Многоцелевой научно-исследовательский реактор на быстрых нейтронах четвертого поколения поможет изучению технологий двухкомпонентной ядерной энергетики и другим научным целям. использование свинцового теплоносителя, который не замедляет быстрые нейтроны. Против продаж реакторов на быстрых нейтронах резко выступает США. 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.
Атомные реакторы нового поколения
- Россия на пороге создания нового реактора на быстрых нейтронах
- Главная тема
- Первыми довели до ума
- Быстрый, натриевый, модернизированный
В шаге от безотходной ядерной энергетики
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. 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".
Владельцы АЭС США — в основном частные компании, они не видят коммерческих преимуществ в быстрых реакторах по сравнению с обычными «тепловыми». Да и тема обеспечения человечества практически вечной энергетической базой американцам не близка.
Не вышло у американцев и с военным использованием натриевых быстрых реакторов. Натрий бурно реагирует с водой и горит на воздухе, что усложняет любую аварию с утечкой теплоносителя. Поэтому после трехлетней эксплуатации единственной американской подлодки с натриевым теплоносителем USS Seawolf были сделаны отрицательные выводы о применимости такого типа реакторов в подводном флоте, на самой подлодке реактор был заменен на обычный водо-водяной, и эксперименты с использованием быстрых реакторов Пентагон прекратил. Однако из-за нескольких аварий его неоднократно останавливали, запускали снова, потом снова останавливали и окончательно заглушили в феврале 2010 года, так и не выведя на проектную мощность. В Японии быстрым реакторам не повезло: в 1995 году на реакторе «Мондзю» через четыре месяца после пуска произошла крупная утечка натрия.
Потом 15 лет на АЭС шел ремонт, но при перезапуске снова произошла авария. С тех пор реактор не работает. Индия имеет исследовательский быстрый реактор FTBR, но с пуском демонстрационного реактора PFBR-500 у индийцев не ладится уже много лет по причине отсутствия опыта и специалистов. Многочисленные отказы экспериментального оборудования ставят под вопрос реализацию этого проекта. Единственными серьезными конкурентами России в этой области сейчас являются китайцы, которые, однако, используют российское топливо с обогащенным ураном: они запустили экспериментальный реактор на быстрых нейтронах CEFR в 2011 году, а сейчас строят демонстрационный блок, который должен заработать в ближайшие годы.
Первый китайский опытный реактор CEFR мощностью 65 мегаватт проектировался в 90-х годах в России, но строился китайцами самостоятельно.
Ответ на этот и смежные вопросы ученые и профессионалы из России, Беларуси, Казахстана и Китая обсуждали на недавней конференции "Инновационные проекты и технологии ядерной энергетики", которая под эгидой "Росатома" была проведена в Москве. К этому моменту шли поэтапно, постепенно увеличивая в загрузке реактора долю смешанного уран-плутониевого топлива. 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.
Наш соотечественник Игорь Острецов с единомышленниками, работая в структуре советского еще Минатома, обнаружил, что при облучении протонами высоких энергий даже обедненного урана или отработанного ядерного топлива реакция деления с выделением энергии происходит тоже, что в "быстрых" реакторах, но вот осколки деления имеют совершенно другой изотопный состав и очень быстро теряют свою активность. На основе этого физического эффекта он разработал принципиально новый способ извлечения энергии атома — релятивистскую ядерную технологию, ЯРТ, и предложил свою программу развития ядерной энергетики, которую "пробивает" вот уже 20 лет, не без основания считая ее совершенно безальтернативной. В самом деле, запасы природного и отвального обедненного урана на планете весьма велики, а проблема нераспространения и другая большая головная боль — задача утилизации отработанного ядерного топлива — решаются при таком образе действий сами собой. Мнение экспертов, связанных с атомным монополистом, сегодня весьма распространено, однако есть и критики существующей статегии. Если кратко, наш принцип состоит в том, чтобы органично совместить ядерный реактор с ускорителем элементарных частиц. Результатом такого синтеза будет ЯРЭС — ядерная релятивистская электростанция.
Это реактор без сверхкритической массы делящихся продуктов и потому абсолютно взрывобезопасный. Он сможет работать на уране из отвалов радиохимических предприятий, на природном уране и даже на тории. И что чрезвычайно важно, он будет способен "дожигать" в короткоживущие изотопы всю ту гадость, которую сегодня мы не знаем, куда девать - радиоактивные отходы и облученное ядерное топливо, и даст возможность полностью перерабатывать долгоживущие продукты-актиноиды тепловыделяющих элементов подлодок и старых АЭС. Что позволит сократить объем радиоактивных отходов в разы и навсегда решить проблему нехватки урана для атомных станций, - поясняет профессор, доктору технических наук Игорь Острецов. Сердце ЯРЭС — линейный ускоритель Богомолова на обратной волне, сверхкомпактная супермашина по производству протонов с энергиями порядка 10 ГэВ. Классическому криогенному ускорителю на каждый ГэВ на выходе нужен 1 километр длины на 4 ГэВ — соответственно 4 километра , наш 4-ГэВ ускоритель Богомолова легко помещается в грузовой отсек транспортного самолета Ан-124 "Руслан".
Курсы валюты:
- Реактор превратится в «перпетуум мобиле»
- Россия сделала шаг к энергетике будущего
- «Сделали то, что не успели в СССР». В России запущен вечный ядерный реактор | Аргументы и Факты
- Росатом Госкорпорация «Росатом» ядерные технологии атомная энергетика АЭС ядерная медицина
- «Сделали то, что не успели в СССР». В России запущен вечный ядерный реактор
Мировой прорыв: уникальный реактор скоро заработает в Сибири
В Северске началось капитальное строительство линий электропередачи (ЛЭП) для реализации схемы выдачи мощности будущего энергоблока с инновационным реактором на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем БРЕСТ-ОД-300. МБИР — многоцелевой исследовательский реактор на быстрых нейтронах — резко отличается от своих прошлых собратьев тем, что специально задуман как «многоликий». отметил директор Белоярской АЭС Иван Сидоров. Мне тут задали вопрос, на который сходу не получилось ответить, "а чем реакторы на быстрых нейтронах лучше обычных, ВВР например? Интерфакс: Реактор на быстрых нейтронах БРЕСТ-300 в Томской области может быть введен в 2028-2029 гг., сообщил глава госкорпорации "Росатом" Алексей Лихачев в интервью телеканалу "Россия-24". БН-1200М, как следует из названия — это модернизированный реактор на быстрых нейтронах электрической мощностью 1200 МВт.
Мнение физика Андрея Ожаровского
- В России появился «вечный» ядерный реактор - Аргументы Недели
- "Росатом" испытает топливо для "реактора будущего" на Белоярской АЭС - 13.12.2022, ПРАЙМ
- Multi-Purpose Fast Reactor (MBIR)
- Что такое цепная реакция деления
- Радиационные явления в реакторных материалах обсудили в Обнинске
- Новое топливо
К «Прорыву» добавляется реактор
Единственной страной кроме России, сумевшей запустить реактор на быстрых нейтронах промышленной мощности, оказалась Франция. К тому же реакторы на быстрых нейтронах могут вовлекать в реакцию природный уран-238, что увеличивает общую долю топлива, которую можно «выжечь» в реакторе. В Северске началось капитальное строительство линий электропередачи (ЛЭП) для реализации схемы выдачи мощности будущего энергоблока с инновационным реактором на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем БРЕСТ-ОД-300.
Ядерный спор: Ученый и "Росатом" разошлись в вопросе о развитии отрасли
О строительстве и работе нового объекта, планах на будущее и научной революции нашему изданию рассказали спикеры во время торжественного мероприятия по заливке первого бетона в основание уникального реактора. Впервые в мировой практике на одной площадке будут созданы АЭС с «быстрым» реактором и замкнутый ядерный топливный цикл. Облученное топливо после переработки будет использовано повторно для изготовления свежего продукта. Таким образом, получается безотходное производство. Во-вторых, начинаем более активно использовать природный уран. Фактически сводим к нулю радиоактивные отходы и добиваемся эквивалентного обмена с природой, возвращая ей ровно столько радиоактивности, сколько изъяли из нее при добыче урана. Ну, и конечно, уровень безопасности быстрых реакторов фактически исключает возможность аварии», — добавляет Алексей Евгеньевич. Новое топливо В рамках проекта Топливная компания разработала принципиально новый вид ядерного топлива — смешанное нитридное уран-плутониевое топливо, которое носит название «СНУП».
Параллельно продолжается работа по созданию второго поколения твэлов с более высоким уровнем выгорания, которые должны использоваться, когда производство СНУП-топлива перейдет на этап рефабрикации. Технологии переработки облученного топлива так же важны для атомной энергетики будущего, как и новые реакторы и ранее не существовавшие виды топлива. Именно они помогут сделать атомную энергетику не только экономически доступной и безопасной, но и практически безотходной в своей производственной цепочке и жизненном цикле. И, таким образом, эта замкнутая система станет практически независимой от внешних поставок сырья».
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. В конце июня 2022-го во время планового ремонта в реактор загрузили последнюю треть, а в начале сентября блок включили в сеть. Это важный шаг в выстраивании двухкомпонентной атомной энергетики с замыканием ядерного топливного цикла. Применение МОКС-топлива позволит в десятки раз увеличить топливную базу атомной энергетики. Остальное идет в отход, и в итоге образуется плутоний — искусственный топливный элемент, который является делящимся веществом. Раньше его отправляли либо на склад, либо военным.
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 начале 1960-х годов достижение уже промышленных технологий казалось задачей самого ближайшего будущего. Теоретические основы физики такого типа реакторов просматривались как на ладони, и целая группа стран устроила неформальную гонку.
В связи с этим становится очевидным, что внедрение реакторов-размножителей на быстрых нейтронах является необходимым условием для развития крупномасштабной ядерной энергетики. В процессе эксплуатации реакторов на быстрых нейтронах должна быть решена важнейшая задача — создание замкнутого ядерного топливного цикла, который характеризуется повторяющимися циклами переработки отработавшего ядерного топлива и изготовления на основе выделенного плутония нового топлива. Этапы освоения быстрых натриевых реакторов Работы по быстрым реакторам были начаты в Физико-энергетическом институте с создания исследовательской базы — экспериментального реактора мощностью 5 МВт БР-5, 1958 г. В нем впервые были использованы и испытаны в работе научно-технические идеи и решения, на основе которых позднее стали развиваться быстрые реакторы большей мощности. К числу таких решений относились: натриевый теплоноситель для отвода тепла от ядерного реактора, керамическое топливо в виде смеси диоксидов урана и плутония, нержавеющие стали в качестве основного материала конструкций, контактирующих с натрием. Реактор БОР-60 разработчик проекта РУ — ОКБ «Гидропресс» представлял собой следующую ступень в освоении технологии быстрых натриевых реакторов и разрабатывался с более широкими возможностями для проведения различных исследований. Реактор был введен в эксплуатацию в 1969 году и является основной экспериментальной базой натриевых реакторов по настоящее время. Африкантова, научный руководитель проектов — Физико-энергетический институт им. БН-350: первый в мире опытно-промышленный энергетический реактор на быстрых нейтронах Опытно-промышленная АЭС с реактором на быстрых нейтронах БН-350 была построена на полуострове Мангышлак вблизи г. Шевченко в настоящее время — г. Актау, Республика Казахстан и предназначалась для выработки электроэнергии и опреснения морской воды, что требовалось для нужд промышленных предприятий и города.
Мировой прорыв: уникальный реактор скоро заработает в Сибири
Реакторы на быстрых нейтронах способны нарабатывать плутоний, которого хватит, чтобы обеспечить собственную работу и при необходимости другие реакторы новым топливом. С моей точки зрения именно реактор на быстрых нейтронах это самое значимое, что создала Россия после перестройки. Целью сооружения МБИР является создание высокопоточного исследовательского реактора на быстрых нейтронах с уникальными потребительскими свойствами для реализации следующих задач: проведение реакторных и послереакторных исследований. — лидерство России в мире по реакторам на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем.
Бесконечная энергия: «Росатом» строит первый в мире реактор с замкнутым циклом
В отличие от водо-водяных энергетических реакторов (ВВЭР), реактор на быстрых нейтронах в качестве теплоносителя использует не воду, а жидкий металл, в данном случае — натрий. Выполнены запланированные исследования в обоснование безопасности многоцелевого исследовательского реактора на быстрых нейтронах МБИР и продления сроков эксплуатации БОР-60. Росатом начал в Северске строительство уникального энергоблока с реактором на быстрых нейтронах БРЕСТ-ОД-300. является самым мощным в мире реактором-размножителем на быстрых нейтронах с жидкометаллическим натриевым теплоносителем.