Letom svetom okolo atómu V.

Tak ako som sľúbil, dnes sa povenujeme palivovému cyklu. Hovoríme tomu, že má prednú časť, prevádzku a zadnú časť. Opäť som využil nejaké poznámky od Halflife-a a nejaké tie internety a skriptá.

Urán sa vyskytuje v zemskej kôre čo je svetom svet, len ho treba z tej zeme vyštráchať. Problém je, že je dobre rozptýlený a v rude s vyskytuje v malých množstvách. Priemerne je to 0,5%. Najväčšie zásoby rudy sa nachádzajú prekvapivo v Austrálii, polovičné austrálske zásoby má Kazachstan. V Rusku sa nachádzajú len nejaké 4%. Teraz máme dve možnosti. Dolovať ho klasicky ako rudu, či už hlbinnou, alebo povrchovou ťažbou, alebo chemicky. Tu si pomôžeme alkalickým alebo kyslým lúhovaním. Ďalším spracovaním sa z neho stáva žltý koláč. Asi ste ten výraz niekde zachytili. Názov odpovedá skutočnosti, je to krásna sýta žltá farba ktorú tvoria oxidy uránu. Takto skoncentrovaný koláčik už obsahuje maximálne 85% uránu. Zatiaľ ešte nie je veľmi aktívny, pretože v ňom prebiehajú len prirodzené rozpady. Do reaktora to však sypať nemôžeme, ešte stále obsahuje veľa prímesí. Preto sa rozpustí v kyseline dusičnej, filtruje sa a mieša s kadečím až vznikne UO₂. Toto palivo je však vhodné len do niektorých typov reaktorov ako je CANDU, alebo Magnox, pretože obsahuje málo izotopu ²³⁵U. Naše reaktory na toto nefungujú, potrebujú obsah ²³⁵U vyšší, preto sa palivo obohacuje. Ale to vám teraz vysvetlí Halflife:

Urán sa dá obohacovať rôznymi spôsobmi. Základný princíp obohacovania spočíva v tom, že sa využíva rozdiel hmotnosti medzi izotopmi uránu ²³⁸U a ²³⁵U. ²³⁸U je ťažší o hmotnosť troch neutrónov ako ²³⁵U. Chemické vlastnosti oboch izotopov sú však absolútne rovnaké, teda chemicky reagujú rovnako. Asi najpoužívanejšie a verejnosti najznámejšie je obohacovanie pomocou ultracentrifúg. Najskôr sa vyrobí plyn, ktorého molekuly obsahujú práve jeden atóm uránu. To znamená, že v tejto molekule je buď ²³⁵U alebo ²³⁸U. Názov tohto plynu je hexafluorid uránu. Potom sa vytvorí umelé gravitačné pole pomocou ultracentrifúgy a zároveň sa v nej vytvorí aj tepelný gradient aby mohla prebiehať termodifúzia. Umelé gravitačné pole, ktoré reprezentuje fiktívna odstredivá sila v rotujúcej centrifúge a tepelný gradient (rozdielna teplota v rôznych častiach centrifúgy) nám umožňujú odseparovať od seba objekty alebo častice, ktoré majú rozdielnu hmotnosť. A keďže molekula hexaflôridu s izotopom uránu ²³⁸U je trochu ťažšia ako molekula hexaflôridu s izotopom uránu ²³⁵U (o hmotnosť troch neutrónov), tento fakt umožňuje ich separáciu v centrifúge. Centrifúgy, ktoré sa pre tento účel najviac používajú sa nazývajú Zippeho centrifúgy a popis ako to celé funguje je celkom dobre popísaný tu: centrifuga

Stále však máme prášok, ktorý do reaktora nenasypeme. Potrebujeme, aby bolo palivo stabilné, pevné a dalo sa s ním manipulovať. Preto sa prášok speká do peletiek v rôznych ochranných atmosférach. Peletky sa následne vložia do zirkónovej rúrky, tá sa naplní ochranným plynom a zazvára sa zátkou. Voilá, máme palivový prútik. ako už poznáme od Svätopluka, jeden prútik je nič, 3 sú adidas a ak ich narveme vedľa seba vyše 100, vznikne palivová kazeta. Tá má nerezový obal, na spodku je tvarovaná, aby zapadla tam kam má a tak isto aj hore. Je navrhnutá tak, aby cez ňu rovnomerne prúdilo chladivo a nedochádzalo k lokálnemu prehriatiu prútikov.

Dostávame sa k prevádzke, čo je v podstate najmenej zaujímavá časť. Palivo sa zavezie do reaktora kde si pobudne pár rokov. Všetko to závisí od vyhorenia a od obohatenia konkrétnej kazety. Každá má unikátne označenie a nemôže sa stať, aby bola zavezená na iné miesto. Je to veľmi prísne kontrolovaná záležitosť. Po tom, ako v kazete vyhorí urán, naďalej produkuje teplo, pretože v nej prebiehajú ďalšie prirodzené rozpady štiepnych produktov. Preto ostáva v sklade vyhoreného paliva aspoň 3 roky. Je to obrovský bazén vedľa reaktora, kde je vyhorená kazeta uložená v rošte, kde si pokojne chladne a pár metrov vody nad ňou poskytuje dostatočné tienenie. Pre zvedavcov dávam do pozornosti čo to ohľadom transportu. Riadi sa pravidlami IAEA a na Slovensku Vyhláškou Úradu jadrového dozoru SR z 13.10.1999 "O podrobnostiach prepravy jadrových materiálov a rádioaktívnych odpadov". Po tom, čo kazety čiastočne vychladnú, máme dve možnosti. Buď ich uložíme na strednodobé skladovanie na niekoľko desiatok rokov, alebo ich rovno odvezieme na prepracovanie. Na Slovensku ich skladujeme v mokrom sklade (bazén), kde sú naďalej ochladzované. Kapacita stačí na celú životnosť elektrárne. Potom sa musia definitívne niekam uložiť, alebo prepracovať. Existuje ešte suché skladovanie, kde sa ochladzuje špeciálny kontajner prirodzeným prúdením vzduchu. Musí sa dať ale bacha na riadne tienenie.

Posledná vec, ako s vyhoreným palivom naložiť je jeho prepracovanie. Vyhorené palivo obsahuje plutónium a urán, prevažne ²³⁸U plus kopec štiepnych produktov, ktoré sú rádioaktívne a rozpadajú sa. Z tohto dôvodu sa už na palivo nedá "šahať" a ani veľmi nie je zdravé zdržiavať sa v jeho blízkosti. Tu už nastupuje ťažká automatizácia a účinné tienenie. Palivové kazety sa rozoberú, jednotlivé prútiky sa rozrežú a pelety sa rozpustia v kyseline dusičnej. Výsledný roztok sa opäť separuje aby sa získali nitráty plutónia a uránu. Rádioaktívny bordel, ktorý ostane je skladovaný ako vysoko aktívny odpad. Urán môže byť znovu obohatený, alebo spracovaný na UO₂. Plutónium buď využijú zelené mozgy, alebo sa dá spolu s uránom použiť na výrobu tzv. MOX paliva pre rýchle reaktory, prípadne aj tepelné reaktory. S tým je už celkom oštara, lebo vznikajú iné štiepne produkty a takéto vyhorené palivo obsahuje ešte viacej bordelu. Vzniknutý kvapalný odpad sa vitrifikuje. Je to v podstate vytvorenie sklovitej zlúčeniny, z ktorej sa veľmi ťažko dá niečo vylúhovať a tým pádom je veľmi bezpečná a stabilná. Iné druhy odpadov sa buď zalievajú do bitúmenu, alebo betónu. Ako definitívny koniec putovania odpadu je v dnešnej dobe hlbinné úložisko, v tejto oblasti však ešte prebiehajú búrlivé debaty, ako naložiť s týmto odpadom.