Rusia a făcut o descoperire în domeniul energiei nucleare

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-16 16:15

Proiectul „Breakthrough” – reactorul nuclear Brest-300 în construcție lângă Tomsk, va deschide o nouă pagină în sectorul energetic al Pământului. Rusia creează primul Perpetuum Mobile din lume cu o capacitate de 300 MW - o centrală nucleară cu ciclu închis al combustibilului. Proiectul cu numele explicit „Breakthrough” promite energie fără pericol, fără minerit de uraniu și depășește concurenții de zeci de ani…

Patruzeci și trei de hectare de teritoriu, ziduri monolitice gri, accesorii ieșite din belșug în cer, macarale și 600 de muncitori. Trei ani mai târziu, în acest loc, într-un oraș închis Seversk, la 25 de kilometri de Tomsk, va începe să funcționeze primul din lumePerpetuum Mobile cu o capacitate de 300 de megawați este o centrală nucleară cu un ciclu de combustibil închis și plumb topit ca lichid de răcire. Întreprinderea este numită una experimentală, deoarece supertehnologiile pentru aceasta sunt până acum calculate numai pe modele matematice. Cu toate acestea, după ce le-au verificat pe un reactor în funcțiune, oamenii de știință nucleari noștri vor primi o centrală nucleară de referință de nouă generație, rupându-se de concurenții de la Toshiba, Areva și alții timp de zeci de ani. Proiectul, care are un nume care se explică de la sine „ Descoperire „, Promite energie fara pericolsi cel mai important, fără exploatarea uraniului.

Scepticii și atomul pașnic

Câteva cuvinte pentru cei care consideră atomul pașnic o relicvă. Nevoia de energie a omenirii se dublează la fiecare 20 de ani. Arderea petrolului și a cărbunelui duce la formarea anuală a aproximativ jumătate de miliard de tone de dioxid de sulf și oxizi de azot, adică 70 de kilograme de substanțe nocive pentru fiecare locuitor al pământului. Utilizarea centralelor nucleare înlătură această problemă. Mai mult, rezervele de petrol sunt limitate și intensitatea energetică a unei tone de uraniu-235 este aproximativ egală cu intensitatea energetică a două milioane de tone de benzină.

Costul este de asemenea important. La o centrală hidroelectrică, un kilowatt-oră de energie electrică costă 10-25 de copeici, dar potențialul hidroenergetic în lumea dezvoltată este practic epuizat. La stațiile de cărbune sau păcură - 22-40 de copeici, dar apar probleme de mediu. La centralele eoliene și solare industriale - 35-150 de copeici, puțin scumpe, și care garantează vânt constant și absența norilor. Costul principal al energiei atomice este de 20-50 de copeici, este stabilă, creează mult mai puține probleme de mediu decât arderea petrolului și a cărbunelui, potențialul său este nelimitat.

În cele din urmă, atomul pașnic rus s-a dovedit a fi aproape în afara competiției. În 2010, când, după o criză de 24 de ani, multe țări au dorit din nou să construiască centrale nucleare, reactoarele noastre s-au dovedit a fi mai ieftine și nu mai rele decât prototipurile japoneze, franceze și americane. Mai mult, noi, spre deosebire de concurenți , în toți acești ani am construit centrale nucleare - Rosatom avea ceva de arătat unui potențial client.

Conducerea corporației de stat a dispus în mod competent de handicapul rezultat. Drept urmare, Westinghouse Electric a intrat în faliment anul trecut. Toshiba, care a cumpărat anterior Westinghouse Electric, este pe drum. Nici starea financiară a Arevei nu este de invidiat. Pe de altă parte, la Atomexpo-2016 au venit delegații din 52 de țări. 20 dintre aceste țări nu au avut încă energie nucleară. Ele vor apărea acum pentru prima dată în Egipt, Vietnam, Turcia, Indonezia, Bangladesh - centralele noastre nucleare rusești.

Iad adânc

Principala problemă a energiei nucleare de astăzi este combustibil … Pe pământ există 6, 3 milioane de tone de uraniu recuperabil din punct de vedere economic. Dacă se ține cont de creșterea consumului, acesta va dura aproximativ 50 de ani. Costul este de aproximativ 50 de dolari pe kilogram de minereu astăzi, dar deoarece zăcămintele mai puțin profitabile sunt implicate în extracție, acesta va crește la 130 de dolari pe kilogram și mai mult. Există, desigur, rezerve minate, și nu mici, dar nu sunt pentru totdeauna.

Uraniul este greu de extras sau foarte greu … În roca de minereu de uraniu există aproximativ 0,1-1 la sută, plus sau minus. Minereu apare la o adâncime de aproximativ un kilometru. Temperaturile din mine sunt peste 60 de grade Celsius. Roca extrasă trebuie dizolvată în acid, mai des acid sulfuric, pentru a izola minereul de uraniu din soluție. În unele depozite, acidul sulfuric este imediat pompat în pământ, pentru ca ulterior să poată fi luat împreună cu uraniul dizolvat. Cu toate acestea, există roci de uraniu care nu se dizolvă în acid sulfuric…

În cele din urmă, numai în uraniu purificat 0,72 la sută izotopul necesar este uraniul-235. Același pe care lucrează reactoarele nucleare. Pentru a evidenția este o durere de cap separată. Uraniul este transformat în gaz (hexafluorura de uraniu) și trecut prin cascade de centrifuge care se rotesc cu o viteză de aproximativ două mii de rotații pe secundă, unde fracția ușoară este separată de cea grea. Halda - uraniu-238, cu un conținut rezidual de uraniu-235 de 0,2-0,3 la sută, a fost pur și simplu aruncată în anii '50. Dar apoi au început să o depoziteze sub formă de fluorură de uraniu solidă în recipiente speciale sub cerul liber. Timp de 60 de ani, pământul a acumulat aproximativ două milioane de tone de fluorură de uraniu-238 … De ce se pastreaza? Apoi, acel uraniu-238 poate deveni combustibil pentru reactoare nucleare rapide, cu care până acum oamenii de știință nucleari au avut o relație dificilă.

În total, în lume au fost construite 11 reactoare industriale cu neutroni rapizi: trei în Germania, două în Franța, două în Rusia, câte unul în Kazahstan, Japonia, Marea Britanie și Statele Unite. Unul dintre ele, SNR-300 din Germania, nu a fost niciodată lansat. Alte opt sunt oprite. Doi muncitori au plecat … Tu unde crezi? Așa e, pe CNE Beloyarsk.

Pe de o parte, reactoarele rapide sunt mai sigure decât reactoarele termice convenționale. Nu există presiune mare în ele, nu există riscul unei reacții abur-zirconiu și așa mai departe. Pe de altă parte, intensitatea câmpurilor de neutroni și temperatura în zona de lucru este mai mare; oțelul, care și-ar păstra proprietățile sub ambii parametri, este mai dificil și mai scump de fabricat. În plus, apa nu poate fi folosită ca lichid de răcire într-un reactor rapid. Resturi: mercur, sodiu și plumb. Mercurul este eliminat datorită corozivității sale ridicate. Plumbul trebuie păstrat în stare topită - temperatura de topire este de 327 de grade. Punctul de topire al sodiului este de 98 de grade, astfel încât toate reactoarele rapide au fost până acum realizate cu un lichid de răcire cu sodiu. Dar sodiul reacționează prea violent cu apa. Dacă circuitul a fost deteriorat… Așa cum sa întâmplat la reactorul japonez „Monju” în 1995. În general, cele rapide s-au dovedit a fi prea dificile.

Nu vă faceți griji, nu va îngheța

„Nu vă faceți griji, plumbul din reactorul nostru Brest-300 nu numai că nu se va solidifica niciodată, dar nu se va răci niciodată sub 350 de grade”, a declarat șeful proiectului BREST-OD-300 pentru Lente.ru. Andrei Nikolaev … - Schemele și sistemele speciale sunt responsabile pentru aceasta. Acesta este un proiect complet nou, care nu are nimic de-a face cu reactoarele plumb-bismut care erau pe submarine. Totul aici a fost dezvoltat ținând cont de cele mai recente evoluții, tehnologii și realizări. Va fi primul reactor rapid răcit cu plumb din lume … Nu degeaba se numește „Breakthrough”. Înainte de tine este o întreprindere a viitorului - o centrală nucleară de a patra generație cu închis ciclul combustibilului.

Nu am avut voie să urc pe șantier - aceasta este o informație clasificată. Nici ei nu aveau voie să facă poze, așa că pozele nu sunt ale mele. Au fost realizate de o persoană căreia i s-a explicat în prealabil din ce unghiuri este posibil să captezi un obiect și din ce unghiuri este imposibil. Dar Andrey Nikolaev a explicat în detaliu de ce și în ce ordine sunt construite cele trei centrale Proryv și cum o centrală nucleară poate funcționa fără uraniu.

Întreprinderea va consta din trei fabrici: instalație de producere a combustibilului, reactor propriu-zis și instalație de reprocesare a combustibilului. Uzina de producere a combustibilului va produce o compoziție complet nouă de elemente de combustibil, care nu avea niciun analog în lume. Acesta este un combustibil mixt cu nitrură de uraniu și plutoniu - MNUP. Materialul fisionabil din noul reactor va fi plutoniu … Iar uraniul-238, el însuși nu fisionabil, va fi iradiat cu neutroni termici și se va transforma în plutoniu-239. Adică, reactorul Brest-300 va genera căldură, electricitate și altele , pregătește-ți combustibilul.

Două păsări dintr-o piatră

În lumea de azi lucrează 449 reactoare nucleare industriale pașnice și încă 60 sunt în construcție. În timpul funcționării acestor reactoare, trecute și viitoare, apare o problemă planificată - ansamblurile de combustibil uzat. În primul rând, sunt puse în băi speciale, unde se „răcesc” timp de câțiva ani. Apoi, elementele de combustibil „răcit” sunt depozitate în depozite „uscate”, unde se acumulează în cantități mari. Capacitatea de procesare a ansamblurilor de deșeuri este de câteva ori mai mică decât este necesar. De ce? Pentru că este foarte dificil și costisitor.

Proiectul Breakthrough va construi propria sa uzină de procesare a combustibilului. După cum ați putea ghici, Această fabrică nu numai că va distruge combustibilul ars, dar va oferi materii prime pentru noile ansambluri … Batelele vechi de combustibil vor fi dizolvate în acid, eventual sulfuric, apoi la uzină, folosind tehnologii chimice complexe, soluția va fi separată element cu element. Inutilul este condiționat și îngropat, necesarul este folosit. Pe lângă materiile prime pentru noul combustibil, întreprinderea va extrage din ansambluri vechi cei mai rari izotopi ai elementelor grele care sunt solicitați în medicină, știință și industrie.

Apropo, puterea reactorului de 300 de megawați nu a fost aleasă întâmplător. La această putere, va produce atât plutoniu cât consumă. Același reactor cu o putere mai mare va produce mai mult combustibil decât va consuma. Deci, odată încărcat, reactorul de la Brest va funcționa ca un Perpetuum Mobile obișnuit. Va fi necesară doar o cantitate mică de uraniu sărăcit. Ei bine, și uraniul-238, așa cum am menționat deja, este acumulat de industria nucleară într-o asemenea cantitate. care va dura pentru totdeauna.

cratiță mare

- Ca să vă puteți imagina un reactor, - continuă Andrei Nikolaev. - Aceasta este o tigaie de 17 metri înălțime și 26 de metri în diametru. Ansamblurile de combustibil vor fi coborâte în el. Un schimbător de căldură - plumbul topit va circula prin el. Toate echipamentele din și către numai producția rusă. Va fi un reactor complet sigur, cu o marjă de reactivitate mai mică decât unitatea. Adică, în conformitate cu legile fizicii, pur și simplu nu are suficientă reactivitate pentru a accelera. Accidentele pe scară largă pe el nu sunt posibile. Evacuarea populației nu va fi niciodată necesară. Orice eșec, dacă se întâmplă, nu va depăși granițele clădirii întreprinderii. Nici măcar emisiile în atmosferă ca urmare a unui accident ipotetic nu vor avea loc.

Curățarea automată a lichidului de răcire va fi introdusă în reactorul Brest-300. Lichidul de răcire al noului reactor, adică plumbul, nu va trebui niciodată înlocuit. Acest lucru elimină o altă risipă problematică a energiei nucleare tradiționale - LRW.

Problemele sunt rezolvate pe parcurs

Autorii proiectului Brest-300 sunt NIKIET numit după Dollezhal. Banii sunt alocați la timp, construcția decurge în ritmul planificat, uzina de fabricare a combustibilului va fi prima care va începe să funcționeze. Lansarea reactorului este programată pentru 2024 … Apoi modulul de reprocesare a combustibilului va fi finalizat. În paralel cu construcția, lucrările de cercetare și dezvoltare continuă. În urma acestor lucrări, se fac periodic modificări ale construcției, astfel încât momentul final final nu este denumit.

Proiectul Brest are detractori în cercurile academice. Acest lucru este de înțeles, proiectul a câștigat competiția, la care au participat mai multe institute eminente. Criticii spun că tehnologiile folosite la Brest sunt neterminate. În special, ei pun la îndoială utilizarea plumbului topit ca purtător de căldură și așa mai departe. Nu vom intra în detalii, sunt prea complexe și ambigue. Pe de altă parte, de ce nu ar trebui să avem încredere în oamenii noștri de știință atomici? Toate proiectele pe care URSS și, după aceasta, Rusia le-au făcut în industria nucleară, au fost cu un pas înaintea omologilor lor din vest și est. Deci, ce motiv avem să credem că lucrurile se vor arăta altfel de data aceasta? Mi se pare că ar trebui să te bucuri doar pentru Rosatom și TVEL și în același timp pentru tine, pentru că așa este al nostru corporație.