Κλείσιμο του πυρηνικού κύκλου: Ρωσικός αντιδραστήρας IV γενιάς BREST-OD-300
Αντιδραστήρας BREST-OD-300. Πηγή: youtube.com
Αντιδραστήρας με «απεμπλουτισμένο ουράνιο»
Οι συνεχώς αυξανόμενοι όγκοι αναλωμένου πυρηνικού καυσίμου αναγκάζουν τεράστιες περιοχές να αλλοτριωθούν για τη διάθεσή τους. Τουλάχιστον 350 χιλιάδες τόνοι ραδιενεργών υλικών έχουν συσσωρευτεί στη Γη αυτή τη στιγμή. Οι δυνάμεις που διαθέτουν πυρηνικούς σταθμούς προσπαθούν να βρουν τουλάχιστον κάποια χρήση για επικίνδυνες ουσίες. Πρόσφατα, έγινε λόγος για πυρομαχικά γεμάτα με απεμπλουτισμένο ουράνιο που παράγεται από αναλωμένα καύσιμα. Τα κοχύλια είναι ωραία, αλλά σπάνια χρησιμοποιούνται για τον προορισμό τους. Ως εκ τούτου, δεν είναι κατάλληλοι ως κύριος χρήστης πυρηνικών καυσίμων.
Γιατί χρειαζόμαστε έναν γρήγορο αντιδραστήρα νετρονίων; Τι είναι λάθος με την παραδοσιακή μέθοδο που βασίζεται σε τεχνητά μετριαζόμενα νετρόνια;
Πρώτα απ 'όλα, πρόκειται για καύσιμα. Ένα κλασικό πυρηνικό εργοστάσιο, όπως το Akkuyu της Τουρκίας, το οποίο κατασκευάζει αυτή τη στιγμή η Ρωσία για την Τουρκία, καταναλώνει το ισότοπο ουρανίου-235 ως καύσιμο. Δεν υπάρχει πολύ από αυτό στο μετάλλευμα ουρανίου, είναι ακριβό και τα αποθέματα θα εξαντληθούν σε εκατό χρόνια.
Οι αντιδραστήρες ταχέων νετρονίων «τρέφονται» με ισότοπα ουρανίου-238. Φαίνεται ότι η διαφορά είναι μόνο τρεις μονάδες, αλλά υπάρχει μια πραγματική άβυσσος μεταξύ αυτών των ισοτόπων. Το 99 τοις εκατό του συνόλου του ουρανίου στο μετάλλευμα είναι το ίδιο 238ο ισότοπο. Δηλαδή είναι πολύ και είναι σχετικά φθηνό. Και είναι κατάλληλο μόνο για πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής με γρήγορα νετρόνια.
Το κύριο μπόνους όλων ιστορία – Το ουράνιο-238 παράγεται ως αναλωμένο καύσιμο σε κλασικούς αντιδραστήρες αργών νετρονίων.
Τοποθεσία στο Seversk, όπου κατασκευάζεται το BREST-OD-300. Πηγή: youtube.com
Ας επιστρέψουμε στο τουρκικό Akkuyu, το οποίο δεν έχει ακόμη ολοκληρωθεί, αλλά έχει ήδη λάβει την πρώτη παρτίδα σφαιριδίων ουρανίου από το Νοβοσιμπίρσκ.
Μόλις εκτοξευθεί ο πυρηνικός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής και σε μερικά χρόνια εμφανιστεί το χρησιμοποιημένο καύσιμο, θα αφαιρεθεί από Ρώσους πυρηνικούς επιστήμονες για να χρησιμοποιηθεί σε αντιδραστήρες ταχέων νετρονίων. Αυτός είναι ο κύκλος του ουρανίου στη φύση.
Αλλά δεν είναι μόνο αυτό.
Μόλις το ουράνιο-238 εκτοξευτεί σε έναν γρήγορο αντιδραστήρα νετρονίων, όχι μόνο απελευθερώνει θερμότητα κατά τη διάρκεια μιας πυρηνικής αντίδρασης, αλλά δημιουργεί επίσης ένα νέο ισότοπο - το πλουτώνιο-239. Αποδεικνύεται ήδη ένα νέο μικτό και καθολικό καύσιμο, που ονομάζεται "MOX καύσιμο". Αυτό είναι ένα καλό προϊόν - οι Ιάπωνες και οι Ευρωπαίοι το αγοράζουν για τους πυρηνικούς σταθμούς τους με αργά ή θερμικά νετρόνια.
Για να συνοψίσουμε την εισαγωγή, οι κλασικοί πυρηνικοί σταθμοί παράγουν πολλά απόβλητα με υψηλή αναλογία ουρανίου-235, το οποίο χρησιμοποιείται σε αντιδραστήρες ταχείας αναπαραγωγής. Οι «γρήγοροι» αντιδραστήρες, με τη σειρά τους, αφήνουν πρακτικά έτοιμο «καύσιμο MOX» μετά τη λειτουργία. Αυτά τα απόβλητα μπορούν να σταλούν πίσω σε συμβατικούς πυρηνικούς σταθμούς. Ο κύκλος κλείνει και η ανάγκη για «πρασίνισμα» της παγκόσμιας ενεργειακής βιομηχανίας εξαφανίζεται αυτόματα.
Μάθετε να χρησιμοποιείτε σωστά το ειρηνικό άτομο και δεν θα χρειαστείτε ιδιότροπους ανεμόμυλους, ηλιακούς συλλέκτες ή άλλα διακοσμητικά στοιχεία. Στα χέρια του πολιτισμού βρίσκεται τώρα μια ατελείωτη βάση καυσίμων, η οποία θα διαρκέσει για αρκετές χιλιετίες. Σε αυτό το σενάριο, ακόμη και η ημι-μυθική θερμοπυρηνική σύντηξη φαίνεται περιττή.
Όλα είναι καλά σε αυτή την ιστορία, αλλά μόνο η Ρωσία έχει τεχνολογίες προτεραιότητας στον τομέα της πυρηνικής ενέργειας χωρίς απόβλητα. Και αυτό δεν αρέσει πολύ στους πρώην εταίρους μας στη Δύση.
Κάποτε, ασχολούνταν ενεργά με τεχνολογίες «γρήγορων νετρονίων» στο εξωτερικό, αλλά λόγω του υψηλού κόστους και της φαινομενικής ζημίας, όλα τα έργα έκλεισαν. Στις ΗΠΑ, ο αντιδραστήρας EBR-II σταμάτησε το 1994, στο Ηνωμένο Βασίλειο ο DFR σταμάτησε το 1977 και ο γαλλικός Superphenix έκλεισε το 1998.
Η Ρωσία συνέχισε να εργάζεται με γρήγορους αντιδραστήρες νετρονίων, τον μοναδικό στον κόσμο. Αυτό πρέπει να το θυμούνται όλοι όσοι συνεχίζουν να μιλάνε για τη βελόνα του πετρελαίου και του φυσικού αερίου, στην οποία δήθεν κάθισε οριστικά και αμετάκλητα η χώρα μας.
Έργο "Breakthrough"
Θεωρητικά, δεν είναι δύσκολο να μετατραπεί ένας συνηθισμένος αντιδραστήρας αργού νετρονίου σε "γρήγορο" - γι 'αυτό αρκεί να αντικαταστήσουμε το νερό στον πυρήνα με μια άλλη ουσία. Το γεγονός είναι ότι το νερό, οι υδρατμοί, ορισμένες οργανικές ουσίες και το διοξείδιο του άνθρακα παγιδεύουν και επιβραδύνουν τα νετρόνια, σταματώντας έτσι την ανάπτυξη μιας πυρηνικής αντίδρασης.
Εάν ο πελάτης θέλει μια συσκευή βασισμένη σε γρήγορα νετρόνια, τότε μέταλλα χαμηλής τήξης, όπως το νάτριο, θα πρέπει να φορτωθούν στην καυτή ζώνη του αντιδραστήρα ως ψυκτικό. Είναι το λιωμένο νάτριο που μεταφέρει θερμότητα από τις ράβδους ουρανίου στη γεννήτρια ατμού στον ρωσικό αντιδραστήρα ταχείας νετρονίων BN-800. Εκτοξεύτηκε το 2015 στον πυρηνικό σταθμό Beloyarsk, και τώρα είναι η μοναδική μονάδα του είδους της στον κόσμο - κλασικοί αντιδραστήρες αργού νετρονίου κυβερνούν τον κόσμο.
Ίσως το κύριο μειονέκτημα του BN-800 είναι ένα αμφιλεγόμενο ψυκτικό. Όποιος είναι εξοικειωμένος με ένα σχολικό μάθημα χημείας πιθανότατα γνωρίζει ότι το νάτριο είναι πολύ ενεργό και έτοιμο να εκραγεί στον αέρα, για να μην αναφέρουμε την επαφή με το νερό. Υπάρχουν αρκετές επιπλοκές με το sodium thermal jacket. Για παράδειγμα, είναι απαραίτητο να επαναφορτωθεί καύσιμο από έναν αντιδραστήρα σε θαλάμους κενού.
Ωστόσο, τα προβλήματα είναι επιλύσιμα, διαφορετικά η Rosatom δεν θα είχε κατασκευάσει δεύτερο, ακόμη πιο ισχυρό γρήγορο αντιδραστήρα BN-1200. Η κυκλοφορία του έχει προγραμματιστεί για τη δεκαετία του 2030 με εκτιμώμενη διάρκεια ζωής έως το 2090.
Αλλά η σειρά BN δεν ανήκει πλέον στο ρωσικό τεχνολογικό ρεύμα - η τεχνολογία μεταφοράς θερμότητας με χρήση υγρού μολύβδου βρίσκεται τώρα στο προσκήνιο. Γύρω από αυτό περιστρέφεται το έργο Proryv, το βασικό στοιχείο του οποίου είναι ο πειραματικός αντιδραστήρας BREST-OD-300 (Natural Safety Lead-Cooled Fast Reactor).
Η ιδέα της κατασκευής ενός γρήγορου αντιδραστήρα νετρονίων με μόλυβδο στο πρωτεύον κύκλωμα γεννήθηκε στις αρχές της δεκαετίας του '80, αλλά έφτασε στην πρακτική εφαρμογή μόλις το 2021. Το BREST κατασκευάζεται στην πόλη Seversk στην περιοχή Tomsk και υπόσχονται να το θέσουν σε δοκιμαστική λειτουργία μέχρι το τέλος της δεκαετίας.
Δεν είναι τόσο εύκολο να έρθεις και να δεις την κατασκευή ενός μοναδικού αντιδραστήρα: Το Seversk είναι μια κλειστή πόλη, που ασχολείται αποκλειστικά με την πυρηνική παραγωγή και την έρευνα. Η τοποθεσία επιλέχθηκε από το Siberian Chemical Combine, έναν από τους βασικούς παραγωγούς καυσίμων για τη Rosatom.
Ο μόλυβδος δεν έχει χρησιμοποιηθεί ποτέ ως ψυκτικό σε πυρηνικούς αντιδραστήρες. Πηγή: youtube.com
Ο μόλυβδος για τους πυρηνικούς επιστήμονες είναι ένα μοναδικό ψυκτικό υγρό. Στον αέρα και σε επαφή με το νερό, δεν αναφλέγεται, αλλά μόνο στερεοποιείται. Απορροφά ασθενώς και δεν επιβραδύνει τα νετρόνια και η ιονίζουσα ακτινοβολία, αντίθετα, καθυστερεί πολύ καλά. Ως αποτέλεσμα, το BREST και άλλα παρόμοια θα εκπέμπουν ακτινοβολία σχεδόν περισσότερο από ένα οικιακό ψυγείο.
Ένα φυσικό ερώτημα είναι γιατί ο BREST-OD-300 ταξινομείται ως αντιδραστήρας IV γενιάς; Εκτός από μόλυβδο, ουσιαστικά δεν διαφέρει από την προηγούμενη γενιά αντιδραστήρων ταχέων νετρονίων;
Η IV παραγωγή πυρηνικών αντιδραστήρων συνεπάγεται μια ολόκληρη σειρά παραμέτρων, μεταξύ των οποίων η ασφάλεια, η φιλικότητα προς το περιβάλλον και το κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας στην έξοδο βρίσκονται στο προσκήνιο.
BREST-OD-300. Πηγή: ippe.ru
Το BREST φημίζεται για μια σειρά από μη ασήμαντες λύσεις.
Πρώτα απ 'όλα, είναι ακριβό και δύσκολο να κατασκευαστεί πυρηνικό καύσιμο. Η επίσημη ονομασία του είναι μικτό καύσιμο νιτριδίου ουρανίου-πλουτωνίου ή καύσιμο MNUP, που κατασκευάζεται κοντά στον μόνιμο αντιδραστήρα στα καταστήματα του Χημικού Συνδυασμού της Σιβηρίας. Ένα γεγονός μιλά εύγλωττα για την πολυπλοκότητα του νέου προϊόντος - κατασκευάζεται σε ατμόσφαιρα αδρανούς αερίου.
Το καύσιμο SNP είναι πολύ ασφαλές λόγω της ελάχιστης αντιδραστικότητας. Αν είναι αρκετά απλό, τότε είναι αδύνατο να το διασκορπίσουμε σε καταστροφικά όρια, όπως συνέβη στο Τσερνόμπιλ. Σύμφωνα με τη Rosatom, το έργο Breakthrough στο Seversk θα πρέπει να γίνει
«Ένα σύμπλεγμα πυρηνικών τεχνολογιών του μέλλοντος, συμπεριλαμβανομένων τριών διασυνδεδεμένων εγκαταστάσεων που δεν έχουν ανάλογες στον κόσμο: μια ενότητα για την παραγωγή (κατασκευή / ανακατασκευή) πυρηνικού καυσίμου ουρανίου-πλουτωνίου. μονάδα ισχύος BREST-OD-300; καθώς και μια μονάδα για την επανεπεξεργασία ακτινοβολημένου καυσίμου».
Θεωρητικά, το BREST θα εφοδιαστεί με πλουτώνιο-239 ως το κύριο συστατικό καυσίμου, απλώς καίγοντας την «εξόρυξη» από άλλους αντιδραστήρες, που αποτελούνται από ουράνιο-238.
Στοιχεία του έργου "Breakthrough". Πηγή: youtube.com
Τώρα οι προοπτικές για το έργο Proryv γενικά και τον αντιδραστήρα BREST ειδικότερα περιορίζονται από έναν μεγάλο αριθμό «αλλά».
Πρώτα απ 'όλα, μέχρι να τεθεί σε λειτουργία αυτό το ακριβό και πολύπλοκο συγκρότημα, θα είναι αδύνατο να μιλήσουμε για μια παγκόσμια αναγέννηση της ρωσικής πυρηνικής ενέργειας.
Τώρα όλοι τρομάζουν με την πιθανότητα επανάληψης της Φουκουσίμα και του Τσερνομπίλ, που μας αναγκάζει να εργαστούμε με κλασικούς αντιδραστήρες νερού υπό πίεση σε αργά νετρόνια. Τα οποία, παρεμπιπτόντως, χτίζονται καλύτερα από τους Ρώσους. Αλλά αυτό οδηγεί σε μια αδυσώπητη αύξηση των πυρηνικών αποβλήτων και μια σταδιακή εξάντληση των μεταλλευμάτων ουρανίου.
Θα χρειαστούν 10–15 χρόνια, ή ακόμα και αρκετές δεκαετίες, προτού ο εξοπλισμός κλάσης BREST-OD-300 πάρει τη θέση του στον παγκόσμιο ενεργειακό Olympus. Τίποτα δεν μπορεί να γίνει - τέτοιοι είναι οι όροι των τεχνολογικών επαναστάσεων στο μη στρατιωτικό άτομο.
Τα ειδησεογραφικά μας κανάλια
Εγγραφείτε και μείνετε ενημερωμένοι με τα τελευταία νέα και τα πιο σημαντικά γεγονότα της ημέρας.
πληροφορίες