Cykl paliwowy dzieli się na trzy części: przygotowanie paliwa, wypalenie go w reaktorze oraz utylizacja powstałych odpadów radioaktywnych.

Za początek cyklu paliwowego uznaje się rozpoczęcie poszukiwań paliwa i jego wydobycie, najczęściej w formie rud uranu. Są trzy sposoby jej wydobywania: odkrywkowy, głębinowy i otworowy – ale w zasadzie kopalnie uranu działają w sposób bardzo zbliżony do kopalń konwencjonalnych surowców.

Po wydobyciu ruda uranu poddawana jest obróbce, w wyniku której uzyskuje się tzw. yellowcake, czyli oczyszczone tlenki uranu, np. U3O8. Składa się on z nierozszczepialnego izotopu U-238 i z rozszczepialnego U-235.

cykl_500x333

źródło: Bloomberg /Getty Images / Flash Press Media

 

Trzeba więc pamiętać, że yellowcake to jedynie półprodukt, z którego wytwarza się paliwo do reaktorów jądrowych. Zanim jednak trafi ono do reaktora trzeba podnieść jego zawartość procentową w wytworzonym tlenku uranu. Rozszczepialny izotop U-235 stanowi tylko 0,7 % we wstępnie przerobionej rudzie (reszta to nierozszczepialny U-238), natomiast po przeprowadzeniu wzbogacania będzie stanowił ok. 3-5 %.

Proces wzbogacania dzieli się na dwie fazy. Najpierw uran poddaje się konwersji, to znaczy łączy się go z fluorem w sześciofluorek uranu (UF6). Następnie przeprowadza się właściwy proces wzbogacania, najczęściej metodą dyfuzyjną lub wirówkową. Po tym procesie uran nadal znajduje się w gazowej postaci UF6.

Metoda dyfuzji gazowej polega na przepuszczaniu UF6 przez specjalne membrany z malutkimi porami. Atomy U-235 są lżejsze i przechodzą przez membrany szybciej i częściej niż cięższe atomy U-238. W rezultacie otrzymujemy lekko wzbogacony UF6. Całą sekwencję powtarza się ok. 1500 razy, żeby otrzymać gaz wzbogacony do wartości 3-5 proc.

Taka instalacja nazywana jest kaskadą. Wzbogacanie metodą dyfuzyjną jest bardzo energochłonne i mało wydajne, dlatego technologia ta jest stopniowo wycofywana. Do 2017 r. metoda ta będzie ostatecznie wycofana (zgodnie z prognozami WNA).

Natomiast metoda wirówkowa wykorzystuje specjalne, wysokoobrotowe wirówki. Sześciofluorek uranu doprowadza się do środka wirnika. W nim – pod wpływem siły odśrodkowej – cięższe cząsteczki (238UF6) dążą w kierunku korpusu, a lżejsze (235UF6) gromadzą się wokół osi. Pod wpływem różnicy ciśnień między wejściem gazu a wyjściami frakcji zubożonej i wzbogaconej, sześciofluorek uranu jest wtłaczany do zewnętrznego systemu rurociągów (nie jest do tego potrzebna ani sprężarka, ani pompa). Dzięki temu zapotrzebowanie na energię jest znacznie mniejsze niż w procesie dyfuzji gazowej.

Po konwersji i wzbogaceniu UF6 zamieniany jest w tlenek uranu (UO2). Ze sproszkowanego UO2 wypieka się w temperaturze ponad 1400 st. C pastylki o przeciętnej długości 1,5 cm i średnicy 1 cm, które umieszcza się najczęściej w cyrkonowych rurkach zwanych koszulkami. Wypełniona i szczelnie zamknięta koszulka określana jest mianem pręta paliwowego. Kilkadziesiąt, a nawet kilkaset takich prętów tworzy tzw. zestaw paliwowy, który umieszczany jest w reaktorze i umożliwia produkcję energii dzięki reakcji rozszczepienia jąder uranu-235.

Gdy pręty paliwowe ulegną wypaleniu (wymienia się je mniej więcej, co dwa lata), rozpoczyna się proces ich usuwania i utylizacji. Najpierw na ok. 10 lat umieszcza się je w basenie z wodą, co pozwala obniżyć ich aktywność oraz schłodzić. Następnie rozpoczyna się proces utylizacji. Wypalone paliwo wyjmuje się z basenu i transportuje do zakładu, gdzie oddziela się produkty rozszczepienia nienadające się do ponownego użytku od plutonu i uranu, które można ponownie wykorzystać jako paliwo jądrowe (w wypalonym paliwie znajduje się jeszcze 95 % pierwotnej zawartości U-238 wraz z domieszką Pu-239 i pozostałych produktów rozszczepienia, co oznacza, że prawie całe wypalone paliwo nadaje się do powtórnego przerobu).

 

Źródło: Materiały własne, Ministerstwo Gospodarki

Share on FacebookTweet about this on TwitterGoogle+Print this page