REACTOARE NUCLEARE; ELEMENTE COMBUSTIBILE (CARTUŞE) NEIRADIATE PENTRU REACTOARE NUCLEARE; MAŞINI ŞI APARATE PENTRU SEPARARE IZOTOPICĂ

I.- Reactoare nucleare

  Termenul de reactor nuclear denumeşte, într-un mod general, totalitatea aparatelor şi a dispozitivelor care sunt conţinute în incinta ecranului biologic, inclusiv, eventual, ecranul însuşi, ca şi alte aparate şi dispozitive care sunt aşezate în exteriorul acestei zone, în măsura în care fac corp comun cu cele plasate în interior.

Un reactor nuclear cuprinde în general:

A) Miezul constituit din:

1)     Materialul combustibil (fisionabil sau fertil), care poate să se găsească fie dizolvat sau dispersat în moderator (reactoare omogene), fie concetrat în elementele combustibile (cartuşe) (reactoare eterogene).

2)     Moderatorul şi, eventual, reflectorul de neutroni (de exemplu: beriliu, grafit, apă obişnuită, apă grea sau anumite hidrocarburi cum sunt difenilul sau terfenilii).

3)     Fluidul de răcire, necesar pentru eliminarea căldurii degajate de reactor (gaz carbonic, heliu, apă naturală, apă grea, sodiu sau bismut topit, amestec topit de sodiu şi de potasiu, săruri topite, anumite hidrocarburi etc.). Uneori, moderatorul asigură şi funcţia de agent de răcire.

4)     Barele de control sau de siguranţă, din materiale care au o mare putere de absorbţie a neutronilor (cum sunt borul, cadmiul, hafniul) sau din aliaje, dispersii sau compuşi ai acestor materiale.

B) Structura mecanică (corpul reactorului, grile pentru dispunerea elementelor combustibile (cartuşe), ţevi pentru circulaţia fluidului de răcire, supape, mecanisme pentru ghidarea sau comanda barelor de control sau de siguranţă etc.).

C)  Ansamblul aparatelor de măsură, de reglare automată şi de control (sursele de neutroni, camerele de ionizare, termocuplurile, telecamerele, aparatele de măsură a presiunii sau a debitului etc.).

D) Ecrane termice şi biologice (de oţel, beton, plumb etc.).

   Anumite alte maşini, aparate şi dispozitive, pot fi, de asemenea, folosite  în centralele nucleare şi pot chiar să fie plasate în interiorul ecranului biologic. Aceste maşini, aparate şi dispozitive nu sunt considerate părţi de reactoare nucleare şi trebuie, în consecinţă, să urmeze regimul lor propriu (vezi excluderile de la c) până la ij) de mai jos).

   Totuşi, felul, caracteristicile şi modul de asamblare ale părţilor constituente ale reactoarelor nucleare, pot să fie fundamental diferite. În felul acesta, reactoarele nucleare sunt, în general, clasificate:

1)     După energia neutronilor care propagă reacţia în lanţ: reactoare lente, intermediare sau rapide.

2)     După modul de repartiţie al materiei care fisionează în miezul reactorului: în reactoare omogene sau eterogene.

3)     După destinaţie: reactoare pentru cercetare, pentru producerea de izotopi, pentru încercarea materialelor, pentru transformarea materialului fertil în material fisionabil (convertizoarele şi autogeneratoarele), pentru propulsie, pentru producerea energiei termice sau electrice etc.

4)     După natura materialelor folosite sau după tehnologia de funcţionare: reactoare cu uraniu natural, cu uraniu îmbogăţit, cu uraniu-toriu, cu sodiu-grafit, cu gaz-grafit, cu apă presurizată, cu apă grea presurizată, cu apă fierbinte, cu bazin cu apă, cu moderator organic etc.

   În general, dimensiunile unui reactor sunt cel puţin critice, în aşa fel încât scurgerea de neutroni către exterior să nu fie niciodată suficientă pentru a conduce la întreruperea reacţiei în lanţ. Totuşi, se utilizează, în anumite cazuri, pentru cercetare, reactoare subcritice, care funcţionează cu ajutorul unei surse suplimentare de neutroni. Reactoarele subcritice se clasifică, de asemenea, la această poziţie.

   Prezentate separat, părţile de reactor nuclear, se clasifică, în general, conform dispoziţiilor Notei 2 din Secţiunea XVI.

   Se clasifică drept urmare, la această poziţie, în calitate de părţi ale reactoarelor nucleare, de exemplu barele de control sau de siguranţă şi mecanismele lor aferente, sursele de neutroni montate pentru a amorsa reacţia de fisiune în reactor, corpul reactorului, grila pentru dispunerea elementelor combustibile (cartuşelor) şi presurizatoarele pentru reactoarele cu apă presurizată.

Totuşi, nu sunt considerate ca părţi ale reactoarelor nucleare:

a)        Blocurile de grafit (poziţiile 38.01 sau 68.15), de beriliu (poziţia 81.12) sau de gluciniu (oxid de beriliu) (poziţia  69.14).

b)        Ţevile şi tuburile din metal de formă specială sau chiar numai fasonate, prezentate neasamblate, chiar în cazul în care sunt destinate fabricării de reactoare nucleare (Secţiunea XV).

c)         Generatoarele de vapori (poziţia  84.02).

d)         Schimbătoarele de căldură (poziţiile  84.04 sau 84.19).

e)        Turbinele de vapori (poziţia  84.06).

f)         Pompele (poziţiile  84.13 sau 84.14).

g)         Suflantele şi ventilatoarele (poziţia  84.14).

h)        Aparatele de demineralizare a apei  (în general  poziţiile  84.19 sau 84.21).

ij)      Aparatele pentru încărcarea sau extragerea elementelor combustibile şi podurile rulante (în general poziţia 84.26,).

k)       Manipulatoarele mecanice la distanţă pentru produsele radioactive (poziţia  84.28).

II. ELEMENTE COMBUSTIBILE (CARTUŞE) NEIRADIATE

PENTRU REACTOARE NUCLEARE

Elementele combustibile (cartuşele) neiradiate pentru reactoarele nucleare sunt constituite dintr-un material fisionabil sau fertil, închis într-un înveliş, în general din metale comune (de exemplu zirconiu, aluminiu, magneziu, oţel inoxidabil) care este prevăzut cu dispozitive speciale pentru  manipulare.

Elementele combustibile fisionabile pot să conţină fie uraniu natural în starea de metal sau de compuşi (oxizi, carburi, nitruri etc.), fie uraniu îmbogăţit în uraniu 235 sau 233 sau în plutoniu, în stare de metal sau de compuşi, fie, toriu îmbogăţit cu plutoniu. Elementele combustibile fertile (de exemplu cu toriu sau uraniu sărăcit) sunt plasate la periferia reactorului pentru a reflecta neutronii şi a funcţiona ca elementele fisionabile după ce au absorbit o parte din aceşti neutroni.

   Elementele combustibile sunt de tipuri diferite, de exemplu, cele constituite:

1)     Din metale combustibile sau aliajele lor, sub formă de bare sau de tuburi acoperite cu un înveliş din metale comune, prevăzute eventual cu aripioare pentru a uşura schimbul de căldură şi cu postament şi cu cap care să faciliteze aşezarea şi extragerea lor din reactor.

2)     Din dispersii ale combustibilului fisionabil în grafit sub formă de bare, plăci sau bule care sunt acoperite cu grafit, sau, chiar, din alte tipuri de dispersii şi metaloceramice, echipate ca elementele combustibile descrise la punctul 1) de mai sus.

3)     Dintr-un ansamblu:

1°)    De plăci care conţin, după o dispunere de tipul sandwich, combustibilul fisionabil sau fertil sub forma de metal sau compus ceramic, placat în exterior cu metal inert.

      2°)   Tuburi din metal inert umplute cu pastile de dioxid sau carbură de uraniu.

      3°)   Tuburi concentrice din metal fisionabil acoperit de metal inert.

 Toate aceste tipuri de elemente combustibile (cartuşe) conţin dispozitive de susţinere care servesc şi la menţinerea lor distanţată şi la blocare şi, adesea, o carcasă exterioară (cutie a elementului combustibil); toate subelementele care constituie elementele combustibile (cartuşe) sunt montate pe un soclu comun şi sunt ataşate unui corp comun.

   Prezentate separat, aceste subelemente (de exemplu, învelişurile de oţel inoxidabil umplute cu combustibil nuclear şi închise ermetic), rămân clasificate aici ca părţi de elemente combustibile (cartuşe).

    Microsferele de combustibil nuclear acoperite cu straturi de carbon sau de carbură de siliciu, destinate să fie introduse în elementele combustibile sferice sau prismatice, şi elementele combustibile (cartuşe) uzate (iradiate) se încadrează 1a  poziţia  28.44.

III.- MAŞINI ŞI APARATE PENTRU SEPARARE IZOTOPICĂ

    Acest grup cuprinde toate aparatele şi maşinile mecanice, termice sau electrice care sunt special concepute pentru îmbogăţirea unui element chimic sau a unui compus al acestui element, într-unul dintre izotopii săi sau eventual pentru separarea completă a izotopilor constituenţi.

    Cele mai importante sunt cele folosite pentru producerea apei grele (oxidul de deuteriu) sau pentru îmbogăţirea uraniului în U 235.

    Printre aparatele şi dispozitivele folosite pentru producerea apei grele prin îmbogăţirea apei naturale, sunt de menţionat:

1)     Aparatele de distilare fracţionată şi de rectificare de tip special, care conţin un număr foarte mare de plăci dispuse în paralel şi în serie şi pun în valoare acea mică diferenţă între punctul de fierbere al apei grele şi al apei normale pentru a obţine fracţiunile de început de distilare, întotdeauna mai sărace în apă grea şi fracţiunile de sfârşit de distilare, întotdeauna mai bogate în apă grea.

2)     Aparatele care, prin distilare fracţionată la temperatură scăzută a hidrogenului lichid, permit să se separe deuteriul care poate apoi să fie ars pentru a obţine apa grea.

3)     Aparatele pentru producerea apei grele sau a compuşilor de deuteriu, bazate pe schimbul izotopic, eventual în prezenţa catalizatorilor de exemplu prin aplicarea metodei numită a celor două temperaturi sau prin contactul fazelor hidrogenate lichide sau gazoase diferite.

4)     Celulele electrolitice destinate producerii apei grele prin electroliza apei, ca şi aparatele care combină electroliza cu schimbul izotopic între hidrogenul produs şi apa de aceeaşi provenienţă.

    Aparatele cele mai utilizate pentru îmbogăţirea uraniului U 235 sunt următoarele:

1)     Centrifugele speciale, numite centrifuge cu gaz (hexafluorură de uraniu), al căror rotor (bol) cilindric, din material plastic sau din oţel, se roteşte la o viteză foarte mare.

      Aceste centrifuge sunt tratate la interior pentru a rezista la corodarea cu hexafluorură de uraniu. În practică, se foloseşte un număr foarte mare de unităţi montate în serie şi care funcţionează în echicurent sau în contracurent.

2)     Aparatele pentru separarea izotopilor de uraniu prin difuzie gazoasă. În aceste aparate, hexafluorura de uraniu gazoasă pătrunde în interiorul incintelor (care pot să fie tubulare) printr-un dispozitiv de închidere poros (bariera) şi se separă în două fracţiuni al căror conţinut în U 235 este uşor diferit de cel al gazului iniţial introdus în proces. Prin repetarea operaţiei, de un număr mare de ori, se poate obţine hexafluorura de U 235 în stare pură.

3)     Aparatele numite cu conducte (procedeul BECKER) la care fluxul de gaz (hexafluorura de uraniu şi heliu sau hidrogen) este injectat cu  viteză mare într-o conductă de gaze foarte curbată, la ieşirea căreia un cuţit permite să se separe fracţiunea îmbogăţită în hexafluorură de uraniu.

Aparatele calutron (separatoarele de izotopi), care utilizează separarea electromagnetică, sunt cuprinse, de asemenea, la această poziţie.

    Sub rezerva dispoziţiilor generale referitoare la clasificarea părţilor (vezi Consideraţiile generale ale Secţiunii), sunt, de asemenea, cuprinse aici părţile maşinilor sau aparatelor din acest grup.

    *

*       *

      Poziţia exclude, de asemenea:

a)     Cuptoarele pentru separarea prin procedeele pirometalurgice a combustibililor nucleari iradiaţi (poziţiile 84.17 sau 85.14, după caz).

b)     Aparatele pentru separarea combustibililor iradiaţi sau pentru tratarea deşeurilor radioactive prin distilare fracţionată (altele decât cele pentru fabricarea apei grele) (poziţia  84.19).

c)     Filtrele de aer care sunt concepute special pentru eliminarea pulberilor radioactive (cu acţiune fizică sau electrostatică), epuratoarele cu cărbune activ pentru reţinerea iodului radioactiv, schimbătoarele de ioni pentru separarea elementelor radioactive (inclusiv cele care funcţionează prin electrodializă) şi aparatele pentru separarea combustibililor iradiaţi sau pentru tratarea deşeurilor prin schimb de ioni sau pe cale chimică (poziţia  84.21).