УТВЕРЖДАЮ Директор-проректор ФТИ ___________В.П.Кривобоков «___»_____________2011 г.

УТВЕРЖДАЮ
Директор-проректор ФТИ
___________В.П.Кривобоков
«___»_____________2011 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Основы технологии ядерного топливного цикла
НАПРАВЛЕНИЕ (СПЕЦИАЛЬНОСТЬ) ООП 140300 Ядерные физика и
технологии
ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ (СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ, ПРОГРАММА) 140309 БЕЗОПАСНОСТЬ И НЕРАСПРОСТРАНЕНИЕ ЯДЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ) БАКАЛАВР
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА 2010 г.
КУРС___3____ СЕМЕСТР __6______
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ __3____
ПРЕРЕКВИЗИТЫ __Физика, математика, материаловедение, атомная физика
КОРЕКВИЗИТЫ ____________________________________________
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
ЛЕКЦИИ
18 часов (ауд.)
ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
ИТОГО
27
45
45
90
часов (ауд.)
часов
часов
часов
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ ОЧНАЯ
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ЗАЧЕТ
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ФЭУ ФТИ
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ_____________В.И.Бойко
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП
_______________ (ФИО)
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ
______________ (Селиваникова О.В.)
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ
______________ (Кузнецов М.С.)
201__г.
1. Цели освоения модуля (дисциплины)
Курс “Основы технологии ядерного топливного цикла” является
основным курсом, в котором рассматриваются технологические и
экологические особенности производства и переработки ядерных материалов
на предприятиях ядерного топливного цикла.
Полученные знания позволят студентам правильно ориентироваться в
сложных проблемах организации и взаимодействия ядерных технологий,
более осознанно подойти к изучению других профилирующих курсов и
заложить основу формирования профессиональной культуры, отвечающей
требованиям безопасности производства и нераспространения ядерных
материалов.
2. Место модуля (дисциплины) в структуре ООП
Дисциплина «Основы технологии ядерного топливного цикла» (6
семестр) относится к вариативной части профессионального цикла основной
образовательной программы по направлению 140800 Ядерная физика и
технологии.
Для успешного освоения дисциплины «Основы технологии ядерного
топливного цикла» (6 семестр)
студенты должны иметь знания по
следующем курсам: Физика, атомная физика, математика, материаловедение.
Параллельно с данной дисциплиной могут изучаться следующие
дисциплины: национальные и международные гарантии нераспространения
ядерных материалов.
Дисциплина «Основы технологии ядерного топливного цикла» (6
семестр) является обязательной.
3. Результаты освоения модуля (дисциплины)
Формируемые
компетенции в
соответствии с
ООП*
З.1.1,
З.1.2,
З.3.1,
З.3.3,
З.5.1.
Результаты освоения дисциплины
В результате освоения дисциплины бакалавр должен знать:
Перечень основных и альтернативных энергопроизводящих
технологий и их характеристики; ядерные топливные циклы,
их состав и отличия; основные виды и источники
ионизирующего излучения; основные термины и величины,
используемые в дозиметрии и защите от ионизирующих
излучений; нормы радиационной безопасности; механизм и
возможные
последствия
воздействия
ионизирующих
факторов на человека; основы технологий и экологические
последствия
добычи
урана;
основы
технологий
экологические последствия процесса обогащения топлива;
основы технологии изготовления ядерного топлива и
экологически последствия данного процесса; принципы
получения энергии на атомных реакторах; классификацию
атомных
реакторов;
экологические
последствия
эксплуатации атомных реакторов; основные аварии на АЭС
их причины и последствия для экологии и человека; основы
технологии переработки облученного ядерного топлива;
основы технологий хранения и захоронения облученного
топлива и радиоактивных отходов; основные аспекты,
связанные с проблемой нераспространения ядерных
материалов.
У.1.1,
У.1.2,
У.3.1,
У.5.1,
У.5.2,
У.5.3.
В результате освоения дисциплины бакалавр должен уметь:
В.1.1,
В.1.2,
В.1.3,
В.3.2,
В.3.3,
В.5.1,
В.5.2.
В результате освоения дисциплины бакалавр должен владеть:
использовать
специфику
атомной
энергетики
при
формировании социального и объективного отношения
населения
к
проблемам
развития
энергетики;
аргументировано (в том числе и с экологической точки
зрения) обосновывать необходимость и целесообразность
использования ядерных технологий в хозяйственных целях;
определять содержание технологических процессов и
цепочек, необходимых для полноценного функционирования
и развития ядерного топливного цикла; оценивать риски и
сравнивать отрицательные воздействия от использования
различных энергопроизводящих технологий; использовать
правила
радиационной
безопасности
для решения
практических задач.
работы с зарубежными и отечественными источниками
информации; проведения расчетов на основании и с
помощью действующих норм радиационной безопасности;
оценки последствий использования энергопроизводящих
технологий; проведения исследований с помощью
переносной дозиметрической аппаратуры.
4. Структура и содержание модуля (дисциплины)
4.1 Теоретический раздел дисциплины:
1. Введение. Значение курса и его содержание. Требование к
обучающимся. Мировая энергетика. Источники энергии. Мировые и
национальные проблемы в области энергии.
2. Энергопроизводящие технологии ЯТЦ. Особенности ядерного
топлива как источника энергии. Типовые схемы топливных циклов. Атомная
энергетика в мире и России, состояние и перспективы.
3. Основы технологий добычи и переработки урановых руд. Урановые
руды и минералы. Мировые запасы урана. Гидрометалургические процессы
переработки руд. Добыча и транспортирование. Дробление и измельчение.
Обогащение руды. Селективное выделение урана из растворов и пульп.
Выделение попутных химических соединений. Получение чистых
соединений урана.
4. Основы технологии обогащения. Гексафторид урана и его свойства.
Получение гексафторида урана. Коэффициент разделения и обогащения.
Общая характеристика разделительных производств. Метод газовой
диффузии. Мембранные фильтры. Каскады разделения. Центрифугирование.
Лазерное разделение изтопов. Химический обмен.
5. Основы технологии изготовления топлива. Оксидное топливо.
Подготовка ядерного топлива: изготовление порошков топлива путем
конверсии гексафторида в двуокись урана, прессование и получение
спеченных таблеток, шлифование, выходной контроль и комплектование
таблеток для снаряжения твэлов. Подготовка трубчатых твэлов. Снаряжение
твэлов топливом. Сборка твэлов в ТВС.
6. Атомные ректоры и их использование для получения энергии.
Основные принципы получения энергии в атомном реакторе. Эффективные
коэффициент размножения. Реактивность. Управление цепной реакцией
деления. Остаточное тепловыделение. Основные компоненты реактора:
делящееся вещество, замедлитель, система охлаждения, система
безопасности, система регулирования. Классификация реакторов по
назначению и мощности, по компоновке АЗ, по количеству контуров
охлаждения и т.п. Реакторы конверторы и реакторы размножители. Тепловые
контуры атомных станций. Реакторы с водой под давлением (ВВЭР).
7. Переработка топлива и обращение с РАО и ОЯТ. Жидкие и сухие
методы переработки. Транспортирование ОТВС, хранение на заводе по
переработке. Механическая разделка. Водные методы переработки.
Экстракция и риэкстракция. Мощности по переработке ОТВС,
существующие в мире. Цели и принципы обращения с РАО. Сбор,
сортировка и хранение РАО. Инженерные барьеры защиты. Основные
принципы захоронения и типы хранилищ. Особенности хранения различных
типов РАО. Альтернативные методы захоронения. Мониторинг хранения.
4.2 Структура дисциплины
Таблица 1.
Структура модуля (дисциплины)
по разделам и формам организации обучения
Название раздела/темы
1. Введение.
2. Энергопроизводящие
технологии ЯТЦ
3. Основы технологий
добычи и переработки
урановых руд.
Аудиторная работа (час)
Лекции Практ./сем.
Лаб. зан.
Занятия
2
3
0
2
2
0
2
2
0
СРС
(час)
2
5
6
Колл,
Ито
Контр.Р. го
4. Основы технологии
обогащения.
5. Основы технологии
изготовления топлива
6. Атомные ректоры и
их использование для
получения энергии
7. Переработка топлива
и обращение с РАО и
ОЯТ
2
4
0
2
4
0
4
6
0
6
6
10
4
6
0
10
Итого
18
27
0
45
4.3 Распределение компетенций по разделам дисциплины
Таблица 2.
Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов обучения
№
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
Формируемые
компетенции
З.1.1
З.1.2.
З.3.1
З.3.3
З.5.1
У.1.1.
У.1.2.
У.3.1.
У.5.1.
У.5.2.
У.5.3.
В.1.1.
В.1.2.
В.1.3.
В.3.2.
В.3.3.
В.5.1.
В.5.2.
1
2
Разделы дисциплины
3
4
5
6
7
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
5. Образовательные технологии
Приводится описание образовательных технологий, обеспечивающих
достижение планируемых результатов освоения модуля (дисциплины).
Специфика сочетания методов и форм организации обучения
отражается в матрице (см. табл 2). Перечень методов обучения и форм
организации обучения может быть расширен.
Таблица 2.
Методы и формы организации обучения (ФОО)
ФОО
Лекц.
Методы
IT-методы
Работа в команде
Case-study
Игра
Методы
проблемного
обучения.
Обучение
на основе опыта
Опережающая
самостоятельная
работа
Проектный метод
Исследовательский
метод
×
×
Лаб.
раб.
Пр. зан./
Сем.,
Тр*.,
Мк**
СРС
К. пр.
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
6. Организация и учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов
Самостоятельная работа студентов организована как текущая и творческая
проблемно-ориентированная самостоятельная работа.
Текущая СРС заключается в проработке лекционного материла
направленного на углубление и закрепление знаний студента, развитие
практических умений;
Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа
позволяет развить интеллектуальные умения, комплекс универсальных
(общекультурных) и профессиональных компетенций, повысить творческий
потенциал студентов.
 поиск, анализ, структурирование и презентация информации по
основным проблемам курса,
 анализ научных публикаций по заранее определенной
преподавателем теме,
 анализ статистических и фактических материалов по заданной
теме.
Содержание самостоятельной работы студентов по модулю
(дисциплине)
Программа самостоятельной познавательной деятельности включает
следующие разделы
6.2.
Самостоятельное изучение теоретического материала
Внеаудиторная работа студентов состоит в проработке лекционного
материала. Часть теоретического материала предлагается студентам для
самостоятельного более углубленного изучения с предоставлением отчета.
Общее время самостоятельной работы по разделу составляет 45 часов.
Самостоятельная (внеаудиторная) работа студентов состоит в:
 проработке лекционного материала
10 часов,
– подготовке к промежуточному контролю
–10 часов;
 проработка теоретических разделов, выделенных на
самостоятельное изучение
 25 часов.
Темы, выносимые на самостоятельную работу
1. Альтернативные энергопроизводящие технологии.
2. Уран-плутониевый ЯТЦ.
3. Уран-ториевый ЯТЦ.
4. Сравнительный анализ ядерного и углеводородного топливных
циклов.
5. Основные источники ионизирующих излучений в окружающей среде
и их характеристики.
6. Пути и характеристики воздействия ионизирующих излучений на
человека.
7. Методы добычи урановых руд.
8. Методы переработки урановых руд.
9. Радиационная безопасность при добыче и переработке урана.
10.Радиационная и экологическая безопасность при обращении с
отходами уранодобывающего производства.
11.Технология изготовления металлического топлива.
12.Технология изготовления оксидного уранового топлива.
13.Технология изготовления MOX топлива.
14.Радиационная и экологическая безопасность при изготовлении
ядерного топлива.
15.Газодиффузионная технология обогащения урана.
16.Центрифужная технология обогащения урана.
17.Пористые фильтры для газодиффузионной технологии.
18.Аэродинамические методы разделения изотопов.
19.Альтернативные методы разделения изотопов.
20.Исследовательские ядерные реакторы.
21.Ядерные реакторы типа ВВЭР.
22.Ядерные реакторы типа РБМК.
23.Ядерные реакторы типа БН.
24.Газоохлаждаемые ядерные реакторы (кроме HTGR).
25.Реактор HTGR и перспективы его использования.
26.Малая ядерная энергетика.
27.Реакторы типа БРЕСТ и перспективы их использования.
28.Водородная и ядерно-водородная энергетика.
29.Состояние и перспективы термоядерной энергетики.
30.Радиационные выбросы и отходы при эксплуатации реакторов ВВЭР
и РБМК.
31.Авария на ЧАЭС.
32.Кратковременные и долговременные последствия аварии на ЧАЭС.
33.Авария на Three Mile Island.
34.Технологии переработки оксидного топлива.
35.Радиационные отходы и экологические проблемы, связанные с
переработкой топлива.
36.Методы кондиционирования РАО.
37.Методы долговременного хранения РАО.
38.Методы окончательного захоронения РАО.
39.Перспективы развития ЯТЦ в Сибирском регионе.
6.3
Контроль самостоятельной работы
Оценка самостоятельной работы организуется в виде промежуточного
контроля два раза в семестр. В контрольные работы входят теоретические
вопросы,
разобранные на лекционных занятиях, а также вопросы
подлежащие самостоятельному изучению.
Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
студентов
Для дополнительного самостоятельного изучения дисциплины могут
быть использованы следующие образовательные ресурсы:
 Научно-техническая
библиотека
Томского
политехнического университета.
 http://www.rosatom.ru/
 http://www.rosenergoatom.ru/
6.4
7. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества
освоения дисциплины
Текущий контроль включает два коллоквиума. Коллоквиумы
проводятся путем устного опроса обучающегося по содержанию
прочитанного на лекциям теоретического материала. Индивидуальное
задание на коллоквиуме предполагает ответ на два вопроса из приведенных
перечней.
Вопросы к коллоквиуму №1
1. Особенности ядерного топлива как источника энергии
2. Теплотворная способность и невозможность полного сжигания топлива
в ядерном реакторе.
3. Возможность иметь частичное и расширенное воспроизводство
ядерного топлива в реакторе, отсутствие потребности в окислителе,
накопление радионуклидов, активация материалов.
4. Схемы ядерных топливных циклов.
5. Коэффициент возврата топлива в цикл, его значение.
6. Атомная энергетика в России.
7. Атомная энергетика в мире.
8. Ядерные технологии не связанные с энергетикой и их использование.
9. Определения: радиоактивный распад, радиация, активность, источник
ионизирующего излучения.
10. Определения: облучение, доза поглощенная, доза эквивалентная,
взвешивающий коэффициент.
11. Взвешивающие коэффициенты для различных видов излучения.
12. Определения: предел дозы, население, мощность дозы, риск
радиационный.
13. Основные единицы СИ и внесистемные единицы, связанные с
радиационной безопасностью.
14. Определения: загрязнение радиоактивное, дезактивация, отходы
радиоактивные.
15. Определения: объект радиационный, санитарно-защитная зона, зона
наблюдения.
16. Международные организации, занимающиеся радиационной защитой.
17. Механизм воздействия ионизирующего излучения на организм
человека.
18. Классификация возможных последствий воздействия ионизирующих
излучений на человека.
19. Пути воздействия ионизирующих излучений на человека.
20. Источники ионизирующего излучения космического происхождения.
21. Источники ионизирующего излучения земного происхождения.
22. Искусственные источники излучения в окружающей среде.
23. Характеризация урановых руд.
24. Схема основных технологий, связанных с добычей урана.
25. Методы добычи урана.
26. Методы обогащения урановой руды при добыче.
27. Выщелачивание урана.
28. Осветление урановой пульпы.
29. Метод сорбции соединений урана.
30. Методы экстракции соединений урана.
31. Осаждение, получение сухих концентратов урана.
32. Аффинаж.
33. Схема получения чистых окислов урана.
34. Радиационное воздействие в процессе добычи урана.
35. Свойства гексафторида урана.
36. Методы получения гексафторида урана.
37. Метод газовой диффузии.
38. Метод цинтрифугирования.
39. Аэродинамические методы разделения изотопов.
40. Альтернативные
методы
аэродинамических).
разделения
изотопов
(кроме
Вопросы к коллоквиуму №2
1. Основные этапы производства твэл. Охарактеризовать процесс
производства в целом.
2. АДУ процесс.
3. АУК процесс.
4. Технологическая схема приготовления топливных таблеток.
5. Технологии изготовления твэл и ТВС.
6. Основные принципы получения энергии в ядерном реакторе.
Коэффициент размножения нейтронов. Реактивность.
7. Управление цепной реакцией деления. СУЗ. Остаточное
тепловыделение.
8. Основные компоненты ядерного реактора
9. Материалы активной зоны и требования к ним.
10.Использование в качестве теплоносителя газов.
11.Использование в качестве теплоносителя воды.
12.Жидкометаллический теплоноситель.
13.Органический теплоноситель, расплавы солей.
14.Классификация реакторов по назначению и мощности.
15.Преимущества и недостатки гомогенных реакторов.
16.Преимущества и недостатки гетерогенных реакторов.
17.Коэффициент конверсии. Коэффициент воспроизводства.
18.Тепловые контуры АЭС.
19.Легководные реакторы. Реактор типа ВВЭР.
20.Кипящие реакторы. Реактор типа РБМК.
21.Реакторы на естественном уране с тяжеловодным замедлителем и
теплоносителем.
22.Газоохлаждаемые реакторы типа Magnox и AGR.
23.Реакторы HTGR.
24.Реакторы БН с натриевым теплоносителем.
25.Характеризация аварий на реакторах.
26.Гипотетическа авария на ВВЭР.
27.Особенности тяжелых аварий на газоохлаждаемых и быстрых
реакторах.
28.Авария на АЭС Виндскейл.
29.Авария на АЭС Three Mile Island.
30.Авария на ЧАЭС.
31.Перспективные энергетические реакторы проектов GIF и INPRO.
32.Особенности и преимущества реактора БРЕСТ.
33.Особенности
и
преимущества
высокотемпературного
газоохлаждаемого реактора нового поколения.
34.Перспективные проекты АЭС в России.
35.Технологическая схема обращения с ОТВС в замкнутом топливном
цикле.
36.Процесс переработки отработанного топлива и его особенности.
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение
модуля (дисциплины)
 основная литература:
1. Коллиер Д.,Хьюит Д. Введение в ядерную энергетику: пер. с англ. –М.:
Энергоатомиздат,1989
2. Кесслер. Ядерная энергетика. М.: Энергоатомиздат, 1986.
3. Синев Н.М., Батуров Б.Б. Экономика атомной энергетики: Основы
технологии и экономики ядерного топлива. Учеб. пособие для вузов. –
2изд. –М.:Энергоатомиздат,1984.
4. Владимиров В.И. Практические задачи по эксплуатации ядерных
реакторов. – М.: Энергоатомиздат, 1986. 303 с.
 дополнительная литература:
1. Бадяев В.В., Егоров Ю.А. Казаков С.В. Охрана окружающей среды при
эксплуатации АЭС, Энергоатомиздат, 1991.
2. Кузнецов В.А. Судовые ядерные реакторы. – Л.: Судостроение. 1988.
3. Галанин А.Д. Введение в теорию ядерных реакторов на тепловых
нейтронах. М.: ЭА. 1984.
4. Усынин Г.Б., Кусмарцев Е.В. Реакторы на быстрых нейтронах. М.:
Энергоатомиздат . 1985.
5. Экспериментальные методы нейтронных исследований /Е.А.Крамер–
Агеев, В.Н.Лавренчик, В.Т.Самосадный, В.П.Протасов. –
М.
Энергоатомиздат. 1990.
9. Материально-техническое обеспечение модуля
(дисциплины)
При проведении лекционных и практических занятий используются
корпоративная сеть НИ ТПУ, Ноутбук VOYAGER H590L (Ноутбук ASUS)
Мультимедийный проектор TOSHIBA TDR-T95(Мультимедийный проектор
CANON LW-5500)
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с
требованиями ФГОС по направлению 140800 Ядерная физика и технологии
профилю подготовки Ядерные реакторы и энергетические установки.
Программа одобрена на заседании кафедры «Физико-энергетических
технологий» (протокол № ____ от «___» сентября 2010 г.).
Автор(ы) _____________________________ (Селиваникова О.В.)
_____________________________ (Кузнецов М.С.)
Рецензент(ы) __________________________