Nuklearni gorivni ciklus

19.11.2005

Nuklearni gorivni ciklus skup je aktivnosti kojima se dobiva sirovina za gorivo, izrađuje gorivo, upravlja njegovim korištenjem i brine o iskorištenom gorivu (spremanju, preradi i odlaganju radioaktivnog otpada). Sve faze navedenog ciklusa ilustrirane su slikom. Uran se vadi iz Zemljine kore površinskim i dubinskim iskopom. Uran je u uranskoj rudi pomiješan s drugim mineralima. Stoga se mehaničkim i kemijskim metodama obrađuje, a uranski koncentrat izdvaja se kao oksid U3O8, tzv. žuti kolač.

Potom slijedi pretvorba žutog kolača u plin uranov heksafluorid UF6, što je pripremna faza za obogaćenje. U ovom procesu odstranjuju se nečistoće do potrebnog stupnja nuklearne čistoće urana. Obogaćenje urana postupak je kojim se povećava sadržaj izotopa U-235 s obzirom na sadržaj prisutan u prirodnom uranu. Prirodni uran sadrži 0,711% izotopa izraženo u masenom sadržaju. Najrašireniji način odvajanja izotopa U-235 temelji se na razlici prosječnih brzina molekula plinovitih UF6-238 i UF6-235. Do danas uporabljivani postupci su plinska difuzija, plinska centrifuga, plinska mlaznica, kemijska izmjena, laserska pobuda.

Gorivo ulazi u reaktor u vidu gorivnog elementa sastavljenog od pravilno raspoređenih gorivnih šipki. Osnovni sastavni dijelovi gorivnih šipki su tablete UO2 i cijevi iz legure cirkonija. Prah oksida urana UO2 proizvodi se iz UF6 kemijskim postupcima. Tablete UO2 dobivaju se sinteriranjem praha pri visokoj temperaturi. Nakon dopreme svježeg goriva u elektranu vizualno se kontroliraju eventualna oštećenja i nakon toga gorivo se smješta u skladište svježeg goriva. Tijekom redovnog remonta vrši se i izmjena goriva - punjenje, vađenje i razmještanje nuklearnog goriva u nuklearnom reaktoru.

Nakon vađenja iz reaktora istrošeni gorivni elementi smještaju se u bazen za ozračeno gorivo na lokaciji elektrane. Voda u bazenu borirana je radi osiguravanja podkritičnosti, a ujedno omogućuje hlađenje istrošenog goriva (toplina nastaje radioaktivnim raspadom fisijskih produkata i njihovih potomaka) i zaštitu od zračenja. Nakon odležavanja u bazenu istrošeno gorivo može se preraditi u posebnim postrojenjima. Cilj je prerade izdvajanje urana i plutonija sadržanih u nukleranom gorivu za naknadnu uporabu. Primjerice, u istrošenom gorivu nalazi se 942,5 kg U-238, 8,3 kg U-235 te 8,9 kg izotopa plutonija, po toni svježeg goriva. Istrošeno nuklearno gorivo vrlo je radioaktivno te se procesom upravlja daljinski.

Postupak prerade istrošenog goriva uključuje rezanje gorivnih šipki, odvajanje materijala obloge od gorivnih tableta, otapanje goriva dušičnom kiselinom i odvajanje urana i plutonija ekstrakcijom iz otopine. Preostali dio u otopini su fisijski proizvodi i aktinidi koji se prevode u kruto stanje isušivanjem i postupkom ustakljivanja kako bi se spriječilo njihovo izlučivanje u zemljište i podzemne vode. Staklena masa koja sadrži radioaktivni otpad ulaže se onda u spremnike otporne na koroziju. Ovi spremnici odlažu se u odlagališta visokoradioaktivnog otpada u dubokim i stabilnim geološkim formacijama.

Igor Vuković
19.11.2005.