Zamknięcie cyklu jądrowego: rosyjski reaktor IV generacji BREST-OD-300
Reaktor BREST-OD-300. Źródło: youtube.com
Reaktor ze „zubożonym uranem”
Stale rosnące ilości wypalonego paliwa jądrowego zmuszają ogromne terytoria do wyobcowania w celu jego unieszkodliwienia. W tej chwili na Ziemi zgromadziło się co najmniej 350 tysięcy ton materiałów radioaktywnych. Mocarstwa, które mają elektrownie jądrowe, próbują znaleźć przynajmniej jakieś zastosowanie dla niebezpiecznych substancji. Ostatnio mówi się o amunicji wypełnionej zubożonym uranem produkowanym z wypalonego paliwa jądrowego. Muszle są ładne, ale rzadko są używane zgodnie z ich przeznaczeniem. Dlatego nie nadają się jako główny utylizator paliwa jądrowego.
Po co nam w ogóle reaktor na neutrony szybkie? Co jest złego w tradycyjnej metodzie opartej na sztucznie moderowanych neutronach?
Przede wszystkim chodzi o paliwo. Klasyczna elektrownia jądrowa, taka jak turecka Akkuyu, którą Rosja buduje obecnie dla Turcji, wykorzystuje izotop uranu-235 jako paliwo. W rudzie uranu jest go niewiele, jest drogi, a zapasy powinny się wyczerpać za sto lat.
Reaktory na neutrony prędkie „zasilają się” izotopami uranu-238. Wydawałoby się, że różnica to tylko trzy jednostki, ale między tymi izotopami jest prawdziwa przepaść. 99 procent całego uranu w rudzie to ten sam 238. izotop. Czyli jest tego dużo i jest stosunkowo tanio. I nadaje się tylko do elektrowni jądrowych na szybkich neutronach.
Główny bonus ze wszystkich Historie – uran-238 jest generowany jako wypalone paliwo w klasycznych reaktorach wolnoneutronowych.
Plac budowy w Siewiersku, gdzie budowany jest BREST-OD-300. Źródło: youtube.com
Wróćmy do tureckiego Akkuyu, które nie zostało jeszcze ukończone, ale już otrzymało pierwszą partię śrutu uranowego z Nowosybirska.
Gdy tylko elektrownia jądrowa zostanie uruchomiona, a za kilka lat pojawi się wypalone paliwo, rosyjscy naukowcy jądrowi zabiorą je do wykorzystania w reaktorach na neutrony prędkie. Taki jest cykl uranu w przyrodzie.
Ale to nie wszystko.
Gdy tylko uran-238 zostanie wprowadzony do reaktora na neutrony szybkie, nie tylko uwalnia ciepło podczas reakcji jądrowej, ale także generuje nowy izotop - pluton-239. Okazuje się, że jest już nowe paliwo mieszane i uniwersalne, zwane „paliwem MOX”. To dobry produkt – kupują go Japończycy i Europejczycy do swoich elektrowni jądrowych na neutronach wolnych lub termicznych.
Podsumowując wstęp, klasyczne elektrownie jądrowe wytwarzają dużo odpadów z dużą zawartością uranu-235, który jest wykorzystywany w reaktorach na neutrony szybkie. Reaktory „szybkie” z kolei pozostawiają po pracy praktycznie gotowe „paliwo MOX”. Odpady te można odesłać z powrotem do konwencjonalnych elektrowni jądrowych. Cykl się zamyka i potrzeba „zazieleniania” światowego przemysłu energetycznego automatycznie znika.
Naucz się poprawnie używać pokojowego atomu, a nie będziesz potrzebować kapryśnych wiatraków, paneli słonecznych i innych bajerów. W rękach cywilizacji jest teraz niekończąca się baza paliwowa, która wystarczy na kilka tysiącleci. W tym scenariuszu nawet półmityczna fuzja termojądrowa wydaje się zbędna.
W tej historii wszystko jest w porządku, tylko Rosja ma priorytetowe technologie w dziedzinie nieodpadowej energii jądrowej. A naszym byłym partnerom na Zachodzie bardzo się to nie podoba.
W pewnym momencie byli aktywnie zaangażowani w technologie „szybkich neutronów” za granicą, ale ze względu na wysokie koszty i pozorną nieopłacalność wszystkie projekty zostały zamknięte. W USA reaktor EBR-II został zatrzymany w 1994 r., w Wielkiej Brytanii DFR został zatrzymany w 1977 r., a francuski Superphenix został zamknięty w 1998 r.
Rosja kontynuowała prace nad reaktorami na neutrony szybkie, jedynymi na świecie. O tym powinien pamiętać każdy, kto ciągle mówi o igle ropy i gazu, na której nasz kraj podobno ostatecznie i nieodwołalnie usiadł.
Projekt „Przełom”
Teoretycznie nie jest trudno zamienić zwykły reaktor wolnoneutronowy w „szybki” – wystarczy do tego zastąpić wodę w rdzeniu inną substancją. Faktem jest, że woda, para wodna, niektóre substancje organiczne i dwutlenek węgla dobrze wychwytują i spowalniają neutrony, zatrzymując w ten sposób rozwój reakcji jądrowej.
Jeśli klient chce urządzenie oparte na neutronach prędkich, to metale niskotopliwe, takie jak sód, będą musiały być ładowane do gorącej strefy reaktora jako chłodziwo. To stopiony sód przenosi ciepło z prętów uranowych do generatora pary w rosyjskim reaktorze na neutrony szybkie BN-800. Został uruchomiony w 2015 roku w Biełojarskiej Elektrowni Jądrowej, a teraz jest jedyną tego typu jednostką na świecie – światem rządzą klasyczne reaktory wolnoneutronowe.
Być może główną wadą BN-800 jest kontrowersyjny płyn chłodzący. Każdy, kto był zaznajomiony ze szkolnym kursem chemii, prawdopodobnie wie, że sód jest bardzo aktywny i łatwo wybucha w powietrzu, nie mówiąc już o kontakcie z wodą. Z sodowym płaszczem termicznym jest wystarczająco dużo komplikacji. Na przykład konieczne jest przeładowanie paliwa z reaktora w komorach próżniowych.
Niemniej jednak problemy są do rozwiązania, w przeciwnym razie Rosatom nie zbudowałby drugiego, jeszcze mocniejszego szybkiego reaktora BN-1200. Jego uruchomienie planowane jest na lata 2030. XX wieku z szacowanym czasem eksploatacji do 2090 r.
Ale seria BN nie należy już do rosyjskiego głównego nurtu technologicznego - technologia wymiany ciepła za pomocą ciekłego ołowiu jest teraz na pierwszym planie. Wokół tego kręci się projekt Proryv, którego kluczowym elementem jest eksperymentalny reaktor BREST-OD-300 (Natural Safety Lead-Cooled Fast Reactor).
Pomysł budowy reaktora na neutrony prędkie z ołowiem w obwodzie pierwotnym narodził się na początku lat 80., ale do praktycznej realizacji trafił dopiero w 2021 roku. BREST jest budowany w mieście Seversk w obwodzie tomskim i obiecują oddanie go do próbnej eksploatacji do końca dekady.
Nie tak łatwo przyjechać i zobaczyć budowę wyjątkowego reaktora: Siewiersk to zamknięte miasto, całkowicie zajęte produkcją i badaniami jądrowymi. Lokalizacja została wybrana przez Syberyjski Kombinat Chemiczny, jednego z kluczowych producentów paliw dla Rosatomu.
Ołów nigdy nie był używany jako chłodziwo w reaktorach jądrowych. Źródło: youtube.com
Ołów dla naukowców zajmujących się energią jądrową to wyjątkowe chłodziwo. W powietrzu iw kontakcie z wodą nie zapala się, a jedynie krzepnie. Słabo pochłania i nie spowalnia neutronów, a promieniowanie jonizujące wręcz przeciwnie bardzo dobrze opóźnia. W rezultacie BREST i inne podobne emitują promieniowanie niewiele więcej niż domowa lodówka.
Naturalnym pytaniem jest, dlaczego BREST-OD-300 jest klasyfikowany jako reaktor IV generacji? Czy oprócz ołowiu zasadniczo nie różni się on od poprzedniej generacji reaktorów na neutrony szybkie?
IV generacja reaktorów jądrowych implikuje cały szereg parametrów, wśród których na pierwszy plan wysuwają się bezpieczeństwo, przyjazność dla środowiska i koszt energii elektrycznej na wyjściu.
BREST-OD-300. źródło: ippe.ru
BREST słynie z wielu niebanalnych rozwiązań.
Po pierwsze, produkcja paliwa jądrowego jest kosztowna i trudna. Jego oficjalna nazwa to mieszane paliwo azotkowo-uranowo-plutonowe lub MNUP-paliwo, produkowane w pobliżu stojącego reaktora w sklepach Syberyjskiego Kombinatu Chemicznego. O złożoności nowego produktu wymownie mówi jeden fakt – jest on wytwarzany w atmosferze gazu obojętnego.
Paliwo SNP jest bardzo bezpieczne ze względu na minimalną reaktywność. Jeśli jest to dość proste, to niemożliwe jest rozproszenie go do katastrofalnych granic, jak to miało miejsce w Czarnobylu. Według Rosatomu projekt Przełom w Siewiersku powinien stać się
„klaster technologii jądrowych przyszłości, w tym trzy połączone ze sobą obiekty, które nie mają odpowiedników na świecie: moduł do produkcji (wytwarzania / przerabiania) uranowo-plutonowego paliwa jądrowego; zasilacz BREST-OD-300; a także moduł do utylizacji napromienionego paliwa”.
Teoretycznie BREST zapewni sobie pluton-239 jako główny składnik paliwa, po prostu wypalając „wydobycie” z innych reaktorów składających się z uranu-238.
Elementy projektu „Przełom”. Źródło: youtube.com
Teraz perspektywy dla projektu Proryv w ogóle, a zwłaszcza dla reaktora BREST są ograniczone przez dużą liczbę „ale”.
Po pierwsze, dopóki ten kosztowny i skomplikowany kompleks nie zostanie oddany do użytku, nie będzie można mówić o światowym renesansie rosyjskiej energetyki jądrowej.
Teraz wszyscy boją się możliwości powtórki z Fukushimy i Czarnobyla, co zmusza nas do pracy z klasycznymi wodnymi reaktorami ciśnieniowymi na wolnych neutronach. Które, nawiasem mówiąc, najlepiej budują Rosjanie. Prowadzi to jednak do nieubłaganego wzrostu ilości odpadów nuklearnych i stopniowego wyczerpywania się rud uranu.
Minie 10–15 lat, a nawet kilkadziesiąt lat, zanim sprzęt klasy BREST-OD-300 zajmie miejsce na światowym energetycznym Olimpie. Nic nie da się zrobić – takie są warunki rewolucji technologicznych w cywilnym atomie.
informacja