Technologie palivového cyklu jaderných elektráren

Garant předmětu:

Kateřina Čubová, Karel Štamberg

Přednášející:

Kateřina Čubová, Karel Štamberg

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra jaderné chemie

Anotace:

V úvodní části předmětu jsou specifikovány základní typy uranových rud, kriteria jejich klasifikace, dále mechanické, fyzikální a radiometrické metody jejich předúpravy. Hlavní pozornost je věnována chemicko-technologickým procesům zpracování U-rud s cílem získání meziproduktů technické čistoty, dále produktů nukleární čistoty ve formě, např., kovového U, UO2, UN, UC a UF6. V tomto rámci jsou zahrnuty také tzv. sol-gel procesy a separace izotopů uranu. Následuje popis výroby palivových článků základních typů reaktorů s palivem ve formě proutků kovového U a tablet UO2, resp. tzv. MOX paliva na bázi UO2+PuO2. Předmětem výuky jsou též principy přepracování vyhořelého jaderného paliva, dále zpracování a likvidace radioaktivních odpadů.

Požadavky:

1. Základní znalosti z anorganické a jaderné chemie, zvláště pak z oblasti chemie a štěpení uranu.

2. Základní znalosti z fyzikální chemie týkající se reakční kinetiky a chemických rovnovách v heterogenních systémech, včetně znalosti principů tvorby koloidů.

3. Základní znalosti z oblasti separačních procesů, konkrétně týkající se kapalinové extrakce a aplikace pevných sorbentů, zvláště pak organických měničů iontů.

Osnova přednášek:

1. Výskyt uranu v přírodě, základní typy uranových rud a kriteria jejich klasifikace.

2. Mechanické a fyzikální procesy předúpravy rud (drcení, mletí, třídění, zahušťování, filtrace a sedimentace). Fyzikální procesy úpravy U-rud (gravitační a radiometrické třídění, flotace, termické metody). Loužení U-rud (kyselé a karbonátové loužení, speciální postupy: podzemní, haldové, bakteriologické, perkolační aj.).

3. Získávání U z výluhů: sorpční procesy (typy měničů iontů, chemismus, technologické postupy, ionexová zařízení).

4. Získávání U z výluhů: kapalinově-extrakční procesy (typy extrakčních činidel, chemismus, technologické postupy, extrakční zařízení). Chemické postupy a postupy založené na kombinaci ionexových a kapalinově-extrakčních procesů.

5. Příprava nukleárně čistých uranových sloučenin (nukleární čistota, rafinace pomocí TBP, srážecí rafinační postupy, postupy zaměřené na přípravu UF4 a UF6).

6. Výroba kovového uranu (kalciotermická a magnesiotermická redukce UF4, moření surového ingotu U a vakuová rafinace), rekonverze UF6 na U.

7. Výroba UO2 keramického stupně (charakteristika jednotlivých technologických postupů a používaná kriteria), rekonverze UF6 na UO2, výroba tablet UO2.

8. Výroba směsných oxidických paliv (UO2+PuO2, ThO2+UO2), paliv na bázi nitridů a karbidů uranu a plutonia.

9. Sol-gel procesy (metody přípravy paliva ve formě kuliček) a příprava tzv. povlékaných částic.

10. Obohacování uranu (principy a izotopové jevy; difúzní, odstředivková, aerodynamická, laserová a chemická metoda; provozně používané postupy, kriteria obohacovacího procesu).

11. Výroba palivových článků na bázi kovového uranu a oxidické keramiky, výroba článků pro HTGR (kulové a hexagonální články).

12. Principy přepracování vyhořelých jaderných paliv a zpracování a likvidace radioaktivních odpadů.

Osnova cvičení:

Cíle studia:

Znalosti:

Posluchači získají základní znalosti týkající se realizace palivového cyklu jaderných elektráren, tzn., získávání uranu (při zpracování uranových rud) ve formě technického meziproduktu, dále nukleárně čistého metalického a oxidického materiálu pro výrobu palivových článků, zahrnující i procesy separace izotopů uranu a principy přepracování vyhořelého paliva a následně recyklace uranu a plutonia zpět do výroby palivových článků.

Schopnosti:

Posluchači získají schopnosti posoudit: (i) technickou i ekonomickou náročnost výroby jaderného paliva, (ii) výhodnost uzavření palivového cyklu jaderných elektráren, resp. recyklace U + Pu.

Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1] Štamberg K.: Technologie jaderných paliv I, ČVUT, Praha 1994.

[2] Štamberg K.: Technologie jaderných paliv II, ČVUT, Praha 1998.

Doporučená literatura:

[1] Benedict M., Pigford T., Levi H.: Nuclear Chemical Engineering, McGraw Hill Book Co., New York 1981.

[2] Wilson P.D. (edt.): The Nuclear Fuel Cycle - From Ore to Waste. Oxford University Press, Oxford 1996.

Poznámka:

Technologie palivového cyklu jaderných elektráren (JE)

Rozvrh na zimní semestr 2024/2025:

	06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po	místnost BR:314 Čubová K. 12:00–13:50 (přednášková par. 1) Břehová 7 učebna KJCH
Út
St
Čt
Pá

Rozvrh na letní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Jaderná chemie (povinně volitelný předmět)