Ядерный топливный цикл

Становление радиационной химии как науки неразрывно связано с возникновением и развитием атомной промышленности. Эксплуатация уже первых "военных" реакторов для получения делящихся материалов для атомного оружия и отработка технологии отделения этих материалов от осколочных продуктов деления урана показало необходимость учета действий ионизирующих излучений как на конструкционные материалы (графит кладки реакторов, металл оболочек твэлов, изоляция проводов и пр.), теплоносители, реагенты и растворы, так и на кинетику химических реакций в технологии выделения целевых продуктов. Совершенствование технологии получения делящихся материалов и электрической энергии на ядерных установках потребовало развития как базы экспериментальных данных по действию излучения на материалы и процессы, так и создания теории радиационно-химических процессов, начиная с взаимодействия излучения с веществом и кончая образованием конечных продуктов радиолиза и изменением эксплуатационных свойств материалов. В настоящее время имеется обоснованная экспериментом теория радиационной химии, основы которой изложены в ряде монографий. На основании теории сегодня возможнo адекватно описать практически любую проблему в атомной энергетике и радиохимической промышленности, возникающую в связи с воздействием ионизирующих излучений на материалы и процессы. При этом в большинстве случаев описание возможно на уровне, допускающем принятие технических решений.

В этом разделе мы рассмотрим радиационно-химические проблемы, проявляющиеся на разных стадиях ядерного топливного цикла. Особое внимание мы уделим вопросам, возникающим в связи с изменившимся в настоящее время в обществе отношением к ядерной энергии, а также вопросам, связанным с проблемами безопасности эксплуатации и обеспечения устойчивости технологических процессов в промышленности.

Схема ядерного топливного цикла в виде, необходимом для нашего обсуждения, представлена на рис. 7. 1. За основу мы приняли распространенный в настоящее время цикл, связанный с переработкой облученного топлива АЭС водными методами по эстракцинной технологии.

На первых двух стадиях топливного цикла - от добычи урана до изготовления тепловыделяющих сборок (ТВС) - проблем, связанных с действием ионизирующих излучений на материалы и процессы не возникает из-за низкого уровня мощности дозы, обусловленной природной радиоактивностью продуктов и реагентов в технологии этих этапов.

При получении электроэнергии и тепла на ядерных энергетических установках (ЯЭУ) главной проблемой, относящейся к радиационной химии, является выявление и минимизация эффектов действия ионизирующих излучений на теплоносители, замедлители и др. материалы в активной зоне ядерных реакторов. Сложность проблемы усугубляется тем, что в этих условиях материалы подвергаются воздействию излучения сложного состава (быстрые и медленные нейтроны, -, -, и -излучение широкого энергетического спектра, "горячие" осколки деления и атомы отдачи) при весьма высокой мощности дозы (до МГр/с), высокой температуре (до 600^о С) и давлении (до 200атм). Рассмотрим эти эффекты.

Рис. 7. 1. Схема ядерного топливного цикла