Khác biệt giữa các bản “Nhiên liệu hạt nhân”

AlphamaEditor, thêm thể loại, Executed time: 00:00:06.6761111
Thẻ: Trình soạn thảo mã nguồn 2017
(AlphamaEditor, thêm thể loại, Executed time: 00:00:06.6761111)
'''Nhiên liệu hạt nhân''' là chất được sử dụng trong các nhà máy năng lượng hạt nhân để tạo ra nhiệt cung cấp cho các [[tua bin]]. Nhiệt lượng được tạo thành khi nhiên liệu hạt nhân trải qua [[phản ứng phân hạch]].
 
Hầu hết nhiên liệu hạt nhân đều chứa các nguyên tố nặng có khả năng xảy ra quá trình phản ứng phân hạch ví dụ như [[urani-235]] hoặc [[plutoni-239]]. Khi các hạt nhân không ổn định của những nguyên tố này va chạm nhau bởi sự chuyển động chậm của nơtron, rồi phân chia tạo thành hai hạt nhân con và hai hoặc nhiều hơn ba [[neutron]]. Sau đó những nơtron này tiếp tục phân chia ra nhiều hạt nhân. Điều này giúp duy trì [[phản ứng dây chuyền]] được kiểm soát trong [[lò phản ứng hạt nhân]] hoặc không bị hạn chế trong [[vũ khí hạt nhân]].
 
Quá trình này bao gồm sự khai khoáng, tinh luyện, tinh chế, sử dụng, sắp đặt nhiên liệu hạt nhân được biết với tên gọi chung là chu trình nhiên liệu hạt nhân.
 
Không phải tất cả loại nhiên liệu hạt nhân đều tạo ra năng lượng từ phản ứng phân hạch; [[plutoni]]-238 và một vài nguyên tố khác thường được sử dụng để sản xuất một ít năng lượng hạt nhân bởi vì sự [[phân rã phóng xạ]] của nó trong máy phát điện đồng vị phóng xạ và trong các dạng khác của [[pin nguyên tử]].
 
==== UOX ====
[[Urani]]um dioxide là một [[chất bán dẫn]] màu đen. Nó được sản xuất bởi phản ứng [[uranyl nitrat]] với ba-zơ ([[ammonia|ammonia)]] để hình thành chất rắn ([[ammonium]] uranate). Nó được làm nóng để hình thành U<sub>3</sub>O<sub>8</sub> và sau đó có thể bị biến đổi bởi sự nung nóng [[argon]]/hỗn hợp hydro (700 &nbsp;°C) tạo thành UO<sub>2</sub> . UO<sub>2</sub> sau đó trộn với chất kết dính hữu cơ và nén thành hạt nhỏ, những hạt nhỏ này được đốt cháy trong nhiệt độ cao (H<sub>2</sub>/Ar) rồi nung kết thành chất rắn. Mục đích là hình thành chất rắn đậm đặc có ít bọt.
 
Độ dẫn điện của Uranium dioxit rất thấp so với Zirconi và điều đó giảm xuống khi nhiệt độ tăng lên. Sự ăn mòn của UO<sub>2</sub> trong [[nước]] được kiểm soát bởi các quá trình giống nhau [[điện hóa học]] cho tới sự ăn mòn của dòng điện trên bề mặt kim loại.
===== MOX =====
 
[[Hỗn hợp]] oxit hay nhiên liệu MOX là sự xáo trộn của [[plutoni]]um và tự nhiên hoặc làm thiếu hụt [[Uranium-234|urani]] khi vận hành giống nhau để làm giàu uranium cung cấp cho nhiều [[lò phản ứng hạt nhân]] . Nhiên liệu MOX là sự thay thế việc làm giàu uranium ít đi cũng sử dụng trong [[lò phản ứng nước nhẹ]] vượt trội hơn so với sự hình thành [[năng lượng hạt nhân]].
 
Một số lo lắng đã được bày tỏ ra rằng sử dụng nhiều lõi MOX sẽ loại bỏ nhiều thách thức mới, mặc dù MOX chính là làm dư số plutonium do sự biến đổi.
Các công ty năng lượng hạt nhân trên toàn cầu thông qua một đề xuất ở Hoa Kỳ của chính quyền tổng thống [[George W. Bush]] hình thành quan hệ đối tác quốc tế xem nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng để tái chế [[plutoni]] điều đó tiện lợi cho nhiên liệu hạt nhân chứ không phải cho [[vũ khí hạt nhân]]. Việc tái xử lí nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng không được cấp phép ở Hoa Kỳ do những cân nhắc không phổ biến.
 
Tất cả các quốc gia khác tái chế vũ khí hạt nhân đã có từ lâu rồi sử dụng nhiên liệu đó để nghiên cứu trong quân đội ngoại trừ Nhật Bản. Thông thường với nhiên liệu thay đổi cứ ba năm một lần, khoảng một nửa số Pu-239 bị đốt cháy trong lò phản ứng, cung cấp khoảng 1/3 tổng năng lượng. Nó hoạt động giống như là U-235 và sự phân hạch giải phóng ra một nguồn năng lượng tương tự. Đốt cháy càng lớn, càng tiêu tốn nhiều lượng plutoni , phần phân hạch của plutonium càng thấp. Thông thường khoảng 1% nhiên liệu sử dụng được thải ra từ lò phản ứng là plutonium và 2/3 trong chúng được phân hạch (50% Pu-239, 15% Pu-241).
 
Toàn thế giới có khoảng 70 tấn plutonium chứa trong nhiên liệu đã qua sử dụng được loại bỏ khi các lò phản ứng tiếp nhiên liệu mỗi năm.
 
== Nhiên liệu kim loại ==
Nhiên liệu kim loại có lợi thế về độ dẫn nhiệt cao hơn nhiều so với nhiên liệu oxit nhưng không thể tồn tại ở nhiệt độ cao như nhau. Nhiên liệu kim loại có một lịch sử lâu dài, kéo dài từ lò phản ứng clementine<ref>{{Chú thích web|url=https://en.wikipedia.org/wiki/Clementine_(nuclear_reactor)|title=clementine}}</ref> vào năm 1946 với nhiều thí nghiệm và nghiên cứu lò phản ứng.
 
Nhiều nhiên liệu kim loại có tiềm năng lớn về mật độ phân rã của nguyên tử. Nhiên liệu kim loại thường dùng để làm hợp kim nhưng có một số được sản xuất với uranium nguyên chất. Các hợp kim Urani đã được sử dụng bao gồm nhôm uranium, uranium zirconi, uranium silic, urani molypden và urani zirconium hydride. Bất kỳ loại nhiên liệu nào nói trên đều có thể được chế tạo bằng plutonium và các actinides khác như là một phần của chu trình nhiên liệu hạt nhân khép kín. Nhiên liệu kim loại đã được sử dụng trong các lò phản ứng hơi nước và lò phản ứng với kim loại lỏng, chẳng hạn như (EBR-ll).<ref>{{Chú thích web|url=https://en.wikipedia.org/wiki/Experimental_Breeder_Reactor_II|title=EBR-ll}}</ref>
 
=== Nhiên liệu Actinide ===
Trong một [[lò phản ứng nơtron nhanh]], các actinit nhỏ được tạo ra bằng cách thu nhận [[neutron]] của urani và plutoni có thể được sử dụng làm nhiên liệu. Nhiên liệu actinide kim loại thường là một hợp kim của zirconium, urani, plutonium . Nó có thể được thực hiện an toàn bằng với việc mở rộng nhiệt hợp kim của kim loại sẽ làm tăng rò rỉ neutron.
 
=== Plutonium nóng chảy ===
Plutoni nóng chảy, hợp kim với các kim loại khác để hạ thấp điểm nóng chảy của nó và kết vỏ trong tantali<ref>{{Chú thích web|url=https://fas.org/sgp/othergov/doe/lanl/lib-www/la-pubs/00320959.pdf|title="Archived copy" (PDF). Archived (PDF) from the original on 2016-10-21. RetrievedTruy cập 2016-06-04.}}</ref>, đã được thử nghiệm trong hai lò phản ứng LAMPRE I và LAMPRE II tại LANL trong những năm 1960. LAMPRE đã trải qua ba lần thất bại khi phân tách nhiên liệu trong quá trình hoạt động<ref>{{Chú thích web|url=http://www.lahdra.org/pubs/reports/In%20Pieces/Chapters%205%20thru%209.pdf|title="Archived copy" (PDF). Archived (PDF) from the original on 2016-04-15. RetrievedTruy cập 2013-11-11}}</ref>.
 
===== Nhiên liệu TRIGA =====
Phần lớn những gì được biết về Uranium cacbua là ở dạng các nguyên tố nhiên liệu dạng pin cho các [[lò phản ứng kim loại lỏng]] trong quá trình nghiên cứu mãnh liệt trong những năm 1960 và 1970. Tuy nhiên, gần đây sự quan tâm về vấn đề hồi sinh uranium cacbua ở nhiên liệu tấm và nhiều chú ý hơn là hạt nhiên liệu vi mô (ví dụ Triso).
 
Độ dẫn nhiệt và điểm nóng chảy cao khiến cho uranium cacbua là một nguyên liệu hấp dẫn. Ngoài ra, bởi vì sự thiếu [[Ôxy|oxy]] trong nhiên liệu (trong quá trình chiếu xạ, áp suất khí dư thừa có thể hình thành O<sub>2</sub> hoặc các khí khác) cũng như khả năng bổ sung lớp phủ gốm ( giao diện gốm sứ) có sự lợi thế về cấu trúc và hóa học), Urani cacbua có thể là ứng cử viên nhiên liệu lý tưởng cho một số [[lò phản ứng thế hệ thứ 4]] cũng như [[lò phản ứng nhanh làm mát bằng khí]].
 
== Nhiên liệu lỏng ==
Các lò phản ứng nhiên liệu lỏng cung cấp các lợi thế an toàn đáng kể do chế độ tự điều chỉnh của lò phản ứng luôn ổn định. Điều này cung cấp hai lợi ích chính: hầu như loại bỏ các khả năng nhanh chóng xảy ra sự cố trong lò phản ứng, cung cấp khả năng tải tự động phù hợp với việc phát điện và các ứng dụng nhiệt của công nghiệp ở nhiệt độ cao.
 
Một ưu điểm lớn của lõi chất lỏng là khả năng thoát nước nhanh chóng an toàn vào bể chứa bị động. Lợi thế này đã được chứng minh một cách liên tục như là một phần của hoạt động chấm dứt hàng tuần của chương trình [[ORNL MSRE]] xuyên suốt trong 4 năm thành công.
 
Một ưu điểm nửa của lõi chất lỏng là khả năng giải phóng khí [[nexon]] thường hoạt động như một chất hấp thụ nơtron và gây ra sự biến dạng cấu trúc của các nguyên tố nhiên liệu rắn dẫn đến thay thế sớm các thanh nhiên liệu rắn với hơn 98% nhiên liệu hạt nhân không bị cháy bao gồm các actinit lâu dài. Ngược lại các lò phản ứng muối nóng chảy ([[MSR]] ) có khả năng giữ lại hỗn hợp nhiên liệu trong thời gian dài, không chỉ làm tăng hiệu suất nhiên liệu mà còn đốt cháy phần lớn chất thải như một phần hoạt động bình thường.
 
=== Muối nóng chảy ===
Nhiên liệu muối nóng chảy có nhiên liệu hạt nhân hòa tan trực tiếp trong chất làm mát muối nóng chảy. [[Các lò phản ứng chứa muối nóng chảy]] (MSR) ví dụ như lò phản ứng LFTR đều không hòa tan nhiên liệu hạt nhân trong chất làm mát.
 
Nhiên liệu muối nóng chảy được sử dụng trong [[LFTR]] được gọi là thí nghiệm phản ứng muối nóng chảy cũng như các thí nghiệm phản ứng lõi chất lỏng khác.Nhiên liệu lỏng của phản ứng muối nóng chảy là hỗn hợp của [[lithium]], [[beryllium]], [[thori]] và [[urani florua]]: LiF-BeF<sub>2</sub>-ThF<sub>4</sub>-UF<sub>4</sub> (72-16-12-0.4 &nbsp;mol%). Nó có nhiệt độ hoạt động cao nhất ở 705&nbsp;°C trong phòng thí nghiệm và có thể hoạt động ở nhiệt độ cao hơn nữa vì nhiệt độ sôi của muối nóng chảy cao hơn 1400 &nbsp;°C.
 
== Một số hình dạng vật lí của nhiên liệu hạt nhân ==
Lớp bên ngoài của thanh nhiên liệu tồn tại giữa chất làm mát và nhiên liệu hạt nhân. Nó được làm bằng [[vật liệu chống ăn mòn]] với tiết diện hấp thụ thấp nhiệt của các notron thường là [[zircaloy]] hay thép trong các công trình hiện đại hoặc [[magie]] với một lượng nhỏ [[nhôm]] và các kim loại khác của lò phản ứng [[magnox]] đã lỗi thời. Lớp phủ ngăn chặn các lớp phân hạch phóng xạ thoát khỏi nhiên liệu rồi vào trong chất làm mát và bị hấp thụ.
[[Tập_tin:Fuel_Pellet.jpg|trái|nhỏ|420x420px|Ảnh Ủy ban điều tiết hạt nhân (NRC)]]
[[Tập_tin:Pellet_rod.jpg|giữa|nhỏ|420x420px|Viên nhiên liệu tươi đã sẵn sàng để lắp ráp ]]
 
=== Nhiên liệu PWR ===
[[Nhiên liệu lò phản ứng của áp suất nước|Nhiên liệu lò phản ứng áp suất nước]] bao gồm các que hình trụ được đưa vào bó. Một viên gốm oxit urani tạo thành dạng viên và được đưa vào các ống hợp kim Zircaloy rồi gói lại với nhau.
 
Các ống Zircaloy có đường kính khoảng 1cm1&nbsp;cm và chứa đầy khí [[heli]] để cải thiện sự dẫn nhiệt từ nhiên liệu đến lớp phủ. Có khoảng 179-264 thanh nhiên liệu cho mỗi bó nhiên liệu và khoảng 129-193 được nạp vào lõi lò phản ứng.
 
Nói chung các gói nhiên liệu bao gồm các thanh nhiên liệu đi kèm 14 *14 đến 17 *17 và gói nhiên liệu PWR dài khoảng 4 mét. Trong các bó nhiên liệu PWR, các thanh điều khiển được trực tiếp đưa thẳng qua đỉnh bên trong bó nhiên liệu. Các bó nhiên liệu thường được làm giàu vài phần trăm trong 235U. Ôxít urani được sấy khô trước khi đưa vào các ống để cố gắng loại bỏ độ ẩm trong nhiên liệu gốm có thể dẫn đến ăn mòn và làm mất hydro.
 
==== Nhiên liệu BWR ====
Trong [[phản ứng nước đun sôi]], nhiên liệu giống như nhiên liệu PWR ngoại trừ các bó được đóng hộp còn có một ống mỏng xung quanh mỗi bó. Điều này chủ yếu được thực hiện để ngăn chặn các biến thể mật độ cục bộ ảnh hưởng đến neutronics và thủy nhiệt của lõi lò phản ứng. Trong các gói nhiên liệu BWR hiện đại có 91, 92 hoặc 96 thanh nhiên liệu mỗi cụm tùy thuộc vào nhà sản xuất. Khoảng 368 cụm nhỏ nhất cho đến 800 cụm lớn nhất ở Hoa Kỳ để hình thành lõi của lò phản ứng. Mỗi thanh nhiên liệu BWR được lấp đầy với [[Heli|heliumheli]]um với áp suất khoảng 3 atm (300 kPa).
 
=== Nhiên liệu CANDU ===
Các bó nhiên liệu Candu dài khoảng nửa mét và có đường kính 10cm10&nbsp;cm. Chúng bao gồm các hạt (UO<sub>2</sub>) được nung kết trong các ống hợp kim [[zirconi]] cũng như tiếp tục hàn gắn thành đoạn cuối của tấm phiến hợp kim zirconi. Mỗi bó nặng gần 20 &nbsp;kg, mỗi lõi điển hình chứa 4500-6500 bó theo thứ tự tùy thuộc vào bản thiết kế. Bó CANFLEX có 43 thành phần nhiên liệu với hai kích thước phần tử. Nó có đường kính khoảng 10 &nbsp;cm, dài 0,5 m và nặng khoảng 20 &nbsp;kg và được thay thế cho bó chuẩn 37 trục. Nó được thiết kế đặc biệt để tăng hiệu suất nhiên liệu bằng cách sử dụng hai đường kính pin khác nhau và các thiết kế hiện tại của CANDU không cần [[làm giàu urani]] để đạt được mức độ quan trọng (do điều tiết nước hiệu quả hơn), tuy nhiên, một số khái niệm mới hơn kêu gọi làm giàu urani ít hơn để giúp giảm kích thước của lò phản ứng.
[[Tập_tin:CANDU_fuel_bundles.jpg|giữa|nhỏ|Bó nhiên liệu Candu]]
 
[[Thể loại:Nhiên liệu hạt nhân]]
[[Thể loại:Công nghệ hạt nhân]]
[[Thể loại:Họ Actini]]