật liệu đến lớp phủ. Có khoảng chừng 179 – 264 thanh nguyên vật liệu cho mỗi bó nguyên vật liệu và khoảng chừng 129 – 193 được nạp vào lõi lò phản ứng .Nói chung những gói nguyên vật liệu gồm có những thanh nhiên liệu đi kèm 14 * 14 đến 17 * 17 và gói nguyên vật liệu PWR dài khoảng chừng 4 mét. Trong những bó nguyên vật liệu PWR, những thanh tinh chỉnh và điều khiển được trực tiếp đưa thẳng qua đỉnh bên trong bó nguyên vật liệu. Các bó nguyên vật liệu thường được làm giàu vài Xác Suất trong 235U. Oxide urani được sấy khô trước khi đưa vào những ống để nỗ lực vô hiệu nhiệt độ trong nguyên vật liệu gốm hoàn toàn có thể dẫn đến ăn mòn và làm mất hydro .Các ống Zircaloy được điều áp với heli để nỗ lực giảm thiểu sự tương tác giữa những hạt hoàn toàn có thể dẫn đến thất bại của que nguyên vật liệu trong thời hạn dài .
Nhiên liệu PWR

Nhiên liệu BWR[sửa|sửa mã nguồn]

Trong phản ứng nước đun sôi, nhiên liệu giống như nhiên liệu PWR ngoại trừ các bó được đóng hộp còn có một ống mỏng xung quanh mỗi bó. Điều này chủ yếu được thực hiện để ngăn chặn các biến thể mật độ cục bộ ảnh hưởng đến neutronics và thủy nhiệt của lõi lò phản ứng. Trong các gói nhiên liệu BWR hiện đại có 91, 92 hoặc 96 thanh nhiên liệu mỗi cụm tùy thuộc vào nhà sản xuất. Khoảng 368 cụm nhỏ nhất cho đến 800 cụm lớn nhất ở Hoa Kỳ để hình thành lõi của lò phản ứng. Mỗi thanh nhiên liệu BWR được lấp đầy với helium với áp suất khoảng 3 atm (300 kPa).

Nhiên liệu CANDU[sửa|sửa mã nguồn]

Các bó nguyên vật liệu Candu dài khoảng chừng nửa mét và có đường kính 10 cm. Chúng gồm có những hạt ( UO2 ) được nung kết trong những ống kim loại tổng hợp zirconi cũng như liên tục hàn gắn thành đoạn cuối của tấm phiến kim loại tổng hợp zirconi. Mỗi bó nặng gần 20 kg, mỗi lõi nổi bật chứa 4500 – 6500 bó theo thứ tự tùy thuộc vào bản thiết kế. Bó CANFLEX có 43 thành phần nguyên vật liệu với hai kích cỡ thành phần. Nó có đường kính khoảng chừng 10 cm, dài 0,5 m và nặng khoảng chừng 20 kg và được thay thế sửa chữa cho bó chuẩn 37 trục. Nó được phong cách thiết kế đặc biệt quan trọng để tăng hiệu suất nguyên vật liệu bằng cách sử dụng hai đường kính pin khác nhau và những phong cách thiết kế hiện tại của CANDU không cần làm giàu urani để đạt được mức độ quan trọng ( do điều tiết nước hiệu suất cao hơn ), tuy nhiên, một số ít khái niệm mới hơn lôi kéo làm giàu urani ít hơn để giúp giảm kích cỡ của lò phản ứng .
Bó nguyên vật liệu Candu

Hình thức nguyên vật liệu dưới dạng không thông dụng[sửa|sửa mã nguồn]

Hình thức nguyên vật liệu hạt nhân khác nhau khác tìm thấy sử dụng trong những ứng dụng đơn cử, nhưng thiếu việc sử dụng thoáng đãng trong BWR, PWR, và xí nghiệp sản xuất điện CANDU. Nhiều người trong số những hình thức nguyên vật liệu chỉ được tìm thấy trong những lò phản ứng điều tra và nghiên cứu, hoặc có những ứng dụng quân sự chiến lược .
A magnox fuel rod

Nhiên liệu Magnox[sửa|sửa mã nguồn]

Lò phản ứng Magnox / Magnox được áp lực đè nén, làm mát bằng khí carbon dioxide, graphite sử dụng uranium tự nhiên ( loại không làm giàu ) làm nguyên vật liệu và kim loại tổng hợp Magnox như nguyên vật liệu chung. Áp suất thao tác khác nhau 6,9 – 19,35 bar cho những bình áp lực đè nén thép, và cả hai phong cách thiết kế bê tông cốt thép hoạt động giải trí ở 24,8 và 27 bar. Hợp kim Magnox gồm có hầu hết là magie với một lượng nhỏ aluminium và những sắt kẽm kim loại được sử dụng trong nguyên vật liệu uranium bề mặt bằng sắt kẽm kim loại unenriched với một tổ chức triển khai phi oxy hóa gồm có để chứa những mẫu sản phẩm phân hạch. ” Magnox ” là viết tắt của ” ” Mag ” ” nesium ” ” n ” ” on – ” ” ox ” ” phi oxy hóa. Tài liệu này có lợi thế là một chụp neutron thấp cắt ngang, nhưng có hai điểm yếu kém chính :

• Nó giới hạn nhiệt độ cao nhất, vì vậy nhiệt hiệu quả của nhà máy.
• Nó phản ứng với nước, ngăn ngừa thiếu nhiên liệu dưới nước được lưu trữ lâu dài.

Nhiên liệu Magnox phối hợp vây làm mát để cung ứng truyền nhiệt tối đa mặc dầu nhiệt độ hoạt động giải trí thấp, làm cho nó tốn kém để sản xuất. Trong khi việc sử dụng những sắt kẽm kim loại uranium chứ không phải là oxide đã tái chế đơn thuần hơn và do đó rẻ hơn, sự thiết yếu phải tái giải quyết và xử lý nguyên vật liệu trong một thời hạn ngắn sau khi lấy ra khỏi lò phản ứng có nghĩa là loại sản phẩm phân hạch nguy khốn là nghiêm trọng. Các cơ sở giải quyết và xử lý từ xa tốn kém đã được nhu yếu để xử lý rủi ro tiềm ẩn này .
TRISO fuel particle which has been cracked, showing the multiple coating layersfuel particle which has been cracked, showing the multiple coating layers

Nguyên liệu TRISO[sửa|sửa mã nguồn]

Tristructural-đẳng hướng ( TRISO ) nguyên vật liệu là một loại hạt nguyên vật liệu vi mô. Nó gồm có một hạt nhân nguyên vật liệu gồm UOX ( đôi lúc UC hoặc UCO ) ở TT, phủ một lớp bốn lớp của ba vật tư đẳng hướng. Bốn lớp là một lớp xốp đệm làm bằng carbon, tiếp theo là một lớp bên trong sum sê carbon pyrolytic ( PYC ), tiếp theo là một lớp gốm SiC để giữ lại loại sản phẩm phân hạch ở nhiệt độ cao và phân phối cho những hạt TRISO toàn vẹn về cấu trúc hơn, tiếp bởi một lớp ngoài xum xê của PYC. hạt nguyên vật liệu TRISO được phong cách thiết kế không để crack do sự căng thẳng mệt mỏi từ những quy trình ( như độc lạ lan rộng ra hoặc khí phân hạch áp nhiệt ) ở nhiệt độ lên tới và xa hơn 1600 °C, và do đó hoàn toàn có thể chứa nguyên vật liệu trong điều tồi tệ nhất của ngữ cảnh tai nạn đáng tiếc trong một đúng cách phong cách thiết kế lò phản ứng. Hai bản thiết kế lò phản ứng như vậy là lò phản ứng sỏi giường ( PBR ), trong đó hàng ngàn hạt nguyên vật liệu TRISO được phân tán thành sỏi graphite, và lò phản ứng khí làm mát bằng lăng trụ-block ( ví dụ điển hình như GT-MHR ), trong đó những hạt nguyên vật liệu TRISO được sản xuất thành máy ảnh compact và được đặt trong một ma trận khối graphite. Cả hai phong cách thiết kế lò phản ứng là lò phản ứng khí đốt ở nhiệt độ cao ( HTGRs ). Đây cũng là phong cách thiết kế lò phản ứng cơ bản của những lò phản ứng ở nhiệt độ rất cao ( VHTRs ), một trong sáu lớp học phong cách thiết kế lò phản ứng vào sáng tạo độc đáo ​ ​ thế hệ IV rằng đang nỗ lực đạt tới nhiệt độ ổ cắm HTGR thậm chí còn cao hơn. Cả hai phong cách thiết kế lò phản ứng là lò phản ứng khí đốt ở nhiệt độ cao ( HTGRs ). Đây cũng là phong cách thiết kế lò phản ứng cơ bản của những lò phản ứng ở nhiệt độ rất cao ( VHTRs ), một trong sáu lớp học phong cách thiết kế lò phản ứng vào sáng tạo độc đáo ​ ​ thế hệ IV rằng đang cố gắng nỗ lực đạt tới nhiệt độ ổ cắm HTGR thậm chí còn cao hơn. Cả hai phong cách thiết kế lò phản ứng là lò phản ứng khí đốt ở nhiệt độ cao ( HTGRs ). Đây cũng là phong cách thiết kế lò phản ứng cơ bản của những lò phản ứng ở nhiệt độ rất cao ( VHTRs ), một trong sáu lớp học phong cách thiết kế lò phản ứng vào sáng tạo độc đáo ​ ​ thế hệ IV rằng đang cố gắng nỗ lực đạt tới nhiệt độ ổ cắm HTGR thậm chí còn cao hơn .Hạt nguyên vật liệu TRISO bắt đầu được tăng trưởng ở Vương quốc Anh như một phần của dự án Bất Động Sản lò phản ứng Dragon. Việc đưa những SiC là rào cản sự khuếch tán lần tiên phong được đề xuất kiến nghị bởi DT Livey. [ 5 ] Các lò phản ứng hạt nhân tiên phong sử dụng nguyên vật liệu TRISO là lò phản ứng Dragon và những powerplant tiên phong là THTR-300. Hiện nay, máy ảnh compact TRISO nhiên liệu đang được sử dụng trong những lò phản ứng thử nghiệm, những HTR-10 ở Trung Quốc, và kỹ thuật thử nghiệm nhiệt độ cao lò phản ứng tại Nhật Bản. Yếu tố nguyên vật liệu cầu sử dụng một hạt TRISO với một UO2 và UC dung dịch rắn hạt nhân đang được sử dụng trong Xe-100 tại Hoa Kỳ .
QUADRISO Particle

Nhiên liệu QUADRISO[sửa|sửa mã nguồn]

Trong thành phần QUADRISO hạt một neutron chất độc dễ cháy ( europi oxide hoặc Erbi oxide hoặc carbide ) lớp bao quanh hạt nguyên vật liệu thông thường TRISO hạt để quản trị tốt hơn sự tiêu biểu vượt trội của phản ứng. Nếu lõi được trang bị cả với nguyên vật liệu TRISO và QUADRISO, tại thời gian tiên phong trong sự hình thành của những neutron không đạt được nguyên vật liệu của những hạt QUADRISO vì chúng đang dừng lại bởi những chất độc cháy. Trong thời hạn chiếu xạ, chất độc làm suy yếu và nhiều neutron hoàn toàn có thể dòng vào nguyên vật liệu hạt nhân QUADRISO hạt gây ra phản ứng phân hạch. Cơ chế này bù đắp cho sự suy giảm thông thường của vật tư phân hạch trong nguyên vật liệu từ. Trong khái niệm tổng quát nguyên vật liệu QUADRISO chất độc ở đầu cuối hoàn toàn có thể được trộn với nguyên vật liệu hạt nhân hoặc pyrocarbon bên ngoài. Khái niệm QUADRISO [ 1 ] đã được hình thành tại Phòng thí nghiệm vương quốc Argonne .
RBMK reactor fuel rod holder 1 – distancing armature; 2 – fuel rods shell; 3 – fuel tablets.1 – distancing armature ; 2 – fuel rods shell ; 3 – fuel tablets .

Nhiên liệu RBMK[sửa|sửa mã nguồn]

Nhiên liệu lò RBMK được thiết kế xây dựng theo kiến trúc của Soviet. Đây là một nguyên vật liệu uranium oxide thấp. Các thành phần nguyên vật liệu trong một RBMK dài 3 m, và hai trong số đó kết nối ngặt nghèo với nhau trên mỗi kênh nguyên vật liệu, ống áp lực đè nén. uranium tái chế từ VVER Nga lò phản ứng dành nguyên vật liệu được sử dụng để sản xuất nguyên vật liệu RBMK. Sau khi tai nạn thương tâm Chernobyl, mức nguyên vật liệu được đổi khác từ 2,0 % xuống còn 2,4 %, để bù đắp cho những đổi khác thanh điều khiển và tinh chỉnh và sự sinh ra của vật tư hấp thụ bổ trợ .

Nhiên liệu CerMet[sửa|sửa mã nguồn]

Nhiên liệu CerMet bao gồm các hạt nhiên liệu gốm (thường là urani oxide) nhúng vào trong một ma trận bằng kim loại. Nó được đưa ra giả thuyết Thể loại:Bài viết dùng ngôn ngữ mập mờ[bởi ai?] rằng loại nhiên liệu là những gì được sử dụng trong lò phản ứng của Hải quân Hoa Kỳ. Nhiên liệu này có đặc điểm vận chuyển của nhiệt độ cao và có thể chịu sự dãn nỡ lớn.

Nhiên liệu Plate-type đã rơi ra khỏi lợi trong những năm qua.Nhiên liệu Plate-type thông thường gồm có kẹp giữa các tấm ốp kim loại urani được làm giàu. Tấm-loại nhiên liệu được sử dụng trong một số nghiên cứu lò phản ứng mà tuôn ra neutron cao là mong muốn, cho người sử dụng chẳng hạn như tài liệu chiếu xạ nghiên cứu hoặc sản xuất đồng vị, nếu không có nhiệt độ cao trong nhiên liệu gốm, hình trụ. Nó hiện đang được sử dụng Advanced Test Reactor (ATR) tại Idaho National Laboratory, và các lò phản ứng hạt nhân nghiên cứu tại University of Massachusetts Lowell Radiation Laboratory.[cần dẫn nguồn]

Nhiên liệu Sodium-bonded gồm có những nguyên vật liệu này có natri lỏng trong khoảng cách giữa những nguyên vật liệu sâm ( hoặc hạt ) và lớp phủ. Loại nguyên vật liệu này thường được sử dụng để làm lạnh bằng natri lỏng sắt kẽm kim loại nhanh lò phản ứng. Nó đã được sử dụng trong EBR-I, EBR-II và FFTF. Sên nhiên liệu hoàn toàn có thể bằng sắt kẽm kim loại hoặc gốm sứ. Sodium bonding được sử dụng để làm giảm nhiệt độ của nguyên vật liệu .

Việc sử dụng nguyên vật liệu hạt nhân[sửa|sửa mã nguồn]

Việc sử dụng nguyên vật liệu hạt nhân là một hỗn hợp phức tạp của những loại sản phẩm phân hạch, uranium, plutonium, và những sắt kẽm kim loại transplutonium. Trong nguyên vật liệu đã được sử dụng ở những nhiệt độ cao trong lò phản ứng năng lượng, nó là thông dụng cho những nguyên vật liệu là không giống hệt ; thường nguyên vật liệu sẽ chứa những hạt nano của những sắt kẽm kim loại nhóm platin ví dụ điển hình như palladium. Còn những nguyên vật liệu cũng hoàn toàn có thể đã nứt, sưng, và bị nước nóng gần điểm nóng chảy của nó. Mặc dù trong thực tiễn rằng nguyên vật liệu được sử dụng hoàn toàn có thể được nứt, nó là rất không hòa tan trong nước, và hoàn toàn có thể giữ lại phần đông những nhóm actinides và những loại sản phẩm phân hạch trong lưới tinh thể của urani đioxide crystal lattice .

Nhiên liệu oxide trong điều kiện kèm theo xảy ra tai nạn đáng tiếc[sửa|sửa mã nguồn]

Chủ yếu theo 2 cách để sống sót, những loại sản phẩm hoàn toàn có thể bị bốc hơi hoặc nguyên vật liệu phân hạch của những hạt nhỏ hoàn toàn có thể bị phân tán .

Tính chất của nguyên vật liệu và giải pháp kiểm tra bằng chiếu xạ[sửa|sửa mã nguồn]

Post-Irradiation Examination ( PIE ) là việc điều tra và nghiên cứu những vật tư hạt nhân được sử dụng như nguyên vật liệu hạt nhân. Việc này có nhiều mục tiêu. Được biết rằng bằng cách kiểm tra sử dụng nguyên vật liệu chính sách thất bại xảy ra trong quy trình sử dụng thông thường ( và phương pháp mà trong đó những nguyên vật liệu sẽ hành xử trong một vụ tai nạn đáng tiếc ) hoàn toàn có thể được điều tra và nghiên cứu. Ngoài ra thông tin công đó được cho phép người sử dụng nguyên vật liệu để bảo vệ mình về chất lượng của nó, và nó cũng tương hỗ trong sự tăng trưởng của nguyên vật liệu mới. Sau khi tai nạn đáng tiếc nghiêm trọng cốt lõi ( hoặc những gì còn lại của nó ) là thông thường tùy thuộc vào những chiếc bánh để tìm hiểu và khám phá những gì đã xảy ra. Một website nơi PIE được triển khai là ITU là TT của EU cho việc điều tra và nghiên cứu vật tư phóng xạ cao .Các vật tư trong một môi trường tự nhiên bức xạ cao ( ví dụ điển hình như một lò phản ứng ) hoàn toàn có thể trải qua những đặc thù độc lạ như swelling [ 2 ] và leo-thermal. Nếu không có phản ứng hạt nhân trong những tài liệu ( ví dụ như những gì sẽ xảy ra trong nguyên vật liệu ), stoichiometry cũng sẽ đổi khác từ từ theo thời hạn. Những hành vi hoàn toàn có thể dẫn đến thuộc tính tài liệu mới, nứt và phân hạch khí phát hành .Thermal conductivity of uranium dioxide độ dẫn nhiệt thấp ; nó là bị tác động ảnh hưởng bởi độ xốp và đốt cháy. Các mẫu sản phẩm phân hạch bị đốt cháy rồi tan sau đó hình thành dạng tinh thể ( như đất hiếm lanthanides ), loại sản phẩm phân hạch kết tủa như paladium, hình thành những mẫu sản phẩm phân hạch phân hạch bọt khí xenon, kryptonvà thiệt hại bức xạ của lưới. Hệ số dẫn nhiệt thấp hoàn toàn có thể gây nóng, phần TT của hạt được sử dụng trong quy trình. Kết quả độ xốp đến sự sụt giảm ở cả độ dẫn nhiệt của nguyên vật liệu và swelling xảy ra trong khi sử dụng .Theo Trung tâm bảo đảm an toàn hạt nhân quốc tế [ 3 ] độ dẫn nhiệt của urani đioxide hoàn toàn có thể Dự kiến những điều kiện kèm theo khác nhau bởi một loạt những phương trình .Mật độ số lượng lớn của những nguyên vật liệu hoàn toàn có thể được tương quan đến độ dẫn nhiệt

Với ρ là mật độ số lượng lớn nhiên liệu và ρtd là mật độ lý thuyết của urani đioxide.

Độ dẫn nhiệt của giai đoạn xốp (Kf)sau đó là liên quan đến độ dẫn điện của giai đoạn hoàn hảo (Ko, có độ xốp) bởi phương trình sau đây. Lưu ý rằngs là một thuật ngữ cho các yếu tố hình dạng của các lỗ.

Kf = Ko(1 − p/1 + (s − 1)p)

Thay vì đo độ dẫn nhiệt bằng cách sử dụng những giải pháp truyền thống cuội nguồn như Lees ‘ disk, giải pháp Forbes hay của Searle’s bar, nó là thông dụng để sử dụng nghiên cứu và phân tích bằng Laser Flash nơi một đĩa nhỏ nguyên vật liệu được đặt trong một lò. Sau khi bị nung nóng đến nhiệt độ nhu yếu một bên của đĩa được thắp sáng bằng laser xung, thời hạn thiết yếu cho làn sóng nhiệt để chảy qua đĩa, tỷ lệ của đĩa, và độ dày của đĩa hoàn toàn có thể được dùng để đo lường và thống kê và xác lập việc nhiệt độ dẫn điện .

λ = ρCpα

If t1/2 is defined as the time required for the non illuminated surface to experience half its final temperature rise then.

α = 0.1388 L2/t1/2

• L is the thickness of the disc

For details see [ 4 ] Lưu trữ 2007 – 07-10 tại Wayback Machine

nguyên vật liệu phân rã của đồng vị phóng xạ[sửa|sửa mã nguồn]

pin đồng vị phóng xạ[sửa|sửa mã nguồn]

Các thuật ngữ pin nguyên tử, pin hạt nhân và pin đồng vị phóng xạ được sử dụng sửa chữa thay thế cho nhau để diễn đạt một thiết bị trong đó sử dụng sự phân rã phóng xạ để tạo ra điện. Những mạng lưới hệ thống này sử dụng đồng vị phóng xạ đó tạo ra những hạt beta năng lượng thấp hoặc nhiều lúc những hạt alpha những nguồn năng lượng khác nhau. hạt beta năng lượng thấp là thiết yếu để ngăn ngừa việc sản xuất năng lượng cao xâm nhập bức xạ bức xạ bremsstrahlung mà sẽ nhu yếu che chắn nặng. Đồng vị phóng xạ như plutoni-238, Curi-242, Curi-244 và stronti-90 đã được sử dụng. Tritium, nickel-63, prometi-147, và technetium-99 đã được thử nghiệm .Có hai loại chính của pin nguyên tử : nhiệt và phi nhiệt. Pin nguyên tử phi nhiệt, trong đó có nhiều mẫu mã khác nhau, khai thác alpha và beta hạt tích điện. Những phong cách thiết kế này gồm có những máy phát điện trực tiếp sạc, betavoltaics, pin hạt nhân optoelectric, và những máy phát điện đồng vị phóng xạ áp điện. Pin nguyên tử nhiệt Mặt khác, quy đổi nhiệt từ sự phân rã phóng xạ điện. Những phong cách thiết kế này gồm có quy đổi thermionic, những tế bào thermophotovoltaic, kiềm sắt kẽm kim loại nhiệt để chuyển đổi điện, và những phong cách thiết kế phổ cập nhất, những máy phát điện đồng vị phóng xạ nhiệt .

Máy phát điện nhiệt đồng vị phóng xạ[sửa|sửa mã nguồn]

Máy phát điện nhiệt đồng vị phóng xạ (RTG) là một máy phát điện đơn giản mà chuyển nhiệt năng thành điện năng từ một đồng vị phóng xạ bằng cách sử dụng một loạt các cặp nhiệt điện.nguyên tố không rõ Plutonium. đã trở thành nhiên liệu được sử dụng rộng rãi nhất cho RTGs, trong hình thức của plutonium dioxide. Nó có chu kỳ bán rã 87,7 năm, mật độ năng lượng hợp lý và đặc biệt gamma và neutron phóng xạ mức độ thấp. Một số mặt đất RTGs Nga đã sử dụngnguyên tố không rõ Strontium.

đồng vị này có chu kỳ bán rã ngắn hơn và mật độ năng lượng thấp hơn nhiều, nhưng rẻ hơn. Đầu RTGs, lần đầu tiên được xây dựng năm 1958 bởi Ủy ban năng lượng nguyên tử Hoa Kỳ, có sử dụngnguyên tố không rõ polonium.. Cung cấp nhiên liệu này phi thường lớn mật độ năng lượng, (140 watts nhiệt tạo ra một gam duy nhất của polonium-210) nhưng có hạn chế sử dụng vì chu kỳ bán rã rất ngắn và sản xuất gamma, và đã được rút khỏi sử dụng cho các ứng dụng này.

Photo of a disassembled RHU

Radioisotope heater units ( RHU )[sửa|sửa mã nguồn]

Radioisotope heater units thường cung cấp khoảng 1 watt của mỗi nhiệt, xuất phát từ sự phân rã của một vài grams plutonium-238. Nhiệt này được đưa ra liên tục trong nhiều thập kỷ.
Chức năng của nó là cung cấp nhiệt cục bộ cao các thiết bị cảm biến (như thiết bị điện tử trong ngoài không gian). Các tàu thăm dò Cassini-Huygensđến Sao Thổ chứa 82 của các đơn vị này (ngoài 3 chính RTG của mình để phát điện). Các thăm dò Huygens để Titan chứa 35 thiết bị.

Nhiên liệu nhiệt hạch[sửa|sửa mã nguồn]

Nhiên liệu nhiệt hạch gồm deuterium ( 2H ) và tritium ( 3H ) cũng như helium-3 ( 3H e ). Nhiều yếu tố khác hoàn toàn có thể được hợp nhất với nhau, nhưng lớn hơn điện tích của hạt nhân của họ có nghĩa là nhiệt độ cao hơn nhiều là bắt buộc. Chỉ là sự hợp nhất của những yếu tố nhẹ nhất xem xét trang nghiêm như thể một nguồn năng lượng trong tương lai. Fusion của nguyên tử nhẹ nhất, 1H hydrogen, như được thực thi trong mặt trời và những ngôi sao 5 cánh, đã cũng không được coi là trong thực tiễn trên toàn cầu. Mặc dù tỷ lệ năng lượng của phản ứng tổng hợp nguyên vật liệu là cao hơn so với nguyên vật liệu phân hạch, và phản ứng tổng hợp vững chắc cho một vài phút đã đạt được, sử dụng nguyên vật liệu tổng hợp như một nguồn năng lượng net vẫn chỉ là một năng lực triết lý .. [ 6 ]

Nhiên liệu nhiệt hạch thế hệ tiên phong[sửa|sửa mã nguồn]

Deuterium và tritium đều được coi là thế hệ tiên phong, nguyên vật liệu nhiệt hạch ; chúng rất dễ phản ứng tổng hợp hạt nhân nguyên tử, do tại nó là tổng thể những điện tích nguyên tố là tối thiểu. Ba phản ứng hạt nhân phổ cập nhất hoàn toàn có thể dùng để tạo ra năng lượng :

2H + 3H → n (14.07 MeV) + 4He (3.52 MeV)

2H + 2H → n (2.45 MeV) + 3He (0.82 MeV)

2H + 2H → p (3.02 MeV) + 3H (1.01 MeV)

Nhiên liệu nhiệt hạch thế hệ thứ hai[sửa|sửa mã nguồn]

Nhiên liệu thế hệ thứ hai nhu yếu nhiệt độ cao hơn sự giam hãm hoặc thời hạn giam giữ lâu hơn so với những nhu yếu nguyên vật liệu nhiệt hạch thế hệ tiên phong, nhưng tạo ra ít hơn neutron. Neutron là một loại sản phẩm phụ không mong ước của phản ứng tổng hợp trong một toàn cảnh thế hệ năng lượng, do tại chúng được hấp thụ bởi những bức tường của một buồng nhiệt hạch, làm cho chúng phóng xạ. Họ không hề được số lượng giới hạn bởi từ trường, chính do chúng không bị tích điện. Nhóm này gồm có đơteri và heli-3. Các loại sản phẩm là mọi tính hạt, nhưng hoàn toàn có thể có phản ứng phụ quan trọng dẫn đến việc sản xuất của những neutron .

2H + 3He → p (14.68 MeV) + 4He (3.67 MeV)

Nhiên liệu nhiệt hạch thế hệ thứ ba[sửa|sửa mã nguồn]

Nhiên liệu phân hạch thế hệ thứ ba chỉ sản xuất hạt mang điện trong những phản ứng khởi đầu, và phản ứng phụ là tương đối không quan trọng. Kể từ khi một số lượng rất nhỏ của neutron được sản xuất, sẽ được ít gây ra phóng xạ trong những bức tường của buồng nhiệt hạch. Điều này thường được coi là tiềm năng ở đầu cuối của nghiên cứu và điều tra nhiệt hạch. 3H e có phản ứng Maxwell cao nhất của bất kể nguyên vật liệu nhiệt hạch thế hệ thứ 3. Tuy nhiên, không có nguồn tự nhiên quan trọng của chất này trên Trái Đất .

3He + 3He → 2p + 4He (12.86 MeV)

Một phản ứng phân hạch aneutronic tiềm năng là phản ứng proton – boron :

p + 11B → 34He (8.7 MeV)

Theo giả định hợp lý, bên phản ứng sẽ cho kết quả trong khoảng 0,1% năng lượng phân hạch được thực hiện bởi neutron. Với 123 keV, nhiệt độ tối ưu cho phản ứng này là gần 10 lần cao hơn cho các phản ứng thuần túy hiđrô, giam giữ năng lượng phải 500 lần tốt hơn so với cần thiết cho phản ứng D-T, và mật độ năng lượng sẽ 2500 thấp hơn lần cho D-T.[cần dẫn nguồn]

Liên kết ngoài[sửa|sửa mã nguồn]

Plate type fuel[sửa|sửa mã nguồn]

Bản mẫu : Nuclear Technology

Source: https://mix166.vn
Category: Công Nghệ