Именно этот инновационный реактор на быстрых нейтронах стал настоящей мировой сенсацией, когда первым на планете целый год вырабатывал энергию на МОКС-топливе. Новый перспективный отечественный реактор БРЕСТ на быстрых нейтронах решает одновременно множество проблем. В реакторах на быстрых нейтронах обходятся без замедлителей.
Россия сделала шаг к энергетике будущего
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 «». «Прорыв» предусматривает создание ядерных энергетических технологий нового поколения на базе замкнутого топливного цикла с использованием реакторов на быстрых нейтронах. важный этап в развитии технологий реакторов на быстрых нейтронах и замыкания ядерного топливного цикла в России. То есть в отработавшем топливе реактора на быстрых нейтронах можно добиться выхода делящегося вещества равного или большего, чем было загружено в него изначально. Выполнены запланированные исследования в обоснование безопасности многоцелевого исследовательского реактора на быстрых нейтронах МБИР и продления сроков эксплуатации БОР-60. Это послужит дальнейшему развитию реакторов на быстрых нейтронах и пониманию, что происходит в радиационных полях с различными материалами».
Энергия без границ
- В России до сих пор работают 10 ядерных реакторов «чернобыльского типа». Безопасны ли они?
- Быстрые нейтроны на земле, под водой и в реакторах Поднебесной: кто этому прокладывал дорогу?
- Росатом Госкорпорация «Росатом» ядерные технологии атомная энергетика АЭС ядерная медицина
- Реактор превратится в «перпетуум мобиле»
Росатом получил лицензию на производство ядерного топлива для «реактора будущего»
В нем нет натрия, только свинец, у которого высокая температура кипения. То есть, как говорят специалисты, вероятность какой-либо серьезной аварии ничтожно мала. После того как опытный образец покажет свою эффективность, подобные или более мощные реакторы начнут возводить по всей России. Картина дня.
ТВЭЛ отдают в воду большое количество тепла. Хранение такого топлива — настоящая проблема для большинства стран мира. Но как может отработавшее топливо заново давать свет и электроэнергию? Это позволяет получать больше тепла и электричества, расходуя меньше топлива.
Реактор успешно прошел стадию технологического перехода на инновационное топливо, и готов нести полную нагрузку. Это значит, что инновационное топливо работает правильно, и энергоблок готов надежно, безопасно и в полном объеме вырабатывать электрическую и тепловую энергию, — сообщил директор Белоярской АЭС Иван Сидоров. Таким образом можно констатировать, что в РФ появился практически вечный ядерный реактор. В результате топливо будет вторично перерабатываться и использоваться. Успешное тестирование данного реактора означает почти безотходную ядерную энергетику с доступом к урану 238. Запуск МОКС-топлива приближает отечественную атомную отрасль к новой технологической платформе на основе замкнутого ядерно-топливного цикла, что в десятки раз увеличит топливную базу атомной энергетики и минимизирует отходы производства.
Но это, по-видимому, мелочи по сравнению с другими более серьезными недостатками плана. Главное для реализации столь грандиозных планов - необходимое количество квалифицированных строителей и монтажников, притом значительное, а также надежно обеспеченные поставки оборудования. К сожалению, Минатом России в чрезвычайно сложные девяностые годы не досчитался в своем составе трех главных управлений строителей и монтажников. Ряд предприятий, поставлявших в отрасль механическое оборудование, были переориентированы на иные задачи, другие оказались за рубежом, например на Украине. Поэтому сегодня руководство Росатома вынуждено решать и эти задачи, поскольку без них построить станции будет сложнее и дороже. Уже сейчас отставание с окончанием стройки Ростовской АЭС на полгода из-за задержки изготовления оборудования - первая ласточка возможных трудностей в будущем. И имеющаяся договоренность с Европой по обеспечению России оборудованием для машинных залов АЭС - тоже вынужденная мера, не характерная для развитых государств мира. Отрицательно сказываются на увеличении общих затрат и такие факты, как отставание наших ядерных энергоблоков по мощности от зарубежных аналогов. И мы верим, что госкорпорация «Росатом» справится с имеющимися сложностями. Названные выше меры, предпринимаемые в целях развития ядерной энергетики в нашей стране, - еще не весь объем необходимых работ. В России он должен быть комплексным - от добычи урана до захоронения радиоактивных отходов. Сегодня для заключительной стадии ядерной энергетики под Красноярском г. Железногорск срочно строится хранилище для отработанных твэлов. В практике ядерной энергетики всегда было три направления окончания ядерного топливного цикла. Понятно, что со временем позиции стран претерпевают изменения. Так, в США объем захоронений ОЯТ может стать столь велик, что трудно будет найти новые площадки помимо ныне строящегося хранилища в горах Юкка-Маунтин в штате Невада примерно в 145 км от Лас-Вегаса , поэтому придется принимать решение о переработке ОЯТ и т. Наиболее перспективным направлением является, конечно, полезное использование плутония, а с ним и других накапливающихся трансурановых элементов нептуния, америция, кюрия. Оптимальным в этом направлении является также использование плутония в реакторах на быстрых нейтронах. Это позволяет производить в них и сжигание урана-238, и увеличение за этот счет сырья для ядерной энергетики на сотни и тысячи лет. Данное направление, к сожалению, в мире пока осваивается с трудом. Так, в США разработки опытного реактора на быстрых нейтронах были прекращены без каких-либо конкретных планов по строительству более мощных промышленных установок. Но сегодня США пытаются вернуться к развитию этого направления. Во Франции после многолетних исследований на опытном реакторе «Феникс» 14 января 1986 г. Его эксплуатация закончилась неудачно, и в июне 1 997 г. В то же время продолжаются испытания реактора «Феникс», а также есть планы создания нового промышленного реактора. Япония продолжает работы по повторному введению в эксплуатацию опытного быстрого реактора «Мондзю» мощностью 280 МВт. Он был остановлен в 1 995 г. Японские специалисты считают, что «наличие в Японии быстрых реакторов признано жизненно важным для успешного развития национальной ядерной энергетики» [6]. А в местечке Роккасё префектуры Аомори завершаются работы по вводу в строй завода по переработке ОЯТ и получению уран-плутониевой смеси» [7]. Опытный реактор на быстрых нейтронах построен и в Китае. Об этом подробно писал журнал «Бюллетень по атомной энергии» в 2007 г. Индия в рамках программы, рассчитанной до 2017 г. Вопросам развития направления быстрых реакторов большое внимание уделяет индийское руководство, о чем свидетельствует хотя бы следующее сообщение: «Индия в рамках программы, рассчитанной до 2017 года, решила соорудить еще четыре 500-мегаваттных реактора на быстрых нейтронах» [9]. В настоящее время на площадке ядерного комплекса Калпаккам сооружается две установки на быстрых нейтронах, ассигнования на это уже составили более 727 млн долл. Там же планируются построить еще две из названных АЭС, а еще для двух ищут место. Невольно возникает вопрос, а не отстанет Россия, ныне передовая страна со своим реактором на быстрых нейтронах БН-600, от Индии в области строительства быстрых реакторов? Советский Союз постоянно работал над созданием замкнутого топливного цикла в своей стране. И создание реакторов на быстрых нейтронах было одним из основных и постоянных направлений программы развития ядерной энергии. Опытный аппарат БН-60 в г. Димитровграде, ныне остановленный опытно-промышленный реактор БН-350 в Казахстане, а также успешно работающий один из лучших реакторов России БН-600 на Белоярской АЭС - все это серьезный опытный полигон будущего быстрой ядерной энергетики. В декабре 2006 г. Кириенко сказал: «Блок на быстрых нейтронах БН-600, расположенный на Белоярской атомной станции, уникален. Это зона наших конкурентных преимуществ. Здесь Россия безусловный лидер.
АО "ТВЭЛ" представило инновационные решения для замыкания ядерного топливного цикла
Многоцелевой быстрый реактор будущего В России в рамках комплексной программы развития атомной науки, техники и технологий активно строят МБИР — Многоцелевой научно-исследовательский реактор четвертого поколения на быстрых нейтронах. Выполнены запланированные исследования в обоснование безопасности многоцелевого исследовательского реактора на быстрых нейтронах МБИР и продления сроков эксплуатации БОР-60. «Исследовать проблему вывода из эксплуатации быстрых реакторов можно на больших реакторах БН-600, БН-800. И реактор на быстрых нейтронах немного уменьшает их количество.
Мировой прорыв: уникальный реактор скоро заработает в Сибири
Но даже не это самое замечательное свойство новых реакторов. Дело в том, что размножители способны нарабатывать ядерное топливо в количестве, превышающем потребности самого реактора. С сугубо практической точки зрения мы можем получить топлива больше, чем загрузили. Закон сохранения энергии при этом не нарушается. Иными словами, Россия сделала еще один важный шаг к созданию «вечного двигателя», пока на уровне эксперимента. Его должны построить к 2026 году. К 2035 году российская атомная энергетика может стать двухкомпонентной, то есть она будет состоять из «тепловых» и «быстрых» реакторов. Это и есть тот самый ЗЯТЦ — «замкнутый ядерный топливный цикл». У нас может появиться безотходная атомная энергетика. У этого проекта есть свое название — «Прорыв».
В этом названии нет никакого неуместного пафоса — нам больше не нужно будет добывать уран для нужд земной энергетики. Только добытых запасов урана России хватит на тысячи лет.
Действительно, успешное испытание реактора данного типа означает начало практически безотходной ядерной энергетики с доступом к урану-238. Его хватит человечеству на миллионы лет. Сообщается, что отечественные реакторы на быстрых нейтронах ранее загружались обычным урановым топливом, т. Перевод реактора на МОКС-топливо позволит ответить на целый ряд важных вопросов, а также приблизит создание технологической платформы, в основе которой будет замкнутый ядерный топливный цикл.
Осенью 2023 года заменили и их. Во-первых, экономика и промышленность нашей страны будут обеспечены чистой атомной электроэнергией на сотни лет. Во-вторых, появится почти вечный двигатель, не требующий расходования невозобновляемых ресурсов для производства электроэнергии. Не нужно будет обеспечивать его длительное хранение с особыми условиями. Таким образом, технология, которую в СССР и России разрабатывали более 70 лет, принесет максимальную пользу и сохранит мировое лидерство нашей страны в реакторах на быстрых нейтронах.
И полный перевод БН-800 на промышленное МОКС-топливо - важный шаг к созданию в России двухкомпонентной атомной энергетики с замкнутым топливным циклом. Следующим шагом должно стать строительство быстрых реакторов БН-1200М и БР-1200 уже коммерческого назначения. То есть более мощных и более эффективных, конкурентоспособных в экономическом отношении. Суть двухкомпонентной атомной энергетики в том, чтобы увязать в одну технологическую и производственную цепочку реакторы на быстрых нейтронах с энергетическими реакторами типа ВВЭР на тепловых нейтронах. Так, чтобы плутоний, который накапливается в ядерном топливе легководных ВВЭР, можно было использовать при изготовлении "горючего" для коммерческих реакторов на быстрых нейтронах, да еще сокращать объемы высокоактивных отходов. И буквально сегодня, 6 декабря, с Горно-химического комбината в городе Железногорск Красноярского края, где уже промышленным способом производят российское МОКС, пришло сообщение о выпуске первой партии такого топлива с включением в него так называемых "минорных актинидов" - трансурановых элементов америций-241 и нептуний-237. Уже весной 2024 года эту партию планируют загрузить в реактор БН-800, где она пройдет опытно-промышленную эксплуатацию.
Реактор на быстрых нейтронах
- Реактор на быстрых нейтронах
- Главная - Проект Прорыв
- Быстрое семейство
- Реакторы на быстрых нейтронах: ядерная энергетика в деталях
- Multi-Purpose Fast Reactor (MBIR) |
Атомный феникс для вечного двигателя
Специалисты полагают, что данная инновация фактически превращает БН-800 в вечный ядерный реактор. Облученное ядерное топливо с прочих атомных электростанций теперь можно повторно использовать после специальной переработки. Эксперты подчеркивают, что это событие можно считать ярким примером воплощения идеи мирного атома, работающего на благо всего человечества.
Остальное идет в отход, и в итоге образуется плутоний — искусственный топливный элемент, который является делящимся веществом. Раньше его отправляли либо на склад, либо военным, — объясняет технологию глава «Атоминфо-Центра» Александр Уваров. А сейчас данный плутоний вернули в реактор, впервые выведя его на номинальную мощность. Такой вид ядерного топлива называется МОКС-топливом. Это первый шаг к замыканию топливного цикла. После того как плутоний отработает, часть его сгорит, отдав энергию, а другая часть будет переработана, и из нее сделают новое топливо, которое вновь загрузят в реактор, уже в третий раз.
В частности, реактор БН-800 в 2022 году был переведен на промышленное смешанное оксидное уран-плутониевое МОКС-топливо. Другой вид уран-плутониевого топлива для быстрых реакторов — нитридное СНУП-топливо, оно будет использоваться в первом инновационном реакторе со свинцовым теплоносителем БРЕСТ-ОД-300 строится в Северске в рамках отраслевого проекта "Прорыв". В случае с МОКС-топливом у нас отработана вся технология производства и накапливается опыт эксплуатации БН-800 с полной загрузкой активной зоны уран-плутониевым топливом. В ходе исследований постепенно достигается все более высокая глубина выгорания ядерного топлива.
БН-1200М — это "быстрый" реактор нового поколения, который должен стать типовым проектом для энергоблока мощностью 1200 МВт с реактором на быстрых нейтронах и жидким натрием в качестве теплоносителя. С помощью этой установки в России должна быть реализована концепция двухкомпонентной атомной энергетики с реакторами большой мощности как на тепловых, так и на быстрых нейтронах, и замкнутым ядерным топливным циклом, когда в производстве свежего топлива планируется использовать вторичные продукты — обедненный уран, плутоний и регенерированный уран, выделенный из облученного топлива. Это, в частности, позволит решить ресурсную проблему атомной энергетики, связанную с ограниченностью запасов природного урана. Поскольку реакторы на быстрых нейтронах способны работать на плутонии и, таким образом, позволяют замкнуть ядерный топливный цикл, оптимальным топливом для таких установок будет уран-плутониевая смесь.
Ядерный спор: Ученый и "Росатом" разошлись в вопросе о развитии отрасли
«Прорыв» относится к поколению так называемых реакторов на быстрых нейтронах, работающих по принципу замкнутого цикла, то есть без отходов. «Росатом» начал возводить в Томской области уникальный реактор на быстрых нейтронах. Мне тут задали вопрос, на который сходу не получилось ответить, "а чем реакторы на быстрых нейтронах лучше обычных, ВВР например?
К «Прорыву» добавляется реактор
Реактор на быстрых нейтронах БН-800 Белоярской АЭС был полностью переведен на уран-плутониевое МОКС-топливо. Поскольку реакторы на быстрых нейтронах способны работать на плутонии и, таким образом, позволяют замкнуть ядерный топливный цикл, оптимальным топливом для таких установок является уран-плутониевая смесь. Внедрение замкнутого топливного цикла осуществляется прежде всего для реакторов на быстрых нейтронах, которые по своей физике изначально более «всеядны» с точки зрения топлива и делящихся материалов. В нем реакторы на быстрых и на тепловых нейтронах будут работать совместно, обмениваясь топливом. Начался монтаж первой в мире реакторной установки на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем — реактора четвёртого поколения БРЕСТ-ОД-300. Росатом начал в Северске строительство уникального энергоблока с реактором на быстрых нейтронах БРЕСТ-ОД-300.
Россия запустила модель Реактора будущего или «Секрет» поставок урана в США
Это значит, что фактически появились вечные ядерные реакторы. Топливо вторично перерабатывается и используется. Успешное испытание такого реактора означает почти безотходную ядерную энергетику с доступом к урану 238 в отличие от классической на уране 235 , которого хватит на очень и очень долго, это миллионы лет. И произошло это у нас на Урале. Прорыв, о котором не «гремели» зарубежные СМИ, и как ни странно, прошел почти незамеченным и в России. Отдельные быстро промелькнувшие репортажи это не значительно, на фоне такого значимого события. По словам специалистов, реактор успешно прошёл стадию технологического перехода на инновационное топливо, и готов нести полную нагрузку.
Для таблеток используется обедненный уран и высокофоновый плутоний, извлеченный из облученного топлива тепловых реакторов. В январе 2021 года после очередной перегрузки доля МОКС-топлива выросла до трети.
Конечно, идеальную картинку в реальном реакторе получить невозможно. Нейтроны активно захватываются ядрами других элементов, присутствующих в активной зоне: осколками деления, теплоносителем и замедлителем, стержнями управления и защиты, часть нейтронов просто вылетает из активной зоны. Поэтому в современных реакторах на легкой воде, например упомянутых ВВЭР, коэффициент размножения топлива составляет 0,5—0,7. Хотя, что интересно, нужный нам плутоний-239 в них тоже образуется, пусть и не так быстро. Энергоблок БРЕСТ за счет своей конструкции, особого расположения топливных элементов, использования слабо активируемого свинцового теплоносителя позволяет получить коэффициент воспроизводства топлива гораздо выше единицы — по расчетам, до 1,2, что уже очень близко к теоретическому пределу. Основной трудностью в освоении столь привлекательного на бумаге замкнутого ядерного цикла всегда была инженерная сложность реакторов на быстрых нейтронах.
Если упростить задачу до максимума, то реактор на быстрых нейтронах — это гораздо более «горячая штучка», чем стандартный энергоблок, использующий медленные, тепловые нейтроны и обычную воду в качестве теплоносителя.
Первоначальная стоимость проекта оценивалась в 400 млн долларов. Однако в 1983 году из-за различных финансовых злоупотреблений «Клинч Ривер» был закрыт. К этому времени его стоимость оценивалась уже в 8 млрд долларов, причём предела роста расходов в обозримом будущем видно не было. Правительство благоразумно закрыло сию научно-техническую профанацию, справедливо посчитав, что она не имеет ни малейшего шанса на выход практически применимых и окупаемых технологий. Японский реактор «Мондзю» с самого начала преследовали неудачи. В 1995 году на нём после утечки 640 килограммов металлического натрия произошёл грандиозный пожар. Когда после 14-летнего перерыва его вновь пытались запустить в работу, при перегрузке топлива в корпус реактора разрушился очень важный узел загрузочной машины.
Сейчас финансирование реактора не производится и судьба его неизвестна. Единственной страной кроме России, сумевшей запустить реактор на быстрых нейтронах промышленной мощности, оказалась Франция. Реактор «Феникс» был подключён к сети в 1973 году. За время эксплуатации зафиксировано четыре случая внезапного резкого снижения реактивности реактора, то есть нарушения цепной реакции. Выяснить физику этого явления не удалось, что стало одной из причин отказа Франции от дальнейшего развития направления быстрых реакторов. Другой причиной стала невозможность получить от «Феникса» хоть какую-то экономическую эффективность. В 2010 году проект был окончательно закрыт. Сейчас в мире действует около десятка экспериментальных реакторов на быстрых нейтронах мощностью не более 20 МВт.
Кто нас догонит? Первые быстрые реакторы в нашей стране использовались для наработки плутония, который после обогащения превращался в компонент атомной бомбы. Последний реактор для этих целей располагался в Железногорске и был закрыт в 2012 году. Состоящая из одного энергоблока, эта станция мощностью 350 МВт располагалась на полуострове Мангышлак вблизи г. Шевченко ныне Актау, Казахстан. Кроме выработки электроэнергии в тандеме с реактором работала опреснительная установка, дававшая расположенному в пустыне городу 120 тысяч кубометров воды в сутки.
Металл всплывает на ее поверхности и плавится, попутно выделяется водород, который может воспламениться. Полностью от воды в реакторе не избавиться: пар нужен, чтобы крутить турбину. Поэтому сейчас в России проектируют и строят реакторы со свинцовым теплоносителем — они менее активно взаимодействуют с водой. В мире есть только два энергетических реактора на быстрых нейтронах — БН-600 и БН-800. Они находятся в России на территории Белоярской атомной электростанции. Еще два отечественных реактора научно-исследовательские. Также есть по одному исследовательскому реактору в Индии и Китае. Замкнутый ядерно-топливный цикл Главный плюс реактора на быстрых нейтронах — возможность организовать замкнутый цикл использования ядерного топлива: из отработанного топлива можно достать «недогоревшие» атомы, сделать из них новую порцию топлива и снова дать ему поработать в реакторе — и так несколько раз. По мнению ученых, это повысит эффективность использования природных запасов урана и уменьшает количество отходов. Дмитрий Рудик ведущий инженер научного исследовательского ядерного университета МИФИ На специальных радиохимических заводах из отработанного ядерного топлива выделяют уран 238U, которого очень много после «работы» в «медленном» реакторе, а также остатки 235U и плутония. По словам эксперта, реактор на быстрых нейтронах позволит повторно использовать отработанное топливо, что потенциально может обеспечить человечество электроэнергией на тысячи лет. К тому же замкнутый топливный цикл поможет избавляться от долгоживущих радиоактивных ядер, которые в противном случае пришлось бы где-то хранить. При переходе на замкнутый цикл задач придется решить немало. Переработка топлива, побывавшего в реакторе, — долгий и непростой процесс. Из смеси нужно химическими методами извлекать расколотые радиоактивные ядра короткоживущих и долгоживущих элементов.