Rosja dokonała przełomu w energetyce jądrowej

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 16:14

Projekt „Przełom” – budowany pod Tomskiem reaktor jądrowy Brześć-300, otworzy nową stronę w energetyce Ziemi. Rosja tworzy pierwszą na świecie Perpetuum Mobile o mocy 300 MW – elektrownię jądrową z zamkniętym cyklem paliwowym. Projekt o oczywistej nazwie „Przełom” obiecuje energię bez niebezpieczeństw, bez wydobycia uranu i od dziesięcioleci wyprzedza konkurencję …

Czterdzieści trzy hektary terytorium, szare, monolityczne ściany, obficie wystające w niebo armatury, dźwigi i 600 robotników. Trzy lata później, w tym miejscu, w zamkniętym mieście Siewiersk, 25 km od Tomsk, zacznie działać pierwszy na świeciePerpetuum Mobile o mocy 300 megawatów to elektrownia jądrowa z zamkniętym cyklem paliwowym i płynnym ołowiem jako chłodziwem. Przedsiębiorstwo nazywa się eksperymentalnym, ponieważ supertechnologie dla niego są na razie obliczane tylko na modelach matematycznych. Jednak po sprawdzeniu ich w działającym reaktorze nasi naukowcy jądrowi otrzymają referencyjną elektrownię jądrową nowej generacji, oderwanie się od konkurentów Toshiby, Arevy i innych na dziesięciolecia. Projekt, który ma nazwę, która nie wymaga wyjaśnień” Przełom , Obietnica energii bez niebezpieczeństwai co najważniejsze, bez wydobycia uranu.

Sceptycy i pokojowy atom

Kilka słów dla tych, dla których spokojny atom jest reliktem. Zapotrzebowanie ludzkości na energię podwaja się co 20 lat. Spalanie ropy naftowej i węgla prowadzi do rocznego powstawania około pół miliarda ton dwutlenku siarki i tlenków azotu, czyli 70 kilogramów szkodliwych substancji na każdego mieszkańca ziemi. Wykorzystanie elektrowni jądrowych usuwa ten problem. Ponadto rezerwy ropy naftowej są ograniczone i energochłonność jednej tony uranu-235 jest w przybliżeniu równa energochłonności dwóch milionów ton benzyny.

Ważny jest również koszt. W elektrowni wodnej kilowatogodzina prądu kosztuje 10-25 kopiejek, ale potencjał hydroenergetyczny w rozwiniętym świecie jest praktycznie wyczerpany. Na stacjach węgla lub oleju opałowego - 22-40 kopiejek, ale pojawiają się problemy środowiskowe. W przemysłowych elektrowniach wiatrowych i słonecznych - 35-150 kopiejek, trochę drogo, a który gwarantuje stały wiatr i brak chmur. Koszt pierwotny energii atomowej wynosi 20-50 kopiejek, jest stabilna, stwarza znacznie mniej problemów środowiskowych niż spalanie ropy i węgla, jej potencjał jest nieograniczony.

Wreszcie rosyjski pokojowy atom okazał się prawie poza konkurencją. W 2010 roku, kiedy po 24-letnim mrozie wiele krajów ponownie chciało budować elektrownie jądrowe, nasze reaktory okazały się tańsze i nie gorsze niż prototypy japońskie, francuskie i amerykańskie. Co więcej, my, w przeciwieństwie do konkurentów , przez te wszystkie lata budowaliśmy elektrownie jądrowe - Rosatom miał coś do pokazania potencjalnemu klientowi.

Kierownictwo korporacji państwowej kompetentnie pozbyło się powstałego upośledzenia. W rezultacie Westinghouse Electric zbankrutował w zeszłym roku. Toshiba, która wcześniej wykupiła Westinghouse Electric, jest w drodze. Kondycja finansowa Arevy również nie jest godna pozazdroszczenia. Z kolei na Atomexpo-2016 przybyły delegacje z 52 krajów. 20 z tych krajów nie miało jeszcze energii jądrowej. Pojawią się teraz po raz pierwszy w Egipt, Wietnam, Turcja, Indonezja, Bangladesz – nasze rosyjskie elektrownie jądrowe.

Głębokie piekło

Głównym problemem dzisiejszej energetyki jądrowej jest: paliwo … Na ziemi jest 6,3 mln ton uranu, który można ekonomicznie odzyskiwać. Jeśli weźmiemy pod uwagę wzrost konsumpcji, będzie on trwał około 50 lat. Koszt wynosi około 50 USD za kilogram rudy dzisiaj, ale ponieważ w wydobycie zaangażowane są mniej opłacalne złoża, wzrośnie on do 130 USD za kilogram i więcej. Są oczywiście rezerwy górnicze, a nie małe, ale nie są one wieczne.

Uran jest trudny do wydobycia lub bardzo trudny … W skale rudy uranu jest około 0,1-1 proc., plus lub minus. Ruda występuje na głębokości około kilometra. Temperatury w kopalniach przekraczają 60 stopni Celsjusza. Wydobyta skała musi być rozpuszczona w kwasie, częściej kwasie siarkowym, w celu wyizolowania rudy uranu z roztworu. W niektórych złożach kwas siarkowy jest natychmiast wpompowywany do gruntu, aby później mógł zostać pobrany wraz z rozpuszczonym uranu. Istnieją jednak skały uranowe, które nie rozpuszczają się w kwasie siarkowym…

Wreszcie tylko w oczyszczonym uranie 0,72 procent wymaganym izotopem jest uran-235. Ten sam, na którym pracują reaktory jądrowe. Podkreślenie tego to osobny ból głowy. Uran jest przekształcany w gaz (sześciofluorek uranu) i przepuszczany przez kaskady wirówek obracających się z prędkością około dwóch tysięcy obrotów na sekundę, gdzie frakcja lekka jest oddzielana od ciężkiej. Wysypisko - uran-238, z resztkową zawartością uranu-235 0,2-0,3%, zostało po prostu wyrzucone w latach 50-tych. Ale potem zaczęli przechowywać go w postaci stałego fluorku uranu w specjalnych pojemnikach pod gołym niebem. Przez 60 lat ziemia nagromadziła się około dwa miliony ton fluorku uranu-238 … Dlaczego jest przechowywany? Wtedy ten uran-238 może stać się paliwem dla szybkich reaktorów jądrowych, z którymi do tej pory naukowcy zajmujący się energią jądrową mieli trudną relację.

W sumie na świecie zbudowano 11 przemysłowych reaktorów na neutrony prędkie: trzy w Niemczech, dwa we Francji, dwa w Rosji, po jednym w Kazachstanie, Japonii, Wielkiej Brytanii i Stanach Zjednoczonych. Jeden z nich, SNR-300 w Niemczech, nigdy nie został wprowadzony na rynek. Osiem kolejnych zostaje zatrzymanych. Pozostało dwóch pracowników … Gdzie myślisz? Zgadza się, wł. EJ w Biełojarsku.

Z jednej strony szybkie reaktory są bezpieczniejsze niż konwencjonalne reaktory termiczne. Nie ma w nich wysokiego ciśnienia, nie ma ryzyka reakcji parowo-cyrkonowej i tak dalej. Z drugiej strony intensywność pól neutronowych i temperatura w obszarze roboczym jest wyższa, a stal, która zachowałaby swoje właściwości w obu parametrach, jest trudniejsza i droższa w produkcji. Ponadto woda nie może być stosowana jako chłodziwo w reaktorze prędkim. Pozostałości: rtęć, sód i ołów. Rtęć jest eliminowana ze względu na wysoką korozyjność. Ołów musi być utrzymywany w stanie stopionym - temperatura topnienia wynosi 327 stopni. Temperatura topnienia sodu wynosi 98 stopni, więc wszystkie szybkie reaktory były do tej pory wykonane z chłodziwem sodowym. Ale sód reaguje zbyt gwałtownie z wodą. Gdyby obwód był uszkodzony… Tak jak to się stało przy japońskim reaktorze "Monju" w 1995 roku. Generalnie te szybkie okazały się zbyt trudne.

Nie martw się nie zamarznie

„Nie martw się, ołów w naszym reaktorze Brest-300 nie tylko nigdy nie zestali się, ale nigdy nie ostygnie poniżej 350 stopni”, mówi Lente.ru szef projektu BREST-OD-300. Andriej Nikołajew … - Za to odpowiadają specjalne schematy i systemy. To zupełnie nowy projekt, który nie ma nic wspólnego z reaktorami ołowiowo-bizmutowymi, które znajdowały się na okrętach podwodnych. Wszystko tutaj zostało opracowane z uwzględnieniem najnowszych osiągnięć, technologii i osiągnięć. To będzie pierwszy na świecie szybki reaktor chłodzony ołowiem … Nie bez powodu nazywa się to „Przełomem”. Przed tobą przedsiębiorstwo przyszłości – elektrownia jądrowa czwartej generacji z Zamknięte cykl paliwowy.

Nie pozwolono mi wspinać się na placu budowy - to informacja niejawna. Nie wolno im było robić zdjęć, więc zdjęcia nie są moje. Wykonała je osoba, której wcześniej wyjaśniono, z jakich kątów można uchwycić przedmiot, a pod jakimi jest to niemożliwe. Ale Andriej Nikołajew szczegółowo wyjaśnił, dlaczego i w jakiej kolejności budowane są trzy elektrownie Proryw i jak elektrownia jądrowa może pracować bez uranu.

Przedsiębiorstwo będzie składać się z: trzy fabryki: zakład produkcji paliw, sam reaktor i zakład przetwarzania paliw. Wytwórnia paliw będzie produkować zupełnie nową kompozycję elementów paliwowych, która nie miała odpowiednika na świecie. Jest to paliwo mieszane azotkowo-uranowo-plutonowe - MNUP. Materiał rozszczepialny w nowym reaktorze będzie pluton … A uran-238, sam w sobie nierozszczepialny, zostanie napromieniowany neutronami termicznymi i zamieni się w pluton-239. Oznacza to, że reaktor Brest-300 będzie generował ciepło, energię elektryczną, a poza tym , przygotuj sobie paliwo.

Dwa ptaki z jednym kamieniem

W dzisiejszym świecie pracują 449 W budowie są pokojowe przemysłowe reaktory jądrowe i 60 kolejnych. Podczas pracy tych reaktorów, przeszłych i przyszłych, pojawia się planowany problem - zespoły wypalonego paliwa. Najpierw umieszcza się je w specjalnych kąpielach, gdzie przez kilka lat „ochładzają się”. Następnie „schłodzone” elementy paliwowe składowane są w „suchych” magazynach, gdzie gromadzone są w dużych ilościach. Zdolność do przerobu odpadowych zespołów jest kilkakrotnie mniejsza niż to konieczne. Czemu? Ponieważ jest to bardzo trudne i drogie.

Projekt Breakthrough wybuduje własny zakład przetwórstwa paliw. Jak można się domyślić, Zakład ten nie tylko zniszczy wypalone paliwo, ale rozda surowce do nowych montaży … Stare pręty paliwowe zostaną rozpuszczone w kwasie, ewentualnie siarkowym, a następnie w zakładzie, przy użyciu skomplikowanych technologii chemicznych, roztwór zostanie oddzielony pierwiastek po elemencie. To, co niepotrzebne, jest uwarunkowane i zakopane, niezbędne jest wykorzystywane. Oprócz surowców do nowego paliwa przedsiębiorstwo będzie wydobywać ze starych podzespołów najrzadsze izotopy ciężkich pierwiastków, które są poszukiwane w medycynie, nauce i przemyśle.

Nawiasem mówiąc, moc reaktora 300 megawatów nie została wybrana przypadkowo. Przy tej mocy będzie produkować tyle plutonu, ile zużyje. Ten sam reaktor o większej mocy wyprodukuje więcej paliwa niż zużyje. Tak więc po załadowaniu reaktor brzeski będzie działał jak zwykły Perpetuum Mobile. Potrzebna będzie tylko niewielka ilość zubożonego uranu. No a uran-238, jak już wspomniałem, jest w takiej ilości akumulowany przez przemysł jądrowy to będzie trwać wiecznie.

Duży rondel

- Abyś mógł sobie wyobrazić reaktor - kontynuuje Andrei Nikolaev. - To jest patelnia o wysokości 17 metrów i średnicy 26 metrów. Zostaną do niego opuszczone zespoły paliwowe. Wymiennik ciepła - będzie przez niego krążył stopiony ołów. Cały sprzęt od i tylko do produkcji rosyjskiej. Będzie to całkowicie bezpieczny reaktor z marginesem reaktywności mniejszym niż jedność. Oznacza to, że zgodnie z prawami fizyki po prostu nie ma wystarczającej reaktywności, aby przyspieszyć. Wypadki na dużą skalę na nim nie są możliwe. Ewakuacja ludności nigdy nie będzie wymagana. Ewentualna awaria, jeśli się zdarzy, nie wykroczy poza granice budowania przedsiębiorstwa. Nawet emisje do atmosfery w wyniku hipotetycznego wypadku nie wystąpią.

W reaktorze Brest-300 zostanie wprowadzone automatyczne czyszczenie chłodziwa. Płyn chłodzący nowego reaktora, czyli ołów, nigdy nie będzie wymagał wymiany. Eliminuje to kolejny problematyczny odpad tradycyjnej energetyki jądrowej - LRW.

Problemy są rozwiązywane po drodze

Autorami projektu Brest-300 są NIKIET im. Dollezhala. Pieniądze wydawane są na czas, budowa przebiega w zaplanowanym tempie, jako pierwsza ruszy fabryka paliw. Uruchomienie reaktora zaplanowano na 2024 … Następnie moduł przetwarzania paliwa zostanie ukończony. Równolegle z budową trwają prace badawczo-rozwojowe. W wyniku tych prac okresowo wprowadzane są zmiany w konstrukcji, więc ostateczny końcowy punkt czasowy nie jest określany.

Projekt brzeski ma krytyków w kręgach akademickich. To zrozumiałe, projekt wygrał konkurs, w którym wzięło udział kilka innych wybitnych instytutów. Krytycy twierdzą, że technologie stosowane w Brześciu są niedokończone. W szczególności kwestionują zastosowanie stopionego ołowiu jako nośnika ciepła i tak dalej. Nie będziemy wchodzić w szczegóły, są zbyt złożone i niejednoznaczne. Z drugiej strony, dlaczego nie mielibyśmy ufać naszym naukowcom atomowym? Wszystkie projekty, które ZSRR, a po nim Rosja realizowały w przemyśle jądrowym, wyprzedzały o krok swoje zachodnie i wschodnie odpowiedniki. Z jakiego więc powodu mamy wierzyć, że tym razem sprawy potoczą się inaczej? Wydaje mi się, że należy się po prostu cieszyć Rosatomem i TVEL-em i jednocześnie sobą, bo tak jest nasz Korporacja.