Урановый рецикл

Ядерный топливный цикл окажется действительно замкнутым (рисунок 3), если регенерированное топливо будет вновь возвращено в реактор для выработки электроэнергии.

Прежде всего, регенерированный уран в виде уранил-нитрата конвертируется в диоксид урана UO₂. В таком виде уран либо направляется на длительное хранение, либо подвергается дальнейшей конверсии сначала в тетрафторид UF₄, а затем в гексафторид UF₆, либо идет на изготовление тепловыделяющих элементов. Далее регенерированный уран может быть:

1) Подвергнут обогащению по ²³⁵U (для этого используется UF₆);

Обогащение урана диффузионным или центробежным методом приводит увеличению концентрации изотопов ²³⁴U и ²³⁶U, которые являются поглотителями нейтронов. Это вызывает необходимость дополнительного обогащения по ²³⁵U. Это обстоятельство, а также повышенная радиоактивность урана из-за присутствия ²³²U и его дочерних продуктов, требующая дополнительной защиты персонала на заводе по изготовлению твэлов, приводят к удорожанию топлива из регенерированного урана по сравнению с топливом из природного урана.

Рециклирование урана в этом случае становится экономически приемлемым, если такое удорожание не превышает стоимости замещаемого природного урана (с учетом также затрат на длительное хранение UO₂ при отказе от рецикла). Естественно, что из-за увеличивающейся концентрации нейтронопоглащающих изотопов многократное рециклирование становится нецелесообразным.

2) Смешан с обогащенным ураном, полученным из естественного урана;

Регенерированный уран смешивается с обогащенным естественным ураном в соотношении 1:4. В этом случае устраняется проблема повышенной гамма-активности при производстве топливных элементов, а низкое содержание изотопов ²³⁴U и ²³⁶U в исходной смеси делает возможным многократное рециклирование.

3) Смешан с плутонием.

Регенерированный уран используется в качестве матрицы для производства смешанного уран-плутониевого оксида топлива (МОХ-топлива). В техническом отношении этот метод не представляет каких-либо трудностей и не связан с дополнительными затратами [6].

Рисунок 3 – Замкнутый урановый топливный цикл для реакторов на тепловых нейтронах [2]