今天小编分享的军事经验:走访:新西伯利亚化学浓缩物厂 参观核电站燃料组件的生产全过程,欢迎阅读。
新西伯利亚化学浓缩物厂(NZHK)是俄罗斯国家原子能集团燃料公司(TVEL)的一部分,隶属于俄罗斯原子能集团(Rosatom)的燃料部门。俄罗斯国家原子能集团燃料公司独家为俄罗斯核电站、船舶和研究反应堆提供核燃料。俄罗斯原子能集团控制着核电站的整个产业链——从铀矿石的开采,直至核电站的建造和核燃料的供应。新西伯利亚化学浓缩物厂是其中一环,负责生产核燃料。
在新西伯利亚化学浓缩物厂,制造浓缩铀的燃料块,然后将它们封装到锆合金管中,并用热组件(TVS)固定到一起,并将其发送到核电站。该厂为 VVER-1000、VVER-1200 核反应堆提供燃料。俄罗斯原子能集团的客户遍及俄罗斯、欧洲、亚洲和中东,其中一些核燃料是为西方国家常见的 PWR 系列科研核反应堆生产的。俄罗斯原子能集团大约为世界上 20% 的科研核反应堆提供核燃料。
2023 年,新西伯利亚化学浓缩物厂庆祝了它成立 75 周年纪念日。世界上每六个核反应堆就有一个使用该厂生产的核燃料。除核燃料之外,该厂还生产世界上最纯净的锂 -7,他们提供了世界锂 -7 消费量的 70%。
本文为俄罗斯博主 "Gelio" 撰写的介绍文章,本人翻译并编辑给大家分享。
核燃料不仅仅是在反应堆中发生反应,并产生热能的物质,这是一个复杂技术装置,可以实现核裂变过程。换句话说,您不能简单地取出浓缩铀并将其直接倒入反应堆中,因为核燃料本身的结构要复杂得多。
作为核燃料的燃料组件(TVS)是由几百个燃料元件(TVEL)和承载框架组成的盒式结构。简单形容就是大约 300 根直径 9mm,长约 4 米的薄壁金属管,组装成一个整体结构。每根金属管内都装满了二氧化铀芯块,并从两端密封。这些 TVS 就是新西伯利亚化学浓缩物厂的最终产品。
用于核燃料生产的铀矿石在跨贝加尔地区和哈萨克斯坦开采。采矿企业生产干燥的铀精矿—— " 黄饼 "。随后," 黄饼 " 经过精炼去除杂质,并转化成为具有天然铀 -235 同位素含量的六氟化铀。随后,这些产品抵达工厂,最后被送往新西伯利亚化学浓缩物厂。在该厂,这些物质被制造成二氧化铀芯块,并最终成为核电站使用的核燃料。
燃料元件(TVEL)内部有核燃料颗粒,经过研磨和压制处理的二氧化铀。一枚热释放元件重量为 4.5~5 克,其发出的热量相当于 900 千克煤炭、750 立方米天然气、650 千克原油。
在第一阶段,生产二氧化铀粉末。重要的步骤是活动一些成分和物理状态都处于均质状态的粉末,然后再对其进行压制成颗粒。
制造过程从混合增塑剂、铝粉和二氧化铀开始。新西伯利亚化学浓缩物厂是苏联第一个使用 " 干 " 压制工艺制造核燃料芯块的企业。这种工艺确保了生产过程和环境的安全。然后将压制好的燃料芯块在氢气还原环境中,在 1750 ℃环境中烧结 20 小时。成品燃料芯块经过校准并抛光表面。这样,它们就可以进行组装了。
成品燃料芯块放置在薄壁锆合金管中,管子两端进行焊接密封。这样一根密封好的金属管就是燃料元件,即将准备组装成燃料组件。
将二氧化铀芯块装入燃料元件金属管的生产设备。
新西伯利亚化学浓缩物厂每年生产 600 吨燃料芯块。该厂拥有整个制造流程的设备,从原材料的制备,到运往核电站的成品燃料组件。
放置在燃料组件的燃料元件之间,彼此要保持一定距离。为了保持这个距离,需要使用带有特殊金属元件的定位网格。每个金属元件都是一个六棱柱体,并有向内的半圆形突起。这种设计允许插入燃料元件的金属管,并可以可靠地对其进行固定,还能够保持彼此的间距,这对于运输和操作燃料组件非常重要。
定位网格的组装主要由手工完成,工人将每个金属元件逐一安放到定位网格内,然后再将燃料元件插入其中。
定位网格组装完成后,还要检查金属元件的位置是否符合要求。
燃料组件的组装。每根燃料元件的金属管都要插入每个定位网格内的特定金属元件中。一个燃料组件包括大约 300 根燃料元件。一座现代化的核电站,1000 兆瓦反应堆的核心内,163 个燃料组件同时运行,内部大约有 5 万个燃料元件,其中含有约 80 吨铀 -235。
燃料组件的组装车间内,燃料组件处于不同的生产阶段。当所有的燃料元件在定位网格中就位后,头部和底部的固定部件安装到两端的定位网格上,以便将燃料组件固定在反应堆容器内,并与冷却液进行接触。
将燃料元件插入到燃料组件内定位网格的设备。
燃料元件彼此之间保持一定的间隔。
燃料元件已经进行了密封焊接,内部的自由空间充满了 2 MPa 压力的氦气,这增加了热量分布的均匀性和金属壳体的稳定性。
成品燃料组件的最后检验。
成品燃料组件被装进保护容器内,每个容器可以装两个燃料组件,然后这种容器将被运往核电站。该厂生产用于 VVER-1000、VVER-1200 和压水核反应堆的燃料组件。一个燃料组件可以持续工作 4~5 年。
除了核电站燃料组件外,新西伯利亚化学浓缩物厂还有几条其他产品线,其中之一就是锂。该厂生产的锂主要优点就是纯度,纯度可以达到 99.999%,排名世界第一。电池制造商、冶金企业和化工企业都会采购大量的锂。
新西伯利亚化学浓缩物厂是全球两家锂 -7 生产商之一,锂 -7 主要用于核能试剂和压水反应堆主冷却剂的添加剂。该厂的产品覆盖了全球 70% 的锂 -7 消费量。
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