Technologie jaderných paliv

Garant předmětu:

Karel Štamberg

Přednášející:

Kateřina Čubová, Karel Štamberg

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra jaderné chemie

Anotace:

Popis technologie výroby především uranového jaderného paliva pro základní typy jaderných reaktorů (HWR, LWR, FBR a HTGR), včetně problematiky přepracování tzv. vyhořelého (ozářeného) paliva (VJP) a zpracování a likvidace radioaktivních odpadů.

Požadavky:

Základní znalosti z anorganické (částečně i organické), jaderné a fyzikální chemie (konkrétně z reakční kinetiky a teorie chemických reaktorů).

Osnova přednášek:

Cíle předmětu:

Získat: (1) základní znalosti o chemismu dějů probíhajících při získávání uranu, dále o fyzikálních, fyzikálně-chemických i chemicko-inženýrských zákonitostech operací (procesů), ze kterých sestává výroba jaderného paliva, (2) schopnosti tyto procesy posoudit a jejich alternativy z technicko-ekonomického hlediska analyzovat.

Obsahové zaměření:

Popis technologie výroby především uranového jaderného paliva pro základní typy jaderných reaktorů (HWR, LWR, FBR a HTGR), včetně problematiky přepracování tzv. vyhořelého (ozářeného) paliva (VJP) a zpracování a likvidace radioaktivních odpadů.

Základní témata:

1)Výskyt uranu v přírodě, mechanické a fyzikální procesy úpravy rud a klasifikace U-rud.

2)Loužení U-rud, získávání uranu z výluhů a jeho rafinace na nukleární čistotu.

3)Výroba kovového uranu, UO2 a směsných (U+Pu, tzv. MOX) oxidických paliv, dále paliv na bázi nitridů a karbidů uranu, resp. i plutonia. Sol-gel procesy, výroba paliva ve formě kuličkových a povlékaných částic (palivo především pro reaktory HTGR).

4)Obohacování uranu, principy, provozně používané postupy a kriteria obohacovacího procesu.

5)Minulé a současné koncepce nakládání s VJP (otevřený, uzavřený palivový cyklus a pokročilý palivový cyklus transmutačních reaktorů).

6)Technologické postupy předúpravy uranovéhoVJP a bezpečnostní zásady při jeho přepracování (zajištění podkritičnosti systému, chlazení VJP, metody odstraňování povlakových materiálů, rozpouštění VJP).

7)Přepracování (rafinace) uranového VJP s cílem získání U- a Pu-frakce a jejich recyklace do výroby paliva. Procesy: (a) kapalinově-extrakční (PUREX, přehledně REDOX, TRIGLY a BUTEX), (b) nevodné (pyrometalurgické a pyrochemické).

8)Přepracování (rafinace) thoriového VJP ? kapalinově-extrakční proces THOREX.

9)Provozní realizace přepracování VJP z LWR, resp. i FBR, - proces THORP, aj.

10)Zpracování a likvidace radioaktivních odpadů (RAO) v rámci celého palivového cyklu. Přeprava a ukládání RAO a VJP.

11)Tzv. pokročilý palivový cyklus transmutačních reaktorů (P&T ? Partitioning and Transmutation, kapalná paliva).

12)Technologie výroby nukleárně čistého thoria (232Th má analogické použití jako 238U) a nukleárně čistého zirkonia (k výrobě slitiny Zircaloy, ze které se vyrábějí povlakové trubky palivových elementů reaktorů LWR).

Osnova cvičení:

Cíle studia:

Získat: (1) základní znalosti o chemismu dějů probíhajících při získávání uranu, dále o fyzikálních, fyzikálně-chemických i chemicko-inženýrských zákonitostech operací (procesů), ze kterých sestává výroba jaderného paliva, (2) schopnosti tyto procesy posoudit a jejich alternativy z technicko-ekonomického hlediska analyzovat.

Studijní materiály:

Základní:

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

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

Doporučená:

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

4.P.D. Wilson., editor : The Nuclear Fuel Cycle from Ore to Wastes, 1996, Oxford University Press, Oxford.

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů: