Nuklearna elektrana sa reaktorom na brzim neutronima. Nuklearne elektrane kao osnova "zelene energije"

U reaktoru na brzim neutronima nema moderatora, a energija se stvara fisijom uranijuma i plutonijuma brzim neutronima. Kao gorivo koristi se uran-dioksid U0 2 sa visokim obogaćenjem u 2 3sU (17^-26%) ili mješavina U0 2 i Pu0 2. Aktivna zona je okružena zonom razmnožavanja (blanketom) koja se sastoji od gorivih šipki koje sadrže gorivne sirovine (osiromašene 228 U ili 2 s 2 Tb). Neutrone emitovane iz aktivne zone hvataju u zoni razmnožavanja jezgra sirovine goriva, kao rezultat toga nastaje novo nuklearno gorivo - fisijski izotopi 239PU i NZi. Stoga se „takav reaktor naziva oplemenjivač (uzgajivač). Za brzi reaktori moderator nije potreban, a rashladno sredstvo ne bi trebalo da usporava neutrone.

Reaktor na brzim neutronima - nuklearni reaktor koji koristi neutrone s energijom > 0,1 MeB za održavanje nuklearne lančane reakcije.Converter Reactor - nuklearni rejuvenator, u procesu kojeg se proizvodi novi izotopski sastav nuklearnog goriva u odnosu na izgorjelo.

Breeder Reactor (uzgajivač) - nuklearni reaktor koji vam omogućava proizvodnju nuklearnog goriva u količini koja premašuje potrebe samog reaktora. Obično je to brzi reaktor, u kojem faktor konverzije prelazi 1 i vrši se proširena proizvodnja nuklearnog goriva. U takvom reaktoru, neutroni oslobođeni tokom fisije nuklearnog goriva (na primjer, 233 U) stupaju u interakciju s jezgrama sirovine smještene u reaktor (na primjer, 238 U), kao rezultat toga, sekundarno nuklearno gorivo (239 Pu ) se formira. U tom slučaju se proizvodi više fisionog materijala nego što se spaljuje u reaktoru.

U reaktoru reaktorskog tipa, gorivo koje se reprodukuje i sagoreva su izotopi istog hemijskog elementa (na primer, 2 35U se sagoreva, ^U se reprodukuje), u reaktoru konverterskog tipa - izotopi različitih hemijskih elemenata (npr. , 235U je spaljeno, 2 39 Pu se reprodukuje) .

U brzim reaktorima, nuklearno gorivo je obogaćena mješavina koja sadrži najmanje 15% izotopa nU. Glavni broj fisija uzrokovan je brzim neutronima, a svaki događaj fisije je praćen pojavom velikog (u poređenju sa fisijom termalnim neutronima) broja neutrona, koji ih, kada ih zahvate 2 3 8 U jezgri, transformiše (preko dva uzastopna /?-raspada) u 2 39Pu jezgra. Obično se za 100 fisionih jezgri goriva (235U) u brzim reaktorima formira 150 fisionih jezgri 2s9Pu (koeficijent razmnožavanja takvih reaktora dostiže 1,5, odnosno dobije se do 1,5 kg 239Pu su) po . Reprodukcija - reprodukcija fisijskog sekundarnog goriva iz sirovog (plodnog) materijala, tj. nuklearna transformacija plodnog materijala u fisiju. U nuklearnom reaktoru, neutroni generirani lančanom reakcijom fisije ne samo da se troše za održavanje, već se također apsorbiraju od 238 U ili 232 Th uz stvaranje fisijskih nuklida (na primjer, 239 Pu ili 233 U). Sekundarnim fisilnim gorivom smatra se 239 Pu i 233 U, materijal za reprodukciju - 238 U i 232 Th.

Materijal za reprodukciju - materijal koji sadrži jedan ili više plodnih nuklida.

plodni nuklid - nuklid koji se može direktno ili indirektno pretvoriti u fisijski nuklid zbog hvatanja neutrona. U prirodi postoje dva reproduktivna nuklida - 238 U i 232 Th.

Stopa konverzije, Kk je omjer broja jezgara južnog fisionog materijala nastalih u procesu konverzije (reprodukcije) prema broju fisioniranih jezgara originalnog fisionog materijala. Većina termalnih reaktora ima faktor konverzije od 0?10,9 i stoga su potrošači fisionih materijala. U reaktorima za razmnožavanje faktor konverzije prelazi jedinicu (1,15 + 1,30).

Stopa reprodukcije, Kv je omjer broja jezgara formiranog goriva prema broju jezgara sagorjelog fisijskog goriva.

Omjer razmnožavanja je omjer broja fisijskih jezgara formiranih prema broju onih koji su izgorjeli iz prvobitno napunjenog goriva. Ako je omjer razmnožavanja veći od jedan, tada je reaktor proširenog uzgoja goriva. Brzi reaktori imaju najveći omjer razmnožavanja (za BN-boo reaktore /Cv = 1,4). Od reaktora na termičkim neutronima, reaktori s teškom vodom, kao i gasno hlađeni reaktori sa grafitnim moderatorom (0,74-0,8), imaju najveći omjer razmnožavanja. Lakovodni reaktori vode pod pritiskom imaju najniži omjer razmnožavanja (0,54-0,6).

Odnos brzine akumulacije novih fisilnih nuklida, nastalih tokom hvatanja neutrona od strane plodnih nuklida, i brzine sagorevanja fisilnih nuklida naziva se koeficijent konverzije, Kk. Kk se naziva koeficijent reprodukcije (Kv) ako je >1. Većina termičkih reaktora ima Kk=0,5*H),9 i stoga su potrošači fisionih materijala. Zbog tako niske vrijednosti Kk nazivaju se pretvarači. Ako je Kk=1, tada se količina fisionog materijala u jezgru ne mijenja tokom rada reaktora. Omjer uzgoja od 1,15-7-1,30 može se postići samo kod brzih uzgajivača koji koriste U-Pu gorivo. U takvim reaktorima sa U-Pu oksidnim gorivom, sa čelikom kao konstrukcijskim materijalom i natrijumovim rashladnim sredstvom, postiže se Kv = 1,15^-1,30 pri prosečnoj vrednosti broja sekundarnih neutrona tj "2.4. Udio fisija na brzim neutronima, odnosno doprinos fertilnih nuklida ukupnom procesu fisije, za termalni reaktor je 0,014-0,03. U aktivnoj zoni brzog oplodnjaka, udio fisija na brzim neutronima može doseći 0,15.

Prednost brzih reaktora je mogućnost organizovanja proširene reprodukcije nuklearnog goriva u njima, tj. Istovremeno sa proizvodnjom energije proizvoditi novo umjesto sagorjelog nuklearnog goriva. U oplemenjivačima, iz iste količine uranijuma, moguće je dobiti 60 puta više energije nego u konvencionalnim termalnim neutronskim reaktorima. Reaktor na brzim neutronima omogućava da se kao gorivo koriste izotopi teških elemenata koji nisu sposobni za fisiju u reaktorima na termalnim neutronima. U gorivni ciklus mogu biti uključene rezerve 2 35 U i 2 2 Th, koje su u prirodi mnogo veće od 2 35U. Osiromašeni uranijum koji je ostao nakon obogaćivanja nuklearnog goriva za 2 zz također se može spaliti.

U toku rada brzog reaktora dolazi do intenzivnog oslobađanja neutrona, koje apsorbuje sloj 2 3 8 i nalaze se oko jezgre. Prosečno sagorevanje uranijum-plutonijum goriva u brzom reaktoru je 1004-150 MWtd/kg, tj. ona je 2,54-3 puta veća nego u reaktorima na termalnim neutronima. Da bi se postigla ova dubina sagorijevanja, potrebna je visoka otpornost na zračenje gorivih šipki, stabilnost geometrijskih parametara, očuvanje nepropusnosti i plastičnosti omotača gorivih šipki, njihova kompatibilnost s produktima fisije, otpornost na korozivni učinak rashladnog sredstva itd. su neophodni. Sami fizički principi Brzi reaktori hlađeni tekućim metalom imaju najveći inherentni sigurnosni potencijal.

Brzi reaktori praktički nemaju ograničenja na resurse goriva. Još jedna prednost brzih reaktora je veći stepen izgaranje goriva (tj. duži period kampanje), a nedostaci su visoka cijena, zbog nemogućnosti korištenja najjednostavnije rashladne tekućine - vode, složenost konstrukcije, visoki kapitalni troškovi i visoka cijena visoko obogaćeno gorivo.

Oslobađanje toplote reaktora na brzim neutronima je 104-15 puta veće od oslobađanja toplote reaktora spori neutroni. Uklanjanje topline u takvom reaktoru može se izvesti samo korištenjem tekućih metalnih rashladnih sredstava, kao što su natrij, kalij, ili energetski intenzivnih plinskih rashladnih sredstava s najboljim termičkim inženjeringom i termofizičkim karakteristikama, kao što su helijum i disocijacijski plinovi.

Prednost natrijuma kao rashladnog sredstva u odnosu na druge tečne metale: niska tačka topljenja (7^=98°), nizak pritisak pare, toplota tačka ključanja, odlična toplotna provodljivost, niska viskoznost, mala težina, termička i radijaciona stabilnost, nisko korozivno dejstvo na konstrukcijske materijale, dostupan i jeftin materijal, umerena potrošnja energije za njegovo pumpanje (zbog male težine i niske viskoznosti). Natrijum reaguje sa tragovima kiseonika i vode koji se nalaze u njemu okruženje, sa stvaranjem natrijum hidroksida i vodonika, čime se štite ostale komponente reaktora od korozije. Mala težina (niska gustina) natrijuma poboljšava otpornost na potrese. Prilikom rada s natrijumom treba uzeti u obzir da je čistoća natrijuma visoka: ponekad 99,95 %.

Natrijum je veoma aktivan hemijski element. Gori na zraku i u atmosferi drugih oksidacijskih sredstava. Vrući natrijum u kontaktu s betonom može reagirati s komponentama betona i osloboditi vodonik, koji je zauzvrat eksplozivan. Moguće su reakcije natrijuma s vodom i organskim materijalima, praćene paljenjem. Proizvod aktivacije natrijuma neutronima 2Tj/ 2 =14,96 h).

Zbog velikog oslobađanja topline i kako bi se isključio kontakt radioaktivnog natrijuma s vodom u slučaju mogućih kršenja normalnog režima izmjene topline, dijagram toka reaktora je odabran kao tropetlji: natrijum se koristi kao rashladno sredstvo u prva i druga petlja, a voda i para se koriste u trećoj. Natrijum primarnog kruga se u međuizmjenjivačima topline hladi natrijumom drugog kruga. U srednjem krugu sa natrijum rashladnom tečnošću stvara se veći pritisak nego u prvom kako bi se sprečilo curenje radioaktivnog rashladnog sredstva iz primarnog kruga kroz moguće kvarove na izmenjivaču toplote. U generatorima pare sekundarnog kruga, natrijum prenosi toplotu na vodu u trećem krugu, što rezultira parom pod visokim pritiskom koja se šalje u turbinu spojenu na električni generator. Iz turbine, para će slušati kondenzator. Kako bi se izbjeglo curenje zračenja, krugovi nosača topline i generatora pare rade u zatvorenim ciklusima.

Upotreba hemijski inertnog rastopljenog olova visokog ključanja (ili Pb/Bi-eutektika) kao rashladnog sredstva omogućava napuštanje šeme odvođenja toplote sa tri petlje i prelazak na šemu sa dve petlje. Reaktor s takvim rashladnim sredstvom ima prirodnu sigurnost: čak i u slučaju smanjenja tlaka olovnog kruga i njegovog direktnog kontakta s atmosferom, emisije toksičnosti i radioaktivnosti neće zahtijevati evakuaciju stanovništva i otuđenje teritorije.

U jezgru reaktora na brzim neutronima postavljeni su gorivni elementi sa visoko obogaćenim 2 35U gorivom (najmanje 15% izotopa 2 35U). Aktivna zona je okružena zonom razmnožavanja – pokrivačem koji se sastoji od gorivih šipki koje sadrže sirovine goriva (osiromašeni uranijum). Neutroni koji se emituju iz aktivne zone hvataju se u zoni razmnožavanja jezgrima urana, kao rezultat toga nastaje novo nuklearno gorivo - 239Pu, koje jednostavne operacije može se nadograditi na nivo oružja.

Rice. 7.

Reaktori na brzim neutronima dizajnirani su za proizvodnju plutonijuma za oružje. Sada su našli primenu u energetskom sektoru, posebno da obezbede prošireno oplemenjivanje fisivnog plutonijuma 2s9Pu iz 2s8 i da sagore sve ili značajan deo prirodnog uranijuma, kao i postojeće rezerve osiromašenog uranijuma. Razvojem energetike u reaktorima na brzim neutronima može se riješiti problem samodovoljnosti nuklearne energije gorivom. Brzi reaktori privlače pažnju kao uređaji za sagorevanje aktinida (prvenstveno plutonijuma za oružje i reaktorske klase) i reciklažnog otpada SNF, što omogućava rešavanje kako problema širenja nuklida za oružje, tako i problema bezbednog rukovanja radioaktivnim otpadom. Uvođenje reaktora na brze neutrone u elektroenergetici moglo bi povećati efikasnost upotrebe uranijuma za faktor 60.

U Rusiji, u NPP Belojarsk, radi BN-boo - reaktor za razmnožavanje posuda pod pritiskom sa integrisanim rasporedom opreme zasnovane na brzim neutronima.

Integrisani raspored - raspored reaktora, u kojem su svi elementi primarnog rashladnog sistema montirani u istoj zapremini sa reaktorom.

Termička shema jedinice je trokružna: u prvom i drugom krugu rashladna tekućina je natrijum, u trećem - voda i para. Toplota se odvodi iz jezgre pomoću tri nezavisne cirkulacijske petlje, od kojih se svaka sastoji od glavne cirkulacijske pumpe 1. kruga, dva srednja izmjenjivača topline, glavne cirkulacijske pumpe 2. kruga s međuspremnikom na ulazu i tlaka u nuždi rasterećeni rezervoar, generator pare, kondenzaciona turbina sa standardnim termičkim krugom i generator. Rashladno sredstvo je natrijum.

Električna snaga reaktora je boo MW, toplotna snaga je 1470 MW. Temperatura rashladnog sredstva na ulazu u reaktor je 370 0 , a na izlazu - 550°, pritisak pare je 14,2 MPa, temperatura pare je 505 0 .

Nuklearni reaktor BN-boo je projektovan sa "integralnim" rasporedom opreme, u kojem su jezgra i oprema primarnog kruga (glavne cirkulacione pumpe i međuizmjenjivači topline) smješteni u reaktorskoj posudi pod pritiskom. Gorivne šipke su po dužini jezgra ispunjene čaurama od obogaćenog uran-oksida (ili mješavine uran-oksida i plutonijum-oksida), a iznad i ispod jezgre nalaze se završna sita od briketa osiromašenog uran-oksida. Gorivni elementi zone uzgoja punjeni su briketima sa osiromašenim uranijumom. Gasne šupljine iznad nivoa natrijuma u reaktoru su ispunjene argonom.

Rice. 8. Dizajn BN-boo reaktora: 1 - osovina; 2 - tijelo; h - glavna cirkulaciona pumpa primarnog kola; 4 - motor pumpe; 5 - veliki okretni utikač; 6 - zaštita od zračenja; 7 - natrijum-natrijum izmenjivač toplote; 8 - centralni rotacioni stub sa CPS mehanizmima; 9 - aktivna zona.

Glavna karakteristika upotrebe uranijum-plutonijum goriva u BN je da je u svojoj srži proces nuklearne fisije brzim neutronima praćen većim prinosom (za 20-27%) sekundarnih neutrona nego u reaktorima na termalnim neutronima. Ovo stvara osnovni preduslov za dobijanje visoka vrijednost omjer razmnožavanja i osigurava produženo razmnožavanje nuklearnog goriva u reaktorima za razmnožavanje.

Trenutno se u nuklearnoj elektrani Belojarsk gradi reaktor BN-8oo snage 88o MW koji je dizajniran da značajno proširi bazu goriva nuklearne energetike i minimizira radioaktivni otpad kroz organizaciju zatvorenog nuklearnog gorivnog ciklusa.

Nuklearne elektrane se koriste u nuklearnim elektranama, na satelitima Zemlje, na velikom pomorskom transportu, čiji je glavni element nuklearni reaktor.

nuklearni reaktor uređaj u kojem se provodi kontrolirana lančana reakcija fisije teška jezgra praćeno oslobađanjem energije. Kao što je ranije navedeno, uvjet za provedbu samoodržive nuklearne lančane reakcije je prisustvo dovoljnog broja sekundarnih neutrona koji nastaju u procesu fisije teškog jezgra na lakša jezgra (fragmente) i imaju priliku sudjelovati u daljem procesu fisije teških jezgara.

Glavni dijelovi nuklearnog reaktora bilo koje vrste su:

1) jezgro gdje se nalazi nuklearno gorivo, odvija se lančana reakcija nuklearne fisije i oslobađa se energija;

2) reflektor neutrona, koji okružuje jezgro i pomaže u smanjenju curenja neutrona iz jezgre reflektirajući ih natrag u jezgro. Reflektivni materijali bi trebali imati malu vjerovatnoću hvatanja neutrona, ali veliku vjerovatnoću njihovog elastičnog raspršenja;

3) rashladna tečnost- koristi se za odvođenje toplote iz jezgre;

4) sistem kontrole i regulacije lančane reakcije;

5) sistem biološke zaštite(zaštita od zračenja), koja štiti operativno osoblje od štetnog dejstva jonizujućeg zračenja.

U nuklearnim reaktorima na sporim neutronima aktivna zona, pored nuklearnog goriva, sadrži i moderator brzih neutrona nastalih tokom lančane reakcije fisije atomskih jezgri. Koriste se moderatori (grafit), kao i organske tečnosti i voda, koji istovremeno mogu služiti i kao rashladno sredstvo. Ako u aktivnoj zoni nema moderatora, tada se glavni dio nuklearne fisije događa pod utjecajem brzih neutrona s energijom većom od 10 keV. Reaktor bez moderatora - reaktor na brzim neutronima - može postati kritičan samo kada se koristi prirodni uran obogaćen U izotopom do koncentracije od oko 10%.

U jezgri reaktora sa sporim neutronima nalaze se gorivi elementi koji sadrže mješavinu U i U i moderator u kojem se neutroni moderiraju do energije od oko 1 eV. Gorivni elementi (TVEL) su blokovi fisionog materijala zatvoreni u hermetičku ljusku koja slabo upija neutrone. Zbog energije fisije, gorivni elementi se zagrijavaju i reflektiraju energiju rashladnoj tekućini koja cirkulira u kanalima.

TVEL-ovima se postavljaju visoki tehnički zahtjevi: jednostavnost dizajna; mehanička stabilnost i čvrstoća u protoku rashladnog sredstva, osiguravajući očuvanje dimenzija i nepropusnosti; niska apsorpcija neutrona od strane konstrukcijskog materijala gorivnog elementa i minimum strukturnog materijala u jezgru; odsustvo interakcije nuklearnog goriva i produkata fisije sa omotačem gorive šipke, rashladnim sredstvom i moderatorom na radnim temperaturama. geometrijski oblik Gorivni element mora osigurati potreban omjer površine i zapremine i maksimalan intenzitet odvođenja topline rashladnom tekućinom sa cijele površine gorivnog elementa, kao i jamčiti veliku dubinu sagorijevanja nuklearnog goriva i visok stepen zadržavanja fisioni proizvodi. Gorivne šipke moraju imati otpornost na zračenje, jednostavnost i ekonomičnost regeneracije nuklearnog goriva i nisku cijenu, imati potrebne dimenzije i dizajn, koji pružaju mogućnost brzog obavljanja operacija punjenja goriva.

Iz sigurnosnih razloga, mora se održavati pouzdana nepropusnost omotača gorivih šipki tokom cijelog perioda rada jezgra.
(3–5 godina) i naknadno skladištenje istrošenih gorivnih šipki do slanja na preradu (1–3 godine). Prilikom projektovanja jezgra potrebno je unapred utvrditi i opravdati granice dozvoljenih oštećenja gorivih šipki (broj i stepen oštećenja). Jezgro je projektovano na način da se tokom rada tokom čitavog procenjenog radnog veka ne prekoračuju utvrđene granice oštećenja gorivnih elemenata. Usklađenost s ovim zahtjevima osigurana je dizajnom jezgra, kvalitetom rashladnog sredstva, karakteristikama i pouzdanošću sistema za odvođenje topline. U procesu rada moguća je nepropusnost obloge pojedinih gorivnih elemenata. Postoje dvije vrste takvih kršenja: stvaranje mikropukotina kroz koje plinoviti produkti fisije izlaze iz gorivnog elementa u rashladno sredstvo (defekt tipa gustine plina); pojava kvarova u kojima je moguć direktan kontakt goriva sa rashladnom tečnošću.

Lančanom reakcijom upravljaju posebne upravljačke šipke napravljene od materijala koji snažno apsorbiraju neutrone (na primjer, bor, kadmijum). Promjenom broja i dubine uranjanja kontrolnih šipki moguće je regulisati tok neutrona, a samim tim i intenzitet lančane reakcije i proizvodnju energije.

Trenutno je razvijen veliki broj različitih modela nuklearnih reaktora, koji se razlikuju po vrsti nuklearnog goriva (uranijum, plutonijum), po hemijskom sastavu nuklearnog goriva (uran, uranijum dioksid), po vrsti rashladnog sredstva ( voda, teška voda, organski rastvarači itd.), prema vrsti moderatora (grafit, voda, berilij).

Reaktori u kojima nuklearnu fisiju proizvode uglavnom neutroni s energijama većim od 0,5 MeV nazivaju se reaktorima na brzim neutronima. Reaktori u kojima se većina fisija javlja kao rezultat apsorpcije međuneutrona od strane jezgri fisijskih izotopa nazivaju se intermedijarni (rezonantni) neutronski reaktori.

Najčešći u nuklearnim elektranama su kanalski reaktori velike snage(RBMK) i (VVER).

Jezgro RBMK-a prečnika 11,8 m i visine 7 m je cilindrični zid koji se sastoji od grafitnih blokova - moderatora. Svaki blok ima rupu za tehnološki kanal (ukupno 1700).

Svaki kanal ima dva goriva elementa u obliku šupljih cijevi prečnika 13,5 mm i dužine 3,5 m, čiji su zidovi debljine 0,9 mm i izrađeni od legure cirkonijuma. Gorivne šipke su punjene peletima uran dioksida obogaćenog do 2% U. ukupna tezina Gorivo u jezgru RBMK iznosi 190 tona.U toku rada reaktora gorivne šipke se hlade tokovima rashladnog sredstva (vode) koji prolaze kroz tehnološke kanale.

Šematski dijagram reaktora RBMK-1000 prikazan je na sl. 7.

Rice. 7. Reaktor kanala velike snage na termalnim neutronima

1 - turbogenerator; 2 - upravljačke šipke; 3 - separator bubnjevi;

4 - kondenzatori; 5 – grafitni moderator; 6 – aktivna zona;

7 - gorivne šipke; 8 – zaštitna školjka beton

Za kontrolu nuklearne lančane reakcije koja se odvija u gorivim šipkama, regulacijske i upravljačke šipke od kadmija ili bora, koje dobro apsorbiraju neutrone, uvode se u posebne kanale. Šipke se slobodno kreću duž posebnih kanala. Dubina uranjanja kontrolne šipke određuje stepen apsorpcije neutrona. Duž periferije jezgre je sloj neutronskog reflektora - istih grafitnih blokova, ali bez kanala.

Grafitni zid je okružen cilindričnim čeličnim rezervoarom sa vodom, koji je predviđen za biološku zaštitu od neutrona i gama zračenja. Osim toga, reaktor se nalazi u betonskom oknu dimenzija 21,6×21,6×25,5 m.

Dakle, glavni elementi RBMK-a su gorivi elementi punjeni nuklearnim gorivom, zamjena za neutrone i reflektor, rashladno sredstvo i kontrolne šipke koje kontroliraju razvoj reakcije nuklearne fisije.

Princip rada nuklearne elektrane sa reaktorom tipa RBMK je sljedeći. Sekundarni brzi neutroni koji nastaju kao rezultat fisije U jezgri napuštaju gorive elemente i ulaze u grafitni moderator. Kao rezultat prolaska kroz moderator, oni gube značajan dio svoje energije i, već kao toplinski, ponovo padaju u jedan od susjednih gorivnih elemenata i učestvuju u daljem procesu nuklearne fisije U. Energija nuklearne lančane reakcije izdaje se u obliku kinetička energija"fragmenata" (80%), sekundarnih neutrona, alfa-, beta-čestica i gama-kvanta, uslijed čega dolazi do zagrijavanja gorivnih elemenata i grafitnog zidanja moderatora. Rashladno sredstvo, a to je voda, krećući se u tehnološkim kanalima odozdo prema gore pod pritiskom od oko 7 MPa, hladi jezgro reaktora. Kao rezultat, rashladna tečnost se zagreva na temperaturu od 285°C na izlazu iz reaktora.

Nadalje, mješavina pare i vode se transportuje kroz cjevovode do separatora, koji služi za odvajanje vode od pare. Odvojena zasićena para pod pritiskom ulazi u lopatice turbine spojene na generator električne struje.

Izduvna para se šalje u procesni kondenzator, kondenzuje, meša se sa rashladnom tečnošću koja dolazi iz separatora i pod pritiskom koji stvara cirkulacijska pumpa ponovo ulazi u procesne kanale jezgre reaktora.

Prednost ovakvih reaktora je mogućnost zamjene gorivnih elemenata bez gašenja reaktora i mogućnost pokanalnog praćenja stanja reaktora. Nedostaci RMBC reaktora uključuju nisku stabilnost rada pri niskim nivoima snage, nedovoljnu brzinu sistema upravljanja zaštitom i upotrebu sheme sa jednom petljom, u kojoj postoji prava prilika radioaktivna kontaminacija turbogenerator.

Među reaktorima koji rade na termičkim neutronima, u mnogim zemljama svijeta se najviše koriste energetski reaktori pod pritiskom.

Reaktori ovog tipa sastoje se od sljedećih glavnih strukturnih elemenata: kućišta sa poklopcem, u kojem se nalaze gorivi elementi sastavljeni u kasete; kontrole i zaštite, toplotni štit koji istovremeno djeluje kao reflektor neutrona i biološka zaštita (slika 8).

VVER posuda je vertikalni cilindar debelih zidova od legiranog čelika visoke čvrstoće, visine 12–25 m i prečnika 3–8 m (u zavisnosti od snage reaktora). Odozgo je reaktorska posuda hermetički zatvorena masivnim čeličnim sfernim poklopcem.

Rice. 8. Šematski dijagram NE VVER-1000:

1 – toplotni štit; 2 - okvir; 3 - poklopac ; 4 - cjevovodi primarnog kruga;

5 - cjevovodi sekundarnog kruga; 6 - parna turbina; 7 - generator;

8 - procesni kondenzator; 9 , 11 – cirkulacijske pumpe;

10 - generator pare; 12 - gorivne šipke

Posuda reaktora je ugrađena u betonsku ljusku, koja je jedna od barijera za zaštitu od zračenja. Princip rada nuklearne elektrane sa serijskim vodenim reaktorom pod pritiskom električne snage 440 MW (VVER-440) je sljedeći. Odvođenje topline iz aktivne zone nuklearnog reaktora provodi se prema shemi s dva kruga. Rashladna tečnost (voda) primarnog kruga, koja ima temperaturu od 270°C, dovodi se u jezgro reaktora kroz cjevovod pod visokim pritiskom od oko 12,5 MPa, uz pomoć cirkulacijske pumpe. Prolazeći kroz jezgro, rashladno sredstvo se zagrijava do 300°C (visok pritisak u krugu ne dopušta vodu da ključa) i zatim ulazi u generator pare.

U parogeneratoru, primarno rashladno sredstvo odaje svoju toplotu takozvanoj sekundarnoj napojnoj vodi, koja je pod nižim pritiskom (približno 4,4 MPa). Stoga voda sekundarnog kruga ključa i pretvara se u neradioaktivnu paru, koja se kroz parni vod dovodi do parne turbine spojene na generator električne struje. Ispušna para se hladi u procesnom kondenzatoru, a pod dejstvom napojne pumpe, kondenzat se ponovo dovodi u generator pare. Shema odvođenja topline s dvije petlje osigurava sigurnost od zračenja nuklearnih elektrana.

Izgledi za razvoj nuklearne energije trenutno su povezani sa izgradnjom reaktora na brzim neutronima. Također, uz proizvodnju električne energije, reaktori omogućavaju proširenu reprodukciju nuklearnog goriva, uključujući u gorivni ciklus ne samo U ili Pu, koji se cijepaju termalnim neutronima, već i U i Th (njegov sadržaj u zemljine kore oko 4 puta veći od prirodnog uranijuma).

Gorivne šipke sa visoko obogaćenim gorivom smeštene su u jezgru reaktora na brzim neutronima. Aktivna zona je okružena zonom razmnožavanja koja se sastoji od gorivih šipki koje sadrže sirovine za gorivo (osiromašeni uranijum, torijum). Neutrone emitovane iz aktivne zone hvataju u zoni razmnožavanja jezgra sirovine goriva, kao rezultat toga nastaje novo nuklearno gorivo. Posebna prednost brzih reaktora je mogućnost organizovanja u njima proširene reprodukcije nuklearnog goriva, odnosno istovremeno sa proizvodnjom energije moguća je proizvodnja novog umesto sagorelog nuklearnog goriva. Brzi reaktori ne zahtijevaju moderator, a rashladna tekućina ne bi trebala usporavati neutrone.

U jezgri reaktora na brzim neutronima nema moderatora, stoga je zapremina jezgra reaktora višestruko manja nego u RBMK ili VVER-u i iznosi oko 2 m 3 . Kao nuklearno gorivo u reaktorima koristi se umjetno dobiven Pu ili visoko obogaćeni (više od 20%) uranijum.

Jezgra reaktora BN-600 sadrži 370 gorivih sklopova, od kojih svaki sadrži 127 gorivnih elemenata i 27 upravljačkih i hitnih zaštitnih šipki.

Za uklanjanje toplinske energije u jezgri reaktora BN-600 koristi se tehnološka shema s tri petlje (slika 9).

U prvom i drugom krugu se kao rashladno sredstvo koristi tečni natrijum, čija je tačka topljenja 98°C, ima nisku sposobnost apsorpcije i ublažavanja neutrona.

Tečni natrijum primarnog kruga na izlazu iz reaktora ima temperaturu od 550°C i ulazi u međuizmjenjivač topline. Tamo on odaje toplotu sekundarnoj rashladnoj tečnosti, koja se takođe koristi kao tečni natrijum. Rashladno sredstvo drugog kruga ulazi u generator pare, gdje se voda pretvara u paru, koja je rashladna tekućina trećeg cirkulacijskog kruga. Para stvorena u generatoru pare pod pritiskom od 14 MPa ulazi u turbinu elektrogeneratora. Ispušna para nakon hlađenja u procesnom kondenzatoru se pumpa natrag u generator pare. Dakle, shema odvođenja topline u NE sa reaktorom BN-600 sastoji se od jednog radioaktivnog i dva neradioaktivna kruga. Vrijeme rada generatora BN-600 između točenja goriva je 150 dana.

Rice. 9. Tehnološki sistem NPP sa reaktorom na brzim neutronima:

1 – jezgro gorivih šipki; 2 - gorivi elementi zone reprodukcije; 3 – posuda reaktora;

4 – betonska posuda reaktora; 5 – rashladno sredstvo primarnog kruga;
6 – sekundarno rashladno sredstvo; 7 – rashladno sredstvo trećeg kruga;

8 - parna turbina; 9 – generator; 10 – procesni kondenzator;

11 – generator pare; 12 – srednji izmenjivač toplote;

13 - cirkulaciona pumpa

Tokom rada nuklearnih elektrana, pored problema vezanih za odlaganje visokoradioaktivnog otpada iz nuklearnog gorivnog ciklusa (NFC), javljaju se i dodatni problemi koji su uzrokovani vijekom trajanja nuklearnih reaktora (20–40 godina). Nakon isteka ovog radnog vijeka, reaktori se moraju povući iz pogona, a nuklearno gorivo i rashladna tekućina moraju biti uklonjeni iz jezgre. Sam reaktor je zatvoren ili demontiran. Iskustvo demontaže istrošenih nuklearnih reaktora u svijetu je vrlo malo.

1. Opći podaci o atomu i atomskom jezgru. Fenomen radioaktivnosti.

2. Osnovni zakon radioaktivnog raspada. Aktivnost i mjerne jedinice.

3. Fisija teških jezgara i lančana reakcija fisije.

4. Koji je princip rada nuklearnog reaktora i njegove karakteristike?

5. Navedite glavne karakteristike reaktora VVER-1000 i RBMK-1000. Koja je njihova razlika?

6. Glavne karakteristike reaktora na brzim neutronima BN-600.

PREDAVANJE 4. IONIZUJUĆA ZRAČENJA,
NJIHOVE KARAKTERISTIKE I INTERAKCIJA

U pratnji oslobađanja temperature, ovisno o karakteristike dizajna Postoje dvije njihove varijante - brzi neutronski reaktor i spori, koji se ponekad naziva i termalni.

Neutroni koji se oslobađaju tokom reakcije imaju veoma visok nivo početna brzina, teoretski savladavajući hiljade kilometara u sekundi. Ovo su brzi neutroni. U procesu kretanja uslijed sudara s atomima okolne tvari, njihova brzina se usporava. Jedan jednostavan i pristupačan način za umjetno smanjenje brzine je da im se na putu stavi voda ili grafit. Dakle, nakon što je naučio da reguliše nivo ovih čestica, osoba je mogla da stvori dve vrste reaktora. Naziv "toplinski" neutroni nastao je zbog činjenice da brzina njihovog kretanja nakon usporavanja praktički odgovara prirodnoj brzini unutaratomskog toplinskog kretanja. U brojčanom smislu, to je do 10 km u sekundi. Za mikrosvijet je ova vrijednost relativno niska, pa se hvatanje čestica jezgrama događa vrlo često, što uzrokuje nove krugove fisije (lančana reakcija). Posljedica toga je potreba za mnogo manjom količinom fisionog materijala nego što se mogu pohvaliti reaktori na brzim neutronima. Osim toga, neke druge Ovaj trenutak samo objašnjava zašto većina operativnih nuklearnih stanica koristi spore neutrone.

Čini se - ako je sve izračunato, zašto nam je onda potreban reaktor na brzim neutronima? Ispostavilo se da nije sve tako jasno. Najvažnija prednost ovakvih postrojenja je mogućnost snabdijevanja drugih reaktora, kao i stvaranje povećanog ciklusa fisije. Hajde da se zadržimo na ovome detaljnije.

Reaktor na brzim neutronima potpunije koristi gorivo ubačeno u jezgro. Počnimo redom. Teoretski, samo dva elementa se mogu koristiti kao gorivo: plutonijum-239 i uranijum (izotopi 233 i 235). U prirodi se nalazi samo izotop U-235, ali o izgledima takvog izbora ima vrlo malo toga. Navedeni uranijum i plutonijum su derivati torija-232 i uranijuma-238, koji nastaju kao rezultat izlaganja neutronskom fluksu. Ali ova dva su mnogo češća u prirodni oblik. Dakle, ako bi bilo moguće pokrenuti samoodrživu lančanu reakciju fisije U-238 (ili plutonijum-232), onda bi njen rezultat bio pojava novih dijelova fisionog materijala - uranijuma-233 ili plutonijuma-239. Kada se neutroni uspore na termalnu brzinu (klasični reaktori), takav proces je nemoguć: u njima kao gorivo služe U-233 i Pu-239, ali reaktor brzih neutrona omogućava da se izvrši takva dodatna transformacija.

Proces je sledeći: utovarujemo uranijum-235 ili torijum-232 (sirovine), kao i deo uranijuma-233 ili plutonijum-239 (gorivo). Potonji (bilo koji od njih) osiguravaju neutronski tok neophodan za "zapaljenje" reakcije u prvim elementima. U procesu propadanja, stanica koju generatori pretvaraju u električnu energiju oslobađa se. Brzi neutroni djeluju na sirovine, pretvarajući te elemente u ... nove porcije goriva. Obično su količine spaljenog i formiranog goriva jednake, ali ako se unese više sirovina, onda se stvaranje novih porcija fisionog materijala događa čak i brže od potrošnje. Otuda i drugo ime takvih reaktora - uzgajivači. Višak goriva može se koristiti u klasičnim sporim tipovima reaktora.

Nedostatak modela brzih neutrona je što se uran-235 mora obogatiti prije punjenja, što zahtijeva dodatna finansijska ulaganja. Osim toga, sam dizajn jezgre je složeniji.

Nuklearni reaktori na brzim neutronima

Prva svjetska nuklearna elektrana (NPP), izgrađena u gradu Obninsku kod Moskve, dala je struju u junu 1954. godine. Njegova snaga je bila vrlo skromna - 5 MW. Međutim, odigrala je ulogu eksperimentalna postavka, gdje je stečeno iskustvo u radu budućnosti velike nuklearne elektrane. Prvi put je dokazana mogućnost proizvodnje električne energije na osnovu fisije jezgri uranijuma, a ne sagorevanjem fosilnih goriva i ne hidrauličkom energijom.

NPP koristi jezgra teški elementi- uranijum i plutonijum. Prilikom fisije jezgara oslobađa se energija - ona "radi" u nuklearnim elektranama. Ali možete koristiti samo jezgre koje imaju određenu masu - jezgre izotopa. Atomska jezgra izotopa sadrže isti broj protona i različit broj neutrona, zbog čega jezgra različitih izotopa istog elementa imaju različite mase. Uranijum, na primer, ima 15 izotopa, ali samo uran-235 je uključen u nuklearne reakcije.

Reakcija fisije se odvija na sljedeći način. Jezgro uranijuma spontano se raspada na nekoliko fragmenata; među njima ima čestica visoke energije - neutrona. U prosjeku, na svakih 10 raspada dolazi 25 neutrona. Udaraju u jezgra susjednih atoma i razbijaju ih, oslobađajući neutrone i velika količina toplota. Fisijom grama uranijuma oslobađa se toplote koliko i sagorevanjem tri tone uglja.

Prostor u reaktoru u kojem se nalazi nuklearno gorivo naziva se jezgro. Ovdje dolazi do fisije atomskih jezgri uranijuma i oslobađa se toplotnu energiju. Da bi se operativno osoblje zaštitilo od štetnog zračenja koje prati lančanu reakciju, zidovi reaktora su dovoljno debeli. Brzinom nuklearne lančane reakcije kontroliraju kontrolne šipke napravljene od tvari koja apsorbira neutrone (najčešće je to bor ili kadmij). Što se štapovi dublje spuštaju u jezgro, to je više neutrona apsorbuju, manje neutrona je uključeno u reakciju i manje toplote se oslobađa. Suprotno tome, kada se kontrolne šipke podignu iz jezgre, broj neutrona uključenih u reakciju se povećava, sve veći broj atoma uranijuma se fisije, oslobađajući toplinsku energiju skrivenu u njima.

U slučaju pregrijavanja jezgre, predviđeno je hitno gašenje nuklearnog reaktora. Štapovi za hitne slučajeve brzo padaju u jezgro, intenzivno apsorbiraju neutrone, lančana reakcija se usporava ili zaustavlja.

Toplota se odvodi iz nuklearnog reaktora pomoću tekućeg ili plinovitog rashladnog sredstva, koje se pumpama pumpa kroz jezgro. Nosač toplote može biti voda, metalni natrijum ili gasovite supstance. Uzima toplinu iz nuklearnog goriva i prenosi je na izmjenjivač topline. Ovaj zatvoreni sistem sa rashladnom tečnošću naziva se primarni krug. U izmjenjivaču topline, toplina primarnog kruga zagrijava vodu sekundarnog kruga do ključanja. Nastala para se šalje u turbinu ili se koristi za grijanje industrijskih i stambenih zgrada.

Prije katastrofe u nuklearnoj elektrani u Černobilju, sovjetski naučnici su samouvjereno govorili da će u narednim godinama dva glavna tipa reaktora biti široko korištena u nuklearnoj energetici. Jedan od njih, VVER, je vodeno hlađen energetski reaktor, a drugi, RBMK, je reaktor velike snage, kanal. Oba tipa se odnose na reaktore sa sporim (termalnim) neutronima.

U reaktoru sa vodom pod pritiskom, aktivna zona je zatvorena u ogromno, 4 metra u prečniku i 15 metara visoko, čelično kućište cilindra sa debelim zidovima i masivnim poklopcem. Unutar kućišta tlak doseže 160 atmosfera. Nosač topline koji odvodi toplinu u reakcionoj zoni je voda koju pumpaju pumpe. Ista voda služi i kao moderator neutrona. U generatoru pare zagrijava i pretvara sekundarnu vodu u paru. Para ulazi u turbinu i rotira je. I prvi i drugi krug su zatvoreni.

Svakih šest mjeseci izgorjelo nuklearno gorivo zamjenjuje se svježim, za šta se reaktor mora zaustaviti i ohladiti. U Rusiji, Novovoronjež, Kola i druge nuklearne elektrane rade po ovoj shemi.

U RBMK-u grafit služi kao moderator, a voda je rashladno sredstvo. Para za turbinu se proizvodi direktno u reaktoru i tamo se vraća nakon što se koristi u turbini. Gorivo u reaktoru može se zamijeniti postepeno, bez zaustavljanja ili prigušivanja.

Prva svjetska nuklearna elektrana Obninsk pripada ovom tipu. Po istoj shemi izgrađene su stanice velike snage Lenjingrad, Černobil, Kursk, Smolensk.

Jedan od ozbiljnih problema nuklearnih elektrana je odlaganje nuklearnog otpada. U Francuskoj, na primjer, to radi velika firma Cogema. Gorivo koje sadrži uranijum i plutonijum, sa velikom pažnjom, u posebnim transportnim kontejnerima - zatvoreni i ohlađeni - šalje se na preradu, a otpad - na vitrifikaciju i zakopavanje.

„Pokazane su nam pojedinačne faze prerade goriva koje se donosi iz nuklearnih elektrana s najvećom pažnjom“, piše I. Lagovsky u časopisu Science and Life. – Mašine za istovar, komora za istovar. Možete pogledati kroz prozor. Debljina stakla na prozoru je 1 metar 20 centimetara. Na prozoru je manipulator. Nezamisliva čistoća okolo. Bijeli kombinezoni. Meko svjetlo, umjetne palme i ruže. Staklenik sa pravim biljkama za opuštanje nakon posla u zoni. Ormari sa kontrolnom opremom IAEA - međunarodne agencije za atomsku energiju. Operaterska soba - dva polukruga sa displejima - odavde kontrolišu istovar, sečenje, otapanje, vitrifikaciju. Sve operacije, sva kretanja kontejnera se dosledno odražavaju na displejima operatera. Hale rada sa samim materijalima visoka aktivnost su dosta udaljeni, sa druge strane ulice.

Vitrificirani otpad je male zapremine. Zatvoreni su u čelične kontejnere i pohranjeni u ventiliranim šahtima dok se ne odvedu do konačnog groblja...

Sami kontejneri su djelo inženjerske umjetnosti, čija je svrha bila da se izgradi nešto što se ne može uništiti. Željeznički peroni natovareni kontejnerima su iskočili iz šina, nabijeni punom brzinom od nadolazećih vozova, a dogovorene su i druge zamislive i nezamislive nezgode tokom transporta - kontejneri su sve izdržali.

Poslije Černobilska katastrofa Naučnici su 1986. počeli sumnjati u sigurnost rada nuklearnih elektrana i, posebno, reaktora tipa RBMK. Tip VVER je u tom pogledu prosperitetniji: nesreća na američkoj stanici Three Mile Island 1979. godine, gdje se jezgra reaktora djelomično otopila, radioaktivnost nije išla dalje od posude. U prilog VVER-u govori dugi nesmetani rad japanskih nuklearnih elektrana.

I, ipak, postoji još jedan pravac, koji je, prema naučnicima, u stanju da obezbedi čovečanstvu toplotu i svetlost za sledeći milenijum. Ovo se odnosi na reaktore na brzim neutronima ili reaktore za razmnožavanje. Koriste uranijum-238, ali ne za energiju, već za gorivo. Ovaj izotop dobro apsorbuje brze neutrone i pretvara se u drugi element - plutonijum-239. Reaktori na brzim neutronima su vrlo kompaktni: ne trebaju im moderatori ili apsorberi - njihovu ulogu igra uran-238. Nazivaju se reaktorima za razmnožavanje, ili oplodnjacima (od engleska riječ"rasti" - umnožiti). Reprodukcija nuklearnog goriva omogućava desetke puta potpunije korištenje urana, pa se reaktori na brzim neutronima smatraju jednim od obećavajućim pravcima Nuklearna energija.

U reaktorima ovog tipa, osim toplote, proizvodi se i sekundarno nuklearno gorivo koje se može koristiti u budućnosti. Ovdje ni u prvom ni u drugom krugu nema visokog pritiska. Rashladno sredstvo je tečni natrijum. Kruži u primarnom krugu, zagrijava se i prenosi toplinu na natrijum u drugom krugu, koji zauzvrat zagrijava vodu u krugu para-voda, pretvarajući je u paru. Izmjenjivači topline su izolirani od reaktora.

Jedna od ovih obećavajućih stanica - dobila je ime Monju - izgrađena je u regiji Shiraki na obali Japanskog mora u odmaralištu četiri stotine kilometara zapadno od glavnog grada.

“Za Japan,” kaže K. Takenouchi, čelnik nuklearne korporacije Kansai, “upotreba reaktora za razmnožavanje znači priliku da se smanji ovisnost o uvezenom prirodnom uranijumu kroz ponovnu upotrebu plutonijuma. Stoga je razumljiva naša želja da razvijemo i unaprijedimo "brze reaktore" i postignemo tehnički nivo sposoban da izdrži konkurenciju sa modernim nuklearnim elektranama u smislu efikasnosti i sigurnosti.

Razvoj reaktora bi trebao biti glavni program proizvodnje energije u bliskoj budućnosti.”

Izgradnja reaktora Monju je već druga faza u razvoju reaktora na brzim neutronima u Japanu. Prvi je bio dizajn i izgradnja eksperimentalnog reaktora Joyo od 50-100 MW (japanski za "vječna svjetlost"), koji je počeo s radom 1978. godine. Ispitivalo se ponašanje goriva, novih konstrukcijskih materijala, komponenti.

Projekat Monju započeo je 1968. U oktobru 1985. godine počeli su da grade stanicu - za kopanje temeljne jame. Tokom razvoja lokacije, u more je bačeno 2 miliona 300 hiljada kubnih metara kamena. Toplotna snaga reaktora je 714 MW. Gorivo je mješavina oksida plutonijuma i uranijuma. Aktivna zona ima 19 upravljačkih šipki, 198 gorivih blokova, od kojih svaki ima 169 gorivih šipki (gorivih elemenata - TVEL) prečnika 6,5 milimetara. Okruženi su radijalnim jedinicama za proizvodnju goriva (172 jedinice) i jedinicama neutronskog štita (316 jedinica).

Cijeli reaktor je sastavljen kao lutka za gniježđenje, samo što ga više nije moguće rastaviti. Ogromna posuda reaktora, napravljena od nerđajućeg čelika (prečnik - 7,1 metara, visina - 17,8 metara), smeštena je u zaštitno kućište u slučaju izlivanja natrijuma u slučaju nesreće.

„Čelične konstrukcije reaktorske komore“, kaže A. Lagovsky u časopisu Science and Life, „ljuske i zidni blokovi su ispunjeni betonom kao zaštita. Primarni sistemi za hlađenje natrijumom, zajedno sa reaktorskom posudom, okruženi su komandom za slučaj opasnosti sa ukrućenjima - unutrašnji prečnik mu je 49,5 metara, a visina 79,4 metara. Elipsoidno dno ove mase počiva na čvrstom betonskom jastuku visine 13,5 metara. Oklop je okružen prstenastim razmakom od jedan i po metar, a zatim slijedi debeli sloj (1-1,8 metara) armiranog betona. Kupola školjke je takođe zaštićena slojem armiranog betona debljine 0,5 metara.

Nakon protuažurne granate uređuje se još jedan zaštitni objekat - pomoćni - dimenzija 100 puta 115 metara, koji zadovoljava zahtjeve antiseizmičke konstrukcije. Zašto ne sarkofag?

Sekundarni sistemi za hlađenje natrijumom, sistemi para-voda, uređaji za punjenje i istovar goriva i rezervoar za istrošeno gorivo nalaze se u pomoćnoj posudi reaktora. U odvojenim prostorijama nalaze se turbogenerator i rezervni dizel agregati.

Snaga granate za hitne slučajeve izračunava se kao nadpritisak do 0,5 atmosfere i do vakuuma od 0,05 atmosfera. Vakuum se može stvoriti kada kisik izgori u prstenastom otvoru ako se tečni natrijum prolije. Sve betonske površine koje mogu doći u kontakt sa izlivenim natrijem u potpunosti su obložene čeličnim limovima dovoljno debelim da izdrže toplinska opterećenja. Tako se štite u slučaju da se to uopšte ne dogodi, jer bi trebalo da postoji garancija i za cjevovode i za sve ostale dijelove nuklearnog postrojenja.

Iz knjige Nepoznato, odbačeno ili skriveno autor Careva Irina Borisovna

Iz knjige Velika sovjetska enciklopedija (PR) autora TSB

Iz knjige Velika sovjetska enciklopedija (RE) autora TSB

Iz knjige Velika sovjetska enciklopedija (OTOV) autora TSB

Nuklearna municija Nuklearna municija, bojeve glave projektila, torpeda, avijacione (dubinske) bombe, artiljerijski hici, nagazne mine sa nuklearnim punjenjem. Dizajniran za pogađanje različitih ciljeva, uništavanje utvrđenja, građevina i drugih zadataka. Akcija Ya. zasnovano

Iz knjige Enciklopedijski rječnik krilate reči i izrazi autor Serov Vadim Vasiljevič

Iz knjige Rad električnih trafostanica i razvodnih uređaja autor Krasnik V.V.

Iz knjige 100 velikih tajni istoka [sa ilustracijama] autor Nepomnjački Nikolaj Nikolajevič

Iz knjige Velika enciklopedija konzerviranje autor Semikova Nadežda Aleksandrovna

Iz knjige Velika enciklopedija tehnologije autor Tim autora

Iz knjige Bestseller in a Million. Kako napisati, objaviti i promovirati svoj bestseler autor Maslennikov Roman Mihajlovič

Možda vlastiti Platos / I brzi umovi Njutna / ruska zemlja roditi Iz ode "Na dan stupanja na presto carice Jelisavete" (1747) Mihaila Vasiljeviča Lomonosova (1711 - 1765). "Nevton" - stari izgovor imena engleska fizika i matematiku Isaka

Iz knjige autora

Šta može posjedovati Platos / I brze Njutne / Ruska zemlja roditi Od "Ode na dan vaznesenja do Sveruski tron Njeno Veličanstvo carica Elisaveta Petrovna 1747 ”Mihail Vasiljevič Lomonosov (1711 - 1765). "Njutn" -

Iz knjige autora

2.6. Uzemljenje neutralnih transformatora. Reaktori za gašenje luka za kompenzaciju kapacitivnih struja Električne mreže od 35 kV i ispod rade sa izolovanim neutralnim namotajima transformatora ili uzemljenjem kroz reaktore za gašenje luka, mreže od 110 kV i više - sa efektivnim

Iz knjige autora

Hemijski reaktori Hemijski reaktori su uređaji koji pružaju hemijske reakcije. Razlikuju se po dizajnu, uvjetima reakcije, stanju tvari koje djeluju u reaktoru (njihova koncentracija, tlak, temperatura). U zavisnosti od

Iz knjige autora

Tri dijela za najbrže Ova knjiga je mala, tako da je zamišljena namjerno. Kakav magični udarac! Pročitali smo - uradili smo - dobili smo rezultat Sada će biti tri sekcije za najaktivnije. Ako brzo shvatite, ovih pet stranica će vam biti dovoljno da ih dovršite

Kada nam se, na primjer, kaže da je “izgrađena solarna elektrana snage 1200 MW”, to uopće ne znači da će ova solarna elektrana davati toliko električne energije kao nuklearni reaktor VVER-1200. Solarni paneli ne mogu raditi noću - stoga, ako se u prosjeku izračunaju po godišnjim dobima, ne rade pola dana, a to već upola smanjuje faktor kapaciteta. Solarni paneli, čak i najnovijih varijanti, rade mnogo lošije po oblačnom vremenu, a prosječne vrijednosti ovdje također nisu ohrabrujuće - oblaci sa kišom i snijegom, magle smanjuju IUM za još jednu polovicu. “SPS kapaciteta 1200 MW” zvuči glasno, ali morate imati na umu cifru od 25% - ove kapacitete može tehnološki iskoristiti samo ¼.

Solarni paneli, za razliku od nuklearnih elektrana, ne rade 60-80 godina, već 3-4 godine, gubeći sposobnost pretvaranja sunčeva svetlost in struja. Može se, naravno, govoriti o nekakvom "smanjenju troškova proizvodnje", ali to je, na kraju krajeva, čista lukavost. Solarne elektrane zahtijevaju velike površine teritorije, pa se do sada niko nigdje nije bavio problemima recikliranja istrošenih solarnih panela. Korištenje će zahtijevati razvoj prilično ozbiljnih tehnologija, koje su teško prihvatljive za okoliš. Ako govorimo o elektranama koje koriste vjetar, tada će se riječi morati koristiti gotovo iste, budući da je u ovom slučaju ICF oko četvrtine instaliranog kapaciteta. Ili umjesto tihog vjetra, ili vjetra takve jačine da tjera “mlinove” da stanu, jer ugrožava integritet njihove strukture.

Vremenske hirovite energije iz obnovljivih izvora

Od druge „Ahilove pete“ OIE nema bežanja. Elektrane na njihovoj osnovi ne rade kada je električna energija koju proizvode potrebna potrošačima, već kada je vani sunčano ili je vjetar odgovarajuće jačine. Da, takve elektrane mogu proizvesti električnu energiju, ali što ako je električne mreže ne mogu primiti? Noću je puhao vjetar, možete uključiti vjetroelektrane (elektrane), ali noću ti i ja spavamo, a preduzeća ne rade. Da, takve tradicionalne elektrane zasnovane na obnovljivim izvorima, kao što su hidroelektrane, u stanju su da se izbore sa ovim problemom povećanjem praznog pražnjenja vode („pored turbine“) ili jednostavno akumulacijom vode u svojim rezervoarima, ali u slučaju poplave, nije im tako lako. A za solarne i vjetroelektrane, tehnologije skladištenja energije nisu toliko razvijene da bi proizvedenu električnu energiju „uštedjele“ za trenutak kada se potrošnja u mreži poveća.

Postoji i druga strana medalje. Hoće li investitor ulagati u izgradnju, recimo, gasne elektrane u regionu gde su solarni paneli instalirani u velikom broju? Kako vratiti uloženi novac, ako “vaša” elektrana ne radi pola vremena? Rok otplate, bankovne kamate... “O, zašto mi treba takva glavobolja!”- izjavljuje oprezni kapitalista i ništa ne gradi. I imamo vremensku anomaliju, padala je kiša nedelju dana u potpunom zatišju. A povici ogorčenih potrošača, primorani da pokreću dizel agregate na travnjacima ispred, stapaju se u zujanje. Investitore ne možete natjerati da grade termoelektrane udarcima, neće riskirati bez beneficija i subvencija od strane države. A u svakom slučaju, to postaje dodatno opterećenje za državne budžete, kao i ako država, pošto nije pronašla susretljive investitore, sama gradi termoelektrane.

Puno nam govore o tome koliko se solarnih panela koristi u Njemačkoj, zar ne? Ali u isto vrijeme, u zemlji raste broj elektrana koje rade na lokalnom lignitu, nemilosrdno izbacujući u atmosferu iste "ce o dva", protiv kojih se mora boriti, ispunjavajući uslove Pariskog sporazuma iz 2015. "Smeđe elektrane" su prinuđene da grade saveznu vladu Njemačke, organe upravljanja saveznih država - nemaju drugog izbora, inače će ti isti ljubitelji "zelene energije" izaći na ulice s protestima zbog činjenice da nema struje u njihovim utičnicama, za koje uveče morate sjediti kraj baklje.

Preterujemo, naravno – ali samo da bi apsurdnost situacije bila očiglednija. Ako proizvodnja električne energije u doslovnom smislu riječi ovisi o vremenskim prilikama, onda se ispostavlja da je zbog sunca i vjetra tehnički nemoguće zadovoljiti osnovne potrebe za električnom energijom. Da, teoretski je moguće zapetljati cijelu Evropu s Afrikom dodatnim dalekovodima (elektrovodima) tako da struja iz sunčane Sahare dolazi do kuća na tmurnoj obali sjeverno more, ali košta prilično nevjerovatan novac, čiji se period otplate približava beskonačnosti. Pored svake solarne elektrane držati elektranu na ugalj ili plin? Ponavljamo, ali sagorijevanje energetskih resursa ugljovodonika u elektranama ne omogućava da se u potpunosti ispoštuju odredbe Pariškog sporazuma o smanjenju emisije CO 2 .

Nuklearne elektrane kao osnova "zelene energije"

Slijepa ulica? Za one zemlje koje su odlučile da se riješe nuklearne energije - to je on. Naravno, oni traže izlaz iz toga. Oni unapređuju sisteme sagorevanja uglja i gasa, napuštaju elektrane na mazut, ulažu napore da povećaju efikasnost peći, parogeneratora, kotlova i pojačavaju napore za korišćenje tehnologija za uštedu energije. Dobro je, korisno je, obavezno. Ali Rusija i njena Rosatom ponuditi mnogo radikalniju opciju - izgradnju nuklearne elektrane.

Izgradnja NE, Foto: rusatom-overseas.com

Čini li vam se ovo paradoksalno? Pogledajmo to u smislu logike. Prvo, nema emisije CO 2 iz nuklearnih reaktora kao takvih - nema hemijske reakcije, u njima plamen ne buči silovito. Dakle, ispunjenje uslova Pariskog sporazuma je "na mestu". Druga tačka je obim proizvodnje električne energije u nuklearnim elektranama. U većini slučajeva, web stranice nuklearna elektrana postoje najmanje dva, pa čak i sva četiri reaktora, njihov ukupni instalirani kapacitet je ogroman, a faktor kapaciteta konstantno prelazi 80%. Ovaj "proboj" električne energije dovoljan je da zadovolji potrebe ne jednog grada, već čitavog regiona. To je samo nuklearni reaktori "ne vole" kada mijenjaju snagu. Izvinite, sada će biti malo tehničkih detalja da bi bilo jasnije na šta mislimo.

Sistemi upravljanja i zaštite nuklearnih reaktora

Princip rada energetskog reaktora shematski nije tako kompliciran. Energija atomskih jezgara pretvara se u toplotnu energiju rashladne tečnosti, u koju se pretvara toplotna energija mehanička energija rotor generatora, koji se zauzvrat pretvara u električnu energiju.

Atomsko - termičko - mehaničko - električno, takva vrsta ciklusa energija.

U konačnici, električna snaga reaktora ovisi o snazi kontrolirane, kontrolirane atomske lančane reakcije fisije nuklearnog goriva. Ističemo - kontrolisano i upravljano. Šta se dešava ako lančana reakcija izmakne kontroli i kontroli, mi, nažalost, dobro znamo još od 1986. godine.

Kako se kontroliše i kontroliše tok lančane reakcije, šta treba učiniti da se reakcija ne bi odmah proširila na čitavu zapreminu uranijuma koji se nalazi u "atomskom kotlu"? Podsjećamo na uobičajene školske istine, ne ulazeći u naučne detalje nuklearne fizike - ovo će biti sasvim dovoljno.

Šta je lančana reakcija „na prste“, ako je neko zaboravio: jedan neutron je uleteo, dva neutrona izbio, dva neutrona četiri i tako dalje. Ako broj ovih vrlo slobodnih neutrona postane prevelik, reakcija fisije će se proširiti na cijelu zapreminu uranijuma, prijeteći da se razvije u "veliki prasak". naravno, nuklearna eksplozija se ne odvija, zahtijeva da sadržaj izotopa uranijuma-235 u gorivu prelazi 60%, au energetskim reaktorima obogaćivanje goriva ne prelazi 5%. Ali čak i bez atomske eksplozije, problemi će biti veći od njihovih glava. Rashladno sredstvo će se pregrijati, njegov tlak u cjevovodima će se superkritično povećati, nakon njihovog pucanja, integritet gorivnih sklopova može biti narušen i to je to. radioaktivne supstance izbiti iz reaktora, suludo zagađujući okolinu, provaliti u atmosferu. Međutim, detalji černobilske katastrofe su svima poznati, nećemo se ponavljati.

Nesreća u nuklearnoj elektrani Černobil, Foto: meduza.io

Jedna od glavnih komponenti svakog nuklearnog reaktora je sistem upravljanja i zaštite. Slobodni neutroni ne bi trebali biti više od strogo izračunate vrijednosti, ali ne bi trebali biti ni manji od ove vrijednosti - to će dovesti do raspada lančane reakcije, nuklearna elektrana će jednostavno "ustati". Unutar reaktora mora postojati supstanca koja apsorbuje višak neutrona, ali u količini koja omogućava da se lančana reakcija nastavi. Atomski fizičari su odavno shvatili koja supstanca to radi najbolje - izotop bora-10, pa se sistem kontrole i zaštite naziva i jednostavno "bor".

Borne šipke su uključene u dizajn reaktora sa grafitnom i vodenom umjerenošću, imaju iste tehnološke kanale kao i za gorive elemente i gorive elemente. Brojači neutrona u reaktoru rade neprekidno, automatski komandujući sistemu koji kontroliše šipke od bora da pomera šipke, potapajući ih ili uklanjajući ih iz reaktora. Na početku sesije goriva, u reaktoru ima puno uranijuma - borove šipke su uronjene dublje. Vrijeme prolazi, uranijum sagorijeva, a borovi štapići počinju postupno vaditi - broj slobodnih neutrona mora ostati konstantan. Da, napominjemo da postoje i "hitne" borove šipke koje "vise" iznad reaktora. U slučaju kršenja koja bi potencijalno mogla otrgnuti lančanu reakciju kontroli, oni se momentalno uranjaju u reaktor, ubijajući lančanu reakciju u pupoljku. Pukao je cjevovod, došlo je do curenja rashladne tekućine - ovo je rizik od pregrijavanja, hitne borove šipke rade odmah. Zaustavimo reakciju i polako shvatimo šta se tačno dogodilo i kako riješiti problem, a rizik treba svesti na nulu.

Neutroni su različiti, ali imamo jedan bor

Jednostavna logika, kao što vidite, pokazuje da je povećanje i smanjenje izlazne snage nuklearnog reaktora - "manevar snage", kako kažu energetičari - veoma težak posao, koji se zasniva na nuklearnoj fizici, kvantnoj mehanici. Malo više "duboko u proces", ne predaleko, ne bojte se. U bilo kojoj reakciji fisije uranovog goriva nastaju sekundarni slobodni neutroni - isti oni koji su "izbacili dva neutrona" u školskoj formuli. U energetskom reaktoru dva sekundarna neutrona su previše; za upravljivost i upravljivost reakcije potreban je koeficijent od 1,02. Doletelo je 100 neutrona, izbacilo 200 neutrona, a od ovih 200 sekundarnih neutrona, 98 bi trebalo da „pojede“, apsorbuje taj isti bor-10. Bor potiskuje prekomjernu aktivnost, to vam sigurno kažemo.

Ali zapamtite šta se dešava ako dete nahranite kantom sladoleda - ono prvih 5-6 porcija pojede sa zadovoljstvom, a zatim ode, jer mu "više ne štima". Ljudi se sastoje od atoma i stoga karakter atoma nije ništa posebno od našeg. Bor-10 može jesti neutrone, ali ne beskonačnu količinu, isti „više ne odgovara“ će sigurno doći. Bradati u bijelim mantilima u nuklearnim elektranama sumnjaju da mnogi nagađaju da nuklearni znanstvenici ostaju radoznala djeca u duši, pa se trude da koriste što više "odraslog" rječnika. Bor u njihovom leksikonu nije bio „progutan neutronima“, već „sagoreo“ - ovo zvuči mnogo solidnije, vidite. Na ovaj ili onaj način, ali svaki zahtjev elektroenergetskih mreža da „utišaju reaktor” dovodi do intenzivnijeg sagorijevanja sistema za zaštitu i kontrolu bora, što uzrokuje dodatne poteškoće.

Model reaktora na "brzim" neutronima, Foto: topwar.ru

S koeficijentom od 1,02 također nije sve tako jednostavno, jer osim brzih sekundarnih neutrona koji nastaju odmah nakon reakcije fisije, postoje i oni odgođeni. Nakon fisije, atom uranijuma se raspada, a iz tih fragmenata izlete i neutroni, ali nakon nekoliko mikrosekundi. Malo ih je u odnosu na instant, svega oko 1%, ali sa koeficijentom od 1,02 su veoma bitni, jer je 1,02 povećanje od samo 2%. Stoga se izračunavanje količine bora mora vršiti sa preciznošću nakita, stalno balansirajući na fine line"reakcija izmakla kontroli - neplanirano gašenje reaktora." Stoga, kao odgovor na svaki zahtjev "daj gas!" ili "uspori, zašto si tako razbuktao!" počinje lančana reakcija dežurstva NPP-a, kada svaki nuklearni inženjer iz njenog sastava ponudi veći broj idiomatskih izraza...

I još jednom o nuklearnim elektranama kao osnovi "zelene energije"

Vratimo se sada tamo gdje smo stali - na velikom proizvodnom kapacitetu, na velikoj površini koju opslužuju nuklearne elektrane. Kako više teritorije- teme više mogućnosti na njemu postaviti elektrane koje rade na obnovljive izvore energije. Što je više takvih ES, veća je vjerovatnoća da će se vršna potrošnja poklopiti s periodom njihove najveće generacije. Odavde dolazi struja iz solarnih panela, odavde dolazi energija vjetra, tu plimni val uspješno udara u stranu, i zajedno će izgladiti vršno opterećenje, omogućiti nuklearnim naučnicima u nuklearnim elektranama da piju čaj u miru, gledajući monotono, bez prekida, brojače neutrona.

Obnovljiva energija, hsto.org

Što je situacija u nuklearki mirnija, građani mogu postati deblji, jer bez problema mogu i dalje peći svoje kobasice. Kao što vidite, nema ničeg paradoksalnog u kombinaciji OIE baziranih na obnovljivim izvorima energije i nuklearne proizvodnje kao osnovne, sve je upravo suprotno – takva kombinacija, ako se svijet ozbiljno odlučio boriti protiv emisije CO 2, je najbolji izlaz iz situacije, nikako ne poništavajući sve opcije modernizacije i poboljšanja termoelektrana, o kojima smo govorili.

Nastavljajući "kengur stil", predlažemo da "preskočite" na prvu rečenicu ovog članka - o konačnosti bilo kojeg tradicionalnog izvora energije na planeti Zemlji. Zbog toga je glavni, strateški pravac razvoja energetike osvajanje termonuklearne reakcije, ali je njena tehnologija neverovatno složena, zahteva koordinisane, zajedničke napore naučnika i dizajnera iz svih zemalja, ozbiljna ulaganja i višegodišnji naporan rad. Koliko je vremena potrebno, sada možete nagađati na talogu kafe ili u unutrašnjosti ptica, ali morate se kladiti, naravno, na najpesimističniji scenario. Potrebno je tražiti gorivo koje može obezbijediti istu osnovnu proizvodnju u najdužem mogućem periodu. Čini se da su nafta i gas puni, ali stanovništvo planete raste, a nove i nove kraljevine-države teže nivou potrošnje kao u zemljama „zlatne milijarde“. Prema procjenama geologa, na Zemlji je ostalo 100-150 godina fosilnih ugljikovodičnih goriva, osim ako potrošnja ne raste bržim tempom nego u današnje vrijeme. I izgleda da hoće, jer stanovništvo zemalja u razvoju žudi za povećanim nivoom udobnosti...

Reaktori na brzim neutronima

Izlaz iz trenutne situacije koju predlaže ruski nuklearni projekat je poznat, to je zatvaranje ciklusa nuklearnog goriva uključivanjem nuklearnih reaktora, reaktora na brze neutrone, u proces. Reaktor za razmnožavanje je reaktor u kojem se, kao rezultat sesije goriva, na izlazu proizvodi više nuklearnog goriva nego što je prvobitno napunjeno, reaktor za razmnožavanje. Oni koji nisu potpuno zaboravili kurs školske fizike, može postaviti pitanje: izvinite, ali šta je sa zakonom održanja mase? Odgovor je jednostavan - nikako, jer u nuklearnom reaktoru su oba procesa nuklearna, a zakon održanja mase ne djeluje u svom klasičnom obliku.

Albert Ajnštajn je pre više od sto godina, u specijalnoj teoriji relativnosti, povezao masu i energiju, i nuklearnih reaktora ova teorija je čista praksa. Ukupna količina energije se štedi, ali o očuvanju ukupno mase u ovom slučaju ne dolaze u obzir. U atomima nuklearnog goriva "spava" ogromna rezerva energije koja se oslobađa kao rezultat reakcije fisije, dio te rezerve koristimo za vlastitu korist, a drugi dio iznenađujuće pretvara atome urana-238 u mješavina atoma izotopa plutonijuma. Reaktori na brzim neutronima, i samo oni, omogućavaju pretvaranje glavne komponente uranijumske rude, uranijuma-238, u izvor goriva. Rezerve uranijuma-235 osiromašenog sadržaja, koji se ne koristi u termo atomskim reaktorima uranijuma-238, akumulirane tokom rada nuklearnih elektrana na termičke neutrone, iznose stotine hiljada tona, koje više nije potrebno eksploatirati. iz rudnika, koje više ne treba „granatirati“ iz otpadnih stijena – to je u postrojenjima za obogaćivanje uranijuma nevjerovatna količina.

MOX gorivo "na prste"

Teoretski jasno, ali ne potpuno, pa hajde da probamo ponovo "na prste". Sam naziv "MOX gorivo" su samo slova slavensko pismo pisana engleska skraćenica koja se piše MOH. Dešifriranje - Mixed-Oxide gorivo, slobodan prijevod - "gorivo iz miješanih oksida." U osnovi, ovaj izraz se razumije kao mješavina plutonijum oksida i uranijum oksida, ali to je samo u osnovi. Pošto naši uvaženi američki partneri nisu bili u stanju da savladaju tehnologiju proizvodnje MOX goriva od plutonijuma za oružje, Rusija je takođe odustala od ove opcije. Ali postrojenje koje smo izgradili unaprijed je dizajnirano kao univerzalno postrojenje - sposobno je proizvoditi MOX gorivo iz istrošenog nuklearnog goriva iz termičkih reaktora. Ako je neko čitao članke Geoenergetics.ru ovom prilikom se prisjeća da su izotopi plutonijuma 239, 240 i 241 u istrošenom nuklearnom gorivu već "pomiješani" - ima ih po 1/3, pa postoji mješavina plutonijuma u MOX gorivu nastalom od istrošenog nuklearnog goriva, npr. mješavina unutar mješavine.

Drugi dio glavne mješavine je osiromašeni uranijum. Preterujem: uzimamo mešavinu plutonijum oksida ekstrahovanog iz istrošenog nuklearnog goriva PUREX postupkom, dodajemo uranijum-238 bez vlasnika i dobijamo MOX gorivo. Istovremeno, uranijum-238 ne učestvuje u lančanoj reakciji, već samo mešavina izotopa plutonijuma „gori“. Ali uranijum-238 nije samo "prisutan" - povremeno, nevoljko, s vremena na vreme uzme jedan neutron u sebe, pretvarajući se u plutonijum-239. Neki od ovog novog plutonijuma odmah „izgori“, a neki jednostavno nemaju vremena za to prije kraja sesije goriva. To je, zapravo, cela tajna.

Brojke su uslovne, preuzete sa plafona, samo radi jasnoće. Početni sastav MOX goriva sadrži 100 kilograma plutonijum oksida i 900 kilograma uranijuma-238. Dok je plutonijum "goreo", 300 kila uranijuma-238 pretvorilo se u dodatni plutonijum, od čega je 150 kila odmah "izgorelo", a 150 kila nije stiglo. Izvukli su gorive sklopove, "istresli" plutonijum iz njega, ali se ispostavilo da je bio 50 kila više nego što je bio prvobitno. Pa, ili evo ista stvar, ali na drva: bacio sam 2 cjepanice u ložište, peć ti je grijala cijelu noć, a ujutro si iz nje izvukao ... tri cjepanice. Od 900 kg beskorisnog uranijuma-238, koji ne učestvuje u lančanoj reakciji, kada je korišćen kao deo MOX goriva, dobijeno je 150 kg goriva, koje je odmah „izgorelo“ za našu korist, a ostalo je čak 150 kg. za dalju upotrebu. A ova deponija beskorisnog uranijuma-238 je postala 300 kila manje, što takođe nije loše.

Stvarni omjeri osiromašenog uranijuma-238 i plutonijuma u MOX gorivu su, naravno, različiti, jer se u prisustvu 7% plutonijuma u MOX gorivu, mješavina ponaša gotovo isto kao i konvencionalno uranijsko gorivo sa obogaćenjem uranijumom-235 od oko 5%. Ali figure koje smo izmislili pokazuju glavni princip MOX gorivo - beskorisni uranijum-238 pretvara se u nuklearno gorivo, njegove ogromne rezerve postaju energetski resurs. Prema grubim procjenama, ako pretpostavimo da na Zemlji prestanemo koristiti ugljikovodična goriva za proizvodnju električne energije i pređemo samo na korištenje uranijuma-238, imat ćemo ga dovoljno za 2.500 do 3.000 godina. Sasvim pristojna margina vremena da se ima vremena za savladavanje tehnologije kontrolirane termonuklearne fuzije.

MOX gorivo omogućava da se istovremeno riješi još jedan problem - smanjenje zaliha istrošenog nuklearnog goriva akumuliranog u svim zemljama članicama "nuklearnog kluba" i smanjenje količine radioaktivnog otpada akumuliranog u istrošenom nuklearnom gorivu. Ne radi se o nekim divnim svojstvima MOX goriva, sve je prozaičnije. Ako se istrošeno nuklearno gorivo ne koristi, već se pokušava poslati na vječno geološko odlaganje, onda će se zajedno s njim na zbrinjavanje poslati i sav visokoradiozni otpad koji ono sadrži. Ali korištenje tehnologija za preradu istrošenog nuklearnog goriva kako bi se iz njega izvukao plutonij htjele-nećeli nas tjera da smanjimo količinu ovog radioaktivnog otpada. U borbi za korištenje plutonija jednostavno smo prisiljeni uništavati radioaktivni otpad, ali u isto vrijeme proces takvog uništavanja postaje mnogo jeftiniji - uostalom, plutonij se koristi.

MOX gorivo je skupo zadovoljstvo koje treba učiniti jeftinim

Istovremeno, proizvodnja MOX goriva u Rusiji je počela sasvim nedavno, čak i na najnovijem, tehnološki najnaprednijem reaktoru na brzim neutronima - BN-800, prelazak na 100% korištenje MOX goriva odvija se online, također još nije završen . Sasvim je prirodno da je u današnje vrijeme proizvodnja MOX goriva skuplja od proizvodnje tradicionalnog uranijuma. Smanjenje troškova proizvodnje, kao iu svakoj drugoj industriji, moguće je, prije svega, zbog masovne proizvodnje, "montažne linije".

Shodno tome, da bi zatvaranje ciklusa nuklearnog goriva bilo ekonomski izvodljivo, Rusiji je potreban veći broj reaktora na brzim neutronima, što bi trebalo da postane strateška linija razvoja nuklearne energije. Više reaktora - dobrih i drugačijih!

Istovremeno, potrebno je ne izgubiti iz vida drugu mogućnost korištenja MOX goriva - kao goriva za VVER reaktore. Reaktori na brzim neutronima stvaraju toliku dodatnu količinu plutonija da ni sami više ne mogu koristiti - jednostavno im ne treba toliko, plutonija ima dovoljno za VVER reaktore. Gore smo već pisali da se MOX gorivo, u kojem 93% osiromašenog uranijuma-238 čini 7% plutonijuma, ponaša skoro isto kao i konvencionalno uranijumsko gorivo. Da, samo upotreba MOX goriva u termalnim reaktorima dovodi do smanjenja efikasnosti apsorbera neutrona koji se koriste u VVER-u. Razlog tome je što bor-10 mnogo lošije apsorbira brze neutrone - to su njegove fizičke karakteristike na koje ne možemo utjecati ni na koji način. Isti problem se javlja i kod hitnih borovih šipki, čija je svrha trenutno zaustavljanje lančane reakcije u slučaju vanrednih situacija.

Razuman izlaz je smanjenje količine MOX goriva u VVER-u na 30-50%, što se već implementira u nekim lakovodnim reaktorima u Francuskoj, Japanu i drugim zemljama. Ali čak iu ovom slučaju može biti potrebno modernizirati sistem bora i provesti sva potrebna sigurnosna opravdanja, saradnju sa nadzornim tijelima IAEA za dobivanje dozvola za korištenje MOX goriva u termalnim reaktorima. Ili, ukratko, morat će se povećati broj šipki bora, kako onih namijenjenih kontroli, tako i onih koje se „skladište“ u slučaju nužde. Ali samo razvoj ovih tehnologija omogućit će prelazak na masovna proizvodnja ove vrste goriva, kako bi se smanjili troškovi njegove proizvodnje. Istovremeno, to će omogućiti mnogo aktivnije rješavanje problema smanjenja količine istrošenog nuklearnog goriva i aktivnije korištenje rezervi osiromašenog uranijuma.

Izgledi su blizu, ali put nije lak

Razvoj ove tehnologije, u kombinaciji sa izgradnjom reaktora-uzgajivača plutonijuma energetske klase - reaktora na brzim neutronima omogućiće Rusiji ne samo da zatvori ciklus nuklearnog goriva, već i da je učini ekonomski atraktivnom. Takođe postoje veliki izgledi za korišćenje MNUP goriva (mešovito gorivo uranijum-plutonijum nitrida). Eksperimentalni gorivi sklopovi, koji su ozračeni u reaktoru BN-600 2016. godine, već su dokazali svoju efikasnost kako u reaktorskim testovima, tako i kao rezultat postreaktorskih studija. Dobijeni rezultati se koriste za nastavak rada na opravdanosti upotrebe MNUP goriva u stvaranju reaktorskog postrojenja BREST-300 i modula na licu mesta za proizvodnju MNUP goriva pilot-demonstracionog kompleksa u izgradnji u Seversku. BREST-300 će omogućiti nastavak razvoja tehnologija neophodnih za potpuno zatvaranje ciklusa nuklearnog goriva, kako bi se obezbijedilo više kompletno rješenje problema istrošenog nuklearnog goriva i radioaktivnog otpada, kako bi se implementirala ideologija "vraćanja prirodi onoliko radioaktivnosti koliko je izvučena". Reaktor BREST-300, kao i reaktori BN, je reaktor na brzim neutronima, što samo naglašava ispravnost strateškog pravca razvoja nuklearne energije - kombinacija reaktora s vodenim hlađenjem i reaktora na brzim neutronima.

Ovladavanje tehnologijom 100% korištenja MOX goriva na BN-800 također pruža mogućnost stvaranja reaktora BN-1200, koji su ne samo snažniji, već i ekonomski isplativiji. Odluka o stvaranju reaktora BN-1200 u Rusiji je donesena, što znači da će tempo istraživačkog rada nuklearnih stručnjaka morati samo da se povećava, a stvaranje MBIR-a, planirano za 2020. godinu, može značajno pomoći u rješavanju svih problema, u ovladavanju tehnologijom potpunog zatvaranja gorivnog nuklearnog ciklusa. Rusija je bila i ostala jedina zemlja koja je stvorila energetske reaktore na brzim neutronima, osiguravajući naše svjetsko vodstvo u ovoj važnoj oblasti nuklearne energije.

Naravno, sve rečeno je samo prvo upoznavanje sa karakteristikama reaktora na brzim neutronima, ali pokušaćemo da nastavimo, jer je ova tema važna i, po našem mišljenju, prilično zanimljiva.

U kontaktu sa