Rusko urobilo prelom v jadrovej energetike

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-16 16:15

Projekt „Breakthrough“– jadrový reaktor Brest-300 vo výstavbe neďaleko Tomska, otvorí novú stránku v energetickom sektore Zeme. Rusko vytvára prvé Perpetuum Mobile na svete s výkonom 300 MW – jadrovú elektráreň s uzavretým palivovým cyklom. Projekt so samovysvetľujúcim názvom „Breakthrough“sľubuje energiu bez nebezpečenstva, bez ťažby uránu a predbieha konkurentov o desaťročia…

Štyridsaťtri hektárov územia, sivé monolitické steny, armatúry hojne vyčnievajúce do neba, žeriavy a 600 robotníkov. O tri roky neskôr na tomto mieste, v uzavretom meste Seversk, 25 kilometrov od Tomsk, začne pracovať prvý na svetePerpetuum Mobile s výkonom 300 megawattov je jadrová elektráreň s uzavretým palivovým cyklom a roztaveným olovom ako chladivom. Podnik sa nazýva experimentálny, keďže supertechnológie preň sú zatiaľ vypočítané len na matematických modeloch. Po ich kontrole na fungujúcom reaktore však naši jadroví vedci dostanú referenčnú jadrovú elektráreň novej generácie, odtrhnúť sa od konkurentov Toshiba, Areva a ďalších na desaťročia. Projekt, ktorý má samovysvetľujúci názov „ Prelom “, Sľubuje energiu bez nebezpečenstvaa čo je najdôležitejšie, bez ťažby uránu.

Skeptici a pokojný atóm

Pár slov pre tých, ktorí považujú pokojný atóm za relikviu. Potreba energie ľudstva sa zdvojnásobuje každých 20 rokov. Spaľovanie ropy a uhlia vedie k vzniku asi pol miliardy ton oxidu siričitého a oxidov dusíka ročne, teda 70 kilogramov škodlivých látok na každého obyvateľa zeme. Použitie jadrových elektrární tento problém odstraňuje. Navyše zásoby ropy sú obmedzené a energetická náročnosť jednej tony uránu-235 sa približne rovná energetickej náročnosti dvoch miliónov ton benzínu.

Dôležitá je aj cena. Vo vodnej elektrárni stojí kilowatthodina elektriny 10-25 kopejok, ale hydroenergetický potenciál vo vyspelom svete je prakticky vyčerpaný. Na staniciach uhlia alebo vykurovacieho oleja - 22 - 40 kopejok, ale vznikajú environmentálne problémy. V priemyselných veterných a solárnych elektrárňach - 35-150 kopecks, trochu drahé, a kto zaručuje stály vietor a absenciu mrakov. Primárna cena atómovej energie je 20-50 kopejok, je stabilná, vytvára oveľa menej environmentálnych problémov ako spaľovanie ropy a uhlia, jej potenciál je neobmedzený.

Nakoniec sa ukázalo, že ruský mierový atóm je takmer mimo konkurencie. V roku 2010, keď po 24-ročnom chlade mnohé krajiny opäť chceli stavať jadrové elektrárne, naše reaktory sa ukázali byť lacnejšie a nie horšie ako japonské, francúzske a americké prototypy. Navyše my, na rozdiel od konkurentov , celé tie roky sme stavali jadrové elektrárne - Rosatom mal čo ukázať potenciálnemu zákazníkovi.

Vedenie štátnej korporácie sa vzniknutého hendikepu kompetentne zbavilo. V dôsledku toho spoločnosť Westinghouse Electric minulý rok skrachovala. Toshiba, ktorá predtým kúpila Westinghouse Electric, je na ceste. Finančná kondícia Arevy tiež nie je závideniahodná. Na druhej strane na Atomexpo-2016 prišli delegácie z 52 krajín. 20 z týchto krajín ešte nemá jadrovú energiu. Teraz sa prvýkrát objavia v Egypt, Vietnam, Turecko, Indonézia, Bangladéš – naše ruské jadrové elektrárne.

Hlboké peklo

Hlavným problémom jadrovej energetiky súčasnosti je palivo … Na Zemi je 6,3 milióna ton ekonomicky vyťažiteľného uránu. Ak sa vezme do úvahy rast spotreby, vydrží asi 50 rokov. Cena je dnes asi 50 dolárov za kilogram rudy, ale keďže sa do ťažby zapájajú menej výnosné ložiská, stúpnu na 130 dolárov za kilogram a viac. Existujú, samozrejme, vyťažené zásoby, a nie malé, ale nie sú navždy.

Urán sa ťažko ťaží resp veľmi ťažké … V hornine uránovej rudy sa nachádza o 0,1 – 1 percenta, plus alebo mínus. Ruda sa vyskytuje v hĺbke asi kilometer. Teploty v baniach sú nad 60 stupňov Celzia. Vyťažená hornina sa musí rozpustiť v kyseline, častejšie v kyseline sírovej, aby sa z roztoku izolovala uránová ruda. V niektorých ložiskách sa kyselina sírová okamžite čerpá do zeme, aby sa neskôr mohla vziať spolu s rozpusteným uránom. Existujú však uránové horniny, ktoré sa nerozpúšťajú v kyseline sírovej …

Nakoniec len v čistenom uráne 0,72 percenta požadovaný izotop je urán-235. Ten istý, na ktorom pracujú jadrové reaktory. Ak chcete zdôrazniť, je to samostatná bolesť hlavy. Urán sa premieňa na plyn (hexafluorid uránu) a prechádza cez kaskády centrifúg rotujúcich rýchlosťou asi dvetisíc otáčok za sekundu, kde sa oddeľuje ľahká frakcia od ťažkej. Skládka - urán-238, so zvyškovým obsahom uránu-235 0,2-0,3 percenta, bola v 50. rokoch jednoducho vyhodená. Potom ho však začali skladovať vo forme pevného fluoridu uránu v špeciálnych nádobách pod holým nebom. Za 60 rokov sa Zem nahromadila o dva milióny ton fluoridu uránu-238 … Prečo sa uchováva? Potom sa tento urán-238 môže stať palivom pre rýchle jadrové reaktory, s ktorými mali jadroví vedci doteraz zložitý vzťah.

Celkovo bolo vo svete postavených 11 priemyselných reaktorov s rýchlymi neutrónmi: tri v Nemecku, dva vo Francúzsku, dva v Rusku, po jednom v Kazachstane, Japonsku, Veľkej Británii a Spojených štátoch. Jeden z nich, SNR-300 v Nemecku, nebol nikdy vypustený. Ďalších osem je zastavených. Odišli dvaja robotníci … kde myslíš? Presne tak, tak JE Belojarsk.

Na jednej strane sú rýchle reaktory bezpečnejšie ako bežné tepelné reaktory. Nie je v nich vysoký tlak, nehrozí paro-zirkónová reakcia a pod. Na druhej strane je intenzita neutrónových polí a teplota v pracovnej oblasti vyššia, oceľ, ktorá by si zachovala svoje vlastnosti pri oboch parametroch, je náročnejšia a drahšia na výrobu. V rýchlom reaktore navyše nemožno použiť vodu ako chladivo. Zvyšky: ortuť, sodík a olovo. Ortuť je eliminovaná vďaka svojej vysokej korozívnosti. Olovo sa musí udržiavať v roztavenom stave - teplota topenia je 327 stupňov. Teplota topenia sodíka je 98 stupňov, takže všetky rýchle reaktory boli doteraz vyrobené so sodíkovým chladivom. Sodík však príliš prudko reaguje s vodou. Ak by bol okruh poškodený … Ako sa to stalo v japonskom reaktore "Monju" v roku 1995. Vo všeobecnosti sa tie rýchle ukázali ako príliš ťažké.

Nebojte sa nezamrzne

„Nebojte sa, olovo v našom reaktore Brest-300 nielenže nikdy nestuhne, ale nikdy sa neochladí pod 350 stupňov,“povedal pre Lente.ru vedúci projektu BREST-OD-300. Andrej Nikolaev … - Za to sú zodpovedné špeciálne schémy a systémy. Ide o úplne nový projekt, ktorý nemá nič spoločné s oloveno-bizmutovými reaktormi, ktoré boli na ponorkách. Všetko tu bolo vyvinuté s ohľadom na najnovší vývoj, technológie a úspechy. Bude to prvý rýchly reaktor na svete chladený olovom … Nie nadarmo sa mu hovorí „Breakthrough“. Pred vami je podnik budúcnosti – jadrová elektráreň štvrtej generácie s zatvorené palivový cyklus.

Na stavbu som nesmel liezť - ide o utajovanú skutočnosť. Nesmeli sa ani fotiť, takže fotky nie sú moje. Vyrobil ich človek, ktorému bolo vopred vysvetlené, z akých uhlov je možné objekt zachytiť a z akých je to nemožné. Andrey Nikolaev však podrobne vysvetlil, prečo av akom poradí sa stavajú tri elektrárne Proryv a ako jadrová elektráreň môže fungovať bez uránu.

Podnik bude pozostávať z tri továrne: závod na výrobu paliva, samotný reaktor a závod na prepracovanie paliva. V závode na výrobu palív sa bude vyrábať úplne nové zloženie palivových článkov, aké nemalo vo svete obdobu. Ide o zmesové nitridové uránovo-plutóniové palivo - MNUP. Štiepnym materiálom v novom reaktore bude plutónium … A urán-238, ktorý sám o sebe nie je štiepny, bude ožiarený tepelnými neutrónmi a zmení sa na plutónium-239. To znamená, že reaktor Brest-300 bude vyrábať teplo, elektrinu a ďalšie , pripravte si palivo pre seba.

Dve muchy jednou ranou

V dnešnom svete sa pracuje 449 mierové priemyselné jadrové reaktory a 60 ďalších je vo výstavbe. Pri prevádzke týchto reaktorov, minulej i budúcej, vzniká plánovaný problém – kazety s vyhoreným palivom. Najprv sa vložia do špeciálnych kúpeľov, kde sa niekoľko rokov „ochladzujú“. Potom sa "ochladené" palivové články skladujú v "suchých" skladoch, kde sa hromadia vo veľkých množstvách. Kapacita na spracovanie odpadových zostáv je niekoľkonásobne menšia, ako je potrebné. prečo? Pretože je to veľmi ťažké a drahé.

Projekt Breakthrough vybuduje vlastný závod na spracovanie paliva. Ako asi tušíte, Toto zariadenie nielen zničí vyhorené palivo, ale vydá suroviny pre nové zostavy … Staré palivové tyče sa rozpustia v kyseline, prípadne sírovej, potom sa v závode pomocou zložitých chemických technológií oddelí roztok prvok po prvku. Nepotrebné sa podmieňuje a pochováva, potrebné sa používa. Okrem surovín pre nové palivo bude podnik extrahovať zo starých agregátov najvzácnejšie izotopy ťažkých prvkov, ktoré sú žiadané v medicíne, vede a priemysle.

Mimochodom, výkon reaktora 300 megawattov nebol zvolený náhodou. Pri tomto výkone vyrobí toľko plutónia, koľko spotrebuje. Ten istý reaktor s vyšším výkonom vyrobí viac paliva, ako spotrebuje. Takže po naložení bude Brestský reaktor fungovať ako obyčajný Perpetuum Mobile. Bude potrebná len malá zásoba ochudobneného uránu. Nuž a urán-238, ako som už spomenul, jadrový priemysel hromadí v takom množstve že to bude trvať navždy.

Veľký hrniec

- Aby ste si vedeli predstaviť reaktor, - pokračuje Andrej Nikolaev. - Toto je panvica vysoká 17 metrov a priemer 26 metrov. Spustia sa do nej palivové články. Bude cez ňu cirkulovať výmenník tepla - roztavené olovo. Všetky zariadenia z a do iba ruskej výroby. Bude to úplne bezpečný reaktor s rezervou reaktivity menšou ako jedna. To znamená, že v súlade s fyzikálnymi zákonmi jednoducho nemá dostatočnú reaktivitu na zrýchlenie. Rozsiahle havárie na ňom nie sú možné. Evakuácia obyvateľstva nebude nikdy potrebná. Akékoľvek zlyhanie, ak k nemu dôjde, nepresiahne hranice budovy podniku. Nedôjde ani k emisiám do atmosféry v dôsledku hypotetickej havárie.

V reaktore Brest-300 bude zavedené automatické čistenie chladiva. Chladivo nového reaktora, teda olovo, už nikdy nebude potrebné vymieňať. Tým sa eliminuje ďalšie problematické plytvanie tradičnej jadrovej energie – LRW.

Problémy sa riešia za pochodu

Autormi projektu Brest-300 sú NIKIET pomenované po Dollezhalovi. Peniaze sú pridelené včas, výstavba prebieha plánovaným tempom, ako prvá začne fungovať závod na výrobu palív. Spustenie reaktora je naplánované na rok 2024 … Potom bude modul na prepracovanie paliva dokončený. Súbežne s výstavbou pokračujú výskumné a vývojové práce. V dôsledku týchto prác sa v konštrukcii pravidelne vykonávajú zmeny, takže konečný konečný časový bod nie je pomenovaný.

Brestský projekt má v akademických kruhoch odporcov. Je to pochopiteľné, projekt vyhral súťaž, do ktorej sa zapojilo viacero významných ústavov. Kritici tvrdia, že technológie používané v Breste sú nedokončené. Spochybňujú najmä použitie taveniny olova ako nosiča tepla a tak ďalej a tak ďalej. Nebudeme zachádzať do podrobností, sú príliš zložité a nejednoznačné. Na druhej strane, prečo by sme nemali dôverovať našim atómovým vedcom? Všetky projekty, ktoré ZSSR a po ňom Rusko v jadrovom priemysle robili, boli o krok vpred pred svojimi západnými a východnými kolegami. Aký dôvod teda máme veriť, že tentoraz to dopadne inak? Zdá sa mi, že by ste mali byť radi za Rosatom a TVEL a zároveň za seba, pretože toto je náš korporácie.