Reactoare canadiene care utilizează uraniu natural și apă grea

care utilizează

CANDU este o marcă de reactoare nucleare dezvoltată din anii 1950 în Canada. Originea sa datează de la un acord semnat la 19 aprilie 1943 în Quebec, care stabilea o cooperare nucleară între Statele Unite și Regatul Unit în timpul celui de-al doilea război mondial. În timp ce proiectul Manhattan era în plină desfășurare, americanii au refuzat să împărtășească cu cel mai bun aliat cercetările lor secrete privind îmbogățirea uraniului și extracția plutoniului. Cu toate acestea, în primăvara anului 1944, aceștia au acceptat construirea unei mari grămezi atomice pe bază de apă grea, într-o colaborare comună între Marea Britanie, Statele Unite și Canada. Grămada atomică a fost construită în doi ani începând cu 1945, într-un sit frumos și izolat de la râul Chalk, de-a lungul râului Otawa.

Reactoarele CANDU sunt reactoare cu apă grea care ard uraniu natural ca combustibil nuclear. Utilizarea uraniului natural a făcut această opțiune atractivă într-un moment în care multe țări nu aveau acces la uraniu îmbogățit. Dificultatea era să ai apă grea. Toate reactoarele canadiene aparțin sistemului CANDU care a fost exportat în special în India și Pakistan.

Descoperirea și separarea deuteriului s-au datorat în 1932 chimistului american Harold Urey, care a reușit, după îndelungate distilări și procese de electroliză fracționată cu apă, să izoleze apa grea ca o mică parte din apa obișnuită. În 1940, stocul mondial de apă grea deținut de Compania Norvegiană de Azot se ridica la 185 kg. Acești 185 kg au fost aduși înapoi o misiune franceză la Collège de France pe 9 martie, cu puțin înainte de ofensiva germană din mai 1940 (Un film "Bătălia bătăliei cu apă grea„le-a fost devotat lor). Apoi, prețioasele 185 kg s-au îndreptat spre Anglia. Mai târziu, producția de apă grea odată cu dezvoltarea industriei a început în Canada din 1943. Astăzi, dacă stocul mondial nu mai este numărat în kilograme, apa grea rămâne un material rar și scump de produs.

Reactoarele CANDU folosesc apă grea atât ca moderator, cât și ca agent de răcire. Pot fi presurizate. Apa grea sub presiune, ca într-un reactor PWR, poate atinge temperaturi mai ridicate fără a fierbe și poate elibera mai multă căldură din miezul reactorului. În 2011, 46 de reactoare Candu cu apă grea sub presiune erau în funcțiune la nivel mondial, inclusiv 11 în India.

Moleculele de apă grea au cei doi hidrogen înlocuiți cu atomi de hidrogen grei, numiți deuteriu, al căror nucleu este format dintr-un proton și un neutron în loc de un singur proton. Apa grea este, cu grafit ultra-pur, singurul moderator care permite utilizarea uraniului natural.

Un reactor care utilizează uraniu natural, sărac în uraniu fissil-235, poate funcționa numai cu neutroni cu consum redus de energie, numiți termici. Provocarea este de a obține acești neutroni termici cu pierderi minime în timpul coliziunilor care încetinesc neutronii. Un nucleu de deuteriu captează neutroni de 600 de ori mai rar decât protonii de hidrogen ai apei obișnuite, de unde utilizarea apei grele ca moderator.

Combustibilul natural de uraniu este încărcat continuu la putere maximă, facultate permisă de subdiviziunea miezului reactorului între câteva sute de tuburi. Aceste tuburi sunt compuse din mai multe elemente de aproximativ 20 kg, 50 cm lungime realizate din uraniu natural scufundat în răcire cu apă grea sub presiune. Fiecare dintre aceste tuburi este, de asemenea, înconjurat de un tub exterior umplut, de asemenea, cu apă grea, dar la presiune și temperatură scăzute, care acționează ca un moderator.

Încărcarea și descărcarea continuă a combustibilului de uraniu este una dintre caracteristicile reactoarelor CANDU. Deoarece uraniul natural conține doar 0,7% din izotopul fissil 235, miezul reactorului este proiectat pentru a fi reîncărcat constant cu combustibil proaspăt înlocuind combustibilul uzat. Acest lucru este diferit de reactoarele cu apă ușoară, cum ar fi PWR, unde combustibilul îmbogățit este înlocuit cu al treilea în fiecare an. În teorie, un reactor CANDU nu trebuie închis.

În condiții normale de funcționare, elementele combustibile rămân suficient de mult timp în reactor pentru ca plutoniul să-și piardă calitatea de armă.