Rusija padarė proveržį branduolinės energetikos srityje

2024 Autorius: Seth Attwood | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-16 16:11

„Proveržio“projektas – netoli Tomsko statomas branduolinis reaktorius Brest-300 atvers naują puslapį Žemės energetikos sektoriuje. Rusija kuria pirmąją pasaulyje 300 MW galios „Perpetuum Mobile“– atominę elektrinę su uždaru kuro ciklu. Projektas savaime suprantamu pavadinimu „Proveržis“žada energiją be pavojaus, be urano kasybos ir dešimtmečiais lenkia konkurentus …

Keturiasdešimt trys hektarai teritorijos, pilkos monolitinės sienos, gausiai į dangų kyšančios armatūra, kranai ir 600 darbininkų. Po trejų metų šioje vietoje, uždarame mieste Severskas, 25 kilometrai nuo Tomskas, pradės dirbti pirmasis pasaulyje300 megavatų galios „Perpetuum Mobile“– tai atominė elektrinė su uždaru kuro ciklu ir išlydytu švinu kaip aušinimo skysčiu. Įmonė vadinama eksperimentine, nes supertechnologijos jai kol kas skaičiuojamos tik pagal matematinius modelius. Tačiau patikrinę juos veikiančiame reaktoriuje, mūsų branduoliniai mokslininkai gaus etaloninę naujos kartos atominę elektrinę, dešimtmečiams atitrūkęs nuo konkurentų iš Toshiba, Areva ir kitų. Projektas, turintis savaime suprantamą pavadinimą Proveržis “, žada energiją be pavojausir, svarbiausia, be urano kasybos.

Skeptikai ir taikus atomas

Keletas žodžių tiems, kurie taikų atomą laiko relikvija. Žmonijos energijos poreikis padvigubėja kas 20 metų. Deginant naftą ir anglis, kasmet susidaro apie pusė milijardo tonų sieros dioksido ir azoto oksidų, tai yra, kiekvienam žemės gyventojui tenka 70 kilogramų kenksmingų medžiagų. Atominių elektrinių naudojimas pašalina šią problemą. Be to, naftos atsargos yra ribotos ir vienos tonos urano-235 energijos intensyvumas yra maždaug lygus dviejų milijonų tonų benzino energijos intensyvumui.

Svarbi ir kaina. Hidroelektrinėje kilovatvalandė elektros kainuoja 10-25 kapeikas, tačiau hidroenergijos potencialas išsivysčiusiame pasaulyje praktiškai išnaudotas. Anglies ar mazuto stotyse - 22-40 kapeikų, tačiau kyla aplinkosaugos problemų. Pramoninėse vėjo ir saulės elektrinėse - 35-150 kapeikų, šiek tiek brangu, o kas garantuoja nuolatinį vėją ir debesų nebuvimą. Atominės energijos savikaina 20-50 kapeikų, ji stabili, kelia daug mažiau aplinkos problemų nei deginant naftą ir anglį, jos galimybės neribotos.

Galiausiai Rusijos taikus atomas pasirodė beveik nekonkuruojantis. 2010 m., kai po 24 metus trukusio šalčio daugelis šalių vėl norėjo statyti atomines elektrines, mūsų reaktoriai pasirodė pigesni ir ne ką prastesni už japonų, prancūzų ir amerikiečių prototipus. Be to, mes, skirtingai nei konkurentai , visus šiuos metus statėme atomines elektrines – „Rosatom“turėjo ką parodyti potencialiam klientui.

Valstybinės korporacijos vadovybė kompetentingai pašalino susidariusią negalią. Dėl to praėjusiais metais „Westinghouse Electric“bankrutavo. „Toshiba“, anksčiau nusipirkusi „Westinghouse Electric“, jau pakeliui. Arevos finansinė padėtis taip pat nepavydėtina. Kita vertus, į „Atomexpo-2016“atvyko delegacijos iš 52 šalių. 20 iš šių šalių dar neturėjo branduolinės energijos. Dabar jie pirmą kartą pasirodys Egiptas, Vietnamas, Turkija, Indonezija, Bangladešas – mūsų Rusijos atominės elektrinės.

Gilus pragaras

Pagrindinė branduolinės energijos problema šiandien yra kuro … Žemėje yra 6,3 mln. tonų ekonomiškai atgaunamo urano. Jei atsižvelgsime į vartojimo augimą, jis truks apie 50 metų. Kaina šiandien yra apie 50 USD už kilogramą rūdos, bet kadangi gavyba yra mažiau pelningų telkinių, ji padidės iki 130 USD už kilogramą ir daugiau. Žinoma, iškasamų rezervų yra, ir ne mažų, bet jie nėra amžini.

Uraną sunku išgauti arba labai sunku … Urano rūdos uolienoje yra apie 0,1-1 proc., pliusas ar minusas. Rūda atsiranda maždaug kilometro gylyje. Temperatūra kasyklose viršija 60 laipsnių Celsijaus. Išgauta uoliena turi būti ištirpinta rūgštyje, dažniau sieros rūgštyje, kad iš tirpalo būtų išskirta urano rūda. Kai kuriuose telkiniuose sieros rūgštis iš karto pumpuojama į žemę, kad vėliau ją būtų galima paimti kartu su ištirpusiu uranu. Tačiau yra urano uolienų, kurios netirpsta sieros rūgštyje …

Galiausiai tik išvalytame urane 0,72 proc reikalingas izotopas yra uranas-235. Tą patį, kuriame veikia branduoliniai reaktoriai. Tai pabrėžti – atskiras galvos skausmas. Uranas paverčiamas dujomis (urano heksafluoridu) ir praleidžiamas per centrifugų kaskadas, besisukančių maždaug dviejų tūkstančių apsisukimų per sekundę greičiu, kur lengvoji frakcija atskiriama nuo sunkiosios. Sąvartynas – uranas-238, kurio likutinis urano-235 kiekis yra 0,2–0,3 procento, šeštajame dešimtmetyje buvo tiesiog išmestas. Bet tada jie pradėjo jį laikyti kieto urano fluorido pavidalu specialiuose konteineriuose po atviru dangumi. Per 60 metų žemė kaupė apie du milijonai tonų urano-238 fluorido … Kodėl jis saugomas? Tada tas uranas-238 gali tapti kuru greitiems branduoliniams reaktoriams, su kuriais iki šiol branduolinių mokslų mokslininkai palaikė sudėtingus santykius.

Iš viso pasaulyje buvo pastatyta 11 pramoninių greitųjų neutroninių reaktorių: trys Vokietijoje, du Prancūzijoje, du Rusijoje, po vieną Kazachstane, Japonijoje, Didžiojoje Britanijoje ir JAV. Vienas iš jų, SNR-300 Vokietijoje, niekada nebuvo paleistas. Sustabdomi dar aštuoni. Išėjo du darbininkai … kur tu manai? Teisingai, toliau Belojarsko AE.

Viena vertus, greitieji reaktoriai yra saugesni nei įprasti šiluminiai reaktoriai. Juose nėra didelio slėgio, negresia garų-cirkonio reakcija ir pan. Kita vertus, neutronų laukų intensyvumas ir temperatūra darbinėje zonoje yra didesnė, plieną, kuris išlaikytų savo savybes pagal abu parametrus, yra sunkiau ir brangiau gaminti. Be to, vanduo negali būti naudojamas kaip aušinimo skystis greito veikimo reaktoriuje. Likučiai: gyvsidabris, natris ir švinas. Gyvsidabris pašalinamas dėl didelio korozinio poveikio. Švinas turi būti laikomas išlydytas - lydymosi temperatūra yra 327 laipsniai. Natrio lydymosi temperatūra yra 98 laipsniai, todėl visi greitieji reaktoriai iki šiol buvo gaminami su natrio aušinimo skysčiu. Tačiau natris pernelyg smarkiai reaguoja su vandeniu. Jei grandinė būtų pažeista… Kaip tai atsitiko Japonijos reaktoriuje „Monju“1995 m. Apskritai greitieji pasirodė per sunkūs.

Nesijaudink, nesušals

„Nesijaudinkite, švinas mūsų Brest-300 reaktoriuje ne tik niekada nesustings, bet ir niekada neatvės žemiau 350 laipsnių“, – Lente.ru sako projekto BREST-OD-300 vadovas. Andrejus Nikolajevas … – Už tai atsakingos specialios schemos ir sistemos. Tai visiškai naujas projektas, neturintis nieko bendra su švino ir bismuto reaktoriais, kurie buvo povandeniniuose laivuose. Viskas čia buvo sukurta atsižvelgiant į naujausius pokyčius, technologijas ir pasiekimus. Taip ir bus pirmasis pasaulyje švinu aušinamas greitas reaktorius … Ne veltui jis vadinamas „Proveržiu“. Prieš jus yra ateities įmonė – ketvirtos kartos atominė elektrinė su uždaryta kuro ciklas.

Man nebuvo leista lipti į statybvietę – tai įslaptinta informacija. Jiems irgi nebuvo leista fotografuoti, tad nuotraukos ne mano. Juos gamino žmogus, kuriam iš anksto buvo paaiškinta, kokiais kampais galima užfiksuoti objektą, o kokiais – neįmanoma. Tačiau Andrejus Nikolajevas išsamiai paaiškino, kodėl ir kokia tvarka statomos trys Proryvo elektrinės ir kaip atominė elektrinė gali dirbti be urano.

Įmonė susideda iš trys gamyklos: kuro gamybos įmonė, pats reaktorius ir kuro perdirbimo įmonė. Kuro gamykloje bus gaminami visiškai naujos sudėties kuro elementai, kurie neturėjo analogo pasaulyje. Tai mišrus nitrido urano-plutonio kuras – MNUP. Skilioji medžiaga naujajame reaktoriuje bus plutonis … O uranas-238, kuris pats nėra skilus, bus apšvitintas šiluminiais neutronais ir pavirs plutoniu-239. Tai yra, Brest-300 reaktorius gamins šilumą, elektrą ir be to , pasigaminti kuro sau.

Du paukščiai vienu akmeniu

Šiandieniniame pasaulyje dirba 449 statomi taikūs pramoniniai branduoliniai reaktoriai ir dar 60. Eksploatuojant šiuos reaktorius, praeityje ir ateityje, iškyla planinė problema – panaudoto kuro rinklės. Pirmiausia jie dedami į specialias vonias, kur „atvėsta“kelerius metus. Tada „atšaldyti“kuro elementai sandėliuojami „sausose“saugyklose, kur jų kaupiami dideli kiekiai. Pajėgumai apdoroti atliekų sąrankas yra kelis kartus mažesni nei būtina. Kodėl? Nes tai labai sunku ir brangu.

Proveržio projekto metu bus pastatyta nuosava kuro perdirbimo gamykla. Kaip galite spėti, Ši gamykla ne tik sunaikins perdegusį kurą, bet ir išduos žaliavas naujiems mazgams … Seni kuro strypai bus tirpinami rūgštyje, galbūt sieros, tada gamykloje, naudojant sudėtingas chemines technologijas, tirpalas bus atskiriamas elementas po elemento. Nereikalinga kondicionuojama ir laidojama, reikalinga naudojama. Be žaliavų naujam kurui, įmonė iš senų mazgų išgaus rečiausius sunkiųjų elementų izotopus, kurie yra paklausūs medicinoje, moksle ir pramonėje.

Beje, 300 megavatų reaktoriaus galia pasirinkta neatsitiktinai. Esant tokiai galiai, jis pagamins tiek plutonio, kiek sunaudos. Tas pats didesnės galios reaktorius pagamins daugiau kuro nei sunaudos. Taigi pakrautas Bresto reaktorius veiks kaip paprastas „Perpetuum Mobile“. Reikės tik nedidelio nusodrintojo urano atsargų. Na, o urano-238, kaip jau minėjau, atominės pramonės sukaupia tokį kiekį kad tęsis amžinai.

Didelis puodas

- Kad galėtumėte įsivaizduoti reaktorių, - tęsia Andrejus Nikolajevas. – Tai 17 metrų aukščio ir 26 metrų skersmens keptuvė. Į jį bus nuleistos kuro sąrankos. Šilumokaitis – per jį cirkuliuos išlydytas švinas. Visa įranga iš ir tik rusiškos gamybos. Tai bus visiškai saugus reaktorius, kurio reaktyvumo riba bus mažesnė nei vienetas. Tai reiškia, kad pagal fizikos dėsnius jis tiesiog neturi pakankamai reaktyvumo, kad įsibėgėtų. Didelio masto avarijos jame neįmanomos. Gyventojų evakuacija niekada nebus reikalinga. Bet koks gedimas, jei taip atsitiks, neperžengs įmonės pastato ribų. Netgi išmetimas į atmosferą dėl hipotetinės avarijos nebus.

Brest-300 reaktoriuje bus įdiegtas automatinis aušinimo skysčio valymas. Naujojo reaktoriaus aušinimo skysčio, tai yra švino, niekada nereikės keisti. Tai pašalina kitą probleminį tradicinės branduolinės energijos švaistymą – LRW.

Problemos išsprendžiamos pakeliui

Projekto Brest-300 autoriai yra NIKIET, pavadintas Dollezhal vardu. Pinigai skirti laiku, statybos vyksta numatytu tempu, pirmoji pradės veikti kuro gamybos gamykla. Reaktoriaus paleidimas numatytas 2024 m … Tada bus baigtas kuro perdirbimo modulis. Lygiagrečiai su statybomis tęsiami MTEP darbai. Dėl šių darbų periodiškai atliekami statybos pakeitimai, todėl galutinis galutinis laiko momentas neįvardijamas.

Bresto projektas turi priešininkų akademiniuose sluoksniuose. Tai suprantama, projektas laimėjo konkursą, kuriame dalyvavo dar keli iškilesni institutai. Kritikai sako, kad Breste naudojamos technologijos yra nebaigtos. Visų pirma, jie abejoja švino lydalo kaip šilumos nešiklio naudojimu ir t. t. ir pan. Mes nesileisime į detales, jie yra pernelyg sudėtingi ir dviprasmiški. Kita vertus, kodėl neturėtume pasitikėti savo atomų mokslininkais? Visi projektai, kuriuos SSRS, o po jos ir Rusija įvykdė branduolinėje pramonėje, buvo vienu žingsniu priekyje savo vakarų ir rytų kolegas. Tad kokia priežastis manyti, kad šį kartą viskas klostysis kitaip? Man atrodo, kad reikia tiesiog džiaugtis Rosatom ir TVEL ir tuo pačiu savimi, nes tai yra mūsų korporacija.