Výroba jadrového paliva

Urán je pomerne rozšírený prvok nachádzajúci sa v zemskej kôre. Jeho celkové množstvo sa odhaduje na 10¹⁵ ton. Ďalších približne 4,5 × 10⁹ ton je v zriedenej forme rozpustených vo svetových oceánoch. Ložiská uránovej rudy sa nachádzajú na celom svete. Najväčšie známe zásoby má Austrália (28 % svetových zásob), nasleduje Kazachstan (14 %) a Kanada (10 %). Kanadská uránová ruda patrí medzi najkvalitnejšie na svete a obsah uránu v nej môže dosahovať až 20 %. V roku 2024 sa na svete vyťažilo približne 60 000 ton uránu. Jadrové reaktory na celom svete spotrebujú ročne približne 69 000 ton uránu. Rozdiel sa pokrýva predovšetkým z existujúcich zásob uránu a ďalších sekundárnych zdrojov vrátane prepracovaného jadrového paliva.

 

 

Ťažba

Uránová ruda sa ťaží v povrchových baniach, hlbinných baniach alebo metódou lúhovania in situ. Hlbinná ťažba má vo všeobecnosti menší vplyv na životné prostredie. Bane však musia byť dôkladne vetrané, aby sa zabránilo hromadeniu nebezpečného rádioaktívneho plynu radónu. Vyťažená ruda sa drví a melie, pričom sa následne chemicky extrahuje urán. Silikátové rudy sa lúhujú kyselinou sírovou, zatiaľ čo karbonátové rudy sa spracúvajú roztokom uhličitanu sodného. Urán sa následne extrahuje z výluhu, oddelí sa od ostatných zložiek a koncentruje sa na oxid uránový U₃O₈ alebo diuranan amónny (NH₄)₂U₂O₇, známy ako yellowcake podľa svojej žltej farby. Obsahuje približne 60 až 70 % uránu. Následne sa čistí a rafinuje.

 

Vedeli ste, že...?

Na Zemi sa nachádza približne 1 000-krát viac uránu ako zlata, 30-krát viac ako striebra a približne rovnaké množstvo ako zinku, olova, bóru a molybdénu.

 

Obohacovanie

Na využitie uránu v jadrovej energetike je často potrebné zvýšiť obsah izotopu ²³⁵U. Keďže sa od izotopu ²³⁸U líši iba hmotnosťou, chemické metódy separácie nie je možné použiť. Najjednoduchším riešením je previesť uránový koncentrát na plynný hexafluorid uránu UF₆, označovaný technickým názvom hex. Medziproduktom tohto procesu je oxid uraničitý UO₂, ktorý sa používa na výrobu paliva pre reaktory využívajúce prírodný neobohatený urán. Plynný hex sa obohacuje plynnou difúziou alebo pomocou plynových centrifúg. Najčastejšie sa urán obohacuje na obsah 3 až 5 % izotopu ²³⁵U.

 

Výroba paliva

Plynný hex sa následne premieňa späť na oxid uraničitý UO₂. Ten má podobu jemného prášku, ktorý sa lisuje do palivových tabliet. Tablety sa následne spekajú pri teplote vyššej ako 1 400 °C, čím vznikajú keramické valčeky. Do prášku možno pridávať aj ďalšie látky, napríklad vyhorievajúci neutrónový absorbátor gadolínium alebo oxid berýlnatý na zlepšenie tepelnej vodivosti. Hotové tablety sa vkladajú do pokrytia zo zirkóniovej zliatiny, čím vznikajú palivové prútiky. Z palivových prútikov sa následne zostavujú palivové súbory. Každý typ reaktora používa vlastnú konštrukciu jadrového paliva.

 

Vedeli ste, že...?

Ak by sa urán využíval iba v konvenčných jadrových reaktoroch, známe svetové zásoby by vystačili približne na 80 rokov.