Nukleáris üzemanyagciklus. Az urán útja a bányától a reprocesszálásig

Hasonló dokumentumok
Atomerőmű. Radioaktívhulladék-kezelés

Nukleáris üzemanyagciklus: az urán útja a bányától a reprocesszálásig

Az uránérc bányászata

Sugárvédelem nukleáris létesítményekben. Átfogó [fenntartó] SVK Osváth Szabolcs (OKK-OSSKI-LKSO)

Nukleáris hulladékkezelés. környezetvédelem

Látogatás egy reprocesszáló üzemben. Nagy Péter. Hajdúszoboszló, ELFT Sugárvédelmi Továbbképző Tanfolyam,

Atomreaktorok üzemtana. Az üzemelő és leállított reaktor, mint sugárforrás

Nukleáris üzemanyagciklus

3. Előadás Molnár Zsuzsa Radanal

A NUKLEÁRIS ÜZEMANYAGCIKLUS LEZÁRÁSÁNAK LEHETŐSÉGEI

Első magreakciók. Targetmag

RADIOAKTÍV HULLADÉK; OSZTÁLYOZÁS, KEZELÉS ÉS ELHELYEZÉS. (Dr. Kanyár Béla, SE Sugárvédelmi Szolgálat)

A Paksi Atomerőműből származó kiégett üzemanyag hasznosítási lehetőségei

Zárt üzemanyagciklus. Nukleáris üzemanyagciklus: létesítmények, technológiák, biztonság. Urántartalékok. Zárt üzemanyagciklus

Radiokémiai neutronaktivációs analízis (RNAA)

Az uránpiac helyzete és kilátásai

Dr. Pintér Tamás osztályvezető

Atomenergetikai alapismeretek

Kémia azatomerőművekben. és azuránbányákban, és a hulladéktemetőkben, és...

Készítette: Sánta Kata Budapest, május 1.

Vaskor Dóra Környezettan alapszakos hallgató. Témavezető: Kiss Ádám egyetemi tanár

A környezetgazdálkodás alapjai. III. évf. Földrajz BSC. Ballabás Gábor

ATOMERÔMÛVI HULLADÉKOK KEZELÉSE 1. RÉSZ Fábián Margit MTA Energiatudományi Kutatóközpont

Energetika II. (BMEGEENAEE4) házi feladat

Aktiválódás-számítások a Paksi Atomerőmű leszerelési tervéhez

Radioaktív elemek környezetünkben: természetes és mesterséges háttérsugárzás. Kovács Krisztina, Alkímia ma

Új típusú fűtőelemek bevezetésének megalapozását szolgáló kísérletek, 2015 & 2016

IVÓVIZEK RADIOANALITIKAI VIZSGÁLATA

Radon a felszín alatti vizekben

Radioaktív hulladékok és besorolásuk

Az atommagtól a konnektorig

RADIOAKTÍV HULLADÉKOK MINŐSÍTÉSE A PAKSI ATOMERŐMŰBEN

Szabályozás. Alapkezelő: Országos Atomenergia Hivatal Befizetők: a hulladék termelők Felügyelet: Nemzeti Fejlesztési Miniszter

Készítette: Magyar Norbert Környezettudomány Msc I. évfolyam

Gyorsreaktorok szerepe az atomenergetika fenntarthatóságában

RADIOLÓGIAI FELMÉRÉS A PAKSI ATOMERŐMŰ LESZERELÉSI TERVÉNEK AKTUALIZÁLÁSÁHOZ

235 U atommag hasadása

Radioaktívhulladék-kezelés és újrafelhasználás: Francia lehetőségek, tapasztalatok, jövőbeni tervek

NEUTRON-DETEKTOROK VIZSGÁLATA. Mérési útmutató BME NTI 1997

ATOMENERGETIKA ÉS NUKLEÁRIS TECHNOLÓGIA

Radioaktív hulladékok osztályozása (javaslat a szabályozás fejlesztésére)

Radioaktív izotópok előállítása. Általános módszerek

A hazai vízművek NORM-os felmérése

ALTERNATÍVA-E AZ ATOMENERGIA

Radioizotópok az üzemanyagban

A TERMÉSZETBEN SZÉTSZÓRÓDOTT NUKLEÁRIS ANYAGOK VIZSGÁLATA

13. Nukleáris hasadóanyag előállító, felhasználó és radioaktív hulladékkezelő technológiák A nukleáris energetika komplex rendszere

Energetikai mérnökasszisztens Mérnökasszisztens

Reaktortechnika. A reaktortechnikában használatos anyagok I. Üzemanyagok

Gamma-röntgen spektrométer és eljárás kifejlesztése anyagok elemi összetétele és izotópszelektív radioaktivitása egyidejű elemzésére

ENERGIATERMELÉS 8. NUKLEÁRIS ENERGIATERMELÉS

Az atomoktól a csillagokig: Az energiaellátás és az atomenergia. Kiss Ádám február 26.

Röntgen-gamma spektrometria

Izotóp geológia: Elemek izotópjainak használata geológiai folyamatok értelmezéséhez.

Nukleáris energia. Készletek, kutatás, kitermelés. Bárdossy György

Elemanalitika hidegneutronokkal

A nuklidok csoportosítása

NRHT konferencia. Hosszú távú biztonsági modellezés. koncepcionális és számítási vonatkozások. Baksay Attila és Dankó Gyula, szeptember 17.

A szabályozott láncreakció PETRÓ MÁTÉ 12.C

LERAKÁS - Hulladékkezelési technológiák nem hasznosítható maradékanyagainak listája

Kémiai fizikai alapok I. Vízminőség, vízvédelem tavasz

Gázhűtésű gyorsreaktor üzemanyagciklusának modellezése

Nukleáris energetika. Kérdések 2015 tavaszi félév

A víz kondicionálása. Dr. İsz János, BME EGR Tsz. Tajti Tivadar, LG Energia Kft Atomerımővek BME NTI

Radioaktív hulladékok kezelése az atomerőműben

Atomenergia a 21. században

FENNTARTHATÓ FEJLİDÉS ÉS ATOMENERGIA

Ipari vizek tisztítási lehetőségei rövid összefoglalás. Székely Edit BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék

Radioaktív nyomjelzés

A transzmutáció témaköréhez kapcsolódó fontosabb fogalmak és szakkifejezések magyarázata

Nagy érzékenyégű módszerek hosszú felezési idejű nehéz radioizotópok analitikájában. Vajda N., Molnár Zs., Bokori E., Groska J., Mácsik Zs., Széles É.

Fűtőelemek üzemi visel e ked e é d s é e

NUKLEÁRIS LÉTESÍTMÉNYEK LÉGNEMŰ 14C KIBOCSÁTÁSÁNAK MÉRÉSE EGYSZERŰSÍTETT LSC MÓDSZERREL

Az urán életútja a föld mélyétől az aktív zónáig

A sugárvédelem alapjai

A LESZERELÉSI TERV FELÜLVIZSGÁLATÁRÓL

Folyékony radioaktív hulladék kezelése CANDU típusú atomerőműben

Izotópmigrációs vizsgálatok az IKI-ben

Részecskegyorsítón alapuló aktinida transzmutációs rendszerek reaktorfizikai vizsgálata

A nagy aktivitású leszerelési és üzemviteli hulladékok végleges elhelyezése

RADIOLÓGIAI FELMÉRÉS A PAKSI ATOMERŐMŰ LESZERELÉSI TERVÉNEK AKTUALIZÁLÁSÁHOZ

A transzmutáció szerepe a fenntartható atomenergetikában

IV. generációs reaktorok kutatása. Czifrus Szabolcs BME NTI

Prompt-gamma aktivációs analitika. Révay Zsolt

9. A felhagyás környezeti következményei (Az atomerőmű leszerelése)

Az atomerőművek technikai fejlődése, és generációik

A nuklidok csoportosítása

Természet és környezetvédelem. Hulladékok környezet gyakorolt hatása, hulladékgazdálkodás, -kezelés Szennyvízkezelés

Erőművi technológiák összehasonlítása

Nukleáris energia. Radioaktiv hulladékok elhelyezése. Bárdossy György

A radioaktív hulladékokról

A RADIOAKTÍV HULLADÉKKEZELÉS PROGRAMJA MAGYARORSZÁGON. Dr. Kereki Ferenc ügyvezető igazgató RHK Kft

Az Országos Képzési Jegyzékről és az Országos Képzési Jegyzék módosításának eljárásrendjéről szóló 133/2010. (IV. 22.) Korm.

Környezetvédelmi

HANDLING AND STORAGE OF RADIOACTIVE WASTE AND ITS ENVIRONMENTAL EFFECT

Hulladék civiláziós melléktermék

A környezeti sugárzás anomáliái Várhegyi, András

Neutron Aktivációs Analitika

Energiagazdálkodás és környezetvédelem 4. Előadás

Nagy aktivitású kutatás

Átírás:

Nukleáris üzemanyagciklus. Az urán útja a bányától a reprocesszálásig Osváth Szabolcs OSSKI előadás az Energetikai Szakkollégiumon 2013. XI. 28. (Cs); BME Q BF 12 1

Olvasnivalók, irodalomjegyzék Manson Benedikt, Thomas H. Pigford, Hans Wolfgang Levi: Nuclear Chemical Engineering (Hemisphere Publishing Corporation, 1981) Gregory R. Choppin, Jan-Olov Liljenzin, Jan Rydberg: Radiochemistry and Nuclear Chemistry (Reed Educational and Professional Publishing Ltd, 1995) Gregory R. Choppin & Jan Rydberg: Nuclear Chemistry (Pergamon Press, 1980) IAEA: Uranium 2007: Resources, Production and Demand (OECD, 2008) ( The Red Book ) IAEA-TECDOC-1467: Status and trends in reprocessing, 2005 OECD / International Atomic Energy Agency (IAEA), Uranium 2009: Resources, Production and Demand (OECD Publishing, 2009) Walter Loveland, David J. Morrissey, Glenn T. Seaborg: Modern nuclear chemistry (John Wiley & Sons, 2006) Peter D. Wilson (szerk.): The Nuclear Fuel Cycle From ore to waste (Oxford University Press, 1996) ENEN International seminar on nuclear fuel cycle

Porból vétettünk, és ismét porrá leszünk (1) Bányászat (2) Ércfeldolgozás (3) Konverzió (4) Fűtőelemgyártás (5) Reaktorok (6) Reprocesszálás (7) Partícionálás (8) Transzmutáció (9) Hulladékkezelés

Termikus neutronokra elhasadnak: 233 U, 235 U, 239 Pu, 241 Pu 232 Th + n 233 U 238 U + n 239 Pu 241 Pu

A természetes bomlási sorok 232 Th-sor (A=4n) 220 Rn toron 237 Np-sor (A=4n+1) kihalt 238 U- 226 Ra-sor (A=4n+2) 222 Rn radon radon 235 U- 227 Ac-sor (A=4n+3) 219 Rn aktinon Iszapminta uránfrakciójának alfaspektruma (a 232 U-t én tettem bele nyomjelzőnek) beütésszám 80 70 60 50 40 30 20 238 U 4200keV 234 U 4770keV 232 U 5320keV 10 0 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 csatornaszám

Az aktinoidák vegyértékváltók és komplexeket képeznek

Uránércek és bányászatuk

>400-féle érc U-tartalmuk < 1%

Jóformán minden ország más és más szisztéma szerint csoportosítja az uránérclelőhelyeit. Két fő szempont: az adatok megbízhatósága és a kitermelés költsége.

In situ leaching kénsavval (H 2 SO 4 ) vagy szódaoldattal (Na 2 CO 3 ) Környezeti problémák!

Az uránérc feldolgozása

Őrlés Nuclear Fuel Cycle Szabolcs Osvath, BME NTI 20

Az urántartalom kioldása két vegyszerrel történhet: Na 2 CO 3 [UO 2 (CO 3 ) 3 ] 4- stabil komplex lassú, de szelektív eljárás H 2 SO 4 [UO 2 (SO 4 ) 3 ] 4- kevésbé stabil komplex gyors, de kevésbé szelektív eljárás Szűrés Tisztítás (a savas kioldás után): anioncserélő gyantán folyadék-folyadék extrakcióval

Az urántartalmat lúggal (pl. NaOH, NH 3 ) csapják ki (nyerik vissza). Így készül a sárga pogácsa.

A meddő(hányó) A kibányászott aktivitás 10/14 része a meddőbe kerül (NORM) Eddig a föld alatt volt, most a felszínen van Vegyszerrel jól meg is matattuk Vö. széntüzelésű hőerőművek salakja, pernyéje (TENORM) A radon nemesgáz Remediáció, rekultiváció

Konverzió A sárga pogácsá -t (75-90% Na 2 U 2 O 7 vagy (NH 4 ) 2 U 2 O 7 ) elszállítjuk a bányától A konverterben tovább tisztítják Oldás HNO 3 -ban: Na 2 U 2 O 7 UO 2 (NO 3 ) 2 Tisztítás folyadék-folyadék extrakcióval Kicsapás NH 3 -val: UO 2 (NO 3 ) 2 (NH 4 ) 2 U 2 O 7 Kalcinálás: (NH 4 ) 2 U 2 O 7 2 NH 3 + 2 UO 3 + H 2 O Redukció: UO 3 + H 2 UO 2 + H 2 O Fluorozás: UO 2 + 4 HF UF 4 + 2 H 2 O Fluorozás elemi fluorral! UF 4 + F 2 UF 6

Konverzió Na 2 U 2 O 7 UO 2 (NO 3 ) 2 (NH 4 ) 2 U 2 O 7 UO 3 UO 2 UF 4 UF 6

Miért olyan különleges az UF 6? - A fluor monoizotópos ( 19 F) - Az UF 6 igen illékony

Izotópdúsítás

Izotópdúsítás A 235 U és a 238 U kémiai tulajdonságai megyegyeznek. Fizikai módszert kell alkalmazni, amely kihasználja a (csekély) tömegkülönbséget. Az effektus rendkívül csekély. Technológiai léptékben két módszer valósult meg: a diffúziós és a centrifugás. Mindkettőhöz gázhalmazállapotú uránvegyületre van szükség.

Dúsítási kaszkád

Gázdiffúziós eljárás

Gázdiffúziós eljárás

EURODIF - Georges Besse 1400 fokozat folyamatos üzem 3000 MW elektromos vö. Tricastin 1-4 atomerőmű (3660 MW) hűtőtornyok a hulladékhőt az iparban és egy krokodilfarmon hasznosítják TRICASTIN-1 PWR 915 MW 1980/05/31 TRICASTIN-2 PWR 915 MW 1980/08/07 TRICASTIN-3 PWR 915 MW 1981/02/10 TRICASTIN-4 PWR 915 MW 1981/06/12 34

Gázcentrifugás eljárás

Gázcentrifugás eljárás

37

A dúsítási igények kielégítésére alkalmazható módszerek részesedésének várható alakulás a következő évtizedben Módszer 2010 2020 Gázdiffúziós 25% 0 Gázcentrifugás 65% 93% Lézeres 0% 3% Nukleáris fegyverek töltetének lehígítása 10% 4%

4 cég állítja elő a dúsított urán 95 %-t

Fűtőelemgyártás

Mi minden kell egy atomreaktorba? üzemanyag (uránvegyületek) esetleg kiégő mérgek (Gd) szerkezeti anyagok (Zr-ötvözetek, acélok, kutatóreaktorokban Al, ) moderátor reflektor hűtőközeg biológiai védelem (sugárárnyékolás) Szempontok: nukleáris (mit művel a neutronokkal) hőtechnikai (hővezetés, hőtágulás) mechanikai (szilárdság) kémiai (korrózió, kompatibilitás) strapabírósági (hőmérséklet- és sugárálló) gazdasági (olcsó) de a legfontosabb nukleáris anyag akkor is 41

UF 6 UO 2 U U-oxidok: UO 2 (+ PuO 2 = MOX), UO 3 U (fém) U-karbidok: UC, UC 2, U 2 C 3 UH 3 U-nitridek: UN eutektikus sóolvadék: ZrF 4 + BeF 2 + 7 LiF + 235 UF 4

A kiégett fűtőelemek kezelése

Mi a fantázia a reprocesszálásban? A tömeg zömét az aktinoidák, az aktivitás zömét viszont (egyelőre) a hasadási termékek adják

Nuclear Fuel Cycle Szabolcs Osvath, BME NTI 55

A PUREX eljárás lényege Folyadék-folyadék extrakció UO 2+ 2 + 2 NO - 3 + 2 TBP = UO 2 (NO 3 ) 2 *2TBP Pu 4+ + 4 NO - 3 + 2 TBP = Pu(NO 3 ) 4 *2TBP vizes fázis szerves fázis Az urán és a plutónium együtt extrahálódik A plutónium szelektíven redukálható (és visszaextrahálható): Pu 4+ + Fe 2+ Pu 3+ + Fe 3+ Az utolsó lépés az urán visszaextrakciója

ÓRAELLENŐRZÉS! Hogy állunk idővel?

Transzmutáció

Mit hogyan transzmutáljunk? Hasadási termékek: 126 Sn, 90 Sr, 137 Cs gazdaságosan nem transzmutálható 99 Tc termikus neutronokkal transzmutálható 129 I bonyolultabban, de megoldható nagy neutronfluxusra van szükség Aktinoidák: termikus neutronok nem segítenek küszöbenergia feletti gyors neutronokra mindegyik aktinoida hasad f / c jó nagy legyen

Cross-section [barn] 10000 1000 100 10 1 0.1 0.01 0.001 0.0001 Fission Capture 1E-5 1E-4 1E-3 1E-2 1E-1 1E+0 1E+1 1E+2 1E+3 1E+4 1E+5 1E+6 1E+7 Energy [ev] Cross-section [barn] 100000 10000 1000 100 10 1 0.1 0.01 0.001 239 Pu Fission Capture 237 Np 0.00001 0.0001 Aktinoidák többlépéses transzmutálása termikus és gyors neutronokkal: 241 Am( n, ) 242 Am 16h 243 242 237 Am(n, ) Np(n, ) Cm 163d 244 238 238 Am 10h Np 2.1d Pu( n, ) 244 1E-5 1E-4 1E-3 1E-2 1E-1 1E+0 1E+1 1E+2 1E+3 1E+4 1E+5 1E+6 1E+7 Energy [ev] 239 238 Pu(n, ) Pu( n, Cm 18.1d 240 f ) 239 Pu(n, ) Pu(n,f ) 241 Pu(n,f )

Radioaktív hulladékok

A radioaktív hulladékokat rengetegféleképpen csoportosíthatjuk Halmazállapot szerint (szilárd, folyékony, gáz) Aktivitáskoncentráció szerint (felszabadítható, kis, közepes, nagy) Felületi dózisteljesítmény szerint Hőtermelés szerint Felezési idő szerint (rövid, hosszú) Sugárzástípus szerint (alfa, béta, gamma) Eredet szerint (ipar, egészségügy stb.) (Kémiai) összetétel szerint (pl. korrozív, tűzveszélyes)

Mit kezdünk a radioaktív hulladékkal? Pihentetés Térfogatcsökkentés Immobilizálás Cementezés Bitumenezés Üvegesítés Temetés Felszíni Felszín közeli Mélységi (geológiai) Mérnöki gátak Hulladékmátrix Acélhordó Térkitöltés Betonmedence Geológiai gátak Befogadó kőzet

Itt a vége, fuss el véle!