U prethodnim člancima smo saznali da ni solarna energija neće moći zadovoljiti potrebe čovječanstva (zbog brzog kvara baterija i njihove cijene), niti termonuklearna energija (jer čak i nakon postizanja pozitivnog izlaza energije u eksperimentalnim reaktorima, fantastična količina ostaje problem na putu do komercijalne upotrebe). Šta ostaje?

Više od stotinu godina, uprkos svom napretku čovečanstva, najveći deo električne energije dobija se iz banalnog sagorevanja uglja (koji je još uvek izvor energije za 40,7% svetskih proizvodnih kapaciteta), gasa (21,2%), naftni derivati ​​(5,5%) i hidroenergija (još 16,2%, ukupno sve ovo je 83,5%).

Ono što ostaje je nuklearna energija, sa konvencionalnim reaktorima na termalnim neutronima (za koje je potreban rijedak i skup U-235) i reaktorima na brzim neutronima (koji mogu obraditi prirodni U-238 i torij u “zatvorenom ciklusu goriva”).

Kakav je to mitski „zatvoreni ciklus goriva“, koje su razlike između reaktora na brzim i termalnim neutronima, kakvi dizajni postoje, kada od svega toga možemo očekivati ​​sreću i naravno – pitanje sigurnosti – pod rezom.

O neutronima i uranijumu

Svima nam je u školi rečeno da se U-235, kada ga neutron udari, dijeli i oslobađa energiju, a oslobađaju se još 2-3 neutrona. U stvarnosti je, naravno, sve nešto složenije, a ovaj proces uvelike zavisi od energije ovog početnog neutrona. Pogledajmo grafikone presjeka (=vjerovatnosti) reakcije hvatanja neutrona (U-238 + n -> U-239 i U-235 + n -> U-236), i reakcije fisije za U-235 i U-238 ovisno o energiji (=brzini) neutrona:

Kao što vidimo, vjerovatnoća hvatanja neutrona fisijom za U-235 raste sa smanjenjem energije neutrona, jer se u konvencionalnim nuklearnim reaktorima neutroni „usporavaju“ u grafitu/vodi do te mjere da njihova brzina postaje istog reda kao brzina termičke vibracije atoma V kristalna rešetka(otuda naziv - termalni neutroni). A vjerovatnoća fisije U-238 termalnim neutronima je 10 miliona puta manja od U-235, zbog čega je potrebno preraditi tone prirodnog uranijuma da bi se pokupio U-235.

Neko gledajući donji grafikon mogao bi reći: Oh, odlična ideja! Hajde da spržimo jeftini U-238 sa 10MeV neutronima - trebalo bi da radi lančana reakcija, jer tamo graf poprečnog presjeka za dijeljenje ide gore! Ali postoji problem - neutroni oslobođeni kao rezultat reakcije imaju energiju od samo 2 MeV ili manje (u prosjeku ~1,25), a to nije dovoljno za pokretanje samoodržive reakcije na brzim neutronima u U-238 (ili je potrebno više energije, ili je više neutrona izletjelo iz svake podjele). Eh, covjecanstvo nema srece u ovom univerzumu...

Međutim, da je samoodrživa reakcija na brze neutrone u U-238 tako jednostavna, postojali bi prirodni nuklearni reaktori, kao što je bio slučaj s U-235 u Oklu, pa se prema tome U-238 ne bi nalazio u prirodi u obliku velikih depozita.

Konačno, ako napustimo "samoodrživu" prirodu reakcije, još uvijek je moguće podijeliti U-238 direktno za proizvodnju energije. Ovo se koristi na primjer u termonuklearne bombe- neutroni sa energijom od 14,1 MeV iz D+T reakcije dijele U-238 u ljusci bombe - i tako je moguće povećati snagu eksplozije gotovo besplatno. U kontroliranim uvjetima, teoretski je moguće kombinirati termo nuklearni reaktor i pokrivač (ljuska) od U-238 - za povećanje energije termonuklearne fuzije za ~10-50 puta zbog reakcije fisije.

Ali kako razdvojiti U-238 i torij u samoodrživoj reakciji?

Zatvoreni ciklus goriva

Ideja je sljedeća: pogledajmo ne presjek fisije, već presjek hvatanja: Uz odgovarajuću energiju neutrona (ne prenisku, niti previsoku), U-238 može uhvatiti neutron i nakon 2 raspada može postati plutonijum-239:

Od istrošenog goriva, plutonijum se može hemijski izolovati kako bi se dobilo MOX gorivo (mešavina plutonijuma i uranijum oksida) koje se može spaljivati ​​i u brzim reaktorima i u konvencionalnim termalnim. Proces hemijske prerade istrošenog goriva može biti veoma težak zbog njegove visoke radioaktivnosti, i još nije u potpunosti riješen i praktično nije razrađen (ali je rad u toku).

Za prirodni torij - sličan proces, torij hvata neutron, a nakon spontane fisije, postaje uranijum-233, koji se dijeli na približno isti način kao uranijum-235 i oslobađa se iz istrošenog goriva hemijski:

Ove reakcije se, naravno, dešavaju i u konvencionalnim termičkim reaktorima - ali zbog moderatora (koji uvelike smanjuju šansu za hvatanje neutrona) i kontrolnih šipki (koje apsorbuju neke od neutrona), količina proizvedenog plutonija je manja od one u uranijum-235 koji gori. Da biste generirali više fisionih tvari nego što se sagorijeva, morate izgubiti što manje neutrona na upravljačkim šipkama (na primjer, korištenjem kontrolnih šipki od običnog uranijuma), strukturi, rashladnoj tekućini (više o tome u nastavku) i potpuno oslobodite se moderatora neutrona (grafita ili vode).

Zbog činjenice da je presjek fisije za brze neutrone manji nego za termičke, potrebno je povećati koncentraciju fisionog materijala (U-235, U-233, Pu-239) u jezgri reaktora sa 2-4 do 20% i više. A proizvodnja novog goriva se odvija u kasetama sa torijom/prirodnim uranijumom koji se nalaze oko ovog jezgra.

Srećom, ako je fisija uzrokovana brzim neutronom, a ne toplinskim, reakcija proizvodi ~1,5 puta više neutrona nego u slučaju fisije toplinskim neutronima - što reakciju čini realnijom:

Upravo ovo povećanje broja generiranih neutrona omogućava proizvodnju veće količine goriva nego što je prvobitno bila dostupna. Naravno, novo gorivo se ne uzima iz ničega, već se proizvodi od „beskorisnog“ U-238 i torijuma.

O rashladnoj tečnosti

Kao što smo gore saznali, voda se ne može koristiti u brzom reaktoru - ona izuzetno efikasno usporava neutrone. Šta to može zamijeniti?

plinovi: Reaktor možete ohladiti helijumom. Ali zbog njihovog malog toplotnog kapaciteta, teško je na ovaj način rashladiti moćne reaktore.

Tečni metali: Natrijum, kalijum- široko se koristi u brzim reaktorima širom svijeta. Sa pozitivne strane - niske temperature tope se i rade na pritisku blizu atmosfere, ali ovi metali veoma dobro sagorevaju i reaguju sa vodom. Jedini operativni energetski reaktor na svijetu, BN-600, radi na natrijum rashladnoj tečnosti.

Olovo, bizmut- koristi se u reaktorima BREST i SVBR koji se trenutno razvijaju u Rusiji. Od očiglednih nedostataka - ako se reaktor ohladio ispod tačke smrzavanja olova/bizmuta - zagrevanje je veoma teško i dugo traje (o onima koji nisu očigledni možete pročitati na linku na wikiju). Općenito, mnoga tehnološka pitanja ostaju na putu implementacije.

Merkur- postojao je reaktor BR-2 sa živinom rashladnom tečnošću, ali kako se ispostavilo, živa relativno brzo rastvara strukturne materijale reaktora - tako da se više nisu gradili živini reaktori.

egzotično: Posebna kategorija - reaktori sa rastopljenom soli - LFTR - rade na različitim verzijama fluorida fisionih materijala (uranijum, torijum, plutonijum). 2 „laboratorijska“ reaktora izgrađena su u SAD-u u Nacionalnoj laboratoriji Oak Ridge 60-ih godina, i od tada nijedan drugi reaktor nije implementiran, iako ima mnogo projekata.

Radni reaktori i zanimljivi projekti

Ruski BOR-60- eksperimentalni reaktor na brzim neutronima, koji radi od 1969. godine. Konkretno, koristi se za ispitivanje strukturnih elemenata novih reaktora na brzim neutronima.

Ruski BN-600, BN-800: Kao što je već spomenuto, BN-600 je jedini energetski reaktor na brzim neutronima na svijetu. Radi od 1980. godine, i dalje koristi uranijum-235.

U 2014. planirano je lansiranje snažnijeg BN-800. Već se planira početak korištenja MOX goriva (sa plutonijumom), te početak razvoja zatvorenog gorivnog ciklusa (sa preradom i sagorijevanjem proizvedenog plutonijuma). Tada može postojati serijski BN-1200, ali odluka o njegovoj izgradnji još nije donesena. Što se tiče iskustva u izgradnji i industrijskom radu reaktora na brzim neutronima, Rusija je napredovala mnogo dalje od bilo koga drugog i nastavlja se aktivno razvijati.

Mala aktivna istraživanja brzi reaktori- također dostupan u Japanu (Jōyō), Indiji (FBTR) i Kini (Kineski eksperimentalni brzi reaktor).

Japanski reaktor Monju- najnesrećniji reaktor na svetu. Izgrađen je 1995. godine, a iste godine je došlo do curenja nekoliko stotina kilograma natrijuma, kompanija je pokušala da sakrije razmjere incidenta (zdravo Fukushima), reaktor je bio zatvoren 15 godina. U maju 2010. godine reaktor je konačno pušten u rad na smanjenoj snazi, ali je u avgustu, prilikom transporta goriva, u reaktor bačena dizalica od 3,3 tone, koja je odmah potonula u tečni natrijum. Dizalicu je bilo moguće nabaviti tek u junu 2011. 29. maja 2013. bit će donesena odluka da se reaktor zauvijek zatvori.

Reaktor na putujućim talasima: Među poznatim nerealizovanim projektima je i “reaktor putujućih talasa” - reaktor na putujućim talasima, kompanije TerraPower. Ovaj projekat je promovirao Bill Gates - pa su o njemu pisali dva puta na Habréu: , . Ideja je bila da se „jezgro“ reaktora sastoji od obogaćenog uranijuma, a oko njega su U-238/torijumske kasete u kojima bi se proizvodilo buduće gorivo. Zatim bi robot pomerio ove kasete bliže centru - i reakcija bi se nastavila. Ali u stvarnosti, veoma je teško izvesti sve ovo bez hemijske obrade, a projekat nikada nije krenuo.

O sigurnosti nuklearne energije

Kako mogu reći da se čovječanstvo može osloniti na nuklearnu energiju - i to nakon Fukušime?

Činjenica je da je svaka energija opasna. Prisjetimo se nesreće na brani Banqiao u Kini, koja je izgrađena, između ostalog, za potrebe proizvodnje struje - tada je stradalo 26 hiljada ljudi. do 171 hiljada Čovjek. U nesreći u hidroelektrani Sayano-Shushenskaya poginulo je 75 ljudi. Samo u Kini 6.000 rudara pogine svake godine tokom vađenja uglja, a to ne uključuje zdravstvene posljedice udisanja izduvnih gasova iz termoelektrana.

Broj nesreća u nuklearnim elektranama ne zavisi od broja elektrana, jer Svaka nesreća se može dogoditi samo jednom u nizu. Nakon svakog incidenta u svim jedinicama se analiziraju i otklanjaju uzroci. Dakle, nakon nesreće u Černobilu, sve jedinice su modificirane, a nakon Fukušime, Japancima je nuklearna energija u potpunosti oduzeta (međutim, ovdje postoje i teorije zavjere - očekuje se da će SAD i njihovi saveznici imati manjak uranijuma -235 u narednih 5-10 godina).

Problem sa istrošenim gorivom direktno rešavaju reaktori na brzim neutronima, jer Osim poboljšanja tehnologije prerade otpada, stvara se manje otpada: teški (aktinidi), dugovječni produkti reakcije također se „sagorevaju“ brzim neutronima.

Zaključak

Brzi reaktori imaju glavnu prednost koju svi očekuju od termonuklearnih reaktora - gorivo za njih će trajati čovječanstvu hiljadama i desetinama hiljada godina. Ne morate ga čak ni minirati - već je miniran i leži

Kada nam kažu, na primjer, da je „izgrađena elektrana na solarne panele snage 1200 MW“, to uopće ne znači da će ova solarna elektrana davati istu količinu električne energije kao VVER-1200. nuklearni reaktor obezbeđuje. Solarni paneli ne mogu raditi noću - stoga, ako se u prosjeku izračunaju po godišnjim dobima, ne rade pola dana, a to već upola smanjuje faktor kapaciteta. Solarni paneli, čak i najnovije varijante, rade mnogo lošije po oblačnom vremenu, a prosječne vrijednosti ovdje također nisu ohrabrujuće - oblaci s kišom i snijegom, magle smanjuju kapacitet za polovicu. “SPP kapaciteta 1200 MW” zvuči zvono, ali moramo imati na umu cifru od 25% - ovaj kapacitet može tehnološki iskoristiti samo ¼.

Solarni paneli, za razliku od nuklearnih elektrana, rade ne 60-80 godina, već 3-4 godine, gubeći sposobnost pretvaranja sunčeve svjetlosti u struja. Može se, naravno, govoriti o nekoj vrsti „jeftinije generacije“, ali to je čista obmana. Solarne elektrane zahtijevaju velike površine, do sada se nitko nije nigdje bavio problemima odlaganja iskorištenih solarnih panela. Recikliranje će zahtijevati razvoj prilično ozbiljnih tehnologija, koje vjerojatno neće zadovoljiti okoliš. Ako govorimo o elektranama koje koriste vjetar, tada će se riječi morati koristiti gotovo iste, jer je u ovom slučaju faktor kapaciteta oko četvrtine instaliranog kapaciteta. Nekada umjesto vjetra vlada zatišje, nekad vjetar toliko jak da tjera „mlinove“ da zaustave, jer ugrožava integritet njihove strukture.

Vremenske hirovite obnovljivih izvora energije

Ni od drugog nema spasa.” Ahilova peta» RES. Elektrane na njihovoj osnovi ne rade kada je električna energija koju proizvode potrebna potrošačima, već kada je vani sunčano vrijeme ili vjetar odgovarajuće jačine. Da, takve elektrane mogu proizvoditi električnu energiju, ali što ako mreže za prijenos električne energije nisu u mogućnosti da je prime? Noću je duvao vjetar, možete uključiti vjetroelektrane, ali noću ti i ja spavamo, a preduzeća ne rade. Da, takve tradicionalne elektrane zasnovane na obnovljivim izvorima, kao što su hidroelektrane, mogu se nositi s ovim problemom povećanjem praznog ispuštanja vode („pored turbine“) ili jednostavno akumuliranjem zaliha vode u svojim rezervoarima, ali u slučaju poplava im nije tako lako. A za solarne i vjetroelektrane, tehnologije skladištenja energije nisu toliko razvijene da „skladište“ proizvedenu električnu energiju za trenutak kada se potrošnja u mreži poveća.

Postoje također stražnja strana medalje. Hoće li investitor ulagati u izgradnju, recimo, gasne elektrane u regiji u kojoj su solarni paneli instalirani u velikim količinama? Kako možete nadoknaditi uloženi novac ako “vaša” elektrana ne radi pola vremena? Rok otplate, bankarska kamata... “O, zašto mi treba takva glavobolja!”- izjavljuje oprezni kapitalista i ne gradi ništa. I evo imamo vremensku anomaliju, padala je kiša nedelju dana uz potpunu tišinu. A povici ogorčenih potrošača koji su prisiljeni da pokreću dizel generatore na svojim travnjacima nestaju u tutnjavi. Ne možete natjerati investitore da grade termoelektrane, bez beneficija i subvencija od strane države neće riskirati. A to, u svakom slučaju, postaje dodatno opterećenje za državne budžete, kao i u slučaju da država, nakon što nije pronašla susretljive investitore, sama gradi termoelektrane.

Čuli smo mnogo o tome koliko se solarnih panela koristi u Njemačkoj, zar ne? Ali u isto vrijeme, broj elektrana koje rade na lokalni mrki ugalj u zemlji raste, nemilosrdno emitujući u atmosferu ono isto “e-dva” protiv kojih se mora boriti kako bi se ispunili uslovi Pariskog sporazuma iz 2015. godine. “Smeđe elektrane” su prinuđene da grade saveznu vladu Njemačke, organe upravljanja saveznih država – nemaju drugog izbora, inače će ti isti ljubitelji “zelene energije” izaći na ulice da protestuju zbog činjenice da nema struje u njihovim utičnicama, za koje uveče morate sjediti kraj baklje.

Preterujemo, naravno, ali samo da bi apsurdnost situacije bila očiglednija. Ako proizvodnja električne energije u doslovnom smislu riječi ovisi o vremenu, onda ispada da zbog sunca i vjetra možemo zadovoljiti osnovne potrebe u struji je tehnički nemoguće. Da, teoretski, moguće je cijelu Evropu zaplesti s Afrikom dodatnim dalekovodima (elektrovodima) tako da struja iz sunčane Sahare dolazi do kuća koje stoje na tmurnoj obali Sjevernog mora, ali to košta apsolutno nevjerovatne pare , čiji je period otplate blizu beskonačnosti. Da li pored svake solarne elektrane treba biti po jedna na ugalj ili plin? Ponovimo, ali sagorijevanje energetskih resursa ugljovodonika u elektranama ne omogućava da se u potpunosti implementiraju odredbe Pariškog sporazuma o smanjenju emisije CO 2 .

Nuklearna elektrana kao osnova "zelene energije"

Slijepa ulica? Za one zemlje koje su odlučile da se oslobode nuklearne energije, to je to. Naravno, oni traže izlaz iz toga. Oni unapređuju sisteme sagorevanja uglja i gasa, napuštaju elektrane na mazut, ulažu napore da povećaju efikasnost peći, parogeneratora i kotlova i povećavaju napore za korišćenje tehnologija za uštedu energije. Ovo je dobro, ovo je korisno, ovo se mora uraditi. Ali Rusija i njena Rosatom Predlažu mnogo radikalniju opciju - izgradnju nuklearne elektrane.

Izgradnja nuklearne elektrane, Foto: rusatom-overseas.com

Čini li vam se ova metoda paradoksalna? Pogledajmo to sa logičke tačke gledišta. Prvo, nema emisija CO 2 iz nuklearnih reaktora kao takvih - u njima nema kemijskih reakcija, a plamen ne buči u njima. Shodno tome, ispunjenje uslova Pariskog sporazuma „dogodilo se“. Druga tačka je obim proizvodnje električne energije u nuklearnim elektranama. U većini slučajeva lokacije nuklearnih elektrana imaju najmanje dva, pa čak i sva četiri reaktora, njihov ukupni instalirani kapacitet je ogroman, a faktor kapaciteta konstantno prelazi 80%. Ovaj „proboj“ električne energije dovoljan je da zadovolji potrebe ne samo jednog grada, već čitavog regiona. Ali nuklearni reaktori "ne vole" kada im se promijeni snaga. Žao nam je, sada će biti nekoliko tehničkih detalja da bi bilo jasnije na šta mislimo.

Sistemi upravljanja i zaštite nuklearnih reaktora

Princip rada energetskog reaktora shematski nije tako kompliciran. Energija atomska jezgra pretvara u toplotnu energiju rashladne tečnosti, toplotnu energiju pretvara u mehaničku energiju rotora električnog generatora, koja se zauzvrat pretvara u električnu energiju.

Atomsko – termalno – mehaničko – električno, ovo je vrsta energetskog ciklusa.

U konačnici, električna snaga reaktora ovisi o snazi ​​kontrolirane, kontrolirane atomske lančane reakcije fisije nuklearnog goriva. Ističemo – kontrolisan i upravljiv. Nažalost, od 1986. dobro znamo šta se dešava ako lančana reakcija izmakne kontroli i upravljanju.

Kako se prati i kontroliše tok lančane reakcije, šta treba učiniti da se reakcija ne proširi odmah na čitavu zapreminu uranijuma koji se nalazi u „nuklearnom kotlu“? Prisjetimo se školskih istina bez upuštanja u naučne detalje nuklearne fizike - ovo će biti sasvim dovoljno.

Šta je lančana reakcija „na prste“, ako je neko zaboravio: stigao jedan neutron, izbio dva neutrona, dva neutrona su izbacila četiri i tako dalje. Ako broj ovih vrlo slobodnih neutrona postane prevelik, reakcija fisije će se proširiti po cijeloj zapremini uranijuma, prijeteći da se razvije u "veliki prasak". Da naravno, nuklearna eksplozija neće se održati, zahtijeva da sadržaj izotopa uranijuma-235 u gorivu prelazi 60%, au energetskim reaktorima obogaćivanje goriva ne prelazi 5%. Ali čak i bez atomske eksplozije, problemi će biti ogromni. Rashladno sredstvo će se pregrijati, njegov tlak u cjevovodima će se superkritično povećati, nakon njihovog pucanja može doći do oštećenja integriteta gorivnih sklopova i sve radioaktivne tvari će pobjeći izvan reaktora, sumanuto zagađujući okolna područja i izbiti u atmosferu. Međutim, detalji katastrofe nuklearne elektrane u Černobilu su svima poznati, nećemo ih ponavljati.

Nesreća u nuklearnoj elektrani Černobil, Foto: meduza.io

Jedna od glavnih komponenti svakog nuklearnog reaktora je sistem upravljanja i zaštite. Slobodni neutroni ne bi trebali biti više od rigidno izračunate vrijednosti, ali ne bi trebali biti manji od ove vrijednosti - to će dovesti do slabljenja lančane reakcije, nuklearna elektrana će jednostavno "stati". Unutar reaktora mora postojati supstanca koja apsorbuje višak neutrona, ali u količini koja omogućava da se lančana reakcija nastavi. Nuklearni fizičari su odavno shvatili koja supstanca to radi najbolje - izotop bor-10, pa se sistem kontrole i zaštite naziva i jednostavno "bor".

Šipke s borom uključene su u dizajn reaktora sa grafitnim i vodenim moderatorom, za koje postoje isti tehnološki kanali kao i za gorive šipke i gorive elemente. Brojači neutrona u reaktoru rade kontinuirano, automatski dajući komande sistemu koji kontroliše šipke od bora, koji pomera šipke, uranja ih u reaktor ili ih uklanja iz reaktora. Na početku sesije goriva, u reaktoru ima puno uranijuma - šipke bora su uronjene dublje. Vrijeme prolazi, uranijum izgara, a borovi štapići počinju da se postepeno uklanjaju - broj slobodnih neutrona mora ostati konstantan. Da, napominjemo da iznad reaktora "vise" i "hitne" borove šipke. U slučaju kršenja koja bi potencijalno mogla izbaciti lančanu reakciju van kontrole, oni se trenutno uranjaju u reaktor, ubijajući lančanu reakciju u korijenu. Pukao je cjevovod, došlo je do curenja rashladne tekućine - ovo je opasnost od pregrijavanja, hitne borove šipke se odmah aktiviraju. Zaustavimo reakciju i polako shvatimo šta se tačno dogodilo i kako riješiti problem, a rizik treba svesti na nulu.

Postoje različiti neutroni, ali imamo isti bor

Jednostavna logika, kao što vidite, pokazuje da je povećanje i smanjenje energetske snage nuklearnog reaktora – „manevar snage“, kako kažu energetičari – veoma težak posao, koji se zasniva na nuklearnoj fizici i kvantnoj mehanici. Malo više "duboko u proces", ne predaleko, ne bojte se. U bilo kojoj reakciji fisije uranovog goriva nastaju sekundarni slobodni neutroni - isti oni koji su u školskoj formuli "izbacili dva neutrona". U energetskom reaktoru dva sekundarna neutrona su previše; za upravljivost i upravljivost reakcije potreban je koeficijent od 1,02. Stiglo je 100 neutrona, 200 neutrona je nokautirano, a od ovih 200 sekundarnih neutrona, 98 bi trebalo da „pojede“, apsorbuje taj isti bor-10. Bor potiskuje prekomjernu aktivnost, to vam sigurno kažemo.

Ali zapamtite šta se dešava ako detetu nahranite kantu sladoleda - ono će sa zadovoljstvom pojesti prvih 5-6 porcija, a zatim otići jer "ne može više da stane". Ljudi su napravljeni od atoma i stoga se karakter atoma ne razlikuje od našeg. Bor-10 može da jede neutrone, ali ne beskonačan broj, isti „ne može više da stane“ sigurno će doći. Bradati u bijelim mantilima u nuklearnoj elektrani sumnjaju da mnogi shvaćaju da nuklearni naučnici u duši ostaju radoznala djeca, pa se trude da koriste što "zreliji" vokabular. Bor u njihovom vokabularu nije „jedu neutroni“, već „sagoreva“ - ovo zvuči mnogo respektabilnije, složićete se. Na ovaj ili onaj način, svaki zahtjev iz elektroenergetske mreže da se „ugasi reaktor“ dovodi do intenzivnijeg izgaranja sistema za zaštitu i kontrolu bora i uzrokuje dodatne poteškoće.

Model reaktora na brzim neutronima, Foto: topwar.ru

S koeficijentom od 1,02 također nije sve tako jednostavno, jer osim brzih sekundarnih neutrona koji se pojavljuju odmah nakon reakcije fisije, postoje i oni odgođeni. Nakon fisije, atom uranijuma se raspada, a iz tih fragmenata izlete i neutroni, ali nakon nekoliko mikrosekundi. Malo ih je u odnosu na instant, svega oko 1%, ali sa koeficijentom od 1,02 su veoma bitni, jer je 1,02 povećanje od samo 2%. Stoga se izračunavanje količine bora mora izvršiti sa vrhunskom preciznošću, neprestano balansirajući na tankoj liniji „reakcije koja izmiče kontroli – neplanirano gašenje reaktora“. Stoga, kao odgovor na svaki zahtjev, "uključite gas!" ili "Uspori, zašto si tako razbuktao!" počinje lančana reakcija u dežurstvu nuklearne elektrane, kada svaki nuklearni radnik iz njenog osoblja ponudi velika količina idiomatski izrazi...

I još jednom o nuklearnim elektranama kao osnovi "zelene energije"

Vratimo se sada na ono gdje smo stali - visoki kapacitet proizvodnje električne energije, na velikoj teritoriji koju opslužuju nuklearne elektrane. Što je teritorija veća, to je više mogućnosti za postavljanje OIE napajanih iz OIE. Što je više takvih ES, veća je vjerovatnoća da će se vršna potrošnja poklopiti s periodom njihove najveće generacije. Odavde će doći struja iz solarnih panela, odavde će doći energija vjetra, tu će plimni val uspješno udariti u stranu, a svi zajedno će izgladiti vršno opterećenje, omogućavajući nuklearnim radnicima na nuklearke mirno piti čaj, gledajući monotono, bez prekida, radeći brojači neutrona.

Obnovljiva energija, hsto.org

Što je situacija u nuklearki mirnija, građani mogu postati deblji, jer mogu bez problema i dalje grijati kobasice na roštilju. Kao što vidite, nema ničeg paradoksalnog u kombinaciji obnovljivih izvora energije i nuklearne proizvodnje kao baze, sve je upravo suprotno – takva kombinacija, ako se svijet ozbiljno odlučio boriti protiv emisije CO 2, je optimalan izlaz. situacije, a da ni na koji način ne precrtamo sve opcije modernizacije i poboljšanja termoelektrana o kojima smo govorili.

Nastavljajući “kengur stil”, predlažemo da “skočite” na prvu rečenicu ovog članka – o konačnosti bilo kojeg tradicionalnog izvora energije na planeti Zemlji. Zbog toga je glavni, strateški pravac razvoja energetike osvajanje termonuklearna reakcija, međutim, njegova tehnologija je neverovatno složena, zahteva koordinisane, zajedničke napore naučnika i dizajnera iz svih zemalja, ozbiljna ulaganja i dugogodišnji naporan rad. Koliko će to trajati sada se može pretpostaviti po talogu kafe ili ptičjoj utrobi, ali morate planirati, naravno, za najpesimističniji scenario. Moramo tražiti gorivo koje može obezbijediti istu osnovnu generaciju što je duže moguće. Čini se da ima dosta nafte i gasa, ali i populacija planete raste, a sve više kraljevskih država teži istom nivou potrošnje kao u zemljama „zlatne milijarde“. Prema geolozima, na Zemlji je ostalo 100-150 godina fosilnih ugljikovodičnih goriva, osim ako potrošnja ne raste brže nego sada. I čini se da će se to dogoditi, jer stanovništvo zemalja u razvoju žudi za povećanjem nivoa udobnosti...

Brzi reaktori

Izlaz iz ove situacije koji predlaže ruski nuklearni projekat je poznat, a to je zatvaranje ciklusa nuklearnog goriva kroz uključivanje u proces nuklearnih reaktora i reaktora na brzim neutronima. Reaktor za razmnožavanje je reaktor u kojem je, kao rezultat sesije goriva, izlaz nuklearnog goriva veći od onoga što je prvobitno napunjeno, reaktor za razmnožavanje. Oni koji još nisu potpuno zaboravili kurs školske fizike, oni bi mogli postaviti pitanje: izvinite, ali šta je sa zakonom održanja mase? Odgovor je jednostavan - nikako, budući da su u nuklearnom reaktoru procesi nuklearni, a zakon održanja mase ne vrijedi u svom klasičnom obliku.

Albert Ajnštajn pre više od sto godina u specijalna teorija relativnost je povezala masu i energiju zajedno, a u atomskim reaktorima ova teorija je čisto praktična. Ukupna količina energije je očuvana, ali u ovom slučaju nema govora o očuvanju ukupne količine mase. Ogromna rezerva energije „spava“ u atomima nuklearnog goriva, koja se oslobađa kao rezultat reakcije fisije; dio te rezerve koristimo za vlastitu korist, a drugi dio čudesno pretvara atome urana-238 u mješavinu atoma izotopa plutonijuma. Reaktori na brzim neutronima, i samo oni, omogućavaju pretvaranje glavne komponente uranijumske rude - uranijuma-238 - u izvor goriva. Rezerve uranijuma-235, osiromašenog i neiskorišćenog u termonuklearnim reaktorima, akumulirane tokom rada nuklearnih elektrana na termičke neutrone iznose stotine hiljada tona, koje više nije potrebno vaditi iz rudnika, koji više ne trebaju da se "oljušti" od otpadnog kamena - u postrojenjima za obogaćivanje ima nevjerovatne količine uranijuma.

MOX gorivo na dohvat ruke

Teoretski je razumljivo, ali ne u potpunosti, pa hajde da probamo ponovo "na prstima". Sam naziv “MOX gorivo” je samo engleska skraćenica ispisana slovima slovenske abecede koja se piše kao MOX. Objašnjenje – Mixed-Oxide gorivo, slobodan prevod – „gorivo iz miješanih oksida“. U osnovi, ovaj izraz se odnosi na mješavinu plutonijum oksida i uranijum oksida, ali to je samo u osnovi. Pošto naši ugledni američki partneri nisu bili u stanju da ovladaju tehnologijom proizvodnje MOX goriva od plutonijuma za oružje, Rusija je takođe odustala od ove opcije. Ali postrojenje koje smo izgradili unaprijed je dizajnirano da bude univerzalno – sposobno je proizvoditi MOX gorivo iz istrošenog goriva iz termičkih reaktora. Ako je neko čitao članke Geoenergetics.ru s tim u vezi, on se prisjeća da su izotopi plutonijuma 239, 240 i 241 u istrošenom gorivu već "pomiješani" - ima ih po 1/3, pa se u MOX gorivu nastalom od istrošenog goriva nalazi mješavina plutonijuma, a vrsta mješavine unutar mješavine.

Drugi dio glavne mješavine je osiromašeni uranijum. Da preterujem: uzimamo mešavinu plutonijum oksida ekstrahovanog iz istrošenog nuklearnog goriva PUREX postupkom, dodajemo uranijum-238 bez vlasnika i dobijamo MOX gorivo. U ovom slučaju, uranijum-238 ne sudjeluje u lančanoj reakciji, već samo miješani izotopi plutonijuma "gore". Ali uran-238 nije samo "prisutan" - povremeno, nevoljko, s vremena na vrijeme uzima jedan neutron, pretvarajući se u plutonijum-239. Neki od ovog novog plutonijuma „sagore“ odmah, dok neki jednostavno nemaju vremena da to urade pre kraja sesije goriva. To je, zapravo, cela tajna.

Brojevi su proizvoljni, izvučeni iz ničega, samo radi jasnoće. Početni sastav MOX goriva je 100 kilograma plutonijum oksida i 900 kilograma uranijuma-238. Dok je plutonijum „goreo“, 300 kilograma uranijuma-238 pretvorilo se u dodatni plutonijum, od čega je 150 kilograma odmah „sagorelo“, a 150 kilograma nije stiglo. Izvukli su gorivni sklop i iz njega "istresli" plutonijum, ali se ispostavilo da je bio 50 kila više nego što je bio prvobitno. Pa, ili isto, ali sa drvima: bacio si 2 cjepanice u ložište, peć ti je grijala cijelu noć, a ujutro si izvukao... tri cjepanice. Od 900 kg beskorisnog uranijuma-238, koji ne učestvuje u lančanoj reakciji, kada se koristi kao dio MOX goriva, dobili smo 150 kilograma goriva koje je odmah “izgorilo” za našu korist, a 150 kilograma je ostavljeno za dalje koristiti. A ovog otpada je 300 kila manje, beskorisnog uranijuma-238, što takođe nije loše.

Stvarni omjeri osiromašenog uranijuma-238 i plutonijuma u MOX gorivu su, naravno, različiti, jer se sa 7% plutonijuma u MOX gorivu mješavina ponaša gotovo isto kao i konvencionalno uranijsko gorivo sa oko 5% obogaćenja uranijumom-235. Ali brojke koje smo smislili pokazuju glavni princip MOX gorivo - beskorisni uranijum-238 pretvara se u nuklearno gorivo, njegove ogromne rezerve postaju energetski resurs. Prema grubim procjenama, ako pretpostavimo da na Zemlji prestanemo koristiti ugljikovodična goriva za proizvodnju električne energije i prijeđemo samo na korištenje uranijuma-238, to će nam trajati 2.500 - 3.000 godina. Sasvim pristojno vrijeme za savladavanje tehnologije kontrolirane termonuklearne fuzije.

MOX gorivo nam omogućava da istovremeno riješimo još jedan problem – smanjenje rezervi istrošenog goriva akumuliranog u svim zemljama članicama „nuklearnog kluba“, te smanjenje količine radioaktivnog otpada akumuliranog u istrošenom gorivu. Ovdje nije riječ o nekim čudesnim svojstvima MOX goriva, sve je prozaičnije. Ako se istrošeno nuklearno gorivo ne iskoristi i pokušamo ga poslati na vječno geološko sahranjivanje, onda će i sav visokoradioaktivni otpad koji ono sadrži morati biti poslat na odlaganje zajedno s njim. Ali korištenje tehnologija za preradu istrošenog nuklearnog goriva kako bi se iz njega izvukao plutonij, htjeli-ne htjeli, prisiljava nas da smanjimo količinu ovog radioaktivnog otpada. U borbi za korištenje plutonijuma, jednostavno smo prisiljeni uništavati radioaktivni otpad, ali u isto vrijeme proces takvog uništavanja postaje mnogo jeftiniji - uostalom, plutonijum se koristi.

MOX gorivo je skupo zadovoljstvo koje treba učiniti jeftinim

Istovremeno, proizvodnja MOX goriva u Rusiji je počela sasvim nedavno, čak i sa najnovijim, tehnološki najnaprednijim reaktorom na brze neutrone - BN-800, prelazak na 100% korištenje MOX goriva se odvija online, a također još nije završen . Sasvim je prirodno da je trenutno proizvodnja MOX goriva skuplja od proizvodnje tradicionalnog uranijumskog goriva. Smanjenje troškova proizvodnje, kao iu svakoj drugoj industriji, moguće je, prije svega, kroz masovnu, „transportnu“ proizvodnju.

Shodno tome, da bi zatvaranje nuklearnog gorivnog ciklusa bilo izvodljivo sa ekonomske tačke gledišta, Rusiji je potreban veći broj reaktora na brzim neutronima, što bi trebalo da postane strateška linija razvoja nuklearne energije. Više reaktora – dobrih i drugačijih!

Istovremeno, potrebno je ne izgubiti iz vida drugu mogućnost korištenja MOX goriva - kao goriva za VVER reaktore. Reaktori na brzim neutronima stvaraju toliku dodatnu količinu plutonija koju sami ne mogu stvarno iskoristiti - jednostavno im ne treba toliko, plutonija ima dovoljno za VVER reaktore. Gore smo već pisali da se MOX gorivo, u kojem 93% osiromašenog uranijuma-238 čini 7% plutonijuma, ponaša skoro isto kao i konvencionalno uranijumsko gorivo. Ali upotreba MOX goriva u termalnim reaktorima dovodi do smanjenja efikasnosti apsorbera neutrona koji se koriste u VVER-ima. Razlog tome je što bor-10 mnogo lošije apsorbira brze neutrone - to su njegovi fizičke osobine, na koje ne možemo uticati ni na koji način. Isti problem se javlja i kod hitnih borovih šipki, čija je svrha trenutno zaustavljanje lančane reakcije u slučaju vanrednih situacija.

Razumno rješenje je smanjenje količine MOX goriva u VVER-u na 30-50%, što se već implementira u nekim lakovodnim reaktorima u Francuskoj, Japanu i drugim zemljama. Ali čak iu ovom slučaju može biti potrebno modernizirati sistem bora i provesti sva potrebna sigurnosna opravdanja, saradnju sa nadzornim tijelima IAEA za dobivanje dozvola za korištenje MOX goriva u termalnim reaktorima. Ili, ukratko, morat će se povećati broj borovih šipki, kako onih koje su namijenjene kontroli, tako i onih koje se „skladište“ u slučaju nužde. Ali samo razvoj ovih tehnologija omogućit će prelazak na masovnu proizvodnju ove vrste goriva i smanjenje troškova njegove proizvodnje. Istovremeno, to će omogućiti aktivnije rješavanje problema smanjenja količine istrošenog nuklearnog goriva i aktivnije korištenje rezervi osiromašenog uranijuma.

Izgledi su bliski, ali put nije lak

Razvoj ove tehnologije u kombinaciji sa izgradnjom reaktora za razmnožavanje energetskih plutonijuma - reaktora na brzim neutronima - omogućiće Rusiji ne samo da zatvori ciklus nuklearnog goriva, već i da ga učini ekonomski atraktivnim. Takođe postoje veliki izgledi za korišćenje SNUP goriva (mešovito nitridno uranijum-plutonijumsko gorivo). Eksperimentalni gorivni sklopovi, ozračeni u reaktoru BN-600 2016. godine, već su dokazali svoju efikasnost kako tokom reaktorskih ispitivanja, tako i na osnovu rezultata postreaktorskih studija. Dobijeni rezultati omogućavaju nastavak rada na opravdavanju upotrebe SNUP goriva u stvaranju reaktorskog postrojenja BREST-300 i modula na licu mjesta za proizvodnju SNUP goriva u eksperimentalnom demonstracijskom kompleksu koji se gradi u Seversku. BREST-300 će omogućiti nastavak razvoja tehnologija neophodnih za potpuno zatvaranje ciklusa nuklearnog goriva i pružanje više kompletno rješenje problema istrošenog nuklearnog goriva i radioaktivnog otpada, kako bi se implementirala ideologija “vraćanja prirodi onoliko radioaktivnosti koliko je izvučeno”. Reaktor BREST-300, kao i reaktori BN, je reaktor na brzim neutronima, što samo naglašava ispravnost strateški pravac razvoj nuklearne energije – kombinacija reaktora sa vodom pod pritiskom i reaktora na brzim neutronima.

Ovladavanje tehnologijom 100% korištenja MOX goriva na BN-800 također pruža mogućnost stvaranja reaktora BN-1200 - ne samo snažnijih, već i ekonomski isplativijih. Odluka o stvaranju reaktora BN-1200 u Rusiji je donesena, što znači da će tempo istraživačkog rada nuklearnih stručnjaka morati samo da se povećava, a stvaranje MBIR-a, zakazano za 2020. godinu, može značajno pomoći u rješavanju svih problema. , u savladavanju tehnologije potpunog nuklearnog ciklusa zatvaranja goriva. Rusija je bila i ostala jedina zemlja koja je stvorila energetske reaktore na brzim neutronima, osiguravajući naše svjetsko vodstvo u ovoj najvažnijoj oblasti nuklearne energije.

Naravno, sve što je rečeno samo je prvo upoznavanje sa karakteristikama reaktora na brzim neutronima, ali pokušaćemo da nastavimo, pošto je ova tema važna i, kako nam se čini, prilično zanimljiva.

U kontaktu sa

Nuklearni reaktori na brzim neutronima

Prva nuklearna elektrana na svijetu (NPP), izgrađena u gradu Obninsku u blizini Moskve, proizvodila je struju u junu 1954. godine. Njegova snaga je bila vrlo skromna - 5 MW. Međutim, igrao je ulogu eksperimentalnog postrojenja u kojem se akumuliralo operativno iskustvo budućih velikih nuklearnih elektrana. Prvi put je dokazana mogućnost proizvodnje električne energije na osnovu fisije jezgri uranijuma, a ne sagorevanjem organskog goriva i ne hidrauličkom energijom.

Nuklearne elektrane koriste jezgra teških elemenata - uranijuma i plutonijuma. Prilikom fisije jezgara oslobađa se energija - to je ono što "radi" u nuklearnim elektranama. Ali možete koristiti samo jezgra koja imaju određenu masu - jezgra izotopa. Atomska jezgra izotopa sadrže isti broj protona i raznih neutrona, zbog čega jezgra različitih izotopa istog elementa imaju različite mase. Uranijum, na primer, ima 15 izotopa, ali samo uran-235 učestvuje u nuklearnim reakcijama.

Reakcija fisije se odvija na sljedeći način. Jezgro uranijuma spontano se raspada na nekoliko fragmenata; među njima ima čestica visoke energije - neutrona. U prosjeku, na svakih 10 raspada dolazi 25 neutrona. Udaraju u jezgra susjednih atoma i razbijaju ih, oslobađajući neutrone i velika količina toplota. Fisija grama uranijuma oslobađa istu količinu toplote kao sagorevanje tri tone uglja.

Prostor u reaktoru u kojem se nalazi nuklearno gorivo naziva se jezgro. Ovdje dolazi do fisije atomskih jezgara uranijuma i oslobađa se toplinska energija. Da bi se zaštitilo radno osoblje od štetnog zračenja koje prati lančanu reakciju, zidovi reaktora su prilično debeli. Brzinom nuklearne lančane reakcije kontroliraju upravljačke šipke napravljene od tvari koja apsorbira neutrone (najčešće bor ili kadmij). Što se štapovi dublje spuštaju u jezgro, to više neutrona apsorbuju, manje neutrona učestvuje u reakciji i oslobađa se manje toplote. Suprotno tome, kada se kontrolne šipke podignu iz jezgre, broj neutrona koji učestvuju u reakciji raste, sve veći broj atomi uranijuma se dijele, oslobađajući toplinsku energiju skrivenu u njima.

U slučaju pregrijavanja jezgre, predviđeno je hitno gašenje nuklearnog reaktora. Štapovi za hitne slučajeve brzo padaju u jezgro, intenzivno apsorbiraju neutrone, a lančana reakcija se usporava ili zaustavlja.

Toplota se uklanja iz nuklearnog reaktora pomoću tekućeg ili plinovitog rashladnog sredstva, koje se pumpa kroz jezgro. Rashladno sredstvo može biti voda, metalni natrijum ili gasovite supstance. Uzima toplinu iz nuklearnog goriva i prenosi je na izmjenjivač topline. Ovo zatvoreni sistem sa rashladnom tečnošću naziva se primarni krug. U izmjenjivaču topline, toplina iz primarnog kruga zagrijava vodu u sekundarnom krugu do ključanja. Nastala para se šalje u turbinu ili se koristi za grijanje industrijskih i stambenih zgrada.

Prije katastrofe u nuklearnoj elektrani u Černobilu, sovjetski naučnici su samouvjereno govorili da će u narednim godinama dva glavna tipa reaktora biti široko korištena u nuklearnoj energiji. Jedan od njih, VVER, je energetski reaktor sa vodom pod pritiskom, a drugi, RBMK, je kanalski reaktor velike snage. Oba tipa se klasifikuju kao reaktori sa sporim (termičkim) neutronima.

U reaktoru s vodom pod pritiskom, aktivna zona je zatvorena u ogromno tijelo čeličnog cilindra promjera 4 metra i visoko 15 metara sa debelim zidovima i masivnim poklopcem. Unutar kućišta tlak doseže 160 atmosfera. Rashladno sredstvo koje uklanja toplinu iz reakcione zone je voda, koja se pumpa kroz pumpe. Ista voda služi i kao moderator neutrona. U generatoru pare zagrijava i pretvara vodu sekundarnog kruga u paru. Para ulazi u turbinu i rotira je. I prvi i drugi krug su zatvoreni.

Svakih šest mjeseci izgorjelo nuklearno gorivo zamjenjuje se svježim, za šta se reaktor mora zaustaviti i ohladiti. U Rusiji, Novovoronjež, Kola i druge nuklearne elektrane rade po ovoj shemi.

U RBMK moderator je grafit, a rashladna tečnost je voda. Para za turbinu se dobija direktno u reaktoru i tamo se vraća nakon upotrebe u turbini. Gorivo u reaktoru može se zamijeniti postepeno, bez zaustavljanja ili hlađenja.

Prva nuklearna elektrana u svijetu Obninsk je ovog tipa. Po istoj shemi izgrađene su velike elektrane Lenjingrad, Černobil, Kursk i Smolensk.

Jedan od ozbiljnih problema nuklearnih elektrana je odlaganje nuklearnog otpada. U Francuskoj se, na primjer, time bavi velika kompanija Kozhem. Gorivo koje sadrži uranijum i plutonijum šalje se sa velikom pažnjom u posebnim transportnim kontejnerima - zatvorenim i ohlađenim - na preradu, a otpad se šalje na vitrifikaciju i odlaganje.

„Pokazane su nam pojedinačne faze prerade goriva dovezenog iz nuklearnih elektrana s najvećom pažnjom“, piše I. Lagovsky u časopisu Science and Life. – Mašine za istovar, komora za istovar. Možete pogledati kroz prozor. Debljina stakla na prozoru je 1 metar 20 centimetara. Na prozoru je manipulator. Nevjerovatna čistoća okolo. Bijeli kombinezoni. Meko svjetlo, umjetne palme i ruže. Staklenik sa pravim biljkama za opuštanje nakon posla u okolini. Ormari sa kontrolnom opremom IAEA - međunarodna agencija za atomska energija. Operatorska soba - dva polukruga sa displejima - je u kojoj se kontroliše istovar, sečenje, otapanje i vitrifikacija. Sve operacije, sva kretanja kontejnera se dosledno odražavaju na displejima operatera. Same radne prostorije sa visokoaktivnim materijalima nalaze se dosta dalje, na drugoj strani ulice.

Vitrificirani otpad je male zapremine. Zatvoreni su u čelične kontejnere i uskladišteni u ventiliranim oknima dok se ne transportuju do konačnog odlagališta...

Sami kontejneri su djelo inženjerske umjetnosti, čija je svrha bila da se izgradi nešto što se ne može uništiti. Željeznički peroni natovareni kontejnerima su iskočili iz šina, nabijeni punom brzinom od nadolazećih vozova, a tokom transporta dogodile su se i druge zamislive i nezamislive nezgode – kontejneri su sve izdržali.”

Nakon katastrofe u Černobilu 1986. godine, naučnici su počeli sumnjati u sigurnost rada nuklearnih elektrana i, posebno, reaktora tipa RBMK. Tip VVER je po tom pitanju povoljniji: nesreća na američkoj stanici Three Mile Island 1979. godine, gdje se jezgra reaktora djelomično otopila, radioaktivnost nije napustila posudu. U prilog VVER-u govori dug rad japanskih nuklearnih elektrana bez nezgoda.

I, ipak, postoji još jedan pravac koji, prema naučnicima, može pružiti čovječanstvu toplinu i svjetlost za sljedeći milenijum. Ovo se odnosi na reaktore na brzim neutronima ili reaktore za razmnožavanje. Koriste uranijum-238, ali za proizvodnju goriva, a ne energije. Ovaj izotop dobro apsorbuje brze neutrone i pretvara se u drugi element - plutonijum-239. Reaktori na brzim neutronima su vrlo kompaktni: ne trebaju im ni moderatori ni apsorberi - njihovu ulogu igra uran-238. Nazivaju se reaktorima za razmnožavanje, ili oplodnjacima (od engleska riječ"rasti" - umnožavati). Reprodukcija nuklearnog goriva omogućava desetke puta potpunije korištenje urana, pa se reaktori na brzim neutronima smatraju jednim od perspektivnih područja nuklearne energije.

U reaktorima ovog tipa, osim toplote, proizvodi se i sekundarno nuklearno gorivo koje se može koristiti u budućnosti. Ovdje nema visokog tlaka ni u prvom ni u drugom krugu. Rashladno sredstvo je tečni natrijum. Kruži u prvom krugu, zagrijava se i prenosi toplinu na natrijum drugog kruga, koji zauzvrat zagrijava vodu u krugu para-voda, pretvarajući je u paru. Izmjenjivači topline su izolirani od reaktora.

Jedna od ovih obećavajućih stanica - dobila je ime Monju - izgrađena je u regiji Shiraki na obali Japanskog mora u odmaralištu četiri stotine kilometara zapadno od glavnog grada.

„Za Japan“, kaže K. Takenouchi, šef nuklearne korporacije Kansai, „upotreba reaktora za razmnožavanje znači mogućnost smanjenja zavisnosti od uvezenog prirodnog uranijuma kroz ponovnu upotrebu plutonijuma. Stoga je razumljiva naša želja da razvijemo i unaprijedimo „brze reaktore“ i da postignemo tehnički nivo koji može izdržati konkurenciju modernim nuklearnim elektranama u smislu efikasnosti i sigurnosti.

Razvoj reaktora bi trebao postati glavni program proizvodnje energije u bliskoj budućnosti.”

Izgradnja reaktora Monju je druga faza u razvoju reaktora na brzim neutronima u Japanu. Prvi je bio dizajn i izgradnja eksperimentalnog Joyo reaktora snage 50-100 MW (što na japanskom znači "vječna svjetlost"), koji je počeo s radom 1978. godine. Korišćen je za proučavanje ponašanja goriva, novih konstrukcijskih materijala i komponenti.

Projekat Monju započeo je 1968. U oktobru 1985. godine počela je izgradnja stanice - kopanje temeljne jame. Tokom razvoja lokacije, u more je bačeno 2 miliona 300 hiljada kubnih metara kamena. Toplotna snaga reaktora je 714 MW. Gorivo je mješavina oksida plutonijuma i uranijuma. U jezgri se nalazi 19 upravljačkih šipki, 198 gorivih blokova, od kojih svaki ima 169 gorivih šipki (gorivih elemenata - gorivih šipki) prečnika 6,5 ​​milimetara. Okruženi su radijalnim blokovima za proizvodnju goriva (172 komada) i blokovima neutronskih ekrana (316 komada).

Cijeli reaktor je sastavljen kao lutka za gniježđenje, ali ga više nije moguće rastaviti. Ogromna posuda reaktora, napravljena od nerđajućeg čelika (prečnik - 7,1 metara, visina - 17,8 metara), smeštena je u zaštitno kućište u slučaju izlivanja natrijuma u slučaju nesreće.

„Čelične konstrukcije reaktorske komore“, izvještava A. Lagovsky u časopisu „Science and Life“, „ljuske i zidni blokovi su ispunjeni betonom kao zaštita. Primarni sistemi za hlađenje natrijuma, zajedno sa reaktorskom posudom, okruženi su školjkom za slučaj nužde sa ukrućenjima - njegovim unutrašnji prečnik 49,5 metara, a visina – 79,4 metara. Elipsoidno dno ove mase počiva na čvrstoj betonskoj podlozi visine 13,5 metara. Oklop je okružen prstenastim razmakom od jedan i po metar, nakon čega slijedi debeli sloj (1-1,8 metara) armiranog betona. Kupola je također zaštićena slojem armiranog betona debljine 0,5 metara.

Nakon interventne granate gradi se još jedan zaštitni objekat - pomoćni - dimenzija 100 puta 115 metara, koji ispunjava zahtjeve antiseizmičke konstrukcije. Zašto ne sarkofag?

U pomoćnom reaktorskom brodu nalaze se sekundarni sistemi za hlađenje natrijuma, sistemi za paru i voda, uređaji za punjenje i istovar goriva i rezervoar za skladištenje istrošenog goriva. Turbogenerator i rezervni dizel agregati nalaze se u odvojenim prostorijama.

Čvrstoća ljuske za slučaj nužde je dizajnirana i za višak tlaka od 0,5 atmosfera i za vakuum od 0,05 atmosfera. Vakuum se može stvoriti kada kisik izgori u prstenastom otvoru ako se prolije tekući natrijum. Sve betonske površine koje mogu doći u kontakt sa prosutim natrijem u potpunosti su obložene čeličnim limovima dovoljno debelim da izdrže toplinsko opterećenje. Tako se štite u slučaju da se to uopće ne dogodi, jer mora postojati garancija za cjevovode i sve ostale dijelove nuklearnog postrojenja.”

Iz knjige Nepoznato, odbačeno ili skriveno autor Careva Irina Borisovna

Iz knjige Velika sovjetska enciklopedija (PR) autora TSB

Iz knjige Velika sovjetska enciklopedija (RE) autora TSB

Iz knjige Velika sovjetska enciklopedija (YAD) autora TSB

Nuklearna municija Nuklearna municija, bojeve glave projektila, torpeda, avionske (dubinske) bombe, artiljerijski meci, nagazne mine sa nuklearnim punjenjem. Dizajniran za pogađanje različitih ciljeva, uništavanje utvrđenja, građevina i drugih zadataka. Akcija Ya. b. zasnovano

Iz knjige Enciklopedijski rječnik riječi i izraza autor Serov Vadim Vasiljevič

Iz knjige Rad električnih trafostanica i razvodnih uređaja autor Krasnik V.V.

Iz knjige 100 velikih tajni istoka [sa ilustracijama] autor Nepomnyashchiy Nikolai Nikolaevich

Iz knjige Velika enciklopedija konzerviranja autor Semikova Nadežda Aleksandrovna

Iz knjige Velika enciklopedija tehnologije autor Tim autora

Iz knjige Bestseller in a Million. Kako napisati, objaviti i promovirati svoj bestseler autor Maslennikov Roman Mihajlovič

Možda vlastiti Platos / I brzi umovi Njutna / ruska zemlja roditi Iz ode „Na dan stupanja na presto carice Elizabete” (1747) Mihaila Vasiljeviča Lomonosova (1711 - 1765). „Nevton” je drevni izgovor imena engleskog fizičara i matematičara Isaka

Iz knjige autora

Šta može ruska zemlja da rodi svog Platonova / I brzopletih Njutna / Iz „Ode na dan stupanja na sveruski presto Njenog Veličanstva carice Jelisavete Petrovne 1747“ Mihaila Vasiljeviča Lomonosova (1711 - 1765) . "Nevton" -

Iz knjige autora

2.6. Uzemljenje neutralnih transformatora. Reaktori za suzbijanje luka za kompenzaciju kapacitivnih struja Električne mreže od 35 kV i manje rade sa izolovanim neutralnim namotajima transformatora ili uzemljenjem kroz reaktore za suzbijanje luka; mreže od 110 kV i više rade sa efikasnim

Iz knjige autora

Iz knjige autora

Iz knjige autora

Hemijski reaktori Hemijski reaktori su uređaji koji obezbeđuju hemijske reakcije. Razlikuju se po dizajnu, uslovima reakcije i stanju supstanci koje interaguju u reaktoru (njihova koncentracija, pritisak, temperatura). U zavisnosti od

Iz knjige autora

Tri odjeljka za najbrže Ova knjiga je mala, ovo je namjerno. Kakav magični udarac! Pročitajte, uradite, dobijte rezultat Sada će postojati tri sekcije za one najaktivnije. Ako brzo učite, ovih pet stranica će vam biti dovoljno da završite

25. decembra 2013

Fizička faza pokretanja reaktora na brzim neutronima BN-800 počela je danas u elektrani Belojarsk, rekao je za RIA Novosti predstavnik Rosenergoatoma.

Tokom ove faze, koja bi mogla trajati nekoliko sedmica, reaktor će se napuniti tekućim natrijumom, a zatim će se u njega ubaciti nuklearno gorivo. Predstavnik Rosenergoatoma objasnio je da će po završetku fizičkog puštanja u rad blok biti priznat kao nuklearno postrojenje.

Energetski blok broj 4 sa reaktorom BN-800 Belojarske nuklearne elektrane (BNPP) dostići će puni kapacitet do kraja 2014. godine, rekao je novinarima u srijedu prvi zamjenik generalnog direktora državne korporacije Rosatom Aleksandar Lokšin.

“Postrojba bi do kraja godine trebala dostići puni kapacitet”, rekao je on i dodao da mi pričamo o tome otprilike krajem 2014.

Prema njegovim riječima, trenutno vrijeme teče punjenje kruga natrijumom, završetak fizičkog lansiranja planiran je za sredinu aprila. Prema njegovim riječima, agregat je 99,8% spreman za fizičko puštanje u rad. Kako je rekao generalni direktor Koncerna Rosenergoatom OJSC Evgenij Romanov, planirano je da postrojenje bude pušteno u pogon krajem leta.

Energetski blok sa reaktorom BN-800 je razvoj jedinstvenog reaktora BN-600 u elektrani Belojarsk, koji je u pilot-eksploataciji oko 30 godina. Vrlo malo zemalja u svijetu ima tehnologiju reaktora na brzim neutronima, a Rusija je svjetski lider u ovoj oblasti.

Hajde da saznamo više o tome...

Reaktorska (centralna) hala BN-600

40 km od Jekaterinburga, usred najlepših uralskih šuma, nalazi se grad Zarečni. 1964. ovdje je puštena u pogon prva sovjetska industrijska nuklearna elektrana Belojarska (sa reaktorom AMB-100 kapaciteta 100 MW). Sada je elektrana Beloyarsk jedina u svijetu u kojoj radi industrijski reaktor brzih neutrona - BN-600

Zamislite kotao koji isparava vodu, a nastala para vrti turbogenerator koji proizvodi električnu energiju. Ovako nešto unutra generalni nacrt i izgrađena je nuklearna elektrana. Samo "kotao" je energija atomskog raspada. Izvedbe energetskih reaktora mogu biti različite, ali se prema principu rada mogu podijeliti u dvije grupe - reaktori s termalnim neutronima i reaktori na brzim neutronima.

Osnova svakog reaktora je fisija teških jezgara pod utjecajem neutrona. Istina, postoje značajne razlike. U termičkim reaktorima, uran-235 se cijepa niskoenergetskim termalnim neutronima, stvarajući fisione fragmente i nove neutrone visoke energije (zvane brzi neutroni). Vjerojatnost da termički neutron bude apsorbiran od strane jezgra uranijuma-235 (sa naknadnom fisijom) je mnogo veća od brzog, tako da neutrone treba usporiti. To se radi uz pomoć moderatora - tvari koje, sudarajući se s jezgrima, neutroni gube energiju.

Gorivo za termalne reaktore je obično nisko obogaćeni uranijum, grafit, laka ili teška voda se koristi kao moderator, a obična voda se koristi kao rashladno sredstvo. Većina operativnih nuklearnih elektrana izgrađena je prema jednoj od ovih shema.

Brzi neutroni nastali kao rezultat prisilne nuklearne fisije mogu se koristiti bez ikakvih moderacija. Shema je sljedeća: brzi neutroni nastali tokom fisije jezgara uranijuma-235 ili plutonijum-239 apsorbuju se uranijum-238 da bi formirali (nakon dva beta raspada) plutonijum-239. Štaviše, na svakih 100 fisioniranih jezgara uranijuma-235 ili plutonijum-239 formira se 120-140 jezgara plutonijum-239. Istina, budući da je vjerovatnoća nuklearne fisije brzim neutronima manja nego termičkim, gorivo mora biti obogaćeno u većoj mjeri nego kod termičkih reaktora. Osim toga, ovdje je nemoguće ukloniti toplinu pomoću vode (voda je moderator), tako da morate koristiti druge rashladne tekućine: obično su to tekući metali i legure, od vrlo egzotičnih opcija kao što je živa (takva rashladna tekućina je korištena u prvi američki eksperimentalni reaktor Clementine) ili legure olova i bizmuta (koje se koriste u nekim reaktorima podmornica - posebno u sovjetskim podmornicama projekta 705) do tekućeg natrija (najčešća opcija u industrijskim energetskim reaktorima). Reaktori koji rade prema ovoj shemi nazivaju se reaktori na brzim neutronima. Ideju o takvom reaktoru predložio je 1942. Enrico Fermi. Naravno, vojska je pokazala najvatreniji interes za ovu šemu: brzi reaktori tokom rada ne proizvode samo energiju, već i plutonijum za nuklearno oružje. Zbog toga se reaktori na brzim neutronima nazivaju i breederi (od engleskog breeder - proizvođač).

Cik-cak istorije

Zanimljivo je da je istorija svjetske nuklearne energije započela upravo reaktorom na brzim neutronima. 20. decembra 1951. godine u Idahu je pušten u rad prvi energetski reaktor na brzim neutronima, EBR-I (Experimental Breeder Reactor), sa električnom snagom od samo 0,2 MW. Kasnije, 1963. godine, u blizini Detroita je puštena nuklearna elektrana sa Fermi reaktorom na brze neutrone - već kapaciteta oko 100 MW (1966. došlo je do ozbiljne nesreće sa topljenjem dijela jezgre, ali bez ikakvih posljedica po okruženje ili ljudi).

U SSSR-u, od kasnih 1940-ih, na ovoj temi radi Aleksandar Lejpunski, pod čijim rukovodstvom su razvijeni temelji teorije brzih reaktora na Institutu za fiziku i energiju u Obninsku (FEI) i izgrađeno nekoliko eksperimentalnih štandova, koji omogućilo je proučavanje fizike procesa. Kao rezultat istraživanja, 1972. godine u gradu Ševčenku (danas Aktau, Kazahstan) puštena je u rad prva sovjetska nuklearna elektrana na brze neutrone sa reaktorom BN-350 (prvobitno označen kao BN-250). Ne samo da je proizvodio električnu energiju, već je koristio i toplinu za desalinizaciju vode. Ubrzo su puštene u rad francuska nuklearna elektrana s brzim reaktorom Phenix (1973) i britanska sa PFR (1974), obje snage 250 MW.

Međutim, 1970-ih, reaktori na termalnim neutronima počeli su dominirati u nuklearnoj energetici. To je bilo zbog različitih razloga. Na primjer, činjenica da brzi reaktori mogu proizvesti plutonij, što znači da to može dovesti do kršenja zakona o neširenju nuklearnog oružja. Međutim, najvjerovatnije je glavni faktor bio to što su termalni reaktori bili jednostavniji i jeftiniji, njihov dizajn je razvijen na vojnim reaktorima za podmornice, a sam uranij je bio vrlo jeftin. Industrijski energetski reaktori na brzim neutronima koji su pušteni u rad širom svijeta nakon 1980. mogu se nabrojati na prste jedne ruke: to su Superphenix (Francuska, 1985–1997), Monju (Japan, 1994–1995) i BN-600 (Belojarsk). NPP, 1980), koji u trenutno je jedini aktivni industrijski energetski reaktor na svijetu.

Konstrukcija BN-800

Vraćaju se

Međutim, trenutno je pažnja stručnjaka i javnosti ponovo usmjerena na nuklearne elektrane s reaktorima na brzim neutronima. Prema procjenama Međunarodne agencije za atomsku energiju (IAEA) iz 2005. godine, ukupna količina dokazanih rezervi uranijuma, čija cijena vađenja ne prelazi 130 dolara po kilogramu, iznosi oko 4,7 miliona tona. Prema procjenama IAEA, ove rezerve će trajati 85 godina (na osnovu potražnje za uranijumom za proizvodnju električne energije na nivou iz 2004. godine). Sadržaj izotopa 235, koji se „spaljuje“ u termalnim reaktorima, u prirodnom uranijumu je samo 0,72%, ostalo je uranijum-238, „beskoristan“ za termalne reaktore. Međutim, ako pređemo na upotrebu reaktora na brzim neutronima koji mogu „spaliti“ uranijum-238, te iste rezerve će trajati više od 2500 godina!

Štaviše, reaktori na brzim neutronima omogućavaju implementaciju zatvorenog gorivnog ciklusa (trenutno nije implementiran u BN-600). S obzirom da se samo uranijum-238 „spaljuje“, nakon obrade (uklanjanja produkata fisije i dodavanja novih porcija uranijuma-238), gorivo se može ponovo utovariti u reaktor. A budući da ciklus uranijum-plutonijum proizvodi više plutonijuma nego što se raspada, višak goriva se može koristiti za nove reaktore.

Štaviše, ova metoda se može koristiti za preradu viška plutonija za oružje, kao i plutonijuma i minornih aktinida (neptunijum, americij, kurijum) ekstrahiranih iz istrošenog goriva iz konvencionalnih termičkih reaktora (mali aktinidi trenutno predstavljaju vrlo opasan dio radioaktivnog otpada) . Istovremeno, količina radioaktivnog otpada u odnosu na termalne reaktore smanjena je za više od dvadeset puta.

Zagladiti samo na papiru

Zašto, uprkos svim svojim prednostima, reaktori na brzim neutronima nisu postali široko rasprostranjeni? To je prvenstveno zbog posebnosti njihovog dizajna. Kao što je gore spomenuto, voda se ne može koristiti kao rashladno sredstvo, jer je moderator neutrona. Stoga brzi reaktori uglavnom koriste metale u tekućem stanju - od egzotičnih legura olova i bizmuta do tekućeg natrijuma (najčešća opcija za nuklearne elektrane).

„U reaktorima na brzim neutronima, toplotna i radijaciona opterećenja su mnogo veća nego u termičkim reaktorima“, objašnjava premijeru Mihail Bakanov, glavni inženjer Belojarske NEK. “To dovodi do potrebe za korištenjem posebnih konstrukcijskih materijala za reaktorsku posudu i sisteme unutar reaktora. Kućišta gorivih šipki i gorivnih sklopova nisu napravljena od legura cirkonija, kao u termičkim reaktorima, već od specijalnih legiranih krom čelika, koji su manje podložni radijacijskom „bubrenju“. S druge strane, na primjer, posuda reaktora nije podložna opterećenjima povezanim s unutarnjim tlakom – on je samo nešto viši od atmosferskog tlaka.”

Prema rečima Mihaila Bakanova, u prvim godinama rada glavne poteškoće bile su povezane sa radijacionim bubrenjem i pucanjem goriva. Ovi problemi su, međutim, ubrzo riješeni, razvijeni su novi materijali - kako za gorivo tako i za kućišta gorivih šipki. Ali čak i sada, kampanje su ograničene ne toliko sagorijevanjem goriva (koje na BN-600 dostiže 11%), već vijekom trajanja materijala od kojih se izrađuju gorivo, gorivne šipke i gorivi sklopovi. Dalji operativni problemi bili su povezani uglavnom sa curenjem natrijuma u sekundarnom krugu, hemijski aktivnog i požarno opasnog metala koji burno reaguje na kontakt sa vazduhom i vodom: „Samo Rusija i Francuska imaju dugogodišnje iskustvo u radu industrijskih reaktora na brze neutrone . I mi i francuski stručnjaci smo se od samog početka suočili sa istim problemima. Uspješno smo ih riješili, predviđajući od samog početka specijalnim sredstvima praćenje nepropusnosti strujnih krugova, lokaliziranje i suzbijanje curenja natrijuma. Ali pokazalo se da je francuski projekat bio manje spreman za takve probleme; kao rezultat toga, reaktor Phenix je konačno zatvoren 2009.

„Problemi su zaista bili isti“, dodaje Nikolaj Oškanov, direktor Belojarske NEK, „ali su rešeni ovde i u Francuskoj Različiti putevi. Na primjer, kada se glava jednog od sklopova na Phenixu sagnula kako bi ga uhvatila i istovarila, francuski stručnjaci razvili su složen i prilično skup sistem za 'videnje' kroz sloj natrijuma. A kada se kod nas pojavio isti problem, jedan od naših inženjera je predložio korištenje video kamere postavljene u jednostavnu strukturu poput ronilačkog zvona - cijev koja je otvorena na dnu sa argonom koji je upuhan odozgo. Nakon što je talina natrijuma izbačena, operateri su mogli uključiti mehanizam putem video veze i savijeni sklop je uspješno uklonjen.”

Brza budućnost

„U svijetu ne bi bilo tolikog interesa za tehnologiju brzih reaktora da nije bilo uspješnog dugotrajnog rada našeg BN-600“, kaže Nikolaj Oškanov. „Razvoj nuklearne energije, po mom mišljenju, prvenstveno je povezan sa serijskom proizvodnjom i radom brzih reaktora. Samo oni omogućavaju da se sav prirodni uranijum uključi u gorivni ciklus i time poveća efikasnost, kao i smanji količinu radioaktivnog otpada za desetine puta. U ovom slučaju, budućnost nuklearne energije će biti zaista svijetla.”

Reaktor na brzim neutronima BN-800 (vertikalni presjek)
Šta je u njemu

Aktivna zona reaktora na brzim neutronima raspoređena je kao luk, u slojevima

370 gorivnih sklopova formiraju tri zone sa različitim obogaćenjem uranijuma-235 - 17, 21 i 26% (u početku su postojale samo dvije zone, ali da bi se ujednačilo oslobađanje energije, napravljene su tri). Okruženi su bočnim ekranima (ćebadima), odnosno zonama razmnožavanja, gde se nalaze sklopovi koji sadrže osiromašeni ili prirodni uranijum, koji se sastoji uglavnom od izotopa 238. Na krajevima gorivnih šipki iznad i ispod jezgra nalaze se i tablete osiromašenog uranijuma. uranijum, koji formiraju krajnja sita (reprodukcija zona).

Gorivi sklopovi (FA) su skup gorivnih elemenata sklopljenih u jedno kućište - specijalne čelične cijevi punjene peletima uran oksida s različitim obogaćenjima. Kako bi se osiguralo da gorivni elementi ne dolaze u kontakt jedan s drugim, a rashladna tekućina može cirkulirati između njih, tanka žica je namotana na cijevi. Natrijum ulazi u sklop goriva kroz donje rupe za prigušivanje i izlazi kroz prozore u gornjem delu.

Na dnu sklopa goriva nalazi se drška koja je umetnuta u utičnicu komutatora, na vrhu je dio glave, kojim se sklop hvata pri preopterećenju. Gorivni sklopovi različitih obogaćenja imaju različite lokacije za montažu, tako da je jednostavno nemoguće montirati sklop na pogrešno mjesto.

Za upravljanje reaktorom koristi se 19 kompenzacijskih šipki koje sadrže bor (apsorber neutrona) za kompenzaciju izgaranja goriva, 2 automatske kontrolne šipke (za održavanje zadate snage) i 6 aktivnih zaštitnih šipki. Budući da je vlastita neutronska pozadina uranijuma niska, za kontrolirano pokretanje reaktora (i kontrolu na niskim razinama snage) koristi se "osvjetljenje" - izvor fotoneutrona (gama emiter plus berilij).

Kako radi reaktor BN-600

Reaktor je integralnog rasporeda, odnosno reaktorska posuda sadrži aktivnu zonu (1), kao i tri petlje (2) prvog rashladnog kruga, od kojih svaka ima svoju glavnu cirkulacijsku pumpu (3) i dva srednja. izmjenjivači topline (4). Rashladna tečnost je tečni natrijum, koji se pumpa kroz jezgro odozdo prema gore i zagreva od 370 do 550°C

Prolazeći kroz međuizmjenjivače topline, prenosi toplinu na natrijum u drugom krugu (5), koji već ulazi u generatore pare (6), gdje isparava vodu i pregrijava paru do temperature od 520°C (pri pritisku od 130°C). atm). Para se dovodi do turbina naizmenično u cilindre visokog (7), srednjeg (8) i niskog (9) pritiska. Izduvna para se kondenzuje hlađenjem vodom (10) iz rashladnog bazena i ponovo ulazi u generatore pare. Tri turbogeneratora (11) elektrane Belojarsk proizvode 600 MW električne energije. Gasna šupljina reaktora ispunjena je argonom pod vrlo niskim viškom pritiska (oko 0,3 atm).

Preopteretiti na slepo

Za razliku od termičkih reaktora, u reaktoru BN-600 sklopovi su smješteni ispod sloja tekućeg natrijuma, pa se uklanjanje istrošenih sklopova i postavljanje svježih na njihovo mjesto (ovaj proces se zove ponovno punjenje) odvija u potpuno zatvorenom načinu rada. U gornjem dijelu reaktora nalaze se veliki i mali rotirajući čepovi (ekscentrični jedan u odnosu na drugi, odnosno njihove ose rotacije se ne poklapaju). Stub sa kontrolnim i zaštitnim sistemima, kao i mehanizam za preopterećenje sa hvataljkom tipa čahure, postavljen je na mali okretni čep. Rotacioni mehanizam je opremljen "hidrauličkom brtvom" od posebne legure niskog taljenja. U svom normalnom stanju je čvrst, ali se za ponovno pokretanje zagrijava do tačke topljenja, dok reaktor ostaje potpuno zatvoren, tako da su ispuštanja radioaktivnih plinova praktično eliminirana.

Proces ponovnog punjenja jednog sklopa traje do sat vremena, dopuna trećine jezgra (oko 120 gorivih sklopova) traje oko nedelju dana (u tri smene), ovaj postupak se izvodi u svakoj mikro kampanji (160 efektivnih dana, računato na puno snaga). Istina, sada se izgaranje goriva povećalo, a samo četvrtina jezgre je preopterećena (otprilike 90 gorivnih sklopova). U ovom slučaju, operater nema direktnu vizualnu povratnu informaciju i vođen je samo indikatorima senzora ugla rotacije stuba i hvataljki (preciznost pozicioniranja je manja od 0,01 stepen), sila izvlačenja i instalacije. Iz sigurnosnih razloga nameću se određena ograničenja na rad mehanizma: na primjer, dvije susjedne ćelije ne mogu se istovremeno otpustiti; osim toga, kada su preopterećene, sve upravljačke i zaštitne šipke moraju biti u aktivnoj zoni.

1983. godine, na bazi BN-600, preduzeće je izradilo projekat poboljšanog reaktora BN-800 za energetski blok snage 880 MW(e). Godine 1984. započeli su radovi na izgradnji dva reaktora BN-800 u Belojarskoj i novoj nuklearnoj elektrani Južnog Urala. Naknadno kašnjenje u izgradnji ovih reaktora iskorišteno je za doradu projekta kako bi se dodatno poboljšala njegova sigurnost i poboljšali tehnički i ekonomski pokazatelji. Radovi na izgradnji BN-800 nastavljeni su 2006. godine u elektrani Belojarsk (4. blok) i trebalo bi da budu završeni 2014. godine.

Reaktor BN-800 u izgradnji ima sljedeće važne zadatke:

• Osiguravanje rada na MOX gorivu.
• Eksperimentalna demonstracija ključnih komponenti zatvorenog ciklusa goriva.
• Vježbanje u realnim uslovima rad novih vrsta opreme i uvedena poboljšana tehnička rješenja za poboljšanje efikasnosti, pouzdanosti i sigurnosti.
• Razvoj inovativnih tehnologija za buduće reaktore na brzim neutronima sa tečnim metalnim rashladnim sredstvom:
  • ispitivanje i certificiranje naprednih goriva i konstrukcijskih materijala;
  • demonstracija tehnologije spaljivanja minornih aktinida i transmutiranja dugovječnih fisionih produkata, koji čine najopasniji dio radioaktivnog otpada iz nuklearne energije.

U toku je izrada projekta unapređenog komercijalnog reaktora BN-1200 snage 1220 MW.

Reaktor BN-1200 (vertikalni presjek)

Planiran je sljedeći program za realizaciju ovog projekta:

• 2010...2016 – izrada tehničkog projekta reaktorskog postrojenja i implementacija R&D programa.
• 2020 – puštanje u rad glavnog bloka na MOX gorivo i organizacija njegove centralizovane proizvodnje.
• 2023…2030 – puštanje u rad serije blokova ukupne snage oko 11 GW.

Međutim, u decembru 2017. počela je izgradnja mnogo većeg agregata CFR-600, koji je analogan BN-800 po ideologiji, pa čak i po dizajnu nekih elemenata (na primjer, generatora pare, što je dalo povoda za glasine da je Rusija ovdje nije pošteđen dizajn). Ova žurba u izgradnji objašnjava se konkurencijom sa drugim brzim programima, o čemu se govori u nastavku. Pilot-industrijski CFR-600, koji žele da lansiraju 2023. godine, trebao bi otvoriti put za masovnu izgradnju CCFR-a od 1200 megavata, koji će riješiti problem opskrbe gorivom i smanjiti količinu istrošenog nuklearnog goriva – općenito, planovi su tradicionalni kineski copy-paste francuskih i/ili sovjetskih.

Modularni dizajn drugog kola CFR-600 nagoveštava njegovu blizinu sovjetsko-ruskoj BN liniji. Tu je i mislio , Šta imati samo dvije petlje (a ne 3 ili 4) znači da će ovaj dizajn tada narasti na 900 ili 1200 megavata.

Međutim, Kina se ne zaustavlja samo na natrijevim „klasicima“, već svake godine sve više više novca ulaže u alternative. Najpoznatiji po projektu olovo-bizmut , od kojih prvi predstavlja energetski sklop 0 (ili kritični sklop, koji omogućava proučavanje neutronskih karakteristika budućeg reaktora), a drugi je dizajn reaktora od 10 megawatt(t) sa eksternim neutronskim pogonom (ADS). sistem). Postoje glasine o vojnim aplikacijama za ovaj razvoj.

Osim toga, Kina je 2017. uhvatila sreću za rep - dogovorila se s američkom Terra Power oko izgradnje brzog natrijumovog reaktora TWR-300 na kineskoj teritoriji. Terra Power, dugo vremena finansira Bill Gates (ali u U poslednje vreme lišen ovog novca) svojevremeno je pod svoje okrilje okupio najjače američke proizvođače brzih reaktora, a ako se realizuje projekat reaktora od 300 megavata (električni), to će biti važna injekcija američkog iskustva u kineski program.

Konceptna slika TWR-300 podsjeća na klasične Phenix ili BN-600 brze natrijumove reaktore, ali možda postoji mnogo "čipova" skrivenih u dizajnu jezgre.

Konačno, Kina aktivno razvija temu reaktora s rastopljenom soli, ali nije sasvim jasno da li je riječ o reaktorima s moderatorom ili brzim. Čini se da će za nekoliko godina ova tema postati jasnija. Reaktori s tekućim solima se često smatraju unutar velike flote BN-a sa zatvorenim ciklusima nuklearnog goriva kao „foterburnerima“ koji provode transmutaciju manjih aktinida i dugovječnih fisionih produkata, čime se konačno rješava problem nevjerovatno dugog vremena skladištenja istrošenog goriva ili ostaci od prerade istrošenog goriva.

***

Pa, stigli smo do ruskog brzog programa. U Rusiji, i 2015. i 2018., postoje jedni od najboljih uslova na svijetu za razvijače brzih reaktora: postoji velika flota eksperimentalnih i industrijskih reaktora, postoje sredstva za programe, zainteresovan je operater nuklearne elektrane u uvođenju brzih reaktora, barem za sagorijevanje plutonijuma, koji će nastati prilikom prerade VVER-ovog istrošenog goriva.

U Rusiji se nastavlja izgradnja civilnih brzih reaktora - fotografija prikazuje izgradnju reaktora od 150 megavata

Čini se da smo u ovakvim uslovima već odavno trebali vidjeti izmještanje novih VVER-ova građevinskim projektima BN/BREST-a.

Međutim, nije sve tako ružičasto. Pošto je postao lider u svetu, ruski brzi program suočio se sa tri problema: smanjenom motivacijom da se nešto uradi, internom konkurencijom i smanjenim finansiranjem.

Prva žrtva ovih problema bio je projekat SVBR-100. Kao što je poznato, rashladna sredstva teških metala za brze reaktore imaju neke prednosti u odnosu na natrijum (i natrijum-kalijum): nezapaljivost i inertnost pri interakciji sa vazduhom i vodom, visoke temperature ključanja, dobra neutronsko-fizička svojstva. Projekt “Brzi reaktor olovo-bizmut” trebao je koristiti postojeće iskustvo u radu sa olovo-bizmut eutektikom (7 olovno-bizmutnih reaktora je upravljala Ratna mornarica SSSR-a, a najmanje 1 eksperimentalni reaktor radio je na kopnu).

Reaktorsko postrojenje SVBR-100 (u centru), drugi krug (generatori pare unutar reaktora, separatori spolja)

Istovremeno, kako bi odvojio projekte brzih reaktora iz „različitih uglova“, Rosatom je privukao kompaniju „ En+” Oleg Deripaska, i odlučili su da sam reaktor učine malim i, u budućnosti, modularnim kako bi zauzeli odgovarajuću nišu (općenito, želim napisati detaljnu priču o povijesti ovog projekta). Do 2016. godine projekat je dostigao fazu kada je postala jasna cijena konstrukcije, a samim tim i cijena kilovat sata. Ispostavilo se da su troškovi i cijena previsoki (100+ dolara po MWh), bez mogućnosti da se takmiči na ruskom tržištu, a nije bilo mnogo mjesta u svijetu gdje bi ovaj projekat barem potencijalno konkurirao. Programeri iz Rosatoma i Deripaske iza kulisa optuživali su jedni druge za nesposobnost projektiranja malih nuklearnih elektrana, ali na ovaj ili onaj način, projekt je zamrznut i ostao je u ovom stanju do danas. Ovaj „netimski“ pristup, čini se, dugo je obeshrabrio privatne investitore da ulažu u zajedničke projekte sa Rosatomom.

Preostale dvije grane - BREST i BN, iako su formalno ujedinjene u jedan projekat "Proboj", smrtno su se borile jedna s drugom za mjesto na finansijskom suncu. Konkretno, vodeći BN-1200, koji je trebao ugraditi sva iskustva natrijum brzih reaktora i biti bliži VVER-1200, redovito je kritikovan i slan na modifikacije, gdje je ostao do danas. Iako, u stvari, ako kupcu (na primjer, koncern Rosenergoatom) treba brzi reaktor, on nema alternativu BN-1200, refren je bila ideja da je potrebno izgraditi BREST i BN i uporediti ih. A pošto već imamo BN-800, možda se ne isplati praviti novi.

Inače, malo ljudi zna, ali u blizini PA Mayak nalazi se lokacija Južno-uralske nuklearne elektrane sa dva jama za BN-800, čija je izgradnja zaustavljena početkom 90-ih.

Međutim, godine poboljšanja BN-1200 dovele su do prilično iznenađujućeg rezultata. Projekat je fantastično optimiziran u smislu obima izgradnje, potrošnje metala reaktorskog postrojenja, količine armature itd. i sada je pozicioniran kao jednak po cijeni izgradnje kao VVER-1200. Jednako na papiru, ali s obzirom na to da BN-800 košta skoro jedan i po puta više od VVER-1200 po megavatu, ovo je veliko dostignuće. Kao rezultat toga, iako odluka o izgradnji bloka BN-1200 nije donesena, a u kontekstu značajnog smanjenja ulaganja u izgradnju novih nuklearnih blokova u Rusiji, biće izuzetno teško to donijeti. , pozicija klasika natrijuma je jaka kao i uvijek. Očigledno, sljedeća važna tačka će biti razvoj MOX goriva na BN-800, jer upravo je to planirano da bude glavni u trenutnom projektu BN-1200. Ali bez obzira na to, blistajući nevjerovatnim obećanjima, danas je BN-1200 projekt od papira.

Projekat BN-1200 (sada se zove BN-1200M) je fantastično smanjen u veličini i specifičnim troškovima. Glavna stvar je da za ovo ne morate platiti visoku cijenu eksploatacije.

BREST-300-OD je, u isto vrijeme, proveo ove tri godine u teškim pozicionim borbama, postepeno gubeći sredstva i pozicije. Iako je izgradnja modula za proizvodnju goriva počela 2014. godine (jedan od tri bloka BREST zajedno sa reaktorom i modulom za preradu goriva) i danas je ova linija skoro završena, a započeta je čak i instalacija opreme za proizvodnju, dalja izgradnja nije počela. Konkretno, u laboratorijskoj fazi je otkriveno da nije bilo moguće dobiti potrebne karakteristike piro-obradom istrošenog nuklearnog goriva, što znači da je potrebno promijeniti dizajn modula za reprocesiranje (prilično značajno - uvesti veliko skladište objekat za držanje istrošenog goriva, PUREX radionica itd.), bar za sada naučnici neće završiti pirotehniku.

Jedna od problematičnih karakteristika olovnih rashladnih tečnosti je stvaranje troske/korozija čelika. Oba procesa su pokrenuta „pogrešnom“ koncentracijom kiseonika u rashladnoj tečnosti, koja se mora održavati u granicama od 10^-5...10^-6 masenih procenata. Da li je to tehnički moguće u zapremini od desetine kubnih metara zagrijanog uzavrelog olova - niko sa sigurnošću ne zna.

Pojačale su se i kritike na račun projekta reaktora, jer Čak ni vrlo opsežni BREST R&D sa brojnim štandovima ne može prevazići nedostatak barem malog reaktora koji realizuje sve problematične efekte. Istovremeno, na štandovima su isplivale neke neugodne karakteristike, po kojima se stvarnost uvijek razlikuje od ideja: pumpe su uništene u mlazu olova, čime je osigurana precizno određena koncentracija kisika u velikoj zapremini olova koja se pokazala barem „veoma teško” itd.

Danas BREST ostaje u limbu. Modul za proizvodnju će po svemu sudeći biti završen i pokrenut, ali još nema novca za dalje finansiranje, a nejasno je da li će ga biti. Kao da odražavaju vječnu težnju Rusije za evropskim zemljama, projekti se pretvaraju u beskrajne i besciljne procese.

Gradilište BREST-300-OD od ljeta 2018. Pored potpuno pomoćnih objekata, izgrađen je administrativno-ugostiteljski kompleks, stanica sanitarne inspekcije (po 2 objekta ispod i u centru) i kompleks fabričko-refabrikacionog modula i zgrada za upravljanje radioaktivnim otpadom (gore desno). Reaktor planirana za izgradnju na praznom mestu na vrhu lijevo.

Međutim, u svoj toj nedoumici koja luta u magli postoji jedna svetla tačka. Ovo je istraživački reaktor MBIR. Njen zadatak je da zameni BOR-60, koji dolazi u poslednje godine. Ovaj reaktor se gradi u RIAR-u, pored svog prethodnika, i iako, kao i BREST, još nije dobio sredstva za punu izgradnju (naročito nije dogovoren novac za sekundarni krug, turbinu i naučni dio), Obim projekta najvjerovatnije nije veliki, omogućit će da se ovaj novac dobije ili od države ili od zainteresiranih developera iz cijelog svijeta. On ovog trenutka Ovo je jedini civilni brzi reaktor koji se gradi u Rusiji.

***

U sadašnjoj situaciji, kada brzi programi nemaju komercijalnih potrošača, a državni interes je hirovit i nestalan, prisustvo modernog brzog reaktora pomaže da se ova tehnološka grana spasi od zaborava i ko zna - možda će u jednom trenutku društvo ponovo postati naklonjeno nuklearnoj energije, a za to će, zauzvrat, biti potrebni brzi reaktori i zatvaranje gorivnog ciklusa.