Активна зона енергетичного ядерного реактора (а.з.ЕЯР) - це частина його об'єму, в якій конструктивно організовано умови для здійснення безперервної самопідтримної ланцюгової реакції поділу ядерного палива та збалансованого відведення генерованого в ньому тепла з метою його подальшого використання.
Замислившись над змістом цього означення стосовно активної зони теплового ЕЯР, можна зрозуміти, що принциповими компонентами такої активної зони є ядерне паливо, сповільнювач, теплоносій та інші конструкційні матеріали Останні об'єктивно необхідні, адже ядерне паливо й сповільнювач в активній зоні та сама активна зона мають бути нерухомо зафіксовані в реакторі, становлячи по можливості розбірний технологічний агрегат.
Під ядерним паливом зазвичай розуміють сукупність усіх нуклідів, що діляться, в активній зоні. Більшість теплових ЕЯР, які використовуються в енергоблоках АЕС, на початковій стадії експлуатації працюють на суто урановому паливі, але в процесі кампанії в них відтворюється суттєва кількість вторинного ядерного палива - плутонію-239, який одразу після його утворення вмикається в процес розмноження нейтронів у реакторі. Тому паливом у таких ЕЯР у будь-який довільний момент кампанії слід вважати сукупність трьох компонентів, що діляться: 235U, 238U і 239Pu. Уран-235 і плутоній-239 діляться нейтронами будь-яких енергій реакторного спектра, а 238U, як уже зазначалося, лише швидкими надпороговими (з E > 1.1 МеВ) нейтронами.
Основною характеристикою уранового ядерного палива є його початкове збагачення (x), під яким розуміють частку (або відсотковий вміст) ядер урану-235 серед усіх ядер урану. А оскільки більш ніж на 99.99% уран складається з двох ізотопів - 235U і 238U, то величина збагачення:
x = N5/NU = N5/(N5+N8) (4.1.1)
У природному металевому урані міститься приблизно 0.71% ядер 235U, а понад 99.28% становить 238U. Інші ізотопи урану (233U, 234U, 236U і 237U) присутні в природному урані в настільки незначних кількостях, що їх можна не брати до уваги.
У реакторах АЕС використовується уран, збагачений до 1.8 ÷ 5.2%, у реакторах морських транспортних ядерних енергоустановок початкове збагачення ядерного палива становить 20 ÷ 45%. Використання палива низьких збагачень на АЕС пояснюється економічними міркуваннями: технологія виробництва збагаченого палива складна, енергоємна, потребує складного й громіздкого обладнання, а тому є дорогою технологією.
Металевий уран термічно не стійкий, схильний до алотропних перетворень за відносно невисоких температур і хімічно нестабільний, а тому неприйнятний як паливо енергетичних реакторів. Тому уран у реакторах використовується не в суто металевому вигляді, а у формі хімічних (або металургійних) сполук з іншими хімічними елементами. Ці сполуки називаються паливними композиціями.
Найпоширеніші в реакторній техніці паливні композиції:
UO2, U3O8, UC, UC2, UN, U3Si, (UAl3)Si, UBe13.
Інший (інші) хімічний елемент паливної композиції називають розріджувачем палива. У перших двох із перелічених паливних композицій розріджувачем є кисень, у других двох - вуглець, у наступних відповідно азот, кремній, алюміній із кремнієм і берилій.
Основні вимоги до розріджувача - ті самі, що й до сповільнювача в реакторі: він повинен мати високий мікропереріз пружного розсіяння та якомога нижчий мікропереріз поглинання теплових і резонансних нейтронів.
Найпоширенішою паливною композицією в енергетичних реакторах АЕС є діоксид урану (UO2), і його розріджувач - кисень - повною мірою відповідає всім згаданим вимогам.
Температура плавлення діоксиду (2800°С) і його висока термічна стійкість дають змогу мати високотемпературне паливо з допустимою робочою температурою до 2200°С.
Замислившись над змістом цього означення стосовно активної зони теплового ЕЯР, можна зрозуміти, що принциповими компонентами такої активної зони є ядерне паливо, сповільнювач, теплоносій та інші конструкційні матеріали Останні об'єктивно необхідні, адже ядерне паливо й сповільнювач в активній зоні та сама активна зона мають бути нерухомо зафіксовані в реакторі, становлячи по можливості розбірний технологічний агрегат.
Під ядерним паливом зазвичай розуміють сукупність усіх нуклідів, що діляться, в активній зоні. Більшість теплових ЕЯР, які використовуються в енергоблоках АЕС, на початковій стадії експлуатації працюють на суто урановому паливі, але в процесі кампанії в них відтворюється суттєва кількість вторинного ядерного палива - плутонію-239, який одразу після його утворення вмикається в процес розмноження нейтронів у реакторі. Тому паливом у таких ЕЯР у будь-який довільний момент кампанії слід вважати сукупність трьох компонентів, що діляться: 235U, 238U і 239Pu. Уран-235 і плутоній-239 діляться нейтронами будь-яких енергій реакторного спектра, а 238U, як уже зазначалося, лише швидкими надпороговими (з E > 1.1 МеВ) нейтронами.
Основною характеристикою уранового ядерного палива є його початкове збагачення (x), під яким розуміють частку (або відсотковий вміст) ядер урану-235 серед усіх ядер урану. А оскільки більш ніж на 99.99% уран складається з двох ізотопів - 235U і 238U, то величина збагачення:
x = N5/NU = N5/(N5+N8) (4.1.1)
У природному металевому урані міститься приблизно 0.71% ядер 235U, а понад 99.28% становить 238U. Інші ізотопи урану (233U, 234U, 236U і 237U) присутні в природному урані в настільки незначних кількостях, що їх можна не брати до уваги.
У реакторах АЕС використовується уран, збагачений до 1.8 ÷ 5.2%, у реакторах морських транспортних ядерних енергоустановок початкове збагачення ядерного палива становить 20 ÷ 45%. Використання палива низьких збагачень на АЕС пояснюється економічними міркуваннями: технологія виробництва збагаченого палива складна, енергоємна, потребує складного й громіздкого обладнання, а тому є дорогою технологією.
Металевий уран термічно не стійкий, схильний до алотропних перетворень за відносно невисоких температур і хімічно нестабільний, а тому неприйнятний як паливо енергетичних реакторів. Тому уран у реакторах використовується не в суто металевому вигляді, а у формі хімічних (або металургійних) сполук з іншими хімічними елементами. Ці сполуки називаються паливними композиціями.
Найпоширеніші в реакторній техніці паливні композиції:
UO2, U3O8, UC, UC2, UN, U3Si, (UAl3)Si, UBe13.
Інший (інші) хімічний елемент паливної композиції називають розріджувачем палива. У перших двох із перелічених паливних композицій розріджувачем є кисень, у других двох - вуглець, у наступних відповідно азот, кремній, алюміній із кремнієм і берилій.
Основні вимоги до розріджувача - ті самі, що й до сповільнювача в реакторі: він повинен мати високий мікропереріз пружного розсіяння та якомога нижчий мікропереріз поглинання теплових і резонансних нейтронів.
Найпоширенішою паливною композицією в енергетичних реакторах АЕС є діоксид урану (UO2), і його розріджувач - кисень - повною мірою відповідає всім згаданим вимогам.
Температура плавлення діоксиду (2800°С) і його висока термічна стійкість дають змогу мати високотемпературне паливо з допустимою робочою температурою до 2200°С.