Ryssland fick ett genombrott inom kärnkraften

2024 Författare: Seth Attwood | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-16 16:17

"Breakthrough"-projektet - kärnreaktorn Brest-300 under uppbyggnad nära Tomsk, kommer att öppna en ny sida i jordens energisektor. Ryssland skapar världens första Perpetuum Mobile med en kapacitet på 300 MW – ett kärnkraftverk med en sluten bränslecykel. Projektet med det självförklarande namnet "Breakthrough" lovar energi utan fara, utan uranbrytning och överträffar konkurrenterna i årtionden …

Fyrtiotre hektar av territorium, grå monolitiska väggar, beslag som rikligt sticker ut i himlen, kranar och 600 arbetare. Tre år senare, på denna plats, i en sluten stad Seversk, 25 kilometer från Tomsk, kommer att börja arbeta den första i världenPerpetuum Mobile med en kapacitet på 300 megawatt är ett kärnkraftverk med en sluten bränslecykel och smält bly som kylmedel. Företaget kallas ett experimentellt, eftersom superteknologierna för det hittills endast beräknas på matematiska modeller. Men efter att ha kontrollerat dem på en fungerande reaktor kommer våra kärnkraftsforskare att få ett referenskärnkraftverk av en ny generation, bryta sig loss från konkurrenter från Toshiba, Areva och andra i decennier. Projektet, som har ett självförklarande namn " Genombrott", lovar energi utan faraoch viktigast av allt, utan uranbrytning.

Skeptiker och den fredliga atomen

Några ord för dem som anser att den fridfulla atomen är en relik. Mänsklighetens behov av energi fördubblas vart 20:e år. Förbränning av olja och kol leder till att det årligen bildas cirka en halv miljard ton svaveldioxid och kväveoxider, det vill säga 70 kilo skadliga ämnen för varje invånare på jorden. Användningen av kärnkraftverk undanröjer detta problem. Dessutom är oljereserverna begränsade, och energiintensiteten för ett ton uran-235 är ungefär lika med energiintensiteten för två miljoner ton bensin.

Kostnaden är också viktig. Vid ett vattenkraftverk kostar en kilowattimme el 10-25 kopek, men vattenkraftspotentialen i den utvecklade världen är praktiskt taget uttömd. Vid kol- eller eldningsoljestationer - 22-40 kopek, men miljöproblem uppstår. Vid industriella vind- och solkraftverk - 35-150 kopek, lite dyrt, och vem garanterar konstant vind och frånvaro av moln. Den primära kostnaden för atomenergi är 20-50 kopek, den är stabil, skapar mycket mindre miljöproblem än att bränna olja och kol, dess potential är obegränsad.

Slutligen visade sig den ryska fredliga atomen nästan vara ur konkurrens. År 2010, när många länder efter en 24-årig köldknäck igen ville bygga kärnkraftverk, visade sig våra reaktorer vara billigare och inte sämre än japanska, franska och amerikanska prototyper. Dessutom, vi, till skillnad från konkurrenter , alla dessa år har vi byggt kärnkraftverk – Rosatom hade något att visa för en potentiell kund.

Ledningen för det statliga företaget disponerade på ett kompetent sätt det resulterande handikappet. Som ett resultat gick Westinghouse Electric i konkurs förra året. Toshiba, som tidigare köpt ut Westinghouse Electric, är på väg. Arevas ekonomiska ställning är inte heller avundsvärd. Å andra sidan kom delegationer från 52 länder till Atomexpo-2016. 20 av dessa länder har ännu inte haft kärnkraft. De kommer nu att dyka upp för första gången i Egypten, Vietnam, Turkiet, Indonesien, Bangladesh - våra ryska kärnkraftverk.

Djupt helvete

Det största problemet med kärnkraft idag är bränsle … Det finns 6, 3 miljoner ton ekonomiskt utvinningsbart uran på jorden. Om man räknar med konsumtionstillväxt kommer den att hålla i cirka 50 år. Kostnaden är cirka 50 dollar per kilogram malm idag, men eftersom mindre lönsamma fyndigheter är inblandade i utvinningen kommer den att stiga till 130 dollar per kilogram och mer. Det finns förstås minerade reserver, och inte små, men de är inte för alltid.

Uran är svårt att bryta eller väldigt hårt … I berget av uranmalm finns ca 0,1-1 procent, plus eller minus. Malm förekommer på cirka en kilometers djup. Temperaturerna i gruvorna är över 60 grader Celsius. Det utvunna berget måste lösas i syra, oftare svavelsyra, för att isolera uranmalm från lösningen. I vissa avlagringar pumpas svavelsyra omedelbart ner i marken, så att den senare kan tas tillsammans med det lösta uranet. Men det finns uranbergarter som inte löser sig i svavelsyra …

Slutligen, endast i renat uran 0,72 procent den erforderliga isotopen är uran-235. Samma som kärnreaktorer fungerar på. För att markera det är en separat huvudvärk. Uran omvandlas till gas (uranhexafluorid) och passerar genom kaskader av centrifuger som roterar med en hastighet av cirka två tusen varv per sekund, där den lätta fraktionen separeras från den tunga. Soptippen - uran-238, med en resthalt av uran-235 på 0,2-0,3 procent, slängdes helt enkelt på 50-talet. Men sedan började de lagra det i form av fast uranfluorid i speciella behållare under bar himmel. I 60 år har jorden ackumulerats ca två miljoner ton uran-238-fluorid … Varför hålls den? Då kan det uran-238 bli bränsle för snabba kärnreaktorer, som kärnkraftsforskare hittills har haft en svår relation med.

Totalt byggdes 11 industriella snabba neutronreaktorer i världen: tre i Tyskland, två i Frankrike, två i Ryssland, en vardera i Kazakstan, Japan, Storbritannien och USA. En av dem, SNR-300 i Tyskland, lanserades aldrig. Åtta till stoppas. Två arbetare lämnade … Vart tror du? Det stämmer, på Belojarsk kärnkraftverk.

Å ena sidan är snabba reaktorer säkrare än konventionella termiska reaktorer. Det finns inget högt tryck i dem, det finns ingen risk för en ång-zirkoniumreaktion och så vidare. Å andra sidan är intensiteten i neutronfälten och temperaturen i arbetsområdet högre, stål, som skulle behålla sina egenskaper under båda parametrarna, är svårare och dyrare att tillverka. Dessutom kan vatten inte användas som kylvätska i en snabb reaktor. Rester: kvicksilver, natrium och bly. Kvicksilver elimineras på grund av dess höga korrosivitet. Bly måste hållas i smält tillstånd - smälttemperaturen är 327 grader. Smältpunkten för natrium är 98 grader, så alla snabba reaktorer har hittills tillverkats med en natriumkylvätska. Men natrium reagerar för våldsamt med vatten. Om kretsen var skadad … Som det hände vid den japanska reaktorn "Monju" 1995. Generellt sett visade sig de snabba vara för svåra.

Oroa dig inte kommer inte att frysa

"Oroa dig inte, ledningen i vår Brest-300-reaktor kommer inte bara aldrig att stelna, utan den kommer aldrig att svalna under 350 grader", säger chefen för BREST-OD-300-projektet till Lente.ru Andrey Nikolaev … – Särskilda upplägg och system ansvarar för detta. Det här är ett helt nytt projekt som inte har något att göra med bly-vismut-reaktorerna som fanns på ubåtarna. Allt här har utvecklats med hänsyn till den senaste utvecklingen, teknologierna och prestationerna. Det kommer att vara världens första blykylda snabba reaktor … Det är inte för inte som det kallas "Genombrott". Innan du är ett framtidsföretag - ett fjärde generationens kärnkraftverk med stängd bränslecykeln.

Jag fick inte klättra på byggarbetsplatsen - det här är en hemligstämplad uppgift. De fick inte ta bilder heller, så bilderna är inte mina. De gjordes av en person som förklarades i förväg från vilka vinklar det är möjligt att fånga ett föremål, och från vilka vinklar är det omöjligt. Men Andrey Nikolaev förklarade i detalj varför och i vilken ordning de tre Proryv-verken byggs och hur ett kärnkraftverk kan arbeta utan uran.

Företaget kommer att bestå av tre fabriker: bränsleproduktionsanläggning, själva reaktorn och bränsleupparbetningsanläggning. Bränsleproduktionsanläggningen kommer att tillverka en helt ny sammansättning av bränsleelement, som inte hade någon analog i världen. Detta är ett blandat nitrid-uran-plutoniumbränsle - MNUP. Det klyvbara materialet i den nya reaktorn kommer att vara plutonium … Och uran-238, som i sig inte är klyvbart, kommer att bestrålas med termiska neutroner och förvandlas till plutonium-239. Det vill säga, Brest-300-reaktorn kommer att generera värme, elektricitet och därtill , förbered bränsle åt dig själv.

Två flugor i en smäll

I världen idag arbetar 449 fredliga industriella kärnreaktorer och 60 fler är under uppbyggnad. Under driften av dessa reaktorer, tidigare och framtida, uppstår ett planerat problem - förbrukade bränslepatroner. Först läggs de i speciella bad, där de "svalnar" i flera år. Sedan lagras de "kylda" bränsleelementen i "torra" lagringsanläggningar, där de ackumuleras i stora mängder. Kapaciteten att behandla avfallsenheter är flera gånger mindre än nödvändigt. Varför? För det är väldigt svårt och dyrt.

Genombrottsprojektet kommer att bygga en egen bränslebearbetningsanläggning. Som du kanske gissar, Denna anläggning kommer inte bara att förstöra utbränt bränsle, utan också ge ut råmaterial till nya sammansättningar … De gamla bränslestavarna kommer att lösas i syra, eventuellt svavelsyra, och sedan vid anläggningen, med hjälp av komplexa kemiska tekniker, kommer lösningen att separeras element för element. Det onödiga betingas och begravs, det nödvändiga används. Förutom råvaror för det nya bränslet kommer företaget att extrahera från gamla sammansättningar de mest sällsynta isotoper av tunga grundämnen som efterfrågas inom medicin, vetenskap och industri.

Förresten, reaktoreffekten på 300 megawatt valdes inte av en slump. Vid denna effekt kommer den att producera lika mycket plutonium som den förbrukar. Samma reaktor med högre effekt kommer att producera mer bränsle än den kommer att förbruka. Så när den väl är laddad kommer Brest-reaktorn att fungera som en vanlig Perpetuum Mobile. Endast en liten mängd utarmat uran kommer att krävas. Tja, och uran-238, som jag redan har nämnt, ackumuleras av kärnkraftsindustrin i en sådan mängd som kommer att vara för evigt.

Stor kastrull

– Så att man kan tänka sig en reaktor, – fortsätter Andrei Nikolaev. – Det här är en panna 17 meter hög och 26 meter i diameter. Bränslepatroner kommer att sänkas ner i den. En värmeväxlare - smält bly kommer att cirkulera genom den. All utrustning från och till endast rysk produktion. Det blir en helt säker reaktor med en reaktivitetsmarginal på mindre än en. Det vill säga, i enlighet med fysikens lagar har den helt enkelt inte tillräckligt med reaktivitet för att accelerera. Storskaliga olyckor på den är inte möjliga. Evakuering av befolkningen kommer aldrig att krävas. Eventuella misslyckanden, om det inträffar, kommer inte att gå utanför företagsbyggnadens gränser. Även utsläpp till atmosfären till följd av en hypotetisk olycka kommer inte att inträffa.

Automatisk rengöring av kylvätskan kommer att införas i Brest-300-reaktorn. Kylvätskan i den nya reaktorn, det vill säga bly, kommer aldrig att behöva bytas ut. Detta eliminerar ett annat problematiskt slöseri med traditionell kärnkraft - LRW.

Problem löses längs vägen

Författarna till Brest-300-projektet är NIKIET uppkallad efter Dollezhal. Pengarna tilldelas i tid, bygget fortskrider i planerad takt, bränsletillverkningsanläggningen kommer att vara den första att börja fungera. Lanseringen av reaktorn är planerad till 2024 … Därefter kommer bränsleupparbetningsmodulen att vara klar. Parallellt med byggandet fortsätter FoU-arbetet. Som ett resultat av dessa arbeten görs periodiska förändringar av konstruktionen, så den slutliga tidpunkten anges inte.

Brest-projektet har belackare i akademiska kretsar. Detta är förståeligt, projektet vann tävlingen, där flera mer framstående institut deltog. Kritiker säger att teknikerna som används i Brest är ofullbordade. I synnerhet ifrågasätter de användningen av blysmälta som värmebärare, och så vidare och så vidare. Vi kommer inte att gå in på detaljer, de är för komplexa och tvetydiga. Å andra sidan, varför skulle vi inte lita på våra atomforskare? Alla projekt som Sovjetunionen, och efter det Ryssland gjorde inom kärnkraftsindustrin, var ett steg före sina västerländska och östliga motsvarigheter. Så vilken anledning har vi att tro att saker och ting kommer att bli annorlunda den här gången? Det verkar för mig att du bara ska vara glad för Rosatom och TVEL och samtidigt för dig själv, för det här är vår företag.