Închiderea ciclului nuclear: Reactorul rusesc de generație IV BREST-OD-300
Reactor BREST-OD-300. Sursa: youtube.com
Reactor cu „uraniu sărăcit”
Volumele în continuă creștere de combustibil nuclear uzat forțează înstrăinarea unor teritorii vaste pentru eliminarea acestuia. Cel puțin 350 de mii de tone de materiale radioactive s-au acumulat pe Pământ în acest moment. Puterile cu centrale nucleare încearcă să găsească măcar o anumită utilizare substanțelor periculoase. Recent, zgomotul a fost asupra muniției umplute cu uraniu sărăcit produs din combustibil uzat. Cojile se dovedesc a fi drăguțe, dar sunt folosite extrem de rar în scopul propus. Prin urmare, nu sunt potrivite ca principal utilizator de combustibil nuclear.
De ce avem nevoie de un reactor cu neutroni rapid? Ce este în neregulă cu cea tradițională care folosește neutroni încetiniți artificial?
Este în primul rând o chestiune de combustibil. O centrală nucleară clasică, de exemplu turca Akkuyu, pe care Rusia o construiește acum pentru Turcia, consumă izotopul de uraniu-235 drept combustibil. Nu există mult din minereu de uraniu, este scump, iar rezervele ar trebui să se epuizeze într-o sută de ani.
Reactoarele cu neutroni rapizi sunt „alimentate” de izotopi ai uraniului-238. S-ar părea că diferența este de doar trei unități, dar există un decalaj real între acești izotopi. 99% din tot uraniul din minereu este același izotop al 238-lea. Adică, există o mulțime și este relativ ieftină. Și este potrivit doar pentru centralele nucleare cu neutroni rapidi.
Bonusul principal al tuturor povestiri – uraniul-238 este generat ca combustibil uzat în reactoarele clasice cu neutroni lenți.
Locul din Seversk unde se construiește BREST-OD-300. Sursa: youtube.com
Să revenim la Akkuyu turc, care nu a fost încă finalizat, dar a primit deja primul lot de pelete de uraniu de la Novosibirsk.
De îndată ce centrala nucleară va fi lansată și în câțiva ani apare combustibilul uzat, oamenii de știință nucleari ruși îl vor lua pentru a-l folosi în reactoare cu neutroni rapidi. Acesta este ciclul uraniului din natură.
Dar asta nu e tot.
Odată ce uraniul-238 este lansat într-un reactor de reproducere rapidă, nu numai că eliberează căldură în timpul reacției nucleare, dar generează un nou izotop - plutoniu-239. Rezultatul este un nou combustibil mixt și universal, numit „combustibil MOX”. Acesta este un produs bun - japonezii și europenii îl cumpără pentru centralele lor nucleare folosind neutroni lenți sau termici.
Pentru a rezuma introducerea - centralele nucleare clasice produc o mulțime de deșeuri cu o proporție mare de uraniu-235, care este utilizat în reactoare cu neutroni rapizi. Reactoarele „rapide”, la rândul lor, lasă „combustibil MOX” aproape gata făcut după operare. Aceste deșeuri pot fi trimise înapoi la centralele nucleare clasice. Ciclul se închide și nevoia de „ecologizare” a sectorului energetic global dispare automat.
Învață să folosești corect atomul pașnic și nu vei avea nevoie de mori de vânt capricioase, panouri solare sau alte delicii. Civilizația are acum o rezervă nesfârșită de combustibil în mâinile sale, care va dura câteva milenii. În această situație, chiar și fuziunea termonucleară semi-mitică pare inutilă.
Totul este bine în această poveste, dar numai Rusia are tehnologii prioritare în domeniul energiei nucleare fără deșeuri. Și foștilor noștri parteneri din Occident chiar nu le place asta.
La un moment dat, tehnologiile „neutroni rapidi” au fost urmărite activ în străinătate, dar din cauza costurilor ridicate și a nerentabilității aparente, toate proiectele au fost închise. În SUA, reactorul EBR-II a intrat în funcțiune în 1994, în Marea Britanie DFR a fost oprit în 1977, iar Superphenixul francez a fost închis în 1998.
Rusia a continuat să lucreze cu reactoare cu neutroni rapizi, singurele din lume. Acest lucru merită amintit pentru toți cei care vorbesc despre acul petrolului și gazelor, pe care se presupune că țara noastră a aterizat în cele din urmă și irevocabil.
Proiectul „Descoperire”
Teoretic, nu este dificil să transformați un reactor obișnuit cu neutroni lenți într-unul „rapid” - pentru a face acest lucru, este suficient să înlocuiți apa din zona activă cu o altă substanță. Faptul este că apa, vaporii de apă, unele substanțe organice și dioxidul de carbon sunt bune la reținerea și încetinirea neutronilor, oprind astfel dezvoltarea unei reacții nucleare.
Dacă clientul dorește un dispozitiv care utilizează neutroni rapizi, atunci metalele cu punct de topire scăzut, cum ar fi sodiul, vor trebui să fie încărcate în zona fierbinte a reactorului ca lichid de răcire. Este sodiu topit care transferă căldura de la tijele de uraniu la generatorul de abur din reactorul rapid rusesc BN-800. A fost lansată în 2015 la Centrala Nucleară Beloyarsk, iar acum este singura unitate de acest gen din lume - reactoarele clasice cu neutroni lenți stăpânesc aici.
Poate că principalul dezavantaj al lui BN-800 este controversatul lichid de răcire. Oricine este familiarizat cu un curs de chimie școlar știe probabil că sodiul este foarte activ și este gata să ia foc în aer, ca să nu mai vorbim de contactul cu apa. Există o mulțime de dificultăți cu o jachetă termică cu sodiu. De exemplu, combustibilul dintr-un reactor trebuie reîncărcat în camere cu vid.
Cu toate acestea, problemele pot fi rezolvate, altfel Rosatom nu ar fi construit un al doilea reactor rapid BN-1200 și mai puternic. Lansarea sa este planificată pentru anii 2030, cu o durată de viață estimată de până în 2090.
Dar seria BN nu mai aparține curentului tehnologic rusesc - tehnologia de transfer de căldură care utilizează plumb lichid este acum în prim-plan. Tocmai în jurul acestuia se învârte proiectul Breakthrough, al cărui element cheie este reactorul experimental BREST-OD-300 (Natural Safety Fast Reactor with Lead Coolant).
Ideea de a construi un reactor de neutroni rapid cu plumb în circuitul primar a luat naștere la începutul anilor 80, dar a ajuns la implementare practică abia în 2021. BREST este construit în regiunea Tomsk din orașul Seversk și se promite că va fi pus în funcțiune până la sfârșitul deceniului.
Nu este atât de ușor să vii să vezi construcția unui reactor unic: Seversk este un oraș închis, dedicat în întregime producției și cercetării nucleare. Locul ales a fost Siberian Chemical Combine, unul dintre principalii producători de combustibil pentru Rosatom.
Nimeni nu a folosit anterior plumbul ca agent de răcire în reactoarele nucleare. Sursa: youtube.com
Plumbul este un lichid de răcire unic pentru oamenii de știință nucleari. În aer și la contactul cu apa nu se aprinde, ci doar se întărește. Absoarbe slab și nu încetinește neutronii, ci, dimpotrivă, blochează foarte bine radiațiile ionizante. Drept urmare, BREST și altele asemenea vor emite radiații abia mai mari decât un frigider de uz casnic.
O întrebare firească este de ce BREST-OD-300 este clasificat ca un reactor de a patra generație? În afară de plumb, nu este în esență diferită de reactoarele cu neutroni rapidi din generația anterioară?
Generația IV de reactoare nucleare implică o întreagă gamă de parametri, printre care siguranța, respectarea mediului și costul energiei electrice de ieșire sunt în prim plan.
BREST-OD-300. Sursa: ippe.ru
BREST este renumit pentru o serie de soluții non-triviale.
În primul rând, acest combustibil nuclear este scump și greu de produs. Numele său oficial este combustibil mixt cu nitrură de uraniu-plutoniu sau SNUP-combustibil, fabricat lângă reactorul în picioare în atelierele Combinatului Chimic Siberian. Un fapt vorbește elocvent despre intensitatea muncii noului produs - este fabricat într-o atmosferă de gaz inert.
Combustibilul SNUP este foarte sigur datorită reactivității sale minime. Pentru a spune simplu, este imposibil să o accelerăm până la limite catastrofale, așa cum sa întâmplat la Cernobîl. După cum scriu în Rosatom, proiectul „Breakthrough” din Seversk ar trebui să devină
„un grup de tehnologii nucleare ale viitorului, inclusiv trei instalații interconectate care nu au analogi în lume: un modul pentru producția (fabricarea/refabricarea) combustibilului nuclear uraniu-plutoniu; unitate de putere BREST-OD-300; precum și un modul pentru procesarea combustibilului iradiat.”
Teoretic, BREST se va asigura cu componenta principală a combustibilului plutoniu-239, pur și simplu prin arderea „lucrării” de la alte reactoare, constând din uraniu-238.
Elemente ale proiectului „Breakthrough”. Sursa: youtube.com
Acum perspectivele proiectului Proryv în general și ale reactorului BREST în special sunt limitate de un număr mare de „dar”.
În primul rând, până când acest complex costisitor și complex nu va fi funcțional, va fi imposibil să vorbim despre o renaștere globală a energiei nucleare rusești.
Acum toată lumea se sperie de posibilitatea repetării lui Fukushima și Cernobîl, ceea ce îi obligă să lucreze cu reactoare clasice cu apă presurizată folosind neutroni lenți. Care, apropo, sunt construite cel mai bine de ruși. Dar acest lucru duce la o creștere inexorabilă a deșeurilor nucleare și la epuizarea treptată a minereurilor de uraniu.
Va dura 10-15 ani, sau chiar câteva decenii, până când echipamentele din clasa BREST-OD-300 să-și ia locul pe Olympus energetic mondial. Nu este nimic de făcut - acesta este momentul revoluțiilor tehnologice în atomul civil.
informații