Блок № 4 Белоярской АЭС оснащен реактором на быстрых нейтронах БН-800 установленной электрической мощностью более 800 МВт. Исследуем, как работают реакторы на быстрых нейтронах и в чем заключается их преимущество в ядерной энергетике.
Бесконечная энергия: «Росатом» строит первый в мире реактор с замкнутым циклом
О реальном масштабе случившегося из-за медлительности властей и также халатности на местах общество узнало далеко не сразу. Советские СМИ не сразу сообщили о катастрофе. Первая информация о последствиях взрыва появилась в шведских СМИ после того, как над страной появилось радиоактивное облако. В отсутствии достоверной информации и внятных комментариев со стороны властей зарубежные издания стали распространять непроверенные данные, основанные на слухах. Советские газеты в ответ обвинили «определенные круги» за рубежом в попытках нагнетать обстановку. Михаил Горбачёв обратился к советским гражданам только 14 мая, спустя почти три недели после катастрофы. Кроме того, это положило начало новой эре международной кооперации по вопросам ядерной безопасности. В августе 1986 года Международное агентство по атомной энергии провело конференцию в Венне, где советские ученые проявили беспрецедентный для того времени уровень открытости, сообщив подробности инцидента, говорит Де Геер, который также присутствовал на той конференции.
После жуткой аварии в конструкцию работающих РБМК-1000 были внесены изменения: стало использоваться более обогащенное топливо, было увеличено количество управляющих стержней, введены дополнительные ингибиторы для избежания потери контроля над реактором при низких мощностях. Три оставшихся реактора Чернобыльской АЭС находились в эксплуатации до 2000 года. В Литве также оставались два РБМК, которые впоследствии были закрыты по требованию после того, как страна стала членом Европейского союза. К настоящему моменту четыре эксплуатирующихся РБМК находится в Курске, три в Смоленске и еще три в Санкт-Петербурге четвертый был закрыт в декабре 2018 года. Вряд ли можно повысить безопасность РБМК в целом до уровня, который можно ожидать от аналогичного реактора западного образца», — добавляет Эдвин Лайман. В дополнение к этому Де Геер отмечает, что эти реакторы не предусматривают наличие защитных систем полной локализации, которая имеется у реакторов западного образца. Эти системы представляют собой щиты из свинца и стали и предназначены для удержания радиоактивного газа или пара от выбросов в атмосферу в случае аварии.
Необходим более жесткий контроль Инженеры лицом к лицу сталкиваются с проблемами атомных станций и должны их преодолевать. Несмотря на потенциал последствий аварии на АЭС для всего мирового сообщества по-прежнему не существует международных соглашений, в которых было бы четко прописано, что именно можно считать «безопасной» атомной электростанцией, говорит Лайман. Он отмечает, что Конвенция о ядерной безопасности требует от стран полной прозрачности в отношении принятых мер безопасности эксплуатации АЭС и допускает экспертную оценку этих систем, но законодательно не существует никаких принудительных механизмов и санкционных мер по соблюдению этих требований. Отдельные страны имеют свои независимые регулирующие органы, однако их независимость ограничивается тем, насколько им ее обеспечивают местные органы власти, говорит Лайман. Несмотря на то, что помимо СССР никто больше не строил реакторы типа РБМК-1000, в некоторых странах предложены новые проекты реакторов, где также имеет наличие пустотный коэффициент реактивности. Например, этот принцип используется в реакторах-размножителях на быстрых нейтронах РРБН , в которых по мере роста мощности производится больше расщепляющегося материала. Подобные реакторы построены, например, в Китае, России, Индии и Японии.
Железногорск Красноярского края ФГУП «ГХК» состоялась приемка первых трех тепловыделяющих сборок с уран-плутониевым МОКС-топливом, которые в своей топливной композиции содержат не только плутоний, но и другие трансурановые элементы — америций-241 и нептуний-237. Опытные топливные кассеты будут загружены в реактор БН-800 на Белоярской АЭС весной 2024 года и пройдут опытно-промышленную эксплуатацию в течение трех микрокампаний ориентировочно полтора года. Минорные актиниды также называемые «младшие актиноиды» — это все остальные трансурановые элементы, помимо плутония, образующиеся в ядерном топливе в результате ядерных реакций во время эксплуатации в реакторе. Как и плутоний, эти элементы не встречаются в природе, а возникают только в результате трансмутации урана. 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.
Генеральный директор холдинга «Атомэнергомаш», машиностроительного дивизиона Росатома, Андрей Никипелов сообщил, что корпус самого мощного в мире многоцелевого исследовательского ядерного реактора на быстрых нейтронах МБИР проходит контрольную сборку.
Реактор планируется ввести в эксплуатацию во второй половине 2020-х годов. В ходе этой операции окончательно проверяется достижение проектных геометрических параметров всех элементов и подтверждается работоспособность реактора», — цитирует Никипелова РИА «Новости». По словам Никипелова, такие реакторы строятся раз в 50 лет и это «действительно штучный продукт». На базе МБИР планируют создать международный центр исследований, в рамках которого зарубежные участники смогут выполнять эксперименты.
Реактор планируется ввести в эксплуатацию во второй половине 2020-х годов. В ходе этой операции окончательно проверяется достижение проектных геометрических параметров всех элементов и подтверждается работоспособность реактора», — цитирует Никипелова РИА «Новости». По словам Никипелова, такие реакторы строятся раз в 50 лет и это «действительно штучный продукт». На базе МБИР планируют создать международный центр исследований, в рамках которого зарубежные участники смогут выполнять эксперименты. Строительство МБИР началось в 2015 году.
Реактор на быстрых нейтронах
- В шаге от безотходной ядерной энергетики
- Навигация по записям
- Россия сделала шаг к энергетике будущего
- «Росатом» начал строить первый в мире атомный энергоблок с безотходным циклом
- Что еще почитать
В России появился «вечный» ядерный реактор
Одна из тайн нашего чудо-реактора заключается в том, что, в качестве теплоносителя, он использует свинец. Этот металл, даже в случае попадания в «горячую зону» силовой установки, не вступает в реакцию. Соответственно, отравления окружающей среды не произойдёт. Да и заставить кипеть свинец крайне трудно. Даже если и случится внештатная ситуация, реактор остынет и надёжно законсервирует сам себя. В зарубежных «быстрых» реакторах в качестве теплоносителя используют натрий, что гораздо опаснее. Справка В России сейчас около 18 тысяч тонн радиоактивных отходов, требующих захоронения или глубокой переработки. Для сравнения, в США таких отходов 110 тысяч тонн, а всего в мире - 345 тысяч тонн. Экономика решает всё Однако, помимо безопасности, повышенной энергоотдачи и безотходности, есть у нашего «Прорыва» и ещё один козырь: с точки зрения экономики, он крайне низкозатратен.
Теперь когда прототип реактора уже создаётся, ответственные ведомства уточнили свои планы. Похоже, что в промышленных масштабах новая установка заработает в 2026 году.
В 2023 году должны быть утверждены финансовые параметры проекта и пройдены общественные слушания. Следующий шаг — одобрение Главгосэкспертизы и получение в Ростехнадзоре лицензии на размещение энергоблока.
Затем — разработка проектной документации и прочих документов и еще одна Главгосэкспертиза. Задача на 2026 год — получить лицензию на сооружение. На 2027 год запланирована заливка первого бетона, к 2030 году должно быть завершено сооружение строительных конструкций, изготовление и поставка оборудования длительного цикла изготовления. План на 2031 год — получить лицензию на эксплуатацию, физический и энергетический пуски.
Полагаю, мы готовы к коммерциализации быстрой натриевой технологии и сохранению лидирующих позиций России в этой области», — подытожил Сергей Шепелев. ТВЭЛ — топливная компания Росатома и один из крупнейших мировых поставщиков ядерного топлива. Компания обеспечивает топливом атомные электростанции в 15 странах, — это каждый шестой энергетический реактор в мире.
Всего в недрах Земли имеется около 10—14 млн тонн урана, порядка 4 млн из них уже израсходовано. По мнению экспертов, при работе только реакторов на тепловых нейтронах, которые составляют сегодня основу мировой ядерной энергетики, уже к концу нынешнего столетия запасы планетарного урана-235 окажутся исчерпанными. Следовательно, атомной энергетике, построенной на основе только этих реакторов, присущ тот же принципиальный недостаток, что и традиционной энергетике на органическом топливе — исчерпаемость топливных ресурсов. Коротко Однако существует ядерный процесс, который позволяет использовать для производства энергии подавляющую составную часть природного урана — уран-238: при захвате нейтрона уран-238 превращается в плутоний-239, который является таким же делящимся материалом, как и уран-235. При облучении плутоний-239 не только делится, но и захватывает нейтроны, в связи с чем накапливаются его другие изотопы: плутоний-240, -241, -242, такое превращение наиболее эффективно происходит в реакторе на быстрых нейтронах. Принципиально важно, что при этом возможна наработка плутония в количестве, превышающем потребности самого реактора поэтому реакторы такого типа называют размножителями. За счет этого происходит не только наработка топлива для обеспечения работающих быстрых реакторов, но и постепенное его накопление.
В связи с этим становится очевидным, что внедрение реакторов-размножителей на быстрых нейтронах является необходимым условием для развития крупномасштабной ядерной энергетики. В процессе эксплуатации реакторов на быстрых нейтронах должна быть решена важнейшая задача — создание замкнутого ядерного топливного цикла, который характеризуется повторяющимися циклами переработки отработавшего ядерного топлива и изготовления на основе выделенного плутония нового топлива. Этапы освоения быстрых натриевых реакторов Работы по быстрым реакторам были начаты в Физико-энергетическом институте с создания исследовательской базы — экспериментального реактора мощностью 5 МВт БР-5, 1958 г. В нем впервые были использованы и испытаны в работе научно-технические идеи и решения, на основе которых позднее стали развиваться быстрые реакторы большей мощности.
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 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.
Россия сделала шаг к энергетике будущего
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. В Японии быстрым реакторам не повезло: в 1995 году на реакторе «Мондзю» через четыре месяца после пуска произошла крупная утечка натрия.
Энергия от вечного двигателя. Но цель тогда у атомщиков была одна — создание атомной бомбы, мирный атом возник, по сути, как продукт побочный. Сегодня же вся мировая атомная энергетика работает над решением главной задачи — обеспечить человечество чистой, безопасной и бесконечной энергией. А российские атомщики уже готовят настоящую энергетическую революцию. О строительстве уникального энергоблока с реактором на быстрых нейтронах, о неиссякаемом источнике безопасной атомной энергии и о том, почему небольшой сибирский город Северск становится одной из мировых атомных столиц, — в материале «Ленты. Энергия без границ По словам генерального директора госкорпорации «Росатом» Алексея Лихачева, к этому историческому событию-повороту наука и практика двигались 60 лет.
Ведь идеи замыкания ядерного топливного цикла были высказаны еще советским физиком Александром Лейпунским и поддержаны академиком Курчатовым после запуска первой атомной электростанции в Обнинске.
Комплекс, в свою очередь, является частью проекта «Прорыв», главная цель которого — создание и реализация замкнутого ядерного топливного цикла, а с ним и изменение облика атомной энергетики во всем мире. Новый реактор Установка называется БРЕСТ-ОД-300 — это аббревиатура, сложенная из слов «быстрый реактор естественной безопасности со свинцовым теплоносителем, опытный демонстрационный, мощностью 300 МВт». Их начали разрабатывать в мире еще в 2000-х, они должны стать более безопасными, надежными и экономически эффективными относительно предыдущих вариантов.
Слово «быстрый» в названии означает, что ядерная реакция в установке идет при участии быстрых нейтронов. Кинетическая энергия у них выше, чем у тепловых, однако именно на основе последних сейчас работают практически все мировые АЭС. Важная особенность быстрых реакторов — способность производить больше делящихся материалов, чем потреблять. Сочетание «естественная безопасность» говорит о том, что безопасность работы реактора достигается не за счет усложнения его конструкции, а благодаря максимальному использованию законов природы и свойств материалов.
Поэтому в установках данного типа при разгерметизации первого контура исключены пожары, химические или тепловые взрывы — в отличие от схем на основе натрия, который бурно реагирует с водой и воздухом. Естественная безопасность обеспечивается и благодаря интегральной компоновке реакторной установки в тепловых моделях реактор и парогенератор разнесены в пространстве. Пространство между полостями при сооружении поэтапно заливается бетонным наполнителем», — объясняет генеральный конструктор проектного направления «Прорыв» Вадим Лемехов. Благодаря интегральной компоновке весь объем теплоносителя собран в реакторе, поэтому аварии с потерей охлаждения активной зоны невозможны.
Такие особенности установки позволили отказаться от массивной гермооболочки, ловушки расплава, большого объема обеспечивающих систем, а также дали возможность снизить класс безопасности внереакторного оборудования.
После монтажа оборудования длина корпуса реактора составит 12 метров с минимальной для таких изделий толщиной металла до 50 мм. На новом реакторе российские ученые будут испытывать инновационные материалы для создания энергетических систем четвертого поколения, уточняет газета «Волгодонская правда».
Радиационные явления в реакторных материалах обсудили в Обнинске
К тому же реакторы на быстрых нейтронах могут вовлекать в реакцию природный уран-238, что увеличивает общую долю топлива, которую можно «выжечь» в реакторе. Так, без обновления парка высокопоточных реакторов с достаточным потоком быстрых нейтронов в течение пары десятилетий ядерная наука может начать ощущать серьезную нехватку инструментария. «Прорыв» относится к поколению так называемых реакторов на быстрых нейтронах, работающих по принципу замкнутого цикла, то есть без отходов. Поскольку реакторы на быстрых нейтронах способны работать на плутонии и, таким образом, позволяют замкнуть ядерный топливный цикл, оптимальным топливом для таких установок будет уран-плутониевая смесь. Энергоблок №4 с реактором на быстрых нейтронах БН-800 (800 МВт) включен в энергосистему России и уже поставляет электроэнергию. На Белоярской АЭС после планово-предупредительного ремонта (ППР) включили в сеть энергоблок № 4 с реактором на быстрых нейтронах БН-800.
Россия запустила модель Реактора будущего или «Секрет» поставок урана в США
| К «Прорыву» добавляется реактор | 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. |
| Российские учёные вывели реактор Белоярской АЭС на номинальную мощность | Вообще-то, Россия не является пионером в создании реакторов на быстрых нейтронах, но она стала первой, кто преуспел в этом. |
| АО "ТВЭЛ" представило инновационные решения для замыкания ядерного топливного цикла | Росатом начал в Северске строительство уникального энергоблока с реактором на быстрых нейтронах БРЕСТ-ОД-300. |
| «Сделали то, что не успели в СССР». В России запущен вечный ядерный реактор | Аргументы и Факты | Рассказываем, как устроены реакторы на быстрых нейтронах и почему они могут в корне изменить наше представление об энергетике. |
| В Волгодонске отгрузили реактор на быстрых нейтронах | «Прорыв» предусматривает создание ядерных энергетических технологий нового поколения на базе замкнутого топливного цикла с использованием реакторов на быстрых нейтронах. |
Мировой прорыв: уникальный реактор скоро заработает в Сибири
В итоге, на сегодняшний день в Обнинске уже собрали модель активной зоны перспективного реактора на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем БН-1200М. Физико-энергетический институт остается лидером в разработке и формировании реакторов на быстрых нейтронах. В отличие от водо-водяных энергетических реакторов (ВВЭР), реактор на быстрых нейтронах в качестве теплоносителя использует не воду, а жидкий металл, в данном случае — натрий.
К «Прорыву» добавляется реактор
Так, без обновления парка высокопоточных реакторов с достаточным потоком быстрых нейтронов в течение пары десятилетий ядерная наука может начать ощущать серьезную нехватку инструментария. Реактор четвертого поколения на быстрых нейтронах даст дополнительный импульс развитию отрасли. «Росатом» начал возводить в Томской области уникальный реактор на быстрых нейтронах.
Атомные реакторы нового поколения
- В Волгодонске отгрузили реактор на быстрых нейтронах
- Топливо для электростанций
- Навигация по записям
- Росатом делает значительный шаг вперед в трансмутации отходов уранового топлива
- Российские атомщики совершили «Прорыв» за всё человечество
Атомный феникс для вечного двигателя
Новый перспективный отечественный реактор БРЕСТ на быстрых нейтронах решает одновременно множество проблем. Но картина решительно меняется при рассмотрении широкомасштабного внедрения ядерных реакторов на быстрых нейтронах и замыкании топливного цикла. "Росатом" начал строительство уникального энергоблока с реакторной установкой на быстрых нейтронах БРЕСТ-300 по стратегическому проекту "Прорыв". Ранее ядерные реакторы в России, работающие на быстрых нейтронах, загружались обычным урановым топливом, поскольку работали по обыкновенным натриевым технологиям, сообщает 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.