Русия направи пробив в ядрената енергетика

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-16 15:58

Проектът "Пробив" - строящият се ядрен реактор Брест-300 край Томск, ще отвори нова страница в енергийния сектор на Земята. Русия създава първата в света Perpetuum Mobile с мощност 300 MW - атомна електроцентрала със затворен горивен цикъл. Проектът със самообяснителното име "Пробив" обещава енергия без опасност, без добив на уран и изпреварва конкурентите с десетилетия …

Четиридесет и три хектара територия, сиви монолитни стени, арматура, изобилно стърчаща в небето, кранове и 600 работници. Три години по-късно на това място, в затворен град Северск, на 25 километра от Томск, ще започне да работи първият в светаPerpetuum Mobile с мощност 300 мегавата е атомна електроцентрала със затворен горивен цикъл и разтопено олово като охлаждаща течност. Предприятието се нарича експериментално, тъй като засега супертехнологиите за него се изчисляват само по математически модели. Въпреки това, след като ги провериха на работещ реактор, нашите ядрени учени ще получат референтна ядрена електроцентрала от ново поколение, откъсвайки се от конкурентите на Toshiba, Areva и други в продължение на десетилетия. Проектът, който има самообяснимо име Пробив “, Обещава енергия без опасност и най-важното, без добив на уран.

Скептиците и мирният атом

Няколко думи за тези, които смятат мирния атом за реликва. Нуждата на човечеството от енергия се удвоява на всеки 20 години. Изгарянето на нефт и въглища води до годишно образуване на около половин милиард тона серен диоксид и азотни оксиди, тоест 70 килограма вредни вещества за всеки жител на земята. Използването на атомни електроцентрали премахва този проблем. Освен това запасите от петрол са ограничени и енергийната интензивност на един тон уран-235 е приблизително равна на енергийната интензивност на два милиона тона бензин.

Разходите също са важни. В водноелектрическа централа киловатчасът електроенергия струва 10-25 копейки, но хидроенергийният потенциал в развития свят е практически изчерпан. На станции за въглища или мазут - 22-40 копейки, но възникват екологични проблеми. В промишлени вятърни и слънчеви електроцентрали - 35-150 копейки, малко скъпи, и който гарантира постоянен вятър и липса на облаци. Себестойността на атомната енергия е 20-50 копейки, тя е стабилна, създава много по-малко екологични проблеми от изгарянето на нефт и въглища, нейният потенциал е безграничен.

Накрая руският мирен атом се оказа почти извън конкуренцията. През 2010 г., когато след 24-годишно застудяване много страни отново искаха да строят атомни електроцентрали, нашите реактори се оказаха по-евтини и не по-лоши от японски, френски и американски прототипи. Освен това ние, за разлика от конкурентите , през всичките тези години строихме атомни електроцентрали - Росатом имаше какво да покаже на потенциален клиент.

Ръководството на държавната корпорация компетентно се отърва от произтичащия недостатък. В резултат на това Westinghouse Electric фалира миналата година. Toshiba, която преди това изкупи Westinghouse Electric, е на път. Финансовото състояние на Арева също не е завидно. От друга страна на Атомекспо-2016 дойдоха делегации от 52 държави. 20 от тези страни все още нямат ядрена енергия. Сега те ще се появят за първи път в Египет, Виетнам, Турция, Индонезия, Бангладеш - нашите руски атомни електроцентрали.

Дълбок ад

Основният проблем на ядрената енергетика днес е гориво … На земята има 6,3 милиона тона икономически възстановен уран. Ако се вземе предвид ръстът на потреблението, то ще продължи около 50 години. Цената днес е около 50 долара за килограм руда, но тъй като в добива участват по-малко печеливши находища, тя ще се повиши до 130 долара за килограм и повече. Има, разбира се, добивани резерви, и то не малки, но те не са завинаги.

Уранът е труден за добив или много трудно … В скалата от уранова руда има около 0,1-1 процента, плюс или минус. Рудата се намира на дълбочина около километър. Температурите в мините са над 60 градуса по Целзий. Извлечената скала трябва да се разтвори в киселина, по-често в сярна киселина, за да се изолира уранова руда от разтвора. В някои находища сярната киселина веднага се изпомпва в земята, за да може по-късно да бъде взета заедно с разтворения уран. Има обаче уранови скали, които не се разтварят в сярна киселина …

И накрая, само в пречистен уран 0,72 процента необходимият изотоп е уран-235. Същият, на който работят ядрените реактори. За да го подчертая е отделно главоболие. Уранът се превръща в газ (уранов хексафлуорид) и преминава през каскади от центрофуги, въртящи се със скорост около две хиляди оборота в секунда, където леката фракция се отделя от тежката. Сметището - уран-238, със съдържание на остатъчен уран-235 0,2-0,3 процента, просто беше изхвърлено през 50-те години. Но след това започнаха да го съхраняват под формата на твърд уранов флуорид в специални контейнери под открито небе. За 60 години земята се е натрупала около два милиона тона уран-238 флуорид … Защо се пази? Тогава този уран-238 може да стане гориво за бързи ядрени реактори, с които досега ядрените учени са имали трудни отношения.

Общо в света са построени 11 индустриални реактора с бързи неутрони: три в Германия, два във Франция, два в Русия, по един в Казахстан, Япония, Великобритания и САЩ. Един от тях, SNR-300 в Германия, така и не беше изстрелян. Още осем са спрени. Двама работници напуснаха … къде мислиш? Точно така, на Белоярска АЕЦ.

От една страна, бързите реактори са по-безопасни от конвенционалните термични реактори. В тях няма високо налягане, няма опасност от реакция пара-цирконий и т.н. От друга страна, интензитетът на неутронните полета и температурата в работната зона са по-високи, стоманата, която би запазила свойствата си и при двата параметъра, е по-трудна и по-скъпа за производство. Освен това водата не може да се използва като охлаждаща течност в бърз реактор. Остатъци: живак, натрий и олово. Живакът се елиминира поради високата си корозивност. Оловото трябва да се държи в разтопено състояние - температурата на топене е 327 градуса. Точката на топене на натрия е 98 градуса, така че всички бързи реактори досега са правени с натриева охлаждаща течност. Но натрият реагира твърде бурно с вода. Ако веригата е била повредена … Както се случи в японския реактор "Монджу" през 1995 г. Като цяло бързите се оказаха твърде трудни.

Не се притеснявайте, няма да замръзне

„Не се притеснявайте, оловото в нашия реактор Брест-300 не само никога няма да се втвърди, но и никога няма да се охлади под 350 градуса“, казва пред Lente.ru ръководителят на проекта BREST-OD-300 Андрей Николаев … - За това отговарят специални схеми и системи. Това е напълно нов проект, който няма нищо общо с оловно-бисмутовите реактори, които са били на подводниците. Всичко тук е разработено, като се вземат предвид най-новите разработки, технологии и постижения. Ще бъде първият в света бърз реактор с оловно охлаждане … Не напразно се нарича "Пробив". Пред вас е предприятие на бъдещето - четвърто поколение атомна електроцентрала с затворен горивен цикъл.

Не ми беше позволено да се катеря на строителната площадка - това е класифицирана информация. И на тях не им беше позволено да снимат, така че снимките не са мои. Те са направени от човек, на който предварително е обяснено от какви ъгли е възможно да се заснеме обект и от какви ъгли е невъзможно. Но Андрей Николаев обясни подробно защо и в какъв ред се строят трите централи на Прорив и как се създава атомна електроцентрала може да работи без уран.

Предприятието ще се състои от три фабрики: завод за производство на гориво, сам реактор и завод за преработка на гориво. Заводът за производство на горива ще произвежда изцяло нов състав от горивни елементи, който нямаше аналог в света. Това е смесено нитридно уран-плутониево гориво - MNUP. Разделящият се материал в новия реактор ще бъде плутоний … А уран-238, който сам по себе си не е делящ се, ще бъде облъчен с топлинни неутрони и ще се превърне в плутоний-239. Тоест реакторът Брест-300 ще генерира топлина, електричество и др , пригответе гориво за себе си.

Две птици с един удар

В днешния свят работят 449 мирни промишлени ядрени реактори и още 60 са в процес на изграждане. По време на експлоатацията на тези реактори, минали и бъдещи, възниква планов проблем – касети отработено гориво. Първо, те се поставят в специални вани, където се „изстудяват“в продължение на няколко години. След това "охладените" горивни елементи се съхраняват в "сухи" складове, където се натрупват в големи количества. Капацитетът за обработка на отпадъци е няколко пъти по-малък от необходимия. Защо? Защото е много трудно и скъпо.

Проектът Breakthrough ще изгради собствен завод за преработка на гориво. Както може би се досещате, Този завод не само ще унищожи изгореното гориво, но ще даде суровини за нови възли … Старите горивни пръти ще бъдат разтворени в киселина, вероятно сярна, след което в завода, използвайки сложни химически технологии, разтворът ще бъде разделен елемент по елемент. Ненужното се обуславя и заравя, необходимото се използва. В допълнение към суровините за новото гориво, предприятието ще извлича от старите агрегати най-редките изотопи на тежки елементи, които са търсени в медицината, науката и индустрията.

Между другото, мощността на реактора от 300 мегавата не е избрана случайно. При тази мощност той ще произведе толкова плутоний, колкото консумира. Същият реактор с по-висока мощност ще произведе повече гориво, отколкото ще консумира. Така, след като бъде зареден, реакторът Брест ще работи като обикновен Perpetuum Mobile. Ще се изисква само малък запас от обеднен уран. Е, и уран-238, както вече споменах, се натрупва от ядрената индустрия в такова количество това ще продължи вечно.

Голяма тенджера

- За да можете да си представите реактор, - продължава Андрей Николаев. - Това е тиган с височина 17 метра и диаметър 26 метра. В него ще бъдат спуснати горивни касети. Топлообменник - през него ще циркулира разтопено олово. Цялото оборудване от и само руско производство. Това ще бъде напълно безопасен реактор с марж на реактивност по-малък от единица. Тоест, в съответствие със законите на физиката, той просто няма достатъчно реактивност, за да се ускори. По него не са възможни мащабни аварии. Никога няма да се наложи евакуация на населението. Всеки провал, ако се случи, няма да излезе извън границите на сградата на предприятието. Няма да има дори емисии в атмосферата в резултат на хипотетична авария.

В реактор Брест-300 ще бъде въведено автоматично почистване на охлаждащата течност. Охлаждащата течност на новия реактор, тоест оловото, никога няма да се наложи да се сменя. По този начин се елиминира друг проблемен разхищение на традиционната ядрена енергия – БРО.

Проблемите се решават по пътя

Авторите на проекта Брест-300 са НИКИЕТ на името на Доллежал. Парите са отпуснати навреме, строителството върви с предвидените темпове, първи ще заработи заводът за производство на горива. Пускането на реактора е планирано за 2024 г … Тогава модулът за преработка на гориво ще бъде завършен. Паралелно със строителството продължават научноизследователската и развойна дейност. В резултат на тези работи периодично се правят промени в конструкцията, така че крайната крайна времева точка не се посочва.

Проектът Брест има недоброжелатели в академичните среди. Това е разбираемо, проектът спечели конкурса, в който участваха още няколко изтъкнати института. Критиците казват, че технологиите, използвани в Брест, са недовършени. По-специално, те поставят под въпрос използването на оловна стопилка като топлоносител и т.н., и така нататък. Няма да навлизаме в подробности, твърде сложни и двусмислени са. От друга страна, защо да не вярваме на нашите атомни учени? Всички проекти, които СССР, а след него и Русия в ядрената индустрия, бяха една крачка пред западните и източните си колеги. И така, каква причина трябва да вярваме, че този път нещата ще се развият по различен начин? Струва ми се, че просто трябва да се радвате на Росатом и ТВЕЛ и в същото време на себе си, защото това е нашите корпорация.