Proč a jak se obohacuje jaderné palivo
Pro energetické využití se ve většině světových jaderných reaktorů (kterou představují tzv. lehkovodní typy) obvykle používá uran obsahující okolo 2 až 4 % izotopu 235U)*. Přírodní uran, který existoval již při vzniku Země, měl vysoký obsah izotopu 235U (byl tedy „vysoce obohacený“), ale postupem času podléhají nestabilní izotopy rozpadu a 235U se stal vzácným. Přírodní uran tak dnes obsahuje 99,3 % izotopu 238U, který má 7násobně delší poločas rozpadu a pouze 0,7 % žádoucího izotopu 235U. Nicméně z chemického hlediska jsou oba izotopy prakticky totožné a díky speciálním technologickým postupům založených na rozdílných fyzikálních vlastnostech izotopů lze uran pro požadované účely obohatit. Výsledkem je uran, který obsahuje více izotopu 235U než uran přírodní. Při provozu reaktoru se izotop 235U spotřebovává, postupně „vyhořívá“.
Nejpoužívanější metody obohacování jsou difúze a odstředivková metoda, popř. jejich kombinace. Obě využívají rozdíl v hmotnostech obou sledovaných izotopů uranu. Ruská obohacovací zařízení, včetně angarského komplexu, využívají nyní centrifugaci, technologii zavedenou pro dělení izotopů uranu v 70. letech 20. století. Uran se převádí na plynný hexafluorid UF6, ale místo (až tisicinásobně) opakovaného protlačování keramickými „filtry“v kaskádách jako u difúzní metody, se zpracovává v odstředivkách, kde se molekuly s těžším izotopem 238U při vysokých otáčkách hromadí na okrajích, a ve středu centrifug zůstávají převážně molekuly s izotopem 235U. Tento systém pracuje s 50krát menší spotřebou energie než difúzní systémy, ale je časově poměrně náročný. Pro požadovaný stupeň obohacení je potřeba kaskád několika desítek tisíc kusů odstředivek. Účinnost procesu závisí hlavně na rychlosti otáčení centrifugy. Systémy s ocelovými lopatkami, dosahujícími rychlosti kolem 330 m/s (rychlost zvuku) používané u prvních generací nyní nahrazují moderní materiály umožňující vyšší rychlosti (např. materiály z uhlíkových vláken rychlostí 600 m/s a komponenty využívající vlastností Kevlaru by mohly teoreticky dosahovat až 1100 m/s). Složení rotorů v angarském komplexu naši průvodci pochopitelně neprozradili, uvedli pouze, že jde o výrobky ze speciálních slitin, které „pracují jako kalašnikov“ a mohou dosahovat rychlost až 1500 (!) m/s...
Obohacení uranu lze dosáhnout i pomocí dalších, méně rozšířených metod, jako je např. elektromagnetická separace (účinnější, ale velmi energeticky náročná), nebo ionizace laserem (po níž se izotopy opět elektromagneticky či chemicky separují).
)* Existují i reaktory využívající neobohacený přírodní uran, ale ke svému provozu potřebují jako moderátor tzv. těžkou vodu (D2O), jejíž molekuly obsahují místo obou atomů vodíku jeho izotop deuterium, která je drahá a výrobně náročná.
570
.gif)
