Rusija je napravila proboj u nuklearnoj energiji

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-16 15:59

Projekat "Proboj" - nuklearni reaktor Brest-300 u izgradnji u blizini Tomska, otvoriće novu stranicu u energetskom sektoru Zemlje. Rusija stvara prvu na svijetu Perpetuum Mobile snage 300 MW - nuklearnu elektranu sa zatvorenim gorivnim ciklusom. Projekat samorazumljivog naziva "Proboj" obećava energiju bez opasnosti, bez iskopavanja uranijuma i decenijama nadmašuje konkurenciju…

Četrdeset tri hektara teritorije, sivi monolitni zidovi, oprema koja obilato viri u nebo, dizalice i 600 radnika. Tri godine kasnije, na ovom mestu, u zatvorenom gradu Seversk, 25 kilometara od Tomsk, počeće sa radom prvi na svijetuPerpetuum Mobile snage 300 megavata je nuklearna elektrana sa zatvorenim gorivnim ciklusom i rastopljenim olovom kao rashladnim sredstvom. Preduzeće se naziva eksperimentalnim, jer su supertehnologije za njega do sada izračunate samo na matematičkim modelima. Međutim, nakon što su ih provjerili na reaktoru koji radi, naši nuklearni naučnici će dobiti referentnu nuklearnu elektranu nove generacije, odvajanje od konkurenata iz Toshibe, Areve i drugih decenijama. Projekat koji ima samoobjašnjavajući naziv Proboj “, Obećava energiju bez opasnostii, što je najvažnije, bez eksploatacije uranijuma.

Skeptici i mirni atom

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

Trošak je takođe važan. U hidroelektrani kilovat-sat struje košta 10-25 kopejki, ali hidroenergetski potencijal u razvijenom svijetu je praktički iscrpljen. Na stanicama za ugalj ili mazut - 22-40 kopejki, ali se javljaju problemi s okolišem. U industrijskim vjetroelektranama i solarnim elektranama - 35-150 kopejki, malo skuplje, a koji garantuje konstantan vjetar i odsustvo oblaka. Cena atomske energije je 20-50 kopejki, stabilna je, stvara mnogo manje ekoloških problema od sagorevanja nafte i uglja, njen potencijal je neograničen.

Konačno, ispostavilo se da je ruski mirni atom gotovo van konkurencije. Kada su 2010. godine, nakon 24-godišnjeg zahlađenja, mnoge zemlje ponovo htjele graditi nuklearne elektrane, naši reaktori su se pokazali jeftinijim i ništa lošijim od japanskih, francuskih i američkih prototipova. Štaviše, mi, za razliku od konkurenata , sve ove godine smo gradili nuklearne elektrane - Rosatom je imao šta da pokaže potencijalnom kupcu.

Rukovodstvo državne korporacije kompetentno je riješilo nastali hendikep. Kao rezultat toga, Westinghouse Electric je prošle godine bankrotirao. Toshiba, koja je prethodno kupila Westinghouse Electric, je na putu. Finansijsko stanje Areve takođe nije zavidno. S druge strane, na Atomexpo-2016 došle su delegacije iz 52 zemlje. 20 od ovih 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 miliona tona ekonomski isplativog uranijuma. Ako se uzme u obzir rast potrošnje, on će trajati oko 50 godina. Trošak je oko 50 dolara po kilogramu rude danas, ali kako su manje profitabilna ležišta uključena u vađenje, ona će porasti na 130 dolara po kilogramu i više. Ima, naravno, miniranih rezervi, i to ne malih, ali nisu vječne.

Uranijum je teško kopati ili vrlo teško … U steni rude uranijuma ima oko 0,1-1 posto, plus ili minus. Ruda se nalazi na dubini od oko kilometar. Temperature u rudnicima su iznad 60 stepeni Celzijusa. Izvađena stijena se mora otopiti u kiselini, češće u sumpornoj kiselini, kako bi se izolirala ruda uranijuma iz otopine. U nekim ležištima sumporna kiselina se odmah upumpava u zemlju, da bi se kasnije mogla uzeti zajedno sa otopljenim uranijumom. Međutim, postoje uranijske stijene koje se ne otapaju u sumpornoj kiselini…

Konačno, samo u pročišćenom uranijumu 0,72 posto potreban izotop je uranijum-235. Isti onaj na kojem rade nuklearni reaktori. Da se istakne to je posebna glavobolja. Uranijum se pretvara u gas (uranijum heksafluorid) i prolazi kroz kaskade centrifuga koje se rotiraju brzinom od oko dve hiljade obrtaja u sekundi, gde se laka frakcija odvaja od teške. Deponija - uranijum-238, sa rezidualnim sadržajem uranijuma-235 od 0,2-0,3 posto, jednostavno je bačena 50-ih godina. Ali onda su ga počeli skladištiti u obliku čvrstog uranijum fluorida u posebnim kontejnerima pod otvorenim nebom. Za 60 godina, zemlja se akumulirala oko dva miliona tona uranijum-238 fluorida … Zašto se čuva? Zatim, taj uranijum-238 može postati gorivo za brze nuklearne reaktore, sa kojima su nuklearni naučnici do sada imali težak odnos.

Ukupno je izgrađeno 11 industrijskih reaktora na brzim neutronima u svijetu: 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. Još osam je zaustavljeno. Otišla su dva radnika … sta mislite? Tako je, na Beloyarsk NPP.

S jedne strane, brzi reaktori su sigurniji od konvencionalnih termičkih reaktora. U njima nema visokog pritiska, nema opasnosti od reakcije pare i cirkonijuma itd. 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, natrijum i olovo. Živa je eliminisana zbog svoje visoke korozivnosti. Olovo se mora držati u rastopljenom stanju - temperatura topljenja je 327 stepeni. Tačka topljenja natrijuma je 98 stepeni, tako da su svi brzi reaktori do sada rađeni sa natrijumovim rashladnim sredstvom. Ali natrijum suviše burno reaguje sa vodom. Ako je strujno kolo bilo oštećeno… Kao što se to dogodilo u japanskom reaktoru "Monju" 1995. godine. Općenito, one brze su se pokazale preteškima.

Ne brini, neće se smrznuti

„Ne brinite, olovo u našem reaktoru Brest-300 ne samo da se nikada neće očvrsnuti, već se nikada neće ohladiti ispod 350 stepeni“, kaže za Lente.ru šef projekta BREST-OD-300 Andrej Nikolaev … - Za to su zaslužne posebne šeme i sistemi. Riječ je o potpuno novom projektu koji nema nikakve veze sa 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 preduzeće budućnosti - nuklearna elektrana četvrte generacije sa zatvoreno ciklus goriva.

Nije mi bilo dozvoljeno da se popnem na gradilište - ovo je povjerljiva informacija. Nisu smjeli ni slikati, tako da slike nisu moje. Napravila ih je osoba kojoj je unaprijed objašnjeno iz kojih je uglova 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 uranijuma.

Preduzeće će se sastojati od tri fabrike: pogon za proizvodnju goriva, sam reaktor i postrojenje za preradu goriva. Pogon za proizvodnju goriva proizvodit će potpuno novu kompoziciju gorivnih elemenata, koja nije imala analoga u svijetu. Ovo je mješovito nitridno uranijum-plutonijumsko gorivo - MNUP. Fisijski materijal u novom reaktoru će biti plutonijum … A uranijum-238, koji sam po sebi nije fisilan, biće ozračen termalnim neutronima i pretvoriće se u plutonijum-239. Odnosno, reaktor Brest-300 će proizvoditi toplotu, električnu energiju i tako dalje , pripremite gorivo za sebe.

Dvije muhe jednim udarcem

U današnjem svijetu rade 449 mirnih industrijskih nuklearnih reaktora i još 60 je u izgradnji. U toku rada ovih reaktora, prošlih i budućih, nastaje planski problem - istrošeni gorivni sklopovi. Prvo se stavljaju u posebne kupke, gdje se "hlade" nekoliko godina. Zatim se „ohlađeni“gorivni elementi skladište u „suhim“skladištima, gdje se akumuliraju u velikim količinama. Kapacitet za preradu otpadnih sklopova je nekoliko puta manji od potrebnog. Zašto? Zato što je veoma teško i skupo.

Projekat Breakthrough će izgraditi vlastitu tvornicu za preradu goriva. Kao što možete pretpostaviti, Ova fabrika ne samo da će uništiti pregorelo gorivo, već će dati sirovine za nove sklopove … Stari gorivi štapovi će se rastvoriti u kiselini, eventualno sumpornoj, a zatim će se u fabrici, primenom složenih hemijskih tehnologija, rastvor odvajati element po element. Nepotrebno se uslovljava i zakopava, potrebno se koristi. Osim sirovina za novo gorivo, preduzeće će iz starih sklopova izvlačiti najređe izotope teških elemenata koji su traženi u medicini, nauci i industriji.

Inače, snaga reaktora od 300 megavata nije odabrana slučajno. Pri ovoj snazi proizvešće onoliko plutonijuma koliko i potroši. Isti reaktor veće snage će proizvesti više goriva nego što će potrošiti. Dakle, kada se jednom napuni, reaktor u Brestu će raditi kao običan Perpetuum Mobile. Biće potrebna samo mala zaliha osiromašenog uranijuma. Pa, a uranijum-238, kao što sam već spomenuo, nuklearna industrija akumulira u tolikoj količini to će trajati zauvek.

Veliki lonac

- Tako da možete zamisliti reaktor - nastavlja Andrej Nikolaev. - Ovo je tava visoka 17 metara i prečnika 26 metara. U njega će biti spušteni sklopovi goriva. Kroz njega će cirkulirati izmjenjivač topline - rastopljeno olovo. Sva oprema iz i samo ruske proizvodnje. To će biti potpuno siguran reaktor sa marginom reaktivnosti manjom od jedinice. Odnosno, u skladu sa zakonima fizike, jednostavno nema dovoljno reaktivnosti za ubrzanje. Nesreće većih razmera na njemu nisu moguće. Evakuacija stanovništva nikada neće biti potrebna. Svaki kvar, ako se dogodi, neće preći granice zgrade preduzeća. Neće se dogoditi čak ni emisije u atmosferu kao rezultat hipotetičke nesreće.

Automatsko čišćenje rashladnog sredstva biće uvedeno u reaktor Brest-300. Rashladno sredstvo novog reaktora, odnosno olovo, nikada neće morati da se menja. 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, izgradnja teče planiranim tempom, prva će proraditi pogon za proizvodnju goriva. Lansiranje reaktora planirano je za 2024. godinu … Tada će modul za preradu goriva biti završen. Paralelno sa izgradnjom, nastavljaju se istraživačko-razvojni radovi. Kao rezultat ovih radova, periodično se vrše izmjene na konstrukciji, tako da se konačna krajnja vremenska tačka ne imenuje.

Projekat Brest ima klevetnike u akademskim krugovima. To je i razumljivo, projekat je pobijedio na konkursu, na kojem je učestvovalo još nekoliko eminentnih instituta. Kritičari kažu da su tehnologije koje se koriste u Brestu nedovršene. Posebno dovode u pitanje upotrebu taline olova kao nosača toplote, i tako dalje i tako dalje. Nećemo ulaziti u detalje, previše su složeni i dvosmisleni. S druge strane, zašto ne bismo vjerovali našim atomskim naučnicima? 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 da vjerujemo da će se ovoga puta stvari odvijati drugačije? Čini mi se da samo treba da se raduješ Rosatomu i TVEL-u, a istovremeno i sebi, jer je ovo naš korporacija.