Palivá a ich využitie
V súčasnej dobe sa ako palivo v jadrových elektrárňach používa urán. Pre potreby jadrovej energetiky sa v prírode vyskytuje v dostatočnom množstve. Urán obsahuje dva hlavné izotopy U238 a U235. Použiteľné pre štiepnu reakciu sú však len jadrá atómov U235. V prírodnom uráne sa tieto vyskytujú v množstve približne 0,7%. Väčšina reaktorov v súčasnosti používa mierne obohatený urán, tj. Taký v ktorom je podiel U235 pomocou špeciálnej technológie zvýšený na 2 až 4%. Palivo sa v reaktore štiepi za vzniku väčšieho množstva rádioaktívnych štiepnych produktov. Niektoré z atómov U238 sa jadrovými reakciami premieňajú na ťažšie rádioaktívne prvky. Najdôležitejší z nich je izotop plutónia Pu239, ktorý je štiepiteľný a je potenciálnym palivom. Časť atómov plutónia sa v reaktore štiepi a uvoľňuje energiu. V jadrovom reaktore, v ktorom sa používa ako palivo urán, vzniká až 1/3 uvoľnenej energie štiepením plutónia. Po vyhorení sa palivo r reaktora vyberá a umiestňuje do bazénu vyhoreného paliva, ktorý je naplnený roztokom kyseliny boritej (12g/kg vody). Vo vyhorenom palive ostáva ešte aj nespotrebovaný urán, plutónium a iné ťažké prvky. Po ochladení v bazéne sa vyhorené palivo môže prepracovať, čím sa získava nevyužitý urán a plutónium. Zložitý proces zaobchádzania s jadrovým palivom sa nazýva palivový cyklus.
Využitie
paliva v reaktore - Teplo vznikajúce pri štiepení odvádza chladiace médium
- voda, pričom sa palivo vyhorením po stránke konštrukčnej a štrukturálnej
takmer nemení. V priebehu vyhorievania dochádza k týmto izotopickým zmenám:
- ubúda pôvodný štiepny materiál U235
- z U238 vznikajú nové štiepne izotopy (Pu239, Pu241), ktoré sa podieľajú
na uvoľňovaní energie,
- vznikajú produkty štiepenia (strusky), s rôznym polčasom rozpadu, vyznačujúce
sa silnou absorpciou neutrónov,
Po určitej
dobe, ktorá je z hľadiska fyzikálneho a ekonomického optimálna, sa palivo
z reaktora vyberie. Všetky manipulácie s vyhoreným palivom sa musia robiť
pod 3 až 6 m vrstvou vody. Vyhorené palivo je zdrojom veľkej rádioaktivity
a tepla.
Manipulácia a doprava vyhoreného paliva sa realizuje v kontajneroch, ktoré
z dopravného hľadiska predstavujú najnáročnejšiu obalovú techniku. Vlastnosti
kontajneru sa overujú skúškami v skúšobnom zariadení. Prísnosť požiadaviek
na ich materiálové vyhotovenie môžeme ilustrovať na nasledujúcich príkladoch:
kontajnery musia vydržať postupne pád z deviatich metrov na pevnú nepoddajnú
nepohyblivú plochu, potom pád na tyč z masívnej mäkkej ocele s priemerom 15
cm z výšky 1 m, skúšku ohňom so strednou teplotou 800 °C po dobu 30 minút
bez umelého chladenia, ponorenie do vody do hĺbky 15 metrov počas 8 hodín.
Pri všetkých skúškach sa overuje tesnosť kontajneru a integrita biologického
tienenia.