«Россия продолжает шаг за шагом использовать те уникальные преимущества, которые дают нашей отрасли мощные реакторы на быстрых нейтронах. 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?
В шаге от безотходной ядерной энергетики
разработка, испытание реакторов на быстрых нейтронах (быстрых реакторов). Физико-энергетический институт остается лидером в разработке и формировании реакторов на быстрых нейтронах. 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.
«Росатом» начал строить первый в мире атомный энергоблок с безотходным циклом
Исследуем, как работают реакторы на быстрых нейтронах и в чем заключается их преимущество в ядерной энергетике. 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. 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.
Россия сделала шаг к энергетике будущего
Это позволяет получать больше тепла и электричества, расходуя меньше топлива. Процесс получается более безопасным и контролируемым, а срок службы тепловыделяющих сборок, спрессованных на специальном заводе, фактически, из «ядерного мусора», увеличивается. Технологию натриевых реакторов пытались доработать и в США, но дальше экспериментов на отдельных реакторах дело не дошло. Его строят с 2017 года в тесном сотрудничестве с США.
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. В Японии быстрым реакторам не повезло: в 1995 году на реакторе «Мондзю» через четыре месяца после пуска произошла крупная утечка натрия.
Потом 15 лет на АЭС шел ремонт, но при перезапуске снова произошла авария. С тех пор реактор не работает. Индия имеет исследовательский быстрый реактор FTBR, но с пуском демонстрационного реактора PFBR-500 у индийцев не ладится уже много лет по причине отсутствия опыта и специалистов. Многочисленные отказы экспериментального оборудования ставят под вопрос реализацию этого проекта.
Конечно, идеальную картинку в реальном реакторе получить невозможно. Нейтроны активно захватываются ядрами других элементов, присутствующих в активной зоне: осколками деления, теплоносителем и замедлителем, стержнями управления и защиты, часть нейтронов просто вылетает из активной зоны. Поэтому в современных реакторах на легкой воде, например упомянутых ВВЭР, коэффициент размножения топлива составляет 0,5—0,7. Хотя, что интересно, нужный нам плутоний-239 в них тоже образуется, пусть и не так быстро. 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 цепной реакции деления ядер рождаются быстрые нейтроны, а в природе намного больше урана-238, ядра которого любят «горячую картошку». В теории, большинство промышленных реакторов должно работать на быстрых нейтронах и тяжелых изотопах урана. В реальности все ровно наоборот. Затем его превращают в топливо и опускают в активную зону реактора. Когда начинается реакция деления, рождаются быстрые нейтроны. Их замедляют, чтобы инициировать следующие расколы ядер. Замедлителем в современных реакторах выступает вода. Она же является теплоносителем, поэтому реакторы называются водо-водяными. Какое вещество можно сделать теплоносителем в реакторе на быстрых нейтронах и уране-238? Простая в обращении и доступная вода не подойдет: она замедлит нейтроны, и тяжелый изотоп урана откажется вступать в реакцию деления. Атомщики нашли решение — жидкие металлы: они не влияют на скорость нейтронов, зато прекрасно проводят тепло. Белоярская АЭС. Фото с сайта wikipedia. Пока во всех действующих установках используется расплавленный натрий, который активно взаимодействует с водой. Металл всплывает на ее поверхности и плавится, попутно выделяется водород, который может воспламениться.
Мировой прорыв: уникальный реактор скоро заработает в Сибири
Более того, реакторы на быстрых нейтронах позволяют реализовать замкнутый топливный цикл, поскольку «сжигается» только уран-238, после переработки (извлечения продуктов деления и добавления новых порций урана-238) топливо можно вновь загружать в реактор. Раньше в российские реакторы на быстрых нейтронах загружали обычное урановое топливо, так как на них отрабатывали натриевые технологии. Реакторы на быстрых нейтронах — более безопасные, кроме того, они способны повысить эффективность использования сырья и обращения с отходами, говорится на сайте World Nuclear Association. Выполнены запланированные исследования в обоснование безопасности многоцелевого исследовательского реактора на быстрых нейтронах МБИР и продления сроков эксплуатации БОР-60.
Россия создала нейтронный «Прорыв»
Дожигание минорных актинидов — это следующий шаг в замыкании ядерного топливного цикла, который должен не только уменьшить количество ядерных отходов, подлежащих финальной изоляции, но и значительно снизить их радиоактивность. В перспективе это дает возможность отказаться от сложного и дорогостоящего глубинного захоронения отходов», — прокомментировал старший вице-президент по научно-технической деятельности АО «ТВЭЛ» Александр Угрюмов. Она появилась в 2021 году как часть продуктового направления «Сбалансированный ядерный топливный цикл» и рассчитана до 2035 года. Программа включает задачи по выделению минорных актинидов в отдельные фракции, их промежуточное хранение, вовлечение в топливо быстрых реакторов, эксплуатацию такого топлива, послереакторные исследования и др. Еще один важный аспект — оптимизация реакторных установок для выжигания максимального количества минорных актинидов. Сбалансированный ядерный топливный цикл ЯТЦ — это продукт Госкорпорации «Росатом», основанный на инновационных практических решениях в области замыкания ядерного топливного цикла, позволяющих эффективно переработать облученное ядерное топливо и обеспечить рациональное обращение с продуктами переработки, как полезными уран, плутоний , так и направляемыми на захоронение продукты деления. Сбалансированный ЯТЦ ставит своей основной задачей принципиальное снижение объема и активности радиоактивных отходов, направляемых на захоронение.
Это первый шаг к замыканию топливного цикла.
После того как плутоний отработает, часть его сгорит, отдав энергию, а другая часть будет переработана, и из нее сделают новое топливо, которое вновь загрузят в реактор, уже в третий раз. Фактически реактор на быстрых нейтронах превратится в «перпетуум мобиле». Это будет машина по переработке всего сырьевого урана, который извлекается из земли. Уран весь будет вовлечен в производство электроэнергии. В итоге за счет такой технологии сырьевая база отечественной атомной энергетики увеличится в 100 раз.
Так, любое загрязнение, в том числе радиационное, легче заметить — шутят атомщики. Впрочем, белоярская станция одна из самых безопасных в мире. Персональные счетчики Гейгера не дадут соврать — цифры нулевые. Сама установка скрыта под этим оранжевым колпаком, а по большим трубам разогретый теплоноситель поступает в парогенераторы", — отметил корреспондент. Именно этот инновационный реактор на быстрых нейтронах стал настоящей мировой сенсацией, когда первым на планете целый год вырабатывал энергию на МОКС-топливе. Так называют радиоактивный коктейль, который образуют классические атомные станции в процессе работы. Ученые сумели превратить опасные соединения в топливо, которого хватит на тысячи лет. Ядерная реакция происходит в тепловыделяющей сборке, которая находится в активной зоне реактора.
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» начал строить первый в мире атомный энергоблок с безотходным циклом
| Росатом получил лицензию на производство ядерного топлива для «реактора будущего» | Против продаж реакторов на быстрых нейтронах резко выступает США. |
| Telegram: Contact @olegtsarov | Сообщается, что отечественные реакторы на быстрых нейтронах ранее загружались обычным урановым топливом, т. к. отрабатывали на них натриевые технологии. |
"Росатом" начнет испытания топлива для "реактора будущего" на Белоярской АЭС в 2023 году
И не факт, что вообще когда-то догонят. Технологии промышленного реактора на быстрых нейтронах невозможно воспроизвести, зная лишь физику происходящих в нём процессов. Если БН-600 является площадкой для использования некоторых экспериментальных видов топлива, то БН-800 предполагает переход к практически безотходной ядерной энергетике и возможность широкого расширения топливной базы. Предполагается, что на нём будут отработаны промышленные технологии переработки облучённого топлива и изготовление из него новых тепловыделяющих элементов технология рециклинга. Решение этих проблем позволит увеличить эффективность использования топлива в десятки раз и во столько же уменьшить количество радиоактивных отходов.
Это также позволит практически до бесконечности продлевать ресурсную базу для АЭС. Чем ещё уникален новый блок? БН-800 уникален и тем, что имеет только ему свойственный метод самозащиты. При отклонении от нормального режима работы реактор сам останавливает ядерную реакцию.
Это происходит из-за того, что в основу некоторых элементов защиты заложены естественные законы природы — к примеру, сила тяжести опустит стержни-замедлители, даже если система защиты не получит команду от человека или автоматики. В корпусе реактора отсутствует высокое давление оно всего лишь чуть выше обычного атмосферного , а сам корпус состоит из двух основного и страховочного защищённых объёмов, вложенных друг в друга по принципу матрёшки. К тому же реактор имеет интегральную компоновку: всё оборудование первого контура, подвергающееся радиационному воздействию, заключено внутрь его корпуса. В отличие от российских реакторов на тепловых нейтронах типа РБМК и ВВЭР, использующих в качестве теплоносителя воду, на БН-800 в качестве теплоносителя, как уже упоминалось, используется жидкий натрий.
Его большая теплоёмкость и большой температурный запас в течение нескольких суток не позволят реактору перегреться, даже если он останется вообще без охлаждения. В случае с водой перегрев наступает за считаные часы. Кстати, количество циркулирующего в энергоблоке жидкого натрия просто огромно — 2000 тонн, то есть примерно 45 железнодорожных цистерн. В заключение — несколько мыслей на тему высказывания президента США Обамы, что Россия — это всего лишь большая страна-бензоколонка.
Владимир Путин в октябре этого года подписал указ о приостановке соглашения с США об утилизации оружейного плутония, имея в виду два аспекта. У Америки нет энергоблоков на быстрых нейтронах и нет соответствующих технологий переработки. И возможно, никогда не будет. При подготовке статьи использованы материалы АО «Концерн Росэнергоатом».
А это, как мы знаем, тоже ядерное топливо, основа всего ядерного оружия в современном мире. В идеале на каждое разделившееся ядро урана-235 мы можем получить 1,25 ядра нового плутония-239, который чудесным образом возник прямо в реакторе из «бросового» урана-238, непригодного для обычного деления. Конечно, идеальную картинку в реальном реакторе получить невозможно. Нейтроны активно захватываются ядрами других элементов, присутствующих в активной зоне: осколками деления, теплоносителем и замедлителем, стержнями управления и защиты, часть нейтронов просто вылетает из активной зоны. Поэтому в современных реакторах на легкой воде, например упомянутых ВВЭР, коэффициент размножения топлива составляет 0,5—0,7. Хотя, что интересно, нужный нам плутоний-239 в них тоже образуется, пусть и не так быстро. 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.
В перспективе это дает возможность отказаться от сложного и дорогостоящего глубинного захоронения отходов», — прокомментировал старший вице-президент по научно-технической деятельности АО «ТВЭЛ» Александр Угрюмов. Она появилась в 2021 году как часть продуктового направления «Сбалансированный ядерный топливный цикл» и рассчитана до 2035 года. Программа включает задачи по выделению минорных актинидов в отдельные фракции, их промежуточное хранение, вовлечение в топливо быстрых реакторов, эксплуатацию такого топлива, послереакторные исследования и др. Еще один важный аспект — оптимизация реакторных установок для выжигания максимального количества минорных актинидов. Сбалансированный ядерный топливный цикл ЯТЦ — это продукт Госкорпорации «Росатом», основанный на инновационных практических решениях в области замыкания ядерного топливного цикла, позволяющих эффективно переработать облученное ядерное топливо и обеспечить рациональное обращение с продуктами переработки, как полезными уран, плутоний , так и направляемыми на захоронение продукты деления. Сбалансированный ЯТЦ ставит своей основной задачей принципиальное снижение объема и активности радиоактивных отходов, направляемых на захоронение. Сбалансированный ЯТЦ позволяет: повысить безопасность обращения с отходами ядерной энергетики и снизить экологические риски; решить проблему будущих поколений и обеспечить устойчивую модель потребления и производства; минимизировать объемы и степени опасности подлежащих захоронению отходов; повторно вовлечь ценное сырье в ЯТЦ — рециклировать ядерные материалы.
Другой вид уран-плутониевого топлива для быстрых реакторов — нитридное СНУП-топливо, оно будет использоваться в первом инновационном реакторе со свинцовым теплоносителем БРЕСТ-ОД-300 строится в Северске в рамках отраслевого проекта "Прорыв". В случае с МОКС-топливом у нас отработана вся технология производства и накапливается опыт эксплуатации БН-800 с полной загрузкой активной зоны уран-плутониевым топливом. В ходе исследований постепенно достигается все более высокая глубина выгорания ядерного топлива.
В чем проблема с ядерными отходами
- Энергоблок № 4 Белоярской АЭС полностью перешел на уран-плутониевое МОКС-топливо | Пикабу
- БН-800 — Википедия
- Навигация по записям
- Топливо для электростанций
- БН-800 — Википедия
Что даст программа "Росатома" в ближайшей перспективе?
- Всего 0,7% в природе
- Станции и проекты
- "Росатом" испытает топливо для "реактора будущего" на Белоярской АЭС - 13.12.2022, ПРАЙМ
- Что даст программа "Росатома" в ближайшей перспективе?