A MOX üzemanyag ( Mixed -Oxide üzemanyag ) olyan nukleáris üzemanyag , amely hasadóanyagok többféle oxidját tartalmazza . Alapvetően a kifejezést plutónium és természetes urán , dúsított urán vagy szegényített urán oxidjainak keverékére alkalmazzák , amely láncreakcióként viselkedik, amely hasonló (bár nem azonos) az alacsony dúsítású urán-oxidéhoz. A MOX kiegészítő üzemanyagként használható a legelterjedtebb típusú atomreaktorokhoz : könnyű víz a termikus neutronokon . A MOX-üzemanyag hatékonyabb felhasználása azonban a gyorsneutronos reaktorokban való elégetés [1] . Az ilyen reaktorok fejlesztésének prioritása Oroszországé [2] .
Az SNF-újrafeldolgozás és a leválasztott plutónium MOX-üzemanyag formájában történő felhasználása termikus reaktorokban lehetővé teszi az uránigény akár 30%-os csökkentését is.
A plutónium-oxid tartalma a MOX-ban 1,5-25-30 tömeg%.
A MOX-üzemanyag egyik vonzó tulajdonsága, hogy előállítása visszafordíthatatlanul képes ártalmatlanítani a fegyverminőségű plutónium- felesleget , amely egyébként radioaktív hulladék lenne [3] [4] [5] , vagy nukleáris fegyverek előállítására használható fel. Ilyen ártalmatlanítást az Egyesült Államok és Oroszország között létrejött plutónium elhelyezési megállapodás is előirányzott , de nem hajtották végre jelentős mennyiségben.
Ezenkívül MOX-üzemanyag nyerhető az atomerőművek reaktoraiból kisugárzott üzemanyag feldolgozásával . Az újrafeldolgozás során plutónium izotópok szabadulnak fel belőle, például üzemanyagként egy kellően hosszú kampány után csaknem kétharmada Pu-239 és Pu-241 izotóp (hasadó termikus neutronreaktorokban), és körülbelül egyharmada - Pu-240 [6] [7] . A 240-es izotóp ilyen magas tartalma miatt az újrafeldolgozással nyert plutónium nem használható megbízható és kiszámítható nukleáris fegyverek előállítására [8] [9] . Ugyanakkor a NAÜ ragaszkodik a konzervatív elvekhez, és az ilyen plutóniumra (még MOX-keverék részeként is) ugyanolyan magas szintű védelmet ír elő, mint a közvetlen felhasználású anyagok ( az angol direct use material ), például a dúsított plutónium esetében, urán-233, erősen dúsított 235 urán [10] [9] [11] .
A plutónium a kiégett nukleáris üzemanyag körülbelül 1%-át teszi ki. Hozzávetőleges izotóparány: Pu-239 52%, Pu-240 24%, Pu-241 15%, Pu-242 6%, Pu-238 2%. Mindegyikük hasadóanyag , vagy az átalakulás során hasadóanyaggá alakítható . Például a Pu-242-nek három neutronra van szüksége ahhoz, hogy Kúrium - 245 legyen [12] .
Termikus neutronreaktorokban 30 %-os plutónium elégetése érhető el a MOX üzemanyag összetételéből [12] .
Használatának hátrányai közé tartozik a tüzelőanyag instabilabb állapota, a hűtési és reaktorszabályozási módokra vonatkozó sokkal szigorúbb követelmények.
A MOX üzemanyag használata lehetővé teszi a kiégett "fűtőanyag" újrahasznosítását és új vegyes urán-plutónium üzemanyag előállítását, amelyben a természetes uránból nyerhető energia mennyisége mintegy 100-szorosára nő. Ugyanakkor a KNÜ feldolgozása után többszörösére csökken a speciális feldolgozásra és elhelyezésre kerülő radioaktív hulladék mennyisége. A gyorsneutronreaktorok képesek hosszú élettartamú (akár több ezer és százezer éves bomlási periódusú) radioaktív hasadási termékeket is "kiégetni", rövid életűekké alakítani, 200-300 felezési idővel. év, amely után a szabványos eljárásoknak megfelelően biztonságosan eltemethetők, és nem sértik meg a Föld természetes sugárzási egyensúlyát [2] .
A MOX üzemanyag jelentős gyártója a francia melox-i üzem , amely évente 195 tonna terméket dob piacra.
A Rosatom 2015 szeptemberében kezdte meg a MOX-üzemanyag ipari gyártását zheleznogorszki bányászati és vegyi üzemében . Az indítókomplexum tervezési kapacitása évi 400 kazetta , amelyet 2019-ben kellett volna megvalósítani, azonban a tényleges ipari termelés már 2018 augusztusában megkezdődött, amikor az első sorozatos fűtőelem-kazettát a Belojarski Atomerőműbe küldték [ 13] . A bányászati és vegyi üzemben a nukleáris üzemanyagot újrahasznosított anyagokból állítják elő, beleértve a magas szintű plutóniumot is. Az oroszországi nukleáris ipar több mint 20 vállalata vett részt ennek a termelésnek a beindításában.
A MOX üzemanyagot Oroszországban és más Roszatom vállalatok kísérleti üzemeiben gyártják: RIAR (Dimitrovgrad, Uljanovszk régió) és Majak Termelő Egyesület (ZATO Ozersk, Cseljabinszk régió) [13] .
Más országok is dolgoznak azon, hogy a MOX-üzemanyagot bevezessék atomerőműveik üzemanyagciklusába. Japán hatodik stratégiai energiaterve, amelyet 2021 októberében fogadtak el, előírja a MOX-üzemanyag további használatát a könnyűvizes reaktorokban. Előírja továbbá a rokkashoi üzemben a MOX-üzemanyag gyártásával kapcsolatos munka folytatását [14] .
Annak ellenére, hogy Kína prioritásait ezen a területen még nem fogalmazták meg teljesen, a MOX-üzemanyag előállításának és további felhasználásának kilátásaival kapcsolatos kérdés megoldottnak tekinthető, felhasználásának prioritásairól vita folyik [15] .
A MOX üzemanyagot először 1963-ban tesztelték[ hol? ] , de megkezdődött a termikus reaktorokban való széles körű kereskedelmi alkalmazása[ hol? ] csak az 1980-as években [2] . A meglévő reaktorokban a MOX-fűtőanyag felhasználása külön engedélyezést igényel, esetenként a reaktorok módosítása szükséges, például több szabályozórúd bevezetése. A MOX-üzemanyag gyakran az összes tüzelőanyag harmadát és felét teszi ki, mivel a nagy mennyiségek jelentős módosításokat vagy speciálisan tervezett reaktort igényelnek.
A Szovjetunióban az első ipari gyorsneutronos BN-350 reaktort eredetileg MOX üzemanyaggal tervezték elindítani, 1973-ban kezdte meg működését Aktauban , és 1999-ig sikeresen működött.
A második erőművet 1980 - ban szerelték fel a Belojarski Atomerőműben ( BN-600 ) és a mai napig zavartalanul működik, 2010-ben 10 évvel, 2020-ban további 5 évvel meghosszabbították az élettartamát.
Ugyanitt 2015. december 10-én egy új generációs reaktort, a BN-800 -at helyeztek üzembe ; Eredetileg szintén MOX üzemanyaggal tervezték elindítani, de ebből az üzemanyagból nem volt gyártás, és 2010-re, amikor üzemanyagot kellett volna betölteni a reaktorba, nem készült el. Ekkor a tervező sürgős feladatot kapott: a tervezett MOX zónát vegyesre cserélni, ahol a szerelvények egy része urán üzemanyagot tartalmazna. A Belojarski Atomerőmű 4. blokkjának BN-800- as reaktorát csak 2022 szeptemberében hozták először teljes kapacitásra, és teljesen megtöltötték oxidos urán-plutónium MOX üzemanyaggal [16] .
A reaktor elindításának köszönhetően Oroszország teljesítheti a 2000. évi orosz-amerikai plutónium elhelyezési megállapodás szerinti kötelezettségeit, amely 34 tonna nukleáris töltet atomerőművek üzemanyagává történő átalakítását írja elő. Jelenleg Oroszország az első helyet foglalja el a világon a gyorsneutronreaktorok építésére szolgáló technológiák fejlesztésében. A BREST és SVBR
reaktorok tervezése szintén a MOX üzemanyag felhasználásának lehetőségére összpontosít .
A MOX üzemanyag fő fogyasztói Japán (10 reaktor engedélyezett) és az EU-országok (40 reaktor engedélyezett).
Az Egyesült Államokban mindössze négy blokkot terveztek teljes MOX terhelésre, három System-80 PWR blokkot az ország legnagyobb atomerőművében, Palo Verde -ben ( Tonopah , Arizona ), és egy blokk épül Washington államban [17] . 2007-ben egyetlen reaktor sem kapott engedélyt az Egyesült Államokban [18] .
Európában ( Belgium , Svájc , Németország, Franciaország) körülbelül 40 termikus reaktor rendelkezik engedéllyel a hagyományos és a MOX üzemanyag kombinációjának használatára [12] , további 30 pedig folyamatban van. Valójában sokuk üzemanyagának körülbelül egyharmadával rendelkezhet, de néhányuk 50%-os MOX-mal is üzemelhet. A fukusimai katasztrófa előtt Japán azt tervezte, hogy reaktorainak egyharmadában elkezdi használni a MOX-ot (eleinte 2010-ig), és jóváhagyta a tervet egy 100%-ig MOX-ot használó ABWR blokk építésére az Oma atomerőműben .
2017-ben a MOX a világ összes újonnan előállított nukleáris üzemanyagának 5%-át tette ki; Franciaország esetében ez a szám elérte a 10%-ot [19] .
A Nukleáris Világszövetség szerint a történelem során több mint 2000 tonna MOX-üzemanyagot használtak fel kereskedelmi reaktorokban, de 1,6 millió tonna szegényített uránt halmoztak fel a világ raktáraiban. Csak ezeken a készleteken – a kiégett nukleáris fűtőelemek kivételével – a gyorsneutronos reaktorok képesek 326 évre biztosítani a világ energiafogyasztásának jelenlegi szintjét.
2022-ben a Rosatom végrehajtotta az első nemzetközi MOX-üzemanyag-szállítást. A Xiapu Atomerőmű CFR - 600 reaktorához szánják, és egy 2018-as szerződés alapján állították elő [20] .
A tórium- és plutónium - oxidokat tartalmazó MOX üzemanyagot is tesztelik [21] .
A termikus reaktorokból származó kiégett MOX-üzemanyagban az elégetetlen plutónium tartalma jelentős – az eredeti plutóniumterhelés több mint 50%-a. A MOX-égetés során azonban a hasadó (páratlan) és a nem hasadó (páros) izotópok aránya körülbelül 65%-ról 20%-ra csökken az égéstől függően. Ez megnehezíti a hasadó izotópok kinyerésére tett kísérleteket. Az ilyen kiégett fűtőelemeket nehezebb feldolgozni a plutónium további újrafelhasználásához. A kétfázisú kiégett MOX üzemanyag rendszeres feldolgozása nehézkes a PuO 2 salétromsavban való alacsony oldhatósága miatt [22] .
2015-ben a nagy égetésű, kétszeresen újrafeldolgozott üzemanyag egyetlen demonstrációja a Phoenix gyorsneutronos reaktorban történt [22] .
| Energia | |||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| termékek és iparágak szerinti szerkezet | |||||||||||||||||||||||||||
| Energiaipar : villamos energia |
| ||||||||||||||||||||||||||
| Hőellátás : hőenergia |
| ||||||||||||||||||||||||||
| Üzemanyagipar : üzemanyag _ |
| ||||||||||||||||||||||||||
| Ígéretes energia : |
| ||||||||||||||||||||||||||
| Portál: Energia | |||||||||||||||||||||||||||