Rusija je naredila preboj na področju jedrske energije

2024 Avtor: Seth Attwood | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-16 16:16

Projekt "Preboj" - jedrski reaktor Brest-300 v gradnji blizu Tomska bo odprl novo stran v energetskem sektorju Zemlje. Rusija ustvarja prvo na svetu Perpetuum Mobile z zmogljivostjo 300 MW - jedrsko elektrarno z zaprtim gorivnim ciklom. Projekt s samorazumljivim imenom "Preboj" obljublja energijo brez nevarnosti, brez rudarjenja urana in desetletja prehiteva tekmece …

Triinštirideset hektarjev ozemlja, sive monolitne stene, oprema, ki obilno štrli v nebo, žerjavi in 600 delavcev. Tri leta pozneje na tem mestu, v zaprtem mestu Seversk, 25 kilometrov od Tomsk, bo začel delovati prvi na svetuPerpetuum Mobile z zmogljivostjo 300 megavatov je jedrska elektrarna z zaprtim gorivnim ciklom in staljenim svincem kot hladilno tekočino. Podjetje se imenuje eksperimentalno, saj so supertehnologije zanj doslej izračunane le na podlagi matematičnih modelov. Ko pa so jih preverili na delujočem reaktorju, bodo naši jedrski znanstveniki prejeli referenčno jedrsko elektrarno nove generacije, desetletja odmik od konkurentov iz Toshibe, Areve in drugih. Projekt, ki ima samoumevno ime Preboj «, Obljublja energijo brez nevarnostiin kar je najpomembneje, brez rudarjenja urana.

Skeptiki in miroljubni atom

Nekaj besed za tiste, ki menijo, da je miroljubni atom relikvija. Potreba človeštva po energiji se podvoji vsakih 20 let. Zgorevanje nafte in premoga povzroči letno tvorbo približno pol milijarde ton žveplovega dioksida in dušikovih oksidov, torej 70 kilogramov škodljivih snovi na vsakega prebivalca zemlje. Uporaba jedrskih elektrarn odpravlja ta problem. Poleg tega so rezerve nafte omejene in energetska intenzivnost ene tone urana-235 je približno enaka energetski intenzivnosti dveh milijonov ton bencina.

Pomemben je tudi strošek. V hidroelektrarni kilovatna ura električne energije stane 10-25 kopekov, vendar je hidroenergetski potencial v razvitem svetu praktično izčrpan. Na postajah za premog ali kurilno olje - 22-40 kopecks, vendar se pojavijo okoljski problemi. V industrijskih vetrnih in sončnih elektrarnah - 35-150 kopekov, malo dražje, in ki zagotavlja stalen veter in odsotnost oblakov. Cena atomske energije je 20-50 kopekov, je stabilna, ustvarja veliko manj okoljskih težav kot kurjenje nafte in premoga, njen potencial je neomejen.

Končno se je izkazalo, da je ruski miroljubni atom skoraj izven konkurence. Leta 2010, ko so po 24-letnem hladnem času številne države znova želele graditi jedrske elektrarne, so se naši reaktorji izkazali za cenejši in nič slabši od japonskih, francoskih in ameriških prototipov. Poleg tega smo za razliko od konkurentov , vsa ta leta smo gradili jedrske elektrarne - Rosatom je imel kaj pokazati potencialni stranki.

Vodstvo državne korporacije je kompetentno rešilo posledično oviro. Zaradi tega je Westinghouse Electric lani bankrotirala. Toshiba, ki je pred tem kupila Westinghouse Electric, je na poti. Tudi finančno stanje Areve ni zavidljivo. Po drugi strani pa so na Atomexpo-2016 prišle delegacije iz 52 držav. 20 od teh držav še ni imelo jedrske energije. Zdaj se bodo prvič pojavili v Egipt, Vietnam, Turčija, Indonezija, Bangladeš - naše ruske jedrske elektrarne.

Globok pekel

Glavni problem jedrske energije danes je gorivo … Na zemlji je 6,3 milijona ton ekonomsko obnovljivega urana. Če upoštevamo rast porabe, bo ta trajala približno 50 let. Stroški danes znašajo približno 50 dolarjev na kilogram rude, a ker so pri pridobivanju vključena manj donosna nahajališča, se bo povzpela na 130 dolarjev na kilogram in več. Obstajajo seveda izkopane rezerve in ne majhne, vendar niso večne.

Uran je težko pridobivati oz zelo težko … V kamnini uranove rude je približno 0,1-1 odstotek, plus ali minus. Ruda se nahaja na globini približno kilometra. Temperature v rudnikih so nad 60 stopinj Celzija. Ekstrahirano kamnino je treba raztopiti v kislini, pogosteje v žveplovi kislini, da izoliramo uranovo rudo iz raztopine. V nekaterih nahajališčih se žveplova kislina takoj prečrpa v zemljo, da jo kasneje lahko vzamemo skupaj z raztopljenim uranom. Vendar pa obstajajo uranove kamnine, ki se ne raztopijo v žveplovi kislini …

Končno samo v prečiščenem uranu 0,72 odstotka zahtevani izotop je uran-235. Isti, na katerem delujejo jedrski reaktorji. Poudariti je treba ločen glavobol. Uran se pretvori v plin (uranov heksafluorid) in prehaja skozi kaskade centrifug, ki se vrtijo s hitrostjo okoli dva tisoč vrtljajev na sekundo, kjer se lahka frakcija loči od težke. Odlagališče - uran-238, z vsebnostjo ostanka urana-235 0,2-0,3 odstotka, so v 50. letih preprosto zavrgli. Potem pa so ga začeli skladiščiti v obliki trdnega uranovega fluorida v posebnih posodah pod odprtim nebom. Za 60 let se je zemlja nabrala približno dva milijona ton uran-238 fluorida … Zakaj se hrani? Potem lahko ta uran-238 postane gorivo za hitre jedrske reaktorje, s katerimi so imeli jedrski znanstveniki do zdaj težaven odnos.

Skupno je bilo na svetu zgrajenih 11 industrijskih hitrih nevtronskih reaktorjev: trije v Nemčiji, dva v Franciji, dva v Rusiji, po en v Kazahstanu, na Japonskem, v Veliki Britaniji in ZDA. Eden od njih, SNR-300 v Nemčiji, ni bil nikoli izstreljen. Še osem je ustavljenih. Dva delavca sta odšla … Kje mislite? Tako je, naprej NEK Beloyarsk.

Po eni strani so hitri reaktorji varnejši od običajnih toplotnih reaktorjev. V njih ni visokega tlaka, ni nevarnosti parne cirkonijeve reakcije itd. Po drugi strani pa je intenzivnost nevtronskih polj in temperatura v delovnem območju višja, jeklo, ki bi ob obeh parametrih ohranilo svoje lastnosti, je težje in dražje za izdelavo. Poleg tega vode ni mogoče uporabiti kot hladilno sredstvo v hitrem reaktorju. Ostanki: živo srebro, natrij in svinec. Živo srebro se izloči zaradi visoke korozivnosti. Svinec je treba hraniti v staljenem stanju - temperatura taljenja je 327 stopinj. Tališče natrija je 98 stopinj, zato so bili vsi hitri reaktorji doslej izdelani z natrijevim hladilnim sredstvom. Toda natrij preveč burno reagira z vodo. Če je bil tokokrog poškodovan … Kot se je zgodilo v japonskem reaktorju "Monju" leta 1995. Na splošno so se hitri izkazali za pretežke.

Brez skrbi, ne bo zmrznilo

"Ne skrbite, svinec v našem reaktorju Brest-300 se ne le nikoli ne bo strdil, ampak se ne bo nikoli ohladil pod 350 stopinj," je za Lente.ru povedal vodja projekta BREST-OD-300. Andrej Nikolajev … - Za to so odgovorne posebne sheme in sistemi. Gre za povsem nov projekt, ki nima nobene zveze s svinčevo-bizmutnimi reaktorji, ki so bili na podmornicah. Vse tukaj je bilo razvito ob upoštevanju najnovejših dosežkov, tehnologij in dosežkov. Bo prvi na svetu s svincem hlajen hitri reaktor … Ni zaman, da se imenuje "Preboj". Pred vami je podjetje prihodnosti - jedrska elektrarna četrte generacije z zaprto gorivnega cikla.

Nisem smel plezati na gradbišču - to je tajni podatek. Tudi slikati niso smeli, tako da slike niso moje. Izdelala jih je oseba, ki ji je bilo vnaprej razloženo, iz katerih zornih kotov je mogoče zajeti predmet, iz katerih pa nemogoče. Toda Andrey Nikolaev je podrobno pojasnil, zakaj in v kakšnem vrstnem redu se gradijo tri elektrarne Proryv in kako jedrska elektrarna lahko deluje brez urana.

Podjetje bo sestavljeno iz tri tovarne: obrat za proizvodnjo goriva, sam reaktor in obrat za predelavo goriva. V obratu za proizvodnjo goriva bodo izdelovali popolnoma novo sestavo gorivnih elementov, ki ni imela analoga na svetu. To je mešano nitridno uran-plutonijevo gorivo - MNUP. Cepljivi material v novem reaktorju bo plutonij … In uran-238, ki sam po sebi ni cepljiv, bo obsovan s toplotnimi nevtroni in se spremeni v plutonij-239. Se pravi, reaktor Brest-300 bo proizvajal toploto, električno energijo in poleg tega , si pripravite gorivo.

Dve muhi na en mah

V današnjem svetu delajo 449 miroljubnih industrijskih jedrskih reaktorjev in še 60 je v gradnji. Med obratovanjem teh reaktorjev, preteklih in prihodnjih, se pojavlja načrtovana težava – sklopi izrabljenega goriva. Najprej jih damo v posebne kopeli, kjer se nekaj let "hladijo". Nato se "hlajeni" gorivni elementi skladiščijo v "suhih" skladiščih, kjer se kopičijo v velikih količinah. Zmogljivost za predelavo odpadnih sklopov je nekajkrat manjša od potrebne. zakaj? Ker je zelo težko in drago.

Projekt Preboj bo zgradil lastno tovarno za predelavo goriva. Kot morda ugibate, Ta obrat ne bo samo uničil izgoreloga goriva, ampak bo dal surovine za nove sklope … Stare gorivne palice bodo raztopili v kislini, morda žveplovi, nato pa bodo v tovarni s kompleksnimi kemičnimi tehnologijami raztopino ločili element za elementom. Nepotrebno je pogojeno in zakopano, potrebno se uporablja. Poleg surovin za novo gorivo bo podjetje iz starih sklopov pridobivalo najredkejše izotope težkih elementov, ki so povpraševani v medicini, znanosti in industriji.

Mimogrede, moč reaktorja 300 megavatov ni bila izbrana po naključju. Pri tej moči bo proizvedel toliko plutonija, kot ga porabi. Isti reaktor z večjo močjo bo proizvedel več goriva, kot ga bo porabil. Tako bo reaktor Brest, ko bo naložen, deloval kot navaden Perpetuum Mobile. Potrebna bo le majhna zaloga osiromašenega urana. No, in uran-238, kot sem že omenil, jedrska industrija kopiči v tolikšni količini to bo trajalo večno.

Velika ponev

- Tako, da si lahko predstavljate reaktor, - nadaljuje Andrej Nikolaev. - To je ponev, visoka 17 metrov in premera 26 metrov. Vanj bodo spuščeni gorivni sklopi. Skozi njega bo krožil toplotni izmenjevalec - staljen svinec. Vsa oprema iz in samo ruske proizvodnje. To bo popolnoma varen reaktor z mejo reaktivnosti, manjšo od enote. To pomeni, da v skladu z zakoni fizike preprosto nima dovolj reaktivnosti za pospeševanje. Večje nesreče na njem niso možne. Evakuacija prebivalstva ne bo nikoli potrebna. Vsaka napaka, če se zgodi, ne bo presegla meja zgradbe podjetja. Tudi emisij v ozračje kot posledica hipotetične nesreče ne bo prišlo.

Avtomatsko čiščenje hladilne tekočine bo uvedeno v reaktorju Brest-300. Hladilne tekočine novega reaktorja, to je svinca, nikoli ne bo treba zamenjati. S tem se odpravi še en problematični odpadek tradicionalne jedrske energije – LRW.

Težave se rešujejo na poti

Avtorji projekta Brest-300 so NIKIET po imenu Dollezhal. Denar je dodeljen pravočasno, gradnja poteka po načrtovanem tempu, prva bo začela obratovati obrat za proizvodnjo goriva. Izstrelitev reaktorja je načrtovana za leto 2024 … Nato bo modul za predelavo goriva dokončan. Vzporedno z gradnjo se nadaljujejo R&R dela. Zaradi teh del se periodično spreminjajo konstrukcije, tako da končna končna časovna točka ni imenovana.

Projekt Brest ima nasprotnike v akademskih krogih. To je razumljivo, projekt je zmagal na natečaju, v katerem je sodelovalo več uglednih inštitutov. Kritiki pravijo, da so tehnologije, ki se uporabljajo v Brestu, nedokončane. Zlasti dvomijo o uporabi svinčene taline kot toplotnega nosilca itd. in tako naprej. Ne bomo se spuščali v podrobnosti, preveč so zapletene in dvoumne. Po drugi strani, zakaj ne bi zaupali našim atomskim znanstvenikom? Vsi projekti, ki so jih v jedrski industriji izvajali ZSSR in za njo Rusija, so bili korak pred svojimi zahodnimi in vzhodnimi kolegi. Kakšni so torej razlogi, da verjamemo, da se bodo stvari tokrat obrnile drugače? Zdi se mi, da bi morali biti le veseli za Rosatom in TVEL ter hkrati zase, ker je to naše družba.