Rusland fik et gennembrud inden for atomkraft

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-16 16:01

"Breakthrough"-projektet - Brest-300 atomreaktoren under opførelse nær Tomsk, vil åbne en ny side i jordens energisektor. Rusland skaber verdens første Perpetuum Mobile med en kapacitet på 300 MW – et atomkraftværk med en lukket brændselscyklus. Projektet med det selvforklarende navn "Breakthrough" lover energi uden fare, uden uranudvinding og overgår konkurrenterne i årtier …

43 hektar territorium, grå monolitiske vægge, beslag, der stikker rigeligt ud i himlen, kraner og 600 arbejdere. Tre år senere, på dette sted, i en lukket by Seversk, 25 kilometer fra Tomsk, begynder at virke den første i verdenPerpetuum Mobile med en kapacitet på 300 megawatt er et atomkraftværk med en lukket brændselscyklus og smeltet bly som kølemiddel. Virksomheden kaldes en eksperimentel, da superteknologierne for den indtil videre kun er beregnet på matematiske modeller. Men efter at have kontrolleret dem på en reaktor i drift, vil vores atomforskere modtage et reference atomkraftværk af en ny generation, brud fra konkurrenter fra Toshiba, Areva og andre i årtier. Projektet, som har et selvforklarende navn " Bryde igennem", lover energi uden fareog vigtigst af alt, uden uranudvinding.

Skeptikere og det fredelige atom

Et par ord til dem, der betragter det fredelige atom som et levn. Menneskehedens behov for energi fordobles hvert 20. år. Afbrænding af olie og kul fører til den årlige dannelse af omkring en halv milliard tons svovldioxid og nitrogenoxider, det vil sige 70 kg skadelige stoffer for hver indbygger på jorden. Brugen af atomkraftværker fjerner dette problem. Desuden er oliereserverne begrænsede, og energiintensiteten af et ton uran-235 er omtrent lig med energiintensiteten af to millioner tons benzin.

Omkostningerne er også vigtige. På et vandkraftværk koster en kilowatt-time elektricitet 10-25 kopek, men vandkraftpotentialet i den udviklede verden er praktisk talt opbrugt. På kul- eller brændselsoliestationer - 22-40 kopek, men miljøproblemer opstår. På industrielle vind- og solkraftværker - 35-150 kopek, lidt dyrt, og hvem garanterer konstant vind og fravær af skyer. De primære omkostninger ved atomenergi er 20-50 kopek, den er stabil, skaber meget mindre miljøproblemer end afbrænding af olie og kul, dens potentiale er ubegrænset.

Endelig viste det russiske fredelige atom sig næsten at være ude af konkurrence. I 2010, da mange lande efter en 24-årig kuldeperiode igen ønskede at bygge atomkraftværker, viste vores reaktorer sig at være billigere og ikke værre end japanske, franske og amerikanske prototyper. Desuden har vi i modsætning til konkurrenterne , alle disse år har vi bygget atomkraftværker - Rosatom havde noget at vise til en potentiel kunde.

Ledelsen af det statslige selskab disponerede kompetent over det resulterende handicap. Som følge heraf gik Westinghouse Electric konkurs sidste år. Toshiba, som tidligere købte Westinghouse Electric ud, er på vej. Arevas økonomiske situation er heller ikke misundelsesværdig. På den anden side kom delegationer fra 52 lande til Atomexpo-2016. 20 af disse lande har endnu ikke haft atomkraft. De vises nu for første gang i Egypten, Vietnam, Tyrkiet, Indonesien, Bangladesh - vores russiske atomkraftværker.

Dybt helvede

Hovedproblemet med atomenergi i dag er brændstof … Der er 6, 3 millioner tons økonomisk genvindeligt uran på jorden. Tages der højde for forbrugsvækst, vil det holde i omkring 50 år. Omkostningerne er omkring $ 50 pr. kilogram malm i dag, men da mindre rentable forekomster er involveret i udvindingen, vil det stige til $ 130 pr. kilogram og mere. Der er selvfølgelig udvundet reserver, og ikke små, men de er ikke for evigt.

Uran er svært at udvinde eller meget hård … I bjergarten af uranmalm er der ca 0,1-1 procent, plus eller minus. Malm opstår i en dybde af omkring en kilometer. Temperaturerne i minerne er over 60 grader celsius. Den udvundne sten skal opløses i syre, oftere svovlsyre, for at isolere uranmalm fra opløsningen. I nogle aflejringer pumpes svovlsyre straks ned i jorden, så den senere kan tages sammen med det opløste uran. Der er dog uranbjergarter, der ikke opløses i svovlsyre …

Endelig kun i renset uran 0,72 procent den nødvendige isotop er uranium-235. Den samme som atomreaktorer arbejder på. For at fremhæve det er en separat hovedpine. Uran omdannes til gas (uranhexafluorid) og passerer gennem kaskader af centrifuger, der roterer med en hastighed på omkring to tusinde omdrejninger i sekundet, hvor den lette fraktion adskilles fra den tunge. Lossen - uran-238, med et restindhold af uran-235 på 0,2-0,3 procent, blev simpelthen smidt ud i 50'erne. Men så begyndte de at opbevare det i form af fast uranfluorid i specielle beholdere under åben himmel. I 60 år har jorden samlet sig ca to millioner tons uranium-238 fluorid … Hvorfor opbevares det? Så kan uran-238 blive brændstof til hurtige atomreaktorer, som atomforskere indtil nu har haft et vanskeligt forhold til.

I alt blev der bygget 11 industrielle hurtige neutronreaktorer i verden: tre i Tyskland, to i Frankrig, to i Rusland, en hver i Kasakhstan, Japan, Storbritannien og USA. En af dem, SNR-300 i Tyskland, blev aldrig lanceret. Otte mere er stoppet. To arbejdere gik … Hvor tror du? Det er rigtigt, på Belojarsk kernekraftværk.

På den ene side er hurtige reaktorer mere sikre end konventionelle termiske reaktorer. Der er intet højt tryk i dem, der er ingen risiko for en damp-zirconium reaktion, og så videre. På den anden side er intensiteten af neutronfelter og temperaturen i arbejdsområdet højere, stål, som ville bevare sine egenskaber under begge parametre, er vanskeligere og dyrere at fremstille. Derudover kan vand ikke bruges som kølemiddel i en hurtig reaktor. Rester: kviksølv, natrium og bly. Kviksølv er elimineret på grund af dets høje ætsningsevne. Bly skal holdes i smeltet tilstand - smeltetemperaturen er 327 grader. Natriums smeltepunkt er 98 grader, så alle hurtige reaktorer er indtil videre lavet med et natriumkølemiddel. Men natrium reagerer for voldsomt med vand. Hvis kredsløbet blev beskadiget … Som det skete ved den japanske reaktor "Monju" i 1995. Generelt viste de hurtige sig at være for svære.

Bare rolig vil ikke fryse

"Bare rolig, ledningen i vores Brest-300-reaktor vil ikke kun aldrig størkne, men den vil aldrig afkøle under 350 grader," siger lederen af BREST-OD-300-projektet til Lente.ru Andrey Nikolaev … - Særlige ordninger og systemer er ansvarlige for dette. Dette er et helt nyt projekt, som ikke har noget at gøre med de bly-vismut-reaktorer, der var på ubådene. Alt her blev udviklet under hensyntagen til den seneste udvikling, teknologier og resultater. Det vil være verdens første blykølede hurtige reaktor … Det er ikke for ingenting, at det hedder "Gennembrud". Før du er en fremtidens virksomhed - et fjerde generations atomkraftværk med lukket brændstofkredsløbet.

Jeg måtte ikke klatre på byggepladsen - det er en hemmeligstemplet information. De måtte heller ikke tage billeder, så billederne er ikke mine. De blev lavet af en person, der blev forklaret på forhånd fra hvilke vinkler det er muligt at fange et objekt, og fra hvilke vinkler det er umuligt. Men Andrey Nikolaev forklarede i detaljer, hvorfor og i hvilken rækkefølge de tre Proryv-værker bygges, og hvordan et atomkraftværk kan arbejde uden uran.

Virksomheden vil bestå af tre fabrikker: brændselsproduktionsanlæg, selve reaktoren og brændselsoparbejdningsanlæg. Brændstofproduktionsanlægget vil fremstille en helt ny sammensætning af brændselselementer, som ikke havde nogen analog i verden. Dette er et blandet nitrid uran-plutonium brændstof - MNUP. Det fissile materiale i den nye reaktor bliver plutonium … Og uran-238, der i sig selv ikke er fissilt, vil blive bestrålet med termiske neutroner og blive til plutonium-239. Det vil sige, at Brest-300-reaktoren vil generere varme, elektricitet og dertil , forberede brændstof til dig selv.

To fluer med et smæk

I verden i dag arbejder 449 fredelige industrielle atomreaktorer og 60 flere er under opførelse. Under driften af disse reaktorer, fortid og fremtid, opstår et planlagt problem - brugte brændselsforsamlinger. Først bliver de sat i specielle bade, hvor de "køler ned" i flere år. Derefter opbevares de "afkølede" brændselselementer i "tørre" lagerfaciliteter, hvor de akkumuleres i store mængder. Kapaciteten til at behandle affaldssamlinger er flere gange mindre end nødvendigt. Hvorfor? For det er meget svært og dyrt.

Breakthrough-projektet vil bygge sit eget brændstofbehandlingsanlæg. Som du måske kan gætte, Dette anlæg vil ikke kun ødelægge udbrændt brændstof, men udlevere råmaterialer til nye samlinger … De gamle brændselsstave vil blive opløst i syre, muligvis svovlsyre, derefter på fabrikken, ved hjælp af komplekse kemiske teknologier, vil opløsningen blive adskilt element for element. Det unødvendige betinges og begraves, det nødvendige bruges. Ud over råmaterialer til det nye brændstof vil virksomheden fra gamle samlinger udvinde de sjældneste isotoper af tunge grundstoffer, som er efterspurgt i medicin, videnskab og industri.

Reaktoreffekten på 300 megawatt blev i øvrigt ikke valgt tilfældigt. Ved denne effekt vil den producere lige så meget plutonium, som den forbruger. Den samme reaktor med en højere effekt vil producere mere brændstof, end den vil forbruge. Så når den først er fyldt, vil Brest-reaktoren fungere som en almindelig Perpetuum Mobile. Kun en lille forsyning af forarmet uran vil være påkrævet. Nå, og uran-238, som jeg allerede har nævnt, akkumuleres af atomindustrien i en sådan mængde der vil vare evigt.

Stor gryde

- Så man kan forestille sig en reaktor, - fortsætter Andrei Nikolaev. - Det her er en pande, der er 17 meter høj og 26 meter i diameter. Brændstofsamlinger vil blive sænket ned i den. En varmeveksler - smeltet bly vil cirkulere gennem den. Alt udstyr fra og til kun russisk produktion. Det bliver en fuldstændig sikker reaktor med en reaktivitetsmargin på mindre end en. Det vil sige, at den i overensstemmelse med fysikkens love simpelthen ikke har tilstrækkelig reaktivitet til at accelerere. Storstilede ulykker på den er ikke mulige. Evakuering af befolkningen vil aldrig være påkrævet. Enhver fejl, hvis den sker, vil ikke gå ud over grænserne for virksomhedens bygning. Selv emissioner til atmosfæren som følge af en hypotetisk ulykke vil ikke forekomme.

Automatisk rensning af kølevæsken vil blive indført i Brest-300-reaktoren. Kølevæsken i den nye reaktor, det vil sige bly, skal aldrig udskiftes. Dette eliminerer endnu et problematisk spild af traditionel atomkraft - LRW.

Problemer løses undervejs

Forfatterne til Brest-300-projektet er NIKIET opkaldt efter Dollezhal. Pengene tildeles til tiden, byggeriet skrider frem i det planlagte tempo, brændstoffabrikationsanlægget vil være det første, der starter i drift. Lanceringen af reaktoren er planlagt til 2024 … Derefter vil brændstofoparbejdningsmodulet være færdigt. Sideløbende med byggeriet fortsætter R&D-arbejdet. Som følge af disse arbejder sker der med jævne mellemrum ændringer i byggeriet, så det endelige endelige tidspunkt er ikke nævnt.

Brest-projektet har modstandere i akademiske kredse. Det er forståeligt, projektet vandt konkurrencen, hvor flere fremtrædende institutter deltog. Kritikere siger, at de teknologier, der bruges i Brest, er ufærdige. De stiller især spørgsmålstegn ved brugen af blysmelte som varmebærer, og så videre og så videre. Vi vil ikke gå i detaljer, de er for komplekse og tvetydige. På den anden side, hvorfor skulle vi ikke stole på vores atomforskere? Alle de projekter, som USSR, og derefter Rusland lavede inden for atomindustrien, var et skridt foran deres vestlige og østlige modparter. Så hvilken grund har vi til at tro, at tingene vil vise sig anderledes denne gang? Det forekommer mig, at du bare skal være glad for Rosatom og TVEL og samtidig for dig selv, for det er vores virksomhed.