При выстраивании двухкомпонентной атомной энергетики с замыканием ядерного топливного цикла то, что не знали куда деть, становится ценнейшим сырьем – реакторы на быстрых нейтронах «питаются» тем, что остается после работы обычных реакторов. 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 «». В итоге, на сегодняшний день в Обнинске уже собрали модель активной зоны перспективного реактора на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем БН-1200М. "Росатом" завершил передачу 25 тонн высокообогащенного урана для первого китайского реактора на быстрых нейтронах.
Российские ученые: Реактор БН-800 полностью переведен на МОКС-топливо
Аббревиатура БН-800 обозначает «быстрый, натриевый, мощностью 800 МВт». В реакторе используется цепная реакция на основе так называемых быстрых высокоэнергетических нейтронов, а в качестве теплоносителя используется жидкий натрий. Использование натрия связано с его низкой поглощающей способностью по отношению к нейтронам, в отличие от воды, у которой эта характеристика очень высока. Абсолютное большинство АЭС в мире имеют реакторы на тепловых низкоэнергетических нейтронах, а в качестве теплоносителя используют воду. Для их работы требуется уран-238, обогащённый изотопом урана-235. Ресурсная база урана-235 весьма быстро истощается, и через 20—30 лет он станет очень большим дефицитом. Где выход?
Выход — в использовании реакторов на быстрых нейтронах, которые в качестве топлива могут потреблять природный уран, торий которых в недрах планеты очень много , а также отработанное ядерное топливо от реакторов с тепловыми нейтронами. Главная особенность реакторов на быстрых нейтронах состоит в том, что в них сгорают изотопы тяжёлых элементов, которые не делятся в реакторах на тепловых нейтронах. Быстрые нейтроны их буквально разбивают. Теперь определим, какой смыл заложен в замыкании топливного ядерного цикла. В отработанном ядерном топливе от энергоблоков на тепловых нейтронах помимо несгоревших остатков урана-235 и урана-238 находятся так называемые актиноиды — плутоний, нептуний, америций, кюрий, а также изотопы палладия, технеция, стронция, цезия и других химических элементов. Многие из актиноидов к примеру, америций обладают высокой удельной радиоактивностью и периодом полураспада в несколько столетий.
Что с ними делать? Пока отработанное ядерное топливо выдерживают несколько десятилетий в специальных охлаждаемых хранилищах что очень затратно , а потом захоранивают в ядерных могильниках что тоже недёшево и очень опасно. Однако отработанное ядерное топливо в смеси с оксидом природного урана и другими компонентами можно использовать в качестве топлива для реактора на быстрых нейтронах. Причём в качестве отходов этого реактора получается плутоний-239, который можно использовать в качестве компонента топлива на реакторах с тепловыми нейтронами. А наиболее опасные актиноиды превращаются в менее опасные продукты деления. Также на БН-800 можно использовать в качестве компонентов топлива оружейный плутоний и так называемый отвальный уран, оставшийся после обогащения ядерного топлива ураном-235.
В идеале реактор на быстрых нейтронах одновременно должен быть почти «всеядным» реактором, фабрикой для наработки топлива для АЭС на тепловых нейтронах и уничтожителем радиоактивных отходов. История гонок на быстрых нейтронах Уникальность быстрых нейтронов осознали ещё на заре атомной энергетики, и уже в 1950-е годы для отработки соответствующих технологий появились первые экспериментальные реакторы.
В первом случае в качестве теплоносителя используется вода: ядерное топливо нагревает её до температуры кипения, полученный пар вращает турбины, которые вырабатывают электричество.
В БН-800 вместо воды берут натрий. Он не только позволяет использовать в качестве топлива уран-238, которого много на Земле, но ещё и намного безопаснее, потому что при одинаковой мощности давление в быстром реакторе в разы меньше, чем в тепловом, хотя вода нагревается только до 300 градусов Цельсия, а натрий — до 500, что даёт больше тепла и электричества. Не знаете, каковы результаты этого эксперимента?
Помимо МОКСа есть ещё и другие инновационные виды топлива. Но МОКС — пока самый перспективный вариант, просто потому, что уже есть и отлично работает. Реактор построен, чертежи на него есть, никто не мешает взять и в любом подходящем месте построить ещё один такой реактор.
Это топливо предназначено для тепловых реакторов. СНУП-топливо представляет собой смесь обеднённого урана и плутония, однако не в оксидной, а в нитридной форме. Сырьё здесь — обеднённый или природный уран и плутоний, который в природе уже давно закончился: весь плутоний, который есть на планете, создан человеком.
Рано или поздно уран тоже закончится. Поэтому из имеющихся технологий построить что-то вечное пока сложно. Для чего используются нефть и газ?
Для выработки тепла и электричества. Если рассуждать абстрактно, это источники энергии, как и МОКС-топливо, которое к тому же более экологично. Ведь реактор на быстрых нейтронах фактически сам перерабатывает все вредные вещества, никаких выбросов в природу нет, а то, что нужно утилизировать и хранить, имеет маленький объём.
Для справки Сейчас в России хранится порядка 14 тыс. Их можно использовать для производства МОКС-топлива. Одному быстрому реактору необходимо примерно 9 тонн топлива, на которых он работает несколько лет.
То есть в ближайшие сотни лет можно не беспокоиться, что страна останется без электричества. Реактор для кофеварки — Нет. У нас есть основные правила радиационной безопасности, где написано: «Плутоний руками не трогать».
Но есть замечательный пример такого полубытового использования — военный или ледокольный флот. Там вполне возможно такое: реактор на заводе загружают МОКС-топливом, устанавливают на корабль — и корабль ходит, условно, 20 лет без перезарядки.
В СХК в конце прошлого года сообщали "Интерфаксу", что модель переработки отработавшего ядерного топлива будет введена в 2030 году.
Так что вопрос о том, как жить дальше, с каждым годом становится все острее, а работы по поиску энергетической альтернативы — все масштабней. Если не считать возможности использования энергии ветра и Солнца, до последнего времени науке было известно всего две такие возможности: извлечение энергии за счет деления ядер тяжелых элементов, или при слиянии ядер самых легкого — водорода — с образованием ядра атома гелия. К сожалению, обе эти возможности весьма опасны — ведь в первой, по существу, приходится приручать атомный взрыв, во второй — термоядерную реакцию, которая питает звезды и пугает нас водородной бомбой. В мире существует два класса ядерных реакторов: на медленных нейтронах водо-водяные, сокращенно ВВЭР, большой мощности канальные, или РБМК, на тяжелой воде и с шаровой засыпкой и газовым контуром и на быстрых нейтронах. Реакторы на быстрых нейтронах кардинально отличаются от всех остальных: плотность тепловыделения в них в несколько раз больше, поэтому в качестве теплоносителя там приходится использовать жидкий натрий или свинец вместо воды. При работе такого реактора происходит очень интенсивное выделение нейтронов, которые поглощаются слоем урана-238, расположенного вокруг активной зоны. Этот уран превращается в плутоний-239, который затем тоже может использоваться в реакторе как делящийся элемент.
Именно этот факт стал основным аргументом в пользу новой программы "Росатома", которая предполагает использовать блоки с "быстрыми" реакторами в сочетании с реакторами на тепловых нейтронах. Предполагается, что с помощью "быстрых" реакторов можно будет эффективнее решать проблему накопления отработанного ядерного топлива ОЯТ "тепловых" реакторов, уменьшая радиотоксичность этого ОЯТ, чтобы в некой перспективе приблизиться к так называемому замкнутому топливному циклу, когда объем и токсичность захораниваемого ОЯТ сравняется с объемом и токсичностью природного сырья "на входе". Общий и все более существенный в современном нестабильном мире недостаток всей атомной энергетики состоит в том, она фактически исключает возможность контроля за нераспространением ядерного оружия на Земле: ведь каждое государство, имеющее на своей территории современную АЭС, которая постоянно производит плутоний, может теоретически сделать свою собственную атомную дубину. Второй путь предполагает генерацию энергии при управляемой термоядерной реакции. К сожалению, современные термоядерные исследования в магнитных ловушках, проводимые в мире вот уже в течение более 60 лет, так и не привели к созданию функционирующего реактора даже с кпд, равным нулю — все они в рабочем режиме потребляют много больше энергии, чем вырабатывают сами.
"Росатом" надеется ввести реактор "БРЕСТ" в 2028-2029 гг
К сожалению, такие ядра выражаясь учёным языком, «минорные актиноиды» имеют период полураспада от нескольких десятков тысяч до сотен тысяч лет. А новый аппарат замыкает цикл. После его работы остаются отходы, которые уже через 300 лет становятся абсолютно безвредными. Именно поэтому такие агрегаты и называют "быстрыми реакторами", потому что после них не остаётся бесконечно опасных по времени нейтрализации продуктов распада». Не просто полностью безопасный, но ещё и сугубо мирный Но есть у нашего реактора и ещё одна особенность: оказывается, при помощи «Прорыва» нельзя получить оружейный уран. Такую силовую установку можно поставлять куда угодно, потому что она принципиально не в состоянии произвести оружие. Кстати, до того, как Россия представила неопровержимые доказательства, многие зарубежные учёные просто отказывались верить, что созданная на нашей земле новая силовая установка не только не оставляет после себя грязных радиоактивных отходов, но ещё и полностью безопасна: она может выдержать и ураган, и землетрясение, и наводнение, не навредив ни людям, ни окружающей среде.
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.
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.
О том, что за топливо там используют и почему его называют «вечным», мы поговорили с руководителем отдела технологий топлива для быстрых и газовых реакторов АО «ВНИИНМ» Андреем Давыдовым. По мнению специалистов, это знаковое для всего мира событие, которое дало старт энергетике будущего. ВВЭР-1200 — мощь и безопасность: рассказываем об одном из самых распространённых реакторов в мире — В стандартных водо-водяных энергетических реакторах ВВЭР используется обогащённый уран-235, потому что тот, который выкопали из шахты, для ВВЭР не годится. А вот МОКС-топливо — это уранплутониевый оксид, который практически не горит, поэтому его можно использовать снова и снова. Для его производства подойдёт либо природный уран, которого в сотни раз больше, чем искусственно полученного изотопа, либо обеднённый — то есть отходы от технологии обогащения урана, которых и у нас в стране, и во всём мире накоплено огромное количество. Правда, использовать МОКС-топливо можно только в реакторах на быстрых нейтронах. Для справки Почти все реакторы на планете — тепловые, и работают они на изотопе уран-235. В них тепловыделяющие элементы твэлы отдают в воду большое количество тепла в процессе деления нейтронов. Примерно раз в пять лет твэлы нужно заменять. Их деактивируют, а опасные элементы отправляют в спецхранилище для отработавшего ядерного топлива ОЯТ. Такой принцип работы называют открытым ядерным топливным циклом ОЯТЦ. Быстрые же реакторы работают в условиях замкнутого ядерного топливного цикла ЗЯТЦ. В таком цикле из ОЯТ выделяют немного веществ, которые требуют захоронения, а остальное можно использовать повторно. В МОКС-топливе есть ещё один важный компонент — плутоний. Его у нас тоже очень много — ведь он копится в любом ядерном топливе при работе реактора. И когда мы перерабатываем отработавшее топливо, то извлекаем из него плутоний. За ядерным топливом будущее? Этот материал представляет собой отличный энергетический источник — собственно, в МОКС-топливе он выступает основным энерговыделителем. Когда работает быстрый реактор, плутоний делится, отдаёт свою энергию натрию, а тот преобразует её в электричество. Но это ещё не всё. В ходе ядерных реакций из урана тоже образуется плутоний, который также благополучно делится и в конце концов отдаёт свою энергию в провода. То есть в процессе работы реактора плутоний тратится, но при этом нарабатывается из второго компонента — урана. Подарок будущим поколениям — Получается, что для производства МОКС-топлива у нас компонентов намного больше, чем для работы реакторов на тепловых нейтронах? Для тепловых реакторов нужно постоянно добывать уран из-под земли, обогащать его, а потом этот драгоценный изотоп уран-235 выгорает.
Ученые сумели превратить опасные соединения в топливо, которого хватит на тысячи лет. Ядерная реакция происходит в тепловыделяющей сборке, которая находится в активной зоне реактора. При попадании нейтрона, ядро урана делится на две части, которые разлетаются с большой скоростью. При этом выделяется большое количество тепловой энергии и образуются новые нейтроны. И это та технология, где мы пока недостижимы для всего остального мира", — заявил Иван Филин, первый заместитель главного инженера БАЭС. Инновационное горючее для атомных станций будущего создают на секретном предприятии, надежно укрытом в глубине сибирских скал. Там оксиды урана и плутония обрабатывают и надежно спаивают в тепловыделяющие сборки. Затем контейнеры с готовыми изделиями доставляют на Урал и уже на атомной станции, словно батарейки, загружают в реактор.
«Росатом» начал строить первый в мире атомный энергоблок с безотходным циклом
Реакторы на быстрых нейтронах способны нарабатывать плутоний, которого хватит, чтобы обеспечить собственную работу и при необходимости другие реакторы новым топливом. "Росатом" начал строительство уникального энергоблока с реакторной установкой на быстрых нейтронах БРЕСТ-300 по стратегическому проекту "Прорыв". Более того, реакторы на быстрых нейтронах позволяют реализовать замкнутый топливный цикл, поскольку «сжигается» только уран-238, после переработки (извлечения продуктов деления и добавления новых порций урана-238) топливо можно вновь загружать в реактор. Россия первой запустила реактор на быстрых нейтронах с полным циклом использования МОКС-топлива, которое позволяет использовать неисчерпаемые запасы природного урана.
Российские учёные вывели реактор Белоярской АЭС на номинальную мощность
Внедрение МОКС-топлива позволяет многократно расширить сырьевую базу атомной энергетики за счет обедненного урана и плутония и перерабатывать облученное топливо вместо хранения. Дожигание минорных актинидов — это следующий шаг в замыкании ядерного топливного цикла, который должен не только уменьшить количество ядерных отходов, подлежащих финальной изоляции, но и значительно снизить их радиоактивность. В перспективе это дает возможность отказаться от сложного и дорогостоящего глубинного захоронения отходов», — прокомментировал старший вице-президент по научно-технической деятельности АО «ТВЭЛ» Александр Угрюмов. Она появилась в 2021 году как часть продуктового направления «Сбалансированный ядерный топливный цикл» и рассчитана до 2035 года. Программа включает задачи по выделению минорных актинидов в отдельные фракции, их промежуточное хранение, вовлечение в топливо быстрых реакторов, эксплуатацию такого топлива, послереакторные исследования и др. Еще один важный аспект — оптимизация реакторных установок для выжигания максимального количества минорных актинидов. Сбалансированный ядерный топливный цикл ЯТЦ — это продукт Госкорпорации «Росатом», основанный на инновационных практических решениях в области замыкания ядерного топливного цикла, позволяющих эффективно переработать облученное ядерное топливо и обеспечить рациональное обращение с продуктами переработки, как полезными уран, плутоний , так и направляемыми на захоронение продукты деления.
Участники заседания также рассмотрели возможности практического применения накопленных знаний при разработке новых реакторных установок, рассказывали о своей причастности к пуску БН-350 и поделились впечатлениями. Отработанная технология позволила осуществить пуски реакторов БН-600, БН-800. Сегодня ведутся работы по созданию более крупного коммерческого ректора на быстрых нейтронах — БН-1200. Все это непосредственно связано с событиями 50-летней давности, когда учёные сформировали основные технологические решения и многие научные достижения в этой области. Для справки: БН-350 — энергетический реактор на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем, пущенный в эксплуатацию 16 июля 1973 года на первой советской АЭС с реактором на быстрых нейтронах в г. Шевченко, Казахская ССР. Первый энергетический реактор на быстрых нейтронах БН-350 проработал более четверти века.
Опыт его эксплуатации стал подтверждением научных и технических идей, которые были в него заложены.
Ранее, к 2023 году, планируют построить комплекс по выпуску топлива, а к 2024 году — модуль переработки облученного топлива. Такие аппараты ранее не строились, то есть это принципиально новые реакторы. Их сторонники делают упор на важные преимущества свинцовых реакторов с точки зрения безопасности и экономики, свои аргументы есть у скептиков», — говорит директор автономной некоммерческой организации для поддержки развития атомной науки, техники и образования «АтомИнфо-Центр» Александр Уваров. Эксперт отмечает, что разработчики концепции БРЕСТ предлагают новый тип топливного цикла — пристанционный, при котором переработка отработавшего ядерного топлива ОЯТ и фабрикация из него нового топлива осуществляются непосредственно на площадке АЭС. Например, так называемые миноры — нептуний, америций и кюрий, также образующиеся при работе реактора.
На конференции был представлен широкий спектр докладов, касающихся перспектив развития технологий быстрых натриевых реакторов в России и за рубежом, нейтронной физики, теплоносителя, перспективных конструкционных материалов и оборудования. ЦАИР частного учреждения «Наука и инновации» был представлен доклад «История и перспективы развития зарубежных проектов реакторов с быстрым спектром нейтронов и натриевым теплоносителем», включающий анализ ретроспективы развития быстрых натриевых реакторов за рубежом, описание текущих зарубежных проектов реакторов типа БН и национальных программ поддержки их развития, а также результаты многокритериального сравнения данной технологии с другими инновационными реакторными системами.
В России появился «вечный» ядерный реактор
В нем реакторы на быстрых и на тепловых нейтронах будут работать совместно, обмениваясь топливом. Против продаж реакторов на быстрых нейтронах резко выступает США. Несмотря на то, что разработкой реакторов на быстрых нейтронах занимались еще в СССР, для промышленного производства МОКС-топлива пришлось построить отдельный завод.
Подарок будущим поколениям
- В России разработали «вечное» топливо для АЭС - Hi-Tech
- Список статей
- Россия создала нейтронный «Прорыв»
- Реактор БН-800 проработал год на топливе из отработавшего ядерного топлива
Атомный феникс для вечного двигателя
Именно этот инновационный реактор на быстрых нейтронах стал настоящей мировой сенсацией, когда первым на планете целый год вырабатывал энергию на МОКС-топливе. Рассказываем, как устроены реакторы на быстрых нейтронах и почему они могут в корне изменить наше представление об энергетике. не нужно будет хранить ядерные отходы и «урановые хвосты».
Атомный феникс для вечного двигателя
Строительство комплекса должно завершиться к 2030 году. А в будущем установка может стать даже объектом экспорта. В реализации проекта принимают участие более 30 организаций и более полутора тысяч ученых, инженеров и конструкторов. Главная заслуга принадлежит именно людям, которые трудились над созданием уникального проекта. Именно ОДЭК является примером, когда резерв ученых и инженеров советского времени нашел свое проявление в современном времени, — с гордостью говорит Вячеслав Першуков. Экоэнергетика «Прорыв» стал первым в мире атомной энергетики проектом, где сохраняются ресурсы планеты. Баланс Земли поддерживается, ведь перерабатываются все отходы и мусор, оставшийся после атомной энергетики. Такая «уборка» обеспечивает абсолютно безопасное для экологии производство. Президент Курчатовского института Михаил Ковальчук в своем выступлении затронул тему экологии. Как правило, это дрова, уголь, нефть, газ, и мы просто их сжигаем, — поясняет Михаил Валентинович. Отсюда возникает вопрос декарбонизации и безуглеродной экономики и энергетики.
Единственной очевидной, масштабной, технологически обоснованной является ядерная энергетика.
Там стартовало строительство первого в мире энергоблока нового поколения с совершенно новой реакторной установкой под символичным названием БРЕСТ. В Сибири начинают строить первый в истории человечества комплекс с замкнутым ядерным топливным циклом. Российские ученые нашли способ получения бесконечной энергии. Специальный модуль создает ядерное топливо, затем оно поступает в энергоблок «Брест-ОД-300» на быстрых нейтронах, а после переработки то же самое топливо возвращается обратно в реактор, и снова по кругу.
БРЕСТ — это опытный образец.
Так, благодаря изменениям в конструкции главного циркуляционного насоса второго контура, системы перегрузки, переходу от секционно-модульных на крупномодульные парогенераторы, улучшениям системы аварийного отвода тепла и холодной ловушки первого контура активной зоны снизились масса и стоимостные характеристики оборудования реакторной установки. А детальная проработка схемно-компоновочных и архитектурно-строительных решений и оптимизация генерального плана привели к сокращению строительных объемов. В итоге проектные показатели капитальных затрат на сооружение и, соответственно, себестоимость производства электроэнергии снизились, обеспечена конкурентоспособность по сравнению с перспективными блоками атомной и традиционной энергетики. Благодаря физическим особенностям активной зоны быстрого реактора для топлива можно использовать плутоний различного изотопного состава — из переработанного топлива как быстрых, так и водо-водяных реакторов, и добавлять минорые актиниды для их дожигания в реакторе , нарабатывать плутоний для новых порций топлива и востребованные изотопы. Срок службы блока с БН-1200М составляет минимум 60 лет. Как отмечает Сергей Шепелев, есть потенциал для роста до 80 лет, увеличения КИУМ — с 0,9 до 0,91, назначенного срока службы парогенераторов — с 30 до 60 лет, а также для удлинения топливной кампании. 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.
Источники бесперебойного питания решают проблемы при некачественном питании сети или полной потери питания. Например, это случается при отсутствии напряжения питания, низким или высоким напряжением, пульсацией амплитуды, колебанием частоты, дифференциальным и синфазным шумом, переходными процессами, и т. Благодаря ИБП стабилизируется напряжение и обеспечивается гальваническая развязка выхода на критическую нагрузку. Все это позволяет решать проблемы в сети питания критической системы, которые могут вызывать повреждение программного обеспечения стать причиной неустойчивой работы оборудования.