109

НЗХК: как производят ядерное топливо в Новосибирске

  •  © img.geliophoto.com

Новосибирский завод химконцентратов — крупнейшее предприятие ядерно-топливного цикла России. Около 6% энергетических реакторов мира работают на топливе, изготовленном на НЗХК. Ещё завод известен как единственный в стране производитель металлического лития и соединений на его основе. Его продукция покрывает 70% от мирового потребления Лития-7. Предприятие входит в структуру топливной компании ТВЭЛ госкорпорации «Росатом».

1. История НЗХК началась в 1948 году, когда площадку для автомобильного завода в Калининском районе Новосибирска передали под строительство предприятия оборонного назначения. В 1951-м здесь выпустили первую продукцию. Предполагалось, что основной задачей завода будет изготовление топливных элементов для советских АЭС и исследовательских реакторов, однако предприятие стремительно развивалось и осваивало новые направления. Сегодня это высокотехнологичный производственный комплекс, чья продукция востребована не только в России.

  •  © img.geliophoto.com
2. Площадь предприятия — 120 гектаров. Здесь расположены 9 цехов, в которых трудятся 1350 человек. Основной вид деятельности завода — выпуск топлива и материалов для атомной отрасли. Ещё здесь производят литий и его соединения, а также цеолитные катализаторы для нефтегазопереработки и нефтехимии. НЗХК много раз становился обладателем престижных наград за качество продукции.
  •  © img.geliophoto.com
3. Технологическая цепочка производства топливных таблеток для твэлов (тепловыделяющих элементов) начинается с изготовления порошка диоксида урана. Его делают из обогащённого гексафторида урана, который поступает на завод в стальных контейнерах.
  •  © img.geliophoto.com
4. Чтобы получить диоксид урана, сырьё подвергают высокотемпературному пирогидролизу, обрабатывают гидроксидом аммония, а выпавший осадок отфильтровывают и обжигают.
  •  © img.geliophoto.com
5. Производство ядерных топливных таблеток — долгий и сложный процесс, который включает подготовку пресс-порошка, прессование, спекание, шлифование и контроль качества.
  •  © img.geliophoto.com
6. Порошок диоксида урана хранится в биконических контейнерах. В них же его перемешивают до однородной смеси с пластификатором с помощью смесительного станка. Добавка помогает таблетке лучше спрессовываться.
  •  © img.geliophoto.com
7. Одна таблетка весом 5 грамм по энергии тепловыделения равна 640 килограммам древесины, 400 килограммам каменного угля, 360 кубическим метрам природного газа и 350 килограммам нефти.
  •  © img.geliophoto.com
8. После прессования топливные таблетки попадают в печи, где их спекают в водородной восстановительной среде при температуре 1750 °C. На это уходит больше 20 часов.
  •  © img.geliophoto.com
9. После охлаждения таблетки отправляются на шлифовку, это нужно для того чтобы подогнать их под размер трубчатой оболочки.
  •  © img.geliophoto.com
10. Сотрудник готовит специальную тару для расфасовки таблеток.
  •  © img.geliophoto.com
11. Последний этап — производственно-технический контроль. Таблетки ядерного керамического топлива осматривают, проверяют их плотность, содержание урана и примесей, а также термическую стабильность.
  •  © img.geliophoto.com
12. В год на предприятии производят более 600 тонн топливных таблеток.
  •  © img.geliophoto.com
13. Все работы ведутся в герметичных боксах через специальные перчатки.
  •  © img.geliophoto.com
14. Это автоматизированная линия, на которой производят тепловыделяющие элементы. По сути, она представляет собой единый комплекс, в котором технологические и контрольные операции объединены со средствами сбора информации.
  •  © img.geliophoto.com
15. Чтобы улучшить теплоотдачу оболочки твэла, его свободный объем заполняется гелием и герметизируется с помощью специальных заглушек.
  •  © img.geliophoto.com
16. Здесь трубки заполняют таблетками диоксида урана.
  •  © img.geliophoto.com
17. Твэл для водоохлаждаемых реакторов выглядит как тонкая трубчатая оболочка из циркониевого сплава. Его диаметр — 9 миллиметров, а длина — около 4 метров.
  •  © img.geliophoto.com
18. Твэл нужен чтобы генерировать тепловую энергию и вызывать саморазогрев урановой таблетки.
  •  © img.geliophoto.com
19. Готовые трубки перемещают в специальных в транспортных контейнерах.
  •  © img.geliophoto.com
20. На предприятии действует современная система менеджмента качества. Здесь пристально следят за окружающей средой, безопасность труда и здоровьем сотрудников.
  •  © img.geliophoto.com
21. Следующий этап — производство тепловыделяющих сборок (ТВС). Эти работы ведутся на автоматизированных стендах, установленных в линию.
  •  © img.geliophoto.com
22. Обычно ТВС имеют форму шестигранника, разные модели отличаются друг от друга конструкцией каркаса и других составляющих.
  •  © img.geliophoto.com
23. Каналы и дистанционирующие решётки, в которые затем установят «пучок» из 312 твэлов.
  •  © img.geliophoto.com
24. Так выглядит процесс сварки каналов и дистанционирующих решёток.
  •  © img.geliophoto.com
25. На современной АЭС в активной зоне реактора мощностью 1000 МВт одновременно работает 163 ТВС, содержащих около 50 тысяч твэлов, в которых находится около 80 тонн урана.
  •  © img.geliophoto.com
26. Срок службы одной ТВС в реакторе — 4-5 лет. За это время конструкция вырабатывает тепловую энергию, которой достаточно, чтобы получить около 200 миллионов КВт·часов электроэнергии. За месяц столько расходует 1 миллион квартир.
  •  © img.geliophoto.com
27. Радиационный контроль — один из обязательных этапов производственного цикла.
  •  © img.geliophoto.com
28. После тщательной проверки тепловыделяющие сборки готовы к транспортировке.
  •  © img.geliophoto.com
29. Продукция завода отправляется к потребителям в защищённых контейнерах — по две ТВС в каждом.
  •  © img.geliophoto.com
30. Сегодня завод производит тепловыделяющие сборки не только для реакторов ВВЭР-1000 и ВВЭР-1200 российского дизайна, но и для энергоблоков PWR, которые активно используются на западе. На ядерном топливе, изготовленном на НЗХК, работают АЭС в Болгарии, Украине, Индии, Иране, Китае и Швеции, а скоро должны начаться поставки в США.
  •  © img.geliophoto.com
31. НЗХК не только покрывает нужды атомно-энергетической отрасли, но и развивает неядерные производства. Ключевое из них — производство лития и его соединений.
  •  © img.geliophoto.com
32. Чтобы литий проявлял свои полезные свойства наиболее полно, он должен быть хорошо очищен от природных и техногенных примесей.
  •  © img.geliophoto.com
33. Чистота лития, производимого в Новосибирске, составляет 99.999% — это лучший показатель в мире.
  •  © img.geliophoto.com
34. Кроме привычного металлического лития завод производит гранулированный хлористый литий и является крупнейшим из двух мировых производителей Лития-7. Кстати, литий это самый лёгкий металл, известный науке. Из всех металлов у него самая низкая плотность, почти в два раза ниже плотности воды.
  •  © img.geliophoto.com
35. Литиевую продукцию закупают производители химических источников тока (литиевых батареек и аккумуляторов), металлургические предприятия и компании химической отрасли. Литий-7 используется в ядерной энергетике как химический реагент и как добавка в теплоноситель первого контура реакторов типа PWR.
  •  © img.geliophoto.com
36. Ещё одно направление работы завода — производство цеолитных катализаторов для нефтехимии и нефтегазопереработки.
  •  © img.geliophoto.com
37. Цеолитную продукцию, которая используется для получения моторных топлив, поставляют в российские регионы, страны Восточной Европы, на Ближний Восток, а также в Швецию, Индонезию и Вьетнам.
  •  © img.geliophoto.com
38. Другим важным направлением стало производство ядерного топлива для исследовательских реакторов. Оно используется в научных и академических центрах в России и за рубежом.
  •  © img.geliophoto.com
39. Высоким спросом пользуются твэлы нового поколения с пониженным обогащением по изотопу урана-235.
  •  © img.geliophoto.com
40. Всего с начала производства на НЗХК изготовили 40 тысяч тепловыделяющих сборок 56-ти разных модификаций, предназначенных для исследовательских реакторов разных типов.
  •  © img.geliophoto.com
  • 13
    Нет аватара
    30.10.1806:57:42

    Шикарная статья!

  • 12
    SergeySeverny
    30.10.1807:30:26

    такого подробного репортажа с ТАКОГО завода не видел ни разу!!!огромный плюс+++

    спасибо!

  • 5
    Е.Юрий
    30.10.1814:24:48

       Класс! Довольно развернуто о самой высокотехнологичной отрасли в мире(и довольно закрытой).

    Отредактировано: Е.Юрий~14:26 30.10.18
  • 3
    Андрей Анисимов
    30.10.1818:00:23

    Спасибо за обзор !

  • 1
    Геннадий Тесёлкин
    30.10.1819:03:25

    ТВС сразу к реактору везут, складировать впрок нельзя? или как?

    • 5
      Darth
      30.10.1823:30:35

      Можно. Ведь и с завода-изготовителя ТВС везут не сразу в реактор, а, как Вы правильно сказали, к реактору, т. е., конкретнее, в хранилище свежего топлива (ХСТ), представляющее собой отдельное здание на АЭС. В таких ХСТ ТВС хранятся либо в упаковочных комплектах, в каких они и транспортировались с завода-изготовителя, либо в вертикальных стеллажах, конструктивно схожих с таковыми из бассейна выдержки ОЯТ.

      В принципе, никто не мешает оборудовать «централизованные» ХСТ — этакий всероссийский склад свежего топлива, с которого оно будет распределяться непосредственно на АЭС по мере необходимости. Но так, насколько мне известно, не делают, т.к. потребность каждой АЭС в свежем топливе легко рассчитать, поэтому сроки и объёмы его производства синхронизируются с этой потребностью.

      • 0
        Геннадий Тесёлкин
        30.10.1823:38:01

        Спасибо!

        Мой вопрос возник от незнания процесса: когда сборки начинают нагреваться?

        Сразу по изготовлению или в реакторе есть механизм запуска реакции?

        • 5
          Нет аватара
          31.10.1800:32:35

          В свежих ТВС не происходит деления урана 235, как говорил преподаватель: «можно в обнимку с ними спать», после загрузки в реактор осуществляется инициирование цепной реакции, и в связи с этим нагрев

        • 5
          Darth
          31.10.1802:45:49

          В дополнение к ответу Kardik’a:

          Ну, строго говоря, в свежих ТВС деление тоже происходит — но ужаааасно редко     (нейтрон для этого может взяться от спонтанного деления урана-235 и -238 с исчезающе малой вероятностью, либо — значительно чаще — из атмосферы как продукт ядерной реакции ядер атмосферных газов с высокоэнергетическими протонами космического излучения).

          Однако ТВС тепловых реакторов (реакторов, работающих на медленных нейтронах) проектируется так, что в отсутствие между ними замедлителя нейтронов (воды (лёгкой, тяжёлой), графита, берилия) самоподдерживающаяся цепная реакция (СЦР) невозможна — иными словами, когда они на воздухе, ядерного взрыва не произойдёт, даже если ТВС сложить в одну «кучу». Поэтому при изготовлении свежего топлива и при его транспортировке риска нет.

          Однако добавление замедлителя нейтронов сильно (в сотни раз) увеличивает вероятность захвата нейтрона ядрами таких изотопов как U-235, Pu-239, Pu-241 с их последующим делением (и, соответственно, образованием новых нейтронов). Поэтому, во избежание преждевременного запуска СЦР, загрузка ТВС в активную зону осуществляется при полностью погруженных стержнях системы управления и защиты (СУЗ), содержащих изотопы, интенсивно поглощающие тепловые нейтроны, а также — для реакторов с водой под давлением (PWR, ВВЭР) — при высокой концентрации в теплоносителе борной кислоты (H3BO3, обогащённая по изотопу бора-10, который также обладает высокой вероятностью (сечением) захвата нейтронов).

          С учётом этих мер реактор в ходе загрузки является глубоко подкритичным (т.е. нейтроны значительно чаще поглощаются, чем появляются новые). Поэтому по завершении загрузки топлива и принятии решения на пуск реактора в активную зону дополнительно вводят искусственный источник нейтронов. Таким источником является, например, изотоп бериллия-9, который при взаимодействии с альфа-частицей распадается на углерод-12 и нейтрон (а альфа-частица там берётся от самопроизвольного распада тяжёлых альфа-активных изотопов — полония, радия, америция…).

          По мере последующего частичного вывода из активной зоны стержней СУЗ реактивность реактора (т.е. мера способности воспроизводить новые нейтроны для поддерживания СЦР) растёт. Наконец, добившись почти устойчивой СЦР, источник нейтронов выводят из активной зоны и начинают медленно поднимать мощность реактора (пропорциональную плотности нейтронного потока в нём) путём дальнейшего извлечения стержней СУЗ. Так продолжается, пока тепловая мощность реактора не достигнет 100% от проектной величины, после чего реактор начинает эксплуатироваться в стационарном режиме.

          По мере выгорания топлива (т.е. расходования делящихся тепловыми нейтронами изотопов) и вызываемого этим его шлакования (т.е. наработки осколков деления, становящихся дополнительными «бесполезными» поглотителями нейтронов) реактивность реактора падает. В реакторах ВВЭР в этом случае плавно снижают содержание борной кислоты. Но через определённое время даже полное выведение стержней СУЗ и борной кислоты не позволяет поддерживать СЦР, т.к. к этому времени шлаков накопилось очень много, а делящихся ядер стало наоборот мало.

          Тогда реактор останавливают и осуществляют перегрузку топлива: ТВС из центра активной зоны, где поток нейтронов наивысший (следовательно, наибольшее выгорание и шлакование топлива) удаляют в бассейн выдержки ОЯТ, ТВС с периферии активной зоны переставляют в центр, а на периферию загружают свежее топливо из ХСТ. Интервал времени между такими перегрузками называется «кампания реактора» (в современных реакторах ВВЭР она длится 12-18 месяцев), а полное время работы конкретной ТВС в активной зоне, с учётом её нескольких перегрузок ближе к центру зоны, называется «кампанией топлива» (длится несколько лет).

          Вот, вкратце, такова нелёгкая судьба ядерного топлива в реакторе    

          • 0
            shigorin
            31.10.1816:53:57

            Спасибо за краткую лекцию (и местами напоминание)    

            • 3
              Darth
              31.10.1818:52:37

              Всегда рад напомнить    

              Об этой теме сложно писать коротко — постоянно возникает соблазн углубиться в какие-нибудь дебри («но это же, строго говоря… не совсем так… Тут же нюансики есть… да, точно, щас ещё вот это расскажу!» — и понеслаааась    ). Впрочем, это к любой сложной теме относится.

  • 5
    EyeSauronn .
    30.10.1819:31:00

    пожелаю этому заводу уничтожить иностранных конкурентов, и стать мировым монополистом.   

    • 0
      Gizgaz Oo
      31.10.1809:11:16

      Нихочу вас огорчать, но производство ТВЭЛов на заводе сворачивают, и он(большая его часть) по сути доживает последнии годы, можете минусовать, а потом объясню планы РосАтома

      • 0
        Нет аватара
        06.11.1816:56:12

        я тут за объяснениями и без минусов) очень интересно

  • 5
    Darth
    30.10.1820:29:39

    Браво — и работникам НЗХК, и автору репортажа!    

  • 0
    NICOLAY BORISOV
    01.11.1811:41:25

    Так выглядит страна бензоколонка?

Написать комментарий
Отмена
Для комментирования вам необходимо зарегистрироваться и войти на сайт,