Урановое Я. т. для ядерных реакторов на тепловых нейтронах, составляющих основу ядерной энергетики , имеет обычно повышенное содержание изотопа ²³⁵ U (2—4% по массе вместо 0,71% в естественном уране ). Существенный недостаток реакторов на тепловых нейтронах — низкий коэффициент использования природного урана. Несравнимо более высокий коэффициент использования урана может быть достигнут в реакторах-размножителях на быстрых нейтронах. В них используется уран с более высоким содержанием урана ²³⁵ U (до 30%), а в будущем, по мере накопления запасов ²³⁹ Pu, будет использоваться смешанное уран-плутониевое Я. т. с 15—20% Pu. В этом случае вместо обогащенного урана может быть использован природный и даже уран, обеднённый ²³⁵ U, которого накопилось в мире уже достаточно большое количество. Обеднённый уран (без Pu) используется также в экранной зоне реактора-размножителя (зоне воспроизводства), по весу превышающей в несколько раз активную зону. В реакторах на быстрых нейтронах, работающих на уран-плутониевом Я. т., количество накапливающегося ²³⁹ Ри может существенно превышать количество сгораемого, т. е. имеет место воспроизводство Я. т. Коэффициент воспроизводства зависит от состава Я. т. По степени его возрастания Я. т. располагается в следующем порядке: окисное (U, Ри) О₂ , карбидное (V , Pu) C, нитридное (U, Pu) N и металлическое в виде различных сплавов.

  Производство уранового Я. т. (топливный цикл, см. рис. ) начинается с переработки руд с целью извлечения из них урана. При предварительной сортировке руды по g-излучению в отвал удаляют 20—30% породы с содержанием урана £ 0,01% (применяются и обычные методы обогащения). Гидрометаллургическая переработка руды состоит в её дроблении, кислотном выщелачивании, сорбционном или экстракционном извлечении U из осветлённых растворов или пульп и получении очищенной закиси-окиси урана U₃ O₈ . Для руд, бедных ураном и лёгких для выщелачивания (особенно в трудных для горных работ условиях), применяют подземное выщелачивание а самом месторождении (для пластовых месторождений — через систему скважин, для жильных — в подземных камерах с предварительной отбойкой и дроблением руды взрывными методами).

  Далее U₃ O₈ переводят или в тетрафторид UF₄ для последующего получения металлического урана или в гексафторид UF₆ — единственное устойчивое газообразное соединение урана, используемое для обогащения урана изотопом ²³⁵ U. Обогащение осуществляется методом газовой термодиффузии или центрифугированием (см. Изотопов разделение ). Далее UF₆ переводят в двуокись урана, которая используется для изготовления сердечников ТВЭЛов или для получения других соединений урана с той же целью.

  К сердечникам ТВЭЛов предъявляются высокие требования в отношении стехиометрического состава и содержания посторонних примесей. Так, в сердечниках 113 UO₂ соотношение (по массе) кислорода и металла должно быть в пределах 2,00—2,02; допустимое содержание F и H₂ O (по массе) соответственно не более 0,01—0,006% и 0,001%.

  Торий как сырьевой материал для получения делящихся ядер ²³⁵ U не нашёл широкого применения по ряду причин: 1) разведанные запасы U в состояния обеспечить ядерную энергетику Я. т. на многие десятилетия; 2) Th не образует богатых месторождений, и технология его извлечения из руд сложнее; 3) наряду с ²³⁵ U образуется ²³² U, который, распадаясь, образует g-активные ядра (²¹² Bi, ²⁰⁸ Te), затрудняющие обращение с таким Я. т. и усложняющие производство ТВЭЛов:

 4) переработка облученных ториевых ТВЭЛов с целью извлечения из них ²³³ U является более трудной и дорогостоящей операцией по сравнению с переработкой урановых ТВЭЛов.

  В процессе эксплуатации ТВЭЛов Я. т. выгорает далеко не полностью, в реакторах-размножителях имеет место воспроизводство Я. т. (Pu). Поэтому отработанные ТВЭЛы направляют на переработку с целью регенерации Я. т. для повторного его использования; U и Pu очищают от продуктов деления. Затем Pu в виде PuO₂ направляют для изготовления сердечников, а U, в зависимости от его изотопного состава, или также направляют для изготовления сердечников, или переводят в UF₆ с целью обогащения ²³⁵ U.

  Регенерация Я. т. — сложный и дорогостоящий процесс переработки высокорадиоактивных веществ, требующий защиты от радиоактивных излучений и дистанционного управления всеми операциями даже после длительной выдержки отработавших ТВЭЛов в специальных хранилищах. При этом в каждом аппарате ограничивается допустимое количество делящихся веществ, чтобы предупредить возникновение самопроизвольной цепной реакции. Большие трудности связаны с переработкой и захоронением радиоактивных отходов. Разрабатываются методы остекловывания и битумирования отходов, «закачка» слабоактивных растворов в глубокие горизонты Земли. Стоимость процессов регенерации Я. т. и переработки радиоактивных отходов оказывает существенное влияние на экономические показатели атомных электростанций .

  Лит.: Химическая технология облученного ядерного горючего, М., 1971; Паттон Ф. С., Гуджин Д. М., Гриффитс В. Л., Ядерное горючее па основе обогащенного урана, М., 1966; Высокотемпературное ядерное топливо, М., 1969; Займовский А. С., Калашников В. В., Головнин И. С., Тепловыделяющие элементы атомных реакторов, М., 1966.

  Ф. Г. Решетников, Д. И. Скороваров.

Рис. к ст. Ядерное топливо.

Рис. к ст. Ядерное топливо.

Я'дерной фи'зики ленингра'дский институ'т им. Б. П. Константинова АН СССР (г. Гатчина Ленинградской области), научно-исследовательское учреждение, в котором ведутся исследования в области ядерной физики, физики частиц высоких энергий, физики твёрдого тела, а также радиобиологии и молекулярной биологии. Основан в 1971 под руководством Б. П. Константинова на базе ядерных лабораторий Физико-технического института АН СССР. В институте было проведено экспериментальное доказательство наличия слабого нуклон-нуклонного взаимодействия (совместно с сотрудниками Института теоретической и экспериментальной физики). Институт располагает исследовательским водо-водяным реактором ВВР-М мощностью 16 Мвт с потоком тепловых нейтронов до 3 ·10¹⁴ н ·см² /сек , фазотроном на энергию 1 Гэв с током до 1 мка , а также системой автоматизированного управления экспериментами на базе ЭВМ.