В принципе, реактор на быстрых нейтронах способен работать без дозаправки десятилетиями. Росатом ЗАМКНУЛ ЯДЕРНЫЙ ЦИКЛ! Борис Марцинкевич. Четвертый энергоблок БН-800 Белоярской АЭС после очередной загрузки инновационным МОКС-топливом выведен на 1. «Прорыв» относится к поколению так называемых реакторов на быстрых нейтронах, работающих по принципу замкнутого цикла, то есть без отходов. Блок № 4 Белоярской АЭС оснащен реактором на быстрых нейтронах БН-800 установленной электрической мощностью более 800 МВт.
В шаге от безотходной ядерной энергетики
| Россия создала нейтронный «Прорыв» | Реактор на быстрых нейтронах БН-800 Белоярской АЭС был полностью переведен на уран-плутониевое МОКС-топливо. |
| «Сделали то, что не успели в СССР». В России запущен вечный ядерный реактор | В перспективе можно обеспечить им атомную энергетику на тысячелетия вперед, сделав ее безотходной, и тогда реакторы на быстрых нейтронах станут своеобразными вечными двигателями, которые будут снабжать потребителей копеечной электроэнергией. |
| В Волгодонске отгрузили реактор на быстрых нейтронах | Начался монтаж первой в мире реакторной установки на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем — реактора четвёртого поколения БРЕСТ-ОД-300. |
| В России появился «вечный» ядерный реактор | Кроме того, реакторы на быстрых нейтронах, работая на МОКС‑топливе, способны нарабатывать плутоний, которого хватит, чтобы обеспечить себя и при необходимости другие реакторы новым топливом. |
"Росатом" надеется ввести реактор "БРЕСТ" в 2028-2029 гг
При выстраивании двухкомпонентной атомной энергетики с замыканием ядерного топливного цикла то, что не знали куда деть, становится ценнейшим сырьем – реакторы на быстрых нейтронах «питаются» тем, что остается после работы обычных реакторов. Многоцелевой быстрый реактор будущего В России в рамках комплексной программы развития атомной науки, техники и технологий активно строят МБИР — Многоцелевой научно-исследовательский реактор четвертого поколения на быстрых нейтронах. «Прорыв» относится к поколению так называемых реакторов на быстрых нейтронах, работающих по принципу замкнутого цикла, то есть без отходов.
В России появился «вечный» ядерный реактор
Таким образом, технология, которую в СССР и России разрабатывали более 70 лет, принесет максимальную пользу и сохранит мировое лидерство нашей страны в реакторах на быстрых нейтронах. Эта задача успешно решается учеными, конструкторами и проектировщиками. А с учетом того что энергоблоки с реакторами БН совместно с выработкой электрической и тепловой энергии будут производить новое топливо и минимизировать радиоактивные отходы, их эффективность оценивается еще выше. MOX — mixed oxide — это смешанное оксидное ядерное топливо, состоящее из изотопов урана и плутония.
Получается, большая часть сырья отправляется на хранение или утилизируется как радиоактивные отходы.
Использование сильфонных компенсаторов для компенсации температурных расширений трубопроводов уменьшит их протяженность. Благодаря новым техническим решениям значительно сокращена длина натриевых систем, исключены течи радиоактивного натрия и его взаимодействие с воздухом. Также проработаны решения, улучшающие экономические параметры блока. Так, благодаря изменениям в конструкции главного циркуляционного насоса второго контура, системы перегрузки, переходу от секционно-модульных на крупномодульные парогенераторы, улучшениям системы аварийного отвода тепла и холодной ловушки первого контура активной зоны снизились масса и стоимостные характеристики оборудования реакторной установки. А детальная проработка схемно-компоновочных и архитектурно-строительных решений и оптимизация генерального плана привели к сокращению строительных объемов. В итоге проектные показатели капитальных затрат на сооружение и, соответственно, себестоимость производства электроэнергии снизились, обеспечена конкурентоспособность по сравнению с перспективными блоками атомной и традиционной энергетики. Благодаря физическим особенностям активной зоны быстрого реактора для топлива можно использовать плутоний различного изотопного состава — из переработанного топлива как быстрых, так и водо-водяных реакторов, и добавлять минорые актиниды для их дожигания в реакторе , нарабатывать плутоний для новых порций топлива и востребованные изотопы. Срок службы блока с БН-1200М составляет минимум 60 лет. Как отмечает Сергей Шепелев, есть потенциал для роста до 80 лет, увеличения КИУМ — с 0,9 до 0,91, назначенного срока службы парогенераторов — с 30 до 60 лет, а также для удлинения топливной кампании.
Единственными серьезными конкурентами России в этой области сейчас являются китайцы, которые, однако, используют российское топливо с обогащенным ураном: они запустили экспериментальный реактор на быстрых нейтронах CEFR в 2011 году, а сейчас строят демонстрационный блок, который должен заработать в ближайшие годы. Первый китайский опытный реактор CEFR мощностью 65 мегаватт проектировался в 90-х годах в России, но строился китайцами самостоятельно. Пущенная в 2010 году эта установка стала для Китая своего рода полигоном, где нарабатывается понимание, каким образом строить и эксплуатировать быстрые натриевые реакторы.
Однако с 2011 года и по сей день CEFR находится в полурабочем состоянии. Не выполнена и задача перевода реактора на собственное МОКС-топливо. Отдельно насчет «вечности».
Сейчас на всех мировых АЭС, кроме Белоярской, используется уран-235, который составляет менее одного процента имеющегося в природе урана. Топлива для реакторов на быстрых нейтронах хватит человечеству более чем на три тысячи лет. Создается он в рамках росатомовского проекта «Прорыв».
Это упрощает управление и повышает энергоэффективность реактора. Конструкция БРЕСТ-300 обеспечивает так называемую естественную безопасность: на этом реакторе невозможна авария из-за неконтролируемого выброса нейтронов, приводящего к цепным реакциям, например в случае разгона реактора по мощности. Реактор такого типа с электрической мощностью 300 МВт уже начали возводить в Северске Томская область.
Вокруг него будет построен комплекс, который позволит решать задачи регенерации топлива.
На конференции был представлен широкий спектр докладов, касающихся перспектив развития технологий быстрых натриевых реакторов в России и за рубежом, нейтронной физики, теплоносителя, перспективных конструкционных материалов и оборудования. ЦАИР частного учреждения «Наука и инновации» был представлен доклад «История и перспективы развития зарубежных проектов реакторов с быстрым спектром нейтронов и натриевым теплоносителем», включающий анализ ретроспективы развития быстрых натриевых реакторов за рубежом, описание текущих зарубежных проектов реакторов типа БН и национальных программ поддержки их развития, а также результаты многокритериального сравнения данной технологии с другими инновационными реакторными системами.
"Росатом" начнет испытания топлива для "реактора будущего" на Белоярской АЭС в 2023 году
То есть в отработавшем топливе реактора на быстрых нейтронах можно добиться выхода делящегося вещества равного или большего, чем было загружено в него изначально. Именно этот инновационный реактор на быстрых нейтронах стал настоящей мировой сенсацией, когда первым на планете целый год вырабатывал энергию на МОКС-топливе. Заметим, что и быстрые нейтроны появились в Поднебесной не без участия России. использование свинцового теплоносителя, который не замедляет быстрые нейтроны.
Бесконечная энергия: «Росатом» строит первый в мире реактор с замкнутым циклом
Невольно возникает вопрос, а не отстанет Россия, ныне передовая страна со своим реактором на быстрых нейтронах БН-600, от Индии в области строительства быстрых реакторов? Рассказываем, как устроены реакторы на быстрых нейтронах и почему они могут в корне изменить наше представление об энергетике. И реактор на быстрых нейтронах немного уменьшает их количество. В чем радиоэкологические преимущества реакторов на быстрых нейтронах и почему проблема замыкания ядерного топливного цикла касается каждого?
Ученые Росатома обсудили в Обнинске будущее развитие реакторов на быстрых нейтронах
Фактически реактор на быстрых нейтронах превратится в «перпетуум мобиле». "Росатом" начал строительство уникального энергоблока с реакторной установкой на быстрых нейтронах БРЕСТ-300 по стратегическому проекту "Прорыв". Замкнутый топливный цикл с реакторами на быстрых нейтронах обеспечивает сырьевую независимость и малоотходность атомной энергетики России не только за счет максимального вовлечения в энергопроизводство урана-238 из накопленных отвалов. Новый ядерный реактор на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем должен стать демонстратором уникальной технологии – полностью замкнутого ядерного топливного цикла.
В шаге от безотходной ядерной энергетики
Еще с советских времен физики-атомщики предлагали дожигание этих элементов в реакторах процесс называется трансмутация , чтобы превращать их в изотопы с меньшим сроком жизни. С конца 2022 года реактор БН-800 работает на МОКС-топливе, то есть смеси оксидов урана и плутония, «утилизируя» последний в том числе технология подходит для переработки оружейного плутония. Сейчас же реактор БН-800 готовят к работе на экспериментальном топливе с содержанием упомянутых минорных актиноидов, что, по заявлениям Росатома, должно замкнуть ядерный топливный цикл. К тому же реакторы на быстрых нейтронах могут вовлекать в реакцию природный уран-238, что увеличивает общую долю топлива, которую можно «выжечь» в реакторе. Если эксперимент удастся, реактор БН-800 сможет питаться «отработкой» других реакторов, вторично используя ОЯТ и расширяя топливную базу для атомной энергетики. Звучит заманчиво, не так ли? Теперь слово Андрею Ожаровскому, далее — его мнение от первого лица. Первая причина, почему использование таких реакторов — это тупиковый путь: потому что это дорого. То есть они сами же признают, что мы экономически убыточны, и дальше начинается свистопляска про то, что всё это хорошо, прогрессивно и ново.
Но чтобы понять, насколько это ново, скажу так: во Франции реакторы с натриевым теплоносителем на быстрых нейтронах под названием «Феникс» и «Суперфеникс» работали, причем второй имел мощность 1200 МВт, то есть был абсолютно нормальным промышленным энергоблоком. И реакторы такого типа были отключены французами, потому что приносили убытки. Там не случилось катастроф, но такие реакторы сложно поддерживать в стабильном состоянии, поэтому они отключались, чтобы спасти Францию и мир от нового Чернобыля. И эти отключения еще больше убивали экономику процесса. То есть почти треть времени энергоблок простаивал, электроэнергию не производил... В 2021 году Андрей Ожаровский помог найти и обезвредить источник довольно мощного радиоактивного излучения на улице Труда Источник: Артем Краснов Что касается тезиса, что реактор работает на радиоактивных отходах — это, знаете, пересказ ядерной физики для третьеклассников. Главная проблема в том, что вы не можете взять ОЯТ из одного реактора и загрузить в другой так, чтобы это было безопасно. Грубо скажу: нельзя дерьмом одного человека накормить другого.
То есть можно, если сделать сначала компост, а потом вырастить на нём кабачки. И вот об этой стадии компоста атомщики умалчивают: плутоний и минорные актиноиды нужно сначала выделить из ОЯТ на очень сложном радиохимическом производстве. А где у нас такое делают? Например, на ПО «Маяк», то есть нужно или новое предприятие такого типа, или новый завод на самом «Маяке», что и опасно, и недешево. Если говорить про использование в реакторе БН-800 оксидного уран-плутониевого топлива МОКС, от английского mixed oxides , то основная проблема — в его дороговизне и экологической опасности.
В конце прошлого года известный «сливной бочок» агентство «Блумберг», которое некоторые почему-то по-прежнему называют авторитетным деловым изданием, подняло панику о российских поставках, и на этой волне Палата представителей конгресса США единогласно одобрила законопроект, запрещающий поставки урана, обогащённого в России, для американских атомных электростанций. Правда, документу ещё нужно пройти через сенат и быть подписанным президентом страны Джо Байденом. Кроме того, в США есть и другие силы, которые яростно такому проекту противятся. Это, как ни удивительно, американские атомщики.
Цены вверх Не то чтобы американские атомщики не были «патриотами», просто они понимают, что русские стабильно поставляют им качественное топливо, которое в США делать давно разучились. Любой политический запрет может привести к коллапсу, необходимости поиска альтернативных поставщиков и удорожанию, ведь на то, чтобы наладить выпуск собственного топлива, потребуются годы или десятилетия. В Европе, кстати, ситуация такая же — российский уран выведен из-под санкций, ведь некоторые АЭС, например, в Венгрии, Болгарии, Чехии, Словакии, Финляндии, из-за своей конструкции могут работать только на нашем топливе. Поэтому та же Венгрия регулярно блокирует любые попытки прикрепить уран к очередному санкционному пакету. Вся истерика, затеянная в западных СМИ и поддержанная почему-то некоторыми голосами и внутри России, пока привела лишь к тому, что цены на уран взлетели до максимума с 2007 года. Что, в общем-то, снова увеличивает нашу прибыль. Однако, помимо заработка, помимо сдерживания мировой конкуренции, у России есть и ещё более долгосрочные интересы в этой отнюдь не простой истории. Проект «Прорыв» Россия сегодня является ключевым игроком мира в строительстве атомных электростанций, добыче урана, его обогащении и утилизации. И кроме стран Запада нашими услугами и товарами пользуются и страны Азии, на которые мы весьма рассчитываем, ведь Китай и Индия весьма благосклонно относятся к ядерной энергетике и вкладывают в неё всё больше средств.
Поэтому мы не можем позволить себе прекратить поставки кому-либо из политических соображений, ровно по той же причине, по которой Запад уже второй год мнётся с ноги на ногу, но не решается конфисковать замороженные российские активы. Доверие стоит слишком дорого, а на кону в данном случае не просто миллиарды, а будущее энергетики. Вернёмся к началу нашего выпуска и двум важным новостям — о запуске в Обнинске модели самого мощного в мире ядерного реактора, а также о начале монтажа реакторной установки четвёртого поколения БРЕСТ-ОД-300 в Северске.
Президент Курчатовского института Михаил Ковальчук в своем выступлении затронул тему экологии. Как правило, это дрова, уголь, нефть, газ, и мы просто их сжигаем, — поясняет Михаил Валентинович.
Отсюда возникает вопрос декарбонизации и безуглеродной экономики и энергетики. Единственной очевидной, масштабной, технологически обоснованной является ядерная энергетика. Она уникальна по своей сути, она безуглеродна, она не сжигает кислород и не выбрасывает ничего. В этом смысле она идеально отвечает запросам современной цивилизации. У нее есть одно «но» — это ОЯТ облученное ядерное топливо.
И вот замыкание ядерного топливного цикла, возврат в природу обратно, то, что мы взяли, не нарушая, это и есть ядерная энергетика, подобная работе природы». Президент Курчатовского института признается, что запуск проекта «Прорыв» является величайшим шагом в ядерной энергетике. Я хочу всех нас поздравить с колоссальным успехом». Сегодняшняя торжественная церемония не обошлась без поздравлений от зарубежных коллег. А глава Росатома Алексей Лихачев отметил, что теперь Северск станет местом регулярных визитов специалистов, международных делегаций и внесет значимый вклад в развитие Томской области.
А это, к слову, начинка для ядерного оружия. При оптимальных условиях при делении одного ядра урана-235 можно будет получить 1,25 ядра нового оружейного плутония-239 из урана-238. Звучит фантастически. Заметим, что Российская Федерация в области подобных передовых энергетических технологий реально находится впереди планеты всей. Ни США, ни Франция, ни Япония, начав эксперименты с жидким натрием в качестве носителя в реакторах на быстрых нейтронах, так и не смогли добиться их устойчивой работы. Срок его эксплуатации продлен до 2025 года. Реактор следующего поколения БН-600 был запущен в Свердловской области в 1980 году, и он по-прежнему функционирует. Его мощность составляет 600 Мегаватт, для сравнения, у экспериментального китайского CEFR China Experimental Fast Reactor , запущенного в 2010 году, этот показатель составляет 45 Мегаватт. Самый свежий уже российский реактор на быстрых нейтронах БН-800 был запущен в строй в 2015 году на все той же Белоярской АЭС.
Помимо промышленного назначения, ядерная установка, использующая натриевый теплоноситель, послужила платформой для обкатки передовых технологий.
«Росатом» начал строить первый в мире атомный энергоблок с безотходным циклом
В конце сентября блок был полностью загружен МОКС-топливом, изготовленным на Горно-химическом комбинате в городе Железногорске Красноярского края. Главное преимущество реактора на быстрых нейтронах состоит в том, что он позволяет превращать отработавшее ядерное топливо в новое топливо для АЭС, образуя замкнутый ядерно-топливный цикл. Таким образом, атомная энергетика будущего, в создании которой лидируют российские атомщики, не будет иметь ядерных отходов. Кроме того, реактор на быстрых нейтронах позволяет использовать уран-238, запасов которого хватит более чем на три тысячи лет. Вообще-то, Россия не является пионером в создании реакторов на быстрых нейтронах, но она стала первой, кто преуспел в этом. Первым атомным реактором на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем стал американский EBR I, запущенный 20 декабря 1951 года, но к электросетям он подключен не был, энергия использовалась в основном для освещения здания, в котором находился реактор. В 1965 году реактор остановили и запустили второй такой же, но в 1994 году остановили. Владельцы АЭС США — в основном частные компании, они не видят коммерческих преимуществ в быстрых реакторах по сравнению с обычными «тепловыми». Да и тема обеспечения человечества практически вечной энергетической базой американцам не близка.
Не вышло у американцев и с военным использованием натриевых быстрых реакторов. Натрий бурно реагирует с водой и горит на воздухе, что усложняет любую аварию с утечкой теплоносителя. Поэтому после трехлетней эксплуатации единственной американской подлодки с натриевым теплоносителем USS Seawolf были сделаны отрицательные выводы о применимости такого типа реакторов в подводном флоте, на самой подлодке реактор был заменен на обычный водо-водяной, и эксперименты с использованием быстрых реакторов Пентагон прекратил. Однако из-за нескольких аварий его неоднократно останавливали, запускали снова, потом снова останавливали и окончательно заглушили в феврале 2010 года, так и не выведя на проектную мощность.
Его применение в десятки раз увеличит топливную базу атомной энергетики. Кроме того, теперь отработавшее ядерное топливо других АЭС можно вместо хранения использовать повторно, в БН-800.
Для атомщиков-радиохимиков особенно важны изотопы нептуния, америция и кюрия, поскольку именно они имеют наибольшее значение при переработке отработавшего ядерного топлива ОЯТ и обращении с радиоактивными отходами. Эти элементы обладают высокой радиоактивностью и токсичностью, выделяют много тепла, имеют большой период полураспада и являются наиболее опасными компонентами ядерных отходов.
Российским решением проблемы минорных актинидов должны стать инновационные реакторы на быстрых нейтронах. В качестве топлива эти установки могут использовать не только обогащенный природный уран, но и вторичные продукты ядерного топливного цикла — обедненный уран и плутоний. Кроме того, расчеты показали, что минорные актиниды из ОЯТ под действием быстрых нейтронов в реакторе будут делиться на осколки, представляющие собой достаточно широкий спектр радиоактивных и стабильных изотопов, но в целом их потенциальная опасность будет гораздо ниже, чем у исходных минорных актинидов. Процесс трансмутации минорных актинидов также называют дожиганием в реакторе. Внедрение МОКС-топлива позволяет многократно расширить сырьевую базу атомной энергетики за счет обедненного урана и плутония и перерабатывать облученное топливо вместо хранения.
Энергоблок БРЕСТ за счет своей конструкции, особого расположения топливных элементов, использования слабо активируемого свинцового теплоносителя позволяет получить коэффициент воспроизводства топлива гораздо выше единицы — по расчетам, до 1,2, что уже очень близко к теоретическому пределу. Основной трудностью в освоении столь привлекательного на бумаге замкнутого ядерного цикла всегда была инженерная сложность реакторов на быстрых нейтронах. Если упростить задачу до максимума, то реактор на быстрых нейтронах — это гораздо более «горячая штучка», чем стандартный энергоблок, использующий медленные, тепловые нейтроны и обычную воду в качестве теплоносителя. В реакторах на быстрых нейтронах все гораздо напряженнее — разрушительные потоки нейтронов, температуры теплоносителя, быстрота и многогранность реакций в активной зоне. Технические трудности и экономические затраты создания полномасштабной энергетики на быстрых нейтронах в историческом периоде оказались практически на порядок выше, чем таковые для обычных реакторов.
Это привело к значительному отставанию в их развитии и к тому, что пока что реакторы на быстрых нейтронах — это единичные и экспериментальные установки. Это отразилось еще на первом поколении реакторов на быстрых нейтронах, которые использовали в качестве теплоносителя жидкий натрий.