Rusija je napravila proboj u nuklearnoj energiji

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-16 16:06

Projekt "Proboj" - nuklearni reaktor Brest-300 u izgradnji u blizini Tomska, otvorit će novu stranicu u energetskom sektoru Zemlje. Rusija stvara prvi Perpetuum Mobile na svijetu snage 300 MW - nuklearnu elektranu sa zatvorenim gorivnim ciklusom. Projekt samorazumljivog naziva "Breakthrough" obećava energiju bez opasnosti, bez iskopavanja urana i desetljećima nadmašuje konkurenciju…

Četrdeset tri hektara teritorija, sivi monolitni zidovi, oprema koja obilato viri u nebo, dizalice i 600 radnika. Tri godine kasnije, na ovom mjestu, u zatvorenom gradu Seversk, 25 kilometara od Tomsk, počet će s radom prvi na svijetuPerpetuum Mobile snage 300 megavata je nuklearna elektrana sa zatvorenim gorivnim ciklusom i rastopljenim olovom kao rashladnom tekućinom. Poduzeće se naziva eksperimentalnim, budući da su supertehnologije za njega do sada izračunate samo na matematičkim modelima. Međutim, nakon što su ih provjerili na reaktoru koji radi, naši će nuklearni znanstvenici dobiti referentnu nuklearnu elektranu nove generacije, odvajajući se od konkurenata iz Toshibe, Areve i drugih desetljećima. Projekt koji ima samorazumljiv naziv Proboj “, Obećava energiju bez opasnostii, što je najvažnije, bez vađenja urana.

Skeptici i miroljubivi atom

Nekoliko riječi za one koji mirni atom smatraju reliktom. Potrebe čovječanstva za energijom udvostručuju se svakih 20 godina. Spaljivanjem nafte i ugljena godišnje se stvara oko pola milijarde tona sumporovog dioksida i dušikovih oksida, odnosno 70 kilograma štetnih tvari za svakog stanovnika zemlje. Korištenje nuklearnih elektrana otklanja ovaj problem. Štoviše, rezerve nafte su ograničene, i energetski intenzitet jedne tone urana-235 približno je jednak energetskom intenzitetu dva milijuna tona benzina.

Trošak je također važan. U hidroelektrani kilovat-sat električne energije košta 10-25 kopejki, ali hidroenergetski potencijal u razvijenom svijetu praktički je iscrpljen. Na stanicama ugljena ili loživog ulja - 22-40 kopecks, ali pojavljuju se problemi s okolišem. U industrijskim vjetroelektranama i solarnim elektranama - 35-150 kopecks, malo skupo, a tko jamči stalni vjetar i odsutnost oblaka. Cijena atomske energije je 20-50 kopecks, stabilna je, stvara mnogo manje ekoloških problema od spaljivanja nafte i ugljena, njen potencijal je neograničen.

Konačno se pokazalo da je ruski miroljubivi atom gotovo izvan konkurencije. Godine 2010., kada su nakon 24-godišnjeg zahlađenja mnoge zemlje ponovno htjele graditi nuklearne elektrane, naši su reaktori ispali jeftiniji i ništa lošiji od japanskih, francuskih i američkih prototipova. Štoviše, mi, za razliku od konkurenata , sve ove godine gradimo nuklearne elektrane - Rosatom je imao što pokazati potencijalnom kupcu.

Uprava državne korporacije kompetentno se riješila nastalog hendikepa. Kao rezultat toga, Westinghouse Electric je prošle godine bankrotirao. Toshiba, koja je prethodno kupila Westinghouse Electric, je na putu. Financijsko stanje Areve također nije zavidno. S druge strane, na Atomexpo-2016 došla su izaslanstva iz 52 zemlje. 20 od tih zemalja još nije imalo nuklearnu energiju. Sada će se prvi put pojaviti u Egipat, Vijetnam, Turska, Indonezija, Bangladeš - naše ruske nuklearne elektrane.

Duboki pakao

Glavni problem nuklearne energije danas je gorivo … Na zemlji postoji 6,3 milijuna tona ekonomski isplativog urana. Ako se uzme u obzir rast potrošnje, trajat će oko 50 godina. Trošak je oko 50 dolara po kilogramu rude danas, ali kako su manje profitabilna ležišta uključena u vađenje, porast će na 130 dolara po kilogramu i više. Postoje, naravno, minirane rezerve, i to ne male, ali nisu zauvijek.

Uran je teško kopati ili vrlo teško … U stijeni uranove rude ima oko 0,1-1 posto, plus ili minus. Ruda se javlja na dubini od oko kilometar. Temperature u rudnicima su iznad 60 stupnjeva Celzija. Izvađenu stijenu potrebno je otopiti u kiselini, češće u sumpornoj kiselini, kako bi se iz otopine izolirala ruda urana. U nekim se nalazištima sumporna kiselina odmah upumpava u zemlju, kako bi se kasnije mogla uzeti zajedno s otopljenim uranom. Međutim, postoje uranijske stijene koje se ne otapaju u sumpornoj kiselini …

Konačno, samo u pročišćenom uranu 0,72 posto potrebni izotop je uran-235. Isti onaj na kojem rade nuklearni reaktori. Istaknuti to je zasebna glavobolja. Uran se pretvara u plin (uranijev heksafluorid) i prolazi kroz kaskade centrifuga koje rotiraju brzinom od oko dvije tisuće okretaja u sekundi, pri čemu se laka frakcija odvaja od teške. Smetlište - uran-238, s udjelom zaostalog urana-235 od 0,2-0,3 posto, jednostavno je bačeno 50-ih godina. Ali onda su ga počeli skladištiti u obliku čvrstog uranovog fluorida u posebne posude pod vedrim nebom. Za 60 godina, zemlja se nakupila oko dva milijuna tona uranij-238 fluorida … Zašto se čuva? Zatim, taj uran-238 može postati gorivo za brze nuklearne reaktore, s kojima su nuklearni znanstvenici do sada imali težak odnos.

Ukupno je u svijetu izgrađeno 11 industrijskih reaktora na brze neutrone: tri u Njemačkoj, dva u Francuskoj, dva u Rusiji, po jedan u Kazahstanu, Japanu, Velikoj Britaniji i Sjedinjenim Državama. Jedan od njih, SNR-300 u Njemačkoj, nikada nije lansiran. Zaustavljeno je još osam. Otišla su dva radnika … Što misliš gdje? Tako je, na Beloyarsk NPP.

S jedne strane, brzi reaktori su sigurniji od konvencionalnih toplinskih reaktora. U njima nema visokog tlaka, nema opasnosti od reakcije pare i cirkonija i tako dalje. S druge strane, intenzitet neutronskih polja i temperatura u radnom području su veći, a čelik koji bi zadržao svojstva pod oba parametra je teži i skuplji za proizvodnju. Osim toga, voda se ne može koristiti kao rashladno sredstvo u brzom reaktoru. Ostaci: živa, natrij i olovo. Živa se eliminira zbog svoje visoke korozivnosti. Olovo se mora držati u rastopljenom stanju - temperatura taljenja je 327 stupnjeva. Talište natrija je 98 stupnjeva, tako da su svi brzi reaktori do sada rađeni s natrijevim rashladnim sredstvom. Ali natrij previše burno reagira s vodom. Ako je strujni krug bio oštećen… Kao što se dogodilo u japanskom reaktoru "Monju" 1995. godine. Općenito su se oni brzi pokazali preteškima.

Ne brini neće se smrznuti

"Ne brinite, olovo u našem reaktoru Brest-300 ne samo da se nikada neće stvrdnuti, već se nikada neće ohladiti ispod 350 stupnjeva", kaže za Lente.ru voditelj projekta BREST-OD-300 Andrej Nikolajev … - Za to su zaslužne posebne sheme i sustavi. Riječ je o potpuno novom projektu koji nema veze s olovno-bizmutnim reaktorima koji su bili na podmornicama. Ovdje je sve razvijeno uzimajući u obzir najnovija dostignuća, tehnologije i dostignuća. Biti će prvi brzi reaktor na svijetu hlađen olovom … Nije uzalud nazvan "Proboj". Pred vama je poduzeće budućnosti - nuklearna elektrana četvrte generacije s zatvoreno ciklus goriva.

Nisam se smio penjati na gradilište – to je tajni podatak. Nisu se smjeli ni slikati pa slike nisu moje. Izradila ih je osoba kojoj je unaprijed objašnjeno iz kojih kutova je moguće uhvatiti predmet, a iz kojih je nemoguće. Ali Andrey Nikolaev je detaljno objasnio zašto i kojim redoslijedom se grade tri elektrane Proryv i kako nuklearna elektrana može raditi bez urana.

Poduzeće će se sastojati od tri tvornice: postrojenje za proizvodnju goriva, sam reaktor i postrojenje za preradu goriva. Pogon za proizvodnju goriva proizvodit će potpuno novi sastav gorivnih elemenata, koji nije imao analoga u svijetu. Ovo je miješano nitridno uran-plutonijsko gorivo - MNUP. Fisijski materijal u novom reaktoru bit će plutonij … A uran-238, koji sam po sebi nije fisilan, bit će ozračen toplinskim neutronima i pretvoriti se u plutonij-239. Odnosno, reaktor Brest-300 će proizvoditi toplinu, električnu energiju i osim toga , pripremite gorivo za sebe.

Dvije muhe jednim udarcem

U svijetu danas rade 449 mirnih industrijskih nuklearnih reaktora i još 60 je u izgradnji. Tijekom rada ovih reaktora, prošlih i budućih, nastaje planski problem – skupovi istrošenog goriva. Prvo se stavljaju u posebne kupke, gdje se "hlade" nekoliko godina. Zatim se "ohlađeni" gorivni elementi pohranjuju u "suhe" skladišne prostore, gdje se nakupljaju u velikim količinama. Kapacitet za obradu otpadnih sklopova je nekoliko puta manji od potrebnog. Zašto? Jer je jako teško i skupo.

Projektom Proboj izgradit će se vlastiti pogon za preradu goriva. Kao što možete pogoditi, Ova tvornica neće samo uništiti izgorjelo gorivo, već će dati sirovine za nove sklopove … Stare gorivne šipke će se otopiti u kiselini, moguće sumpornoj, a zatim će se u tvornici, korištenjem složenih kemijskih tehnologija, otopina odvajati element po element. Nepotrebno se uvjetuje i zakopava, potrebno se koristi. Osim sirovina za novo gorivo, poduzeće će iz starih sklopova izvlačiti najrjeđe izotope teških elemenata koji su traženi u medicini, znanosti i industriji.

Inače, snaga reaktora od 300 megavata nije odabrana slučajno. Pri ovoj snazi proizvest će onoliko plutonija koliko i potroši. Isti reaktor veće snage će proizvesti više goriva nego što će ga potrošiti. Dakle, jednom napunjen, reaktor Brest će raditi kao obični Perpetuum Mobile. Bit će potrebna samo mala zaliha osiromašenog urana. Pa, a uran-238, kao što sam već spomenuo, nuklearna industrija akumulira u tolikoj količini to će trajati zauvijek.

Veliki lonac

- Tako da možete zamisliti reaktor - nastavlja Andrej Nikolaev. - Ovo je tava visoka 17 metara i promjera 26 metara. U nju će se spustiti sklopovi goriva. Kroz njega će cirkulirati izmjenjivač topline - rastaljeno olovo. Sva oprema iz i samo ruske proizvodnje. Bit će to potpuno siguran reaktor s marginom reaktivnosti manjom od jedinice. To jest, u skladu sa zakonima fizike, jednostavno nema dovoljno reaktivnosti za ubrzanje. Nesreće većih razmjera na njemu nisu moguće. Evakuacija stanovništva nikada neće biti potrebna. Svaki neuspjeh, ako se dogodi, neće ići izvan granica zgrade poduzeća. Čak se neće dogoditi ni emisije u atmosferu kao posljedica hipotetske nesreće.

U reaktor Brest-300 uvest će se automatsko čišćenje rashladne tekućine. Rashladnu tekućinu novog reaktora, odnosno olovo, nikada neće trebati mijenjati. Time se eliminira još jedan problematičan otpad tradicionalne nuklearne energije – LRW.

Problemi se rješavaju usput

Autori projekta Brest-300 su NIKIET nazvan po Dollezhalu. Novac je dodijeljen na vrijeme, gradnja ide planiranim tempom, prva će proraditi pogon za proizvodnju goriva. Lansiranje reaktora planirano je za 2024. godinu … Tada će modul za preradu goriva biti dovršen. Paralelno s izgradnjom nastavljaju se istraživački i razvojni radovi. Kao rezultat ovih radova, periodično se mijenjaju konstrukcije, pa se konačna krajnja vremenska točka ne imenuje.

Projekt Brest ima klevetnike u akademskim krugovima. To je i razumljivo, projekt je pobijedio na natječaju, u kojem je sudjelovalo još nekoliko eminentnijih instituta. Kritičari kažu da su tehnologije koje se koriste u Brestu nedovršene. Posebno dovode u pitanje korištenje taline olova kao nosača topline, i tako dalje i tako dalje. Nećemo ulaziti u detalje, previše su složeni i dvosmisleni. S druge strane, zašto ne bismo vjerovali našim atomskim znanstvenicima? Svi projekti koje su SSSR, a nakon njega i Rusija radili u nuklearnoj industriji, bili su korak ispred svojih zapadnih i istočnih kolega. Dakle, koji razlog imamo vjerovati da će stvari ovoga puta ispasti drugačije? Čini mi se da biste trebali biti sretni zbog Rosatoma i TVEL-a, a ujedno i zbog sebe, jer ovo je naše korporacija.