Новый ядерный реактор на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем должен стать демонстратором уникальной технологии – полностью замкнутого ядерного топливного цикла.
"Росатом" начнет испытания топлива для "реактора будущего" на Белоярской АЭС в 2023 году
По его словам, интегральная конструкция и физика реакторной установки позволяют исключить аварии, требующие эвакуации населения. Он уверен, что в будущем подобные установки должны сделать атомную энергетику «не только более безопасной, но и более экономически конкурентной по сравнению с наиболее эффективной тепловой электрогенерацией». Она также подчеркнула, что «сама идея проекта "Прорыв" — это не только новое поколение реакторов, но и новое поколение технологий ядерного топливного цикла». Все они искренне радовались этому стартовавшему в России инновационному и очень важному для всей атомной энергетики проекту. Открывший торжественную церемонию генеральный директор госкорпорации «Росатом» Алексей Лихачев сообщил, что благодаря переработке ядерного топлива, по сути, бесконечное количество раз ресурсная база атомной энергетики станет практически неисчерпаемой. При этом он подчеркнул и отсутствие для будущих поколений проблемы накопления отработавшего ядерного топлива. Быстрая доставка новостей — в «Ленте дня» в Telegram.
Идея ЗЯТЦ заключается в том, чтобы извлекать энергию из радиоактивных материалов, которые до сих пор считались отходами и подлежали захоронению. Что само по себе крайне дорого и опасно. При выстраивании двухкомпонентной атомной энергетики с замыканием ядерного топливного цикла то, что не знали куда деть, становится ценнейшим сырьем — реакторы на быстрых нейтронах «питаются» тем, что остается после работы обычных реакторов.
MOX Mixed-Oxide fuel — ядерное топливо, которое содержит несколько видов оксидов плутония и урана. В январе 2021 года после очередной перегрузки доля МОКС-топлива выросла до трети. В январе текущего года — до двух третей. В конце сентября блок был полностью загружен МОКС-топливом, изготовленным на Горно-химическом комбинате в городе Железногорске Красноярского края. Главное преимущество реактора на быстрых нейтронах состоит в том, что он позволяет превращать отработавшее ядерное топливо в новое топливо для АЭС, образуя замкнутый ядерно-топливный цикл. Таким образом, атомная энергетика будущего, в создании которой лидируют российские атомщики, не будет иметь ядерных отходов. Кроме того, реактор на быстрых нейтронах позволяет использовать уран-238, запасов которого хватит более чем на три тысячи лет. Вообще-то, Россия не является пионером в создании реакторов на быстрых нейтронах, но она стала первой, кто преуспел в этом. Первым атомным реактором на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем стал американский EBR I, запущенный 20 декабря 1951 года, но к электросетям он подключен не был, энергия использовалась в основном для освещения здания, в котором находился реактор. В 1965 году реактор остановили и запустили второй такой же, но в 1994 году остановили. Владельцы АЭС США — в основном частные компании, они не видят коммерческих преимуществ в быстрых реакторах по сравнению с обычными «тепловыми». Да и тема обеспечения человечества практически вечной энергетической базой американцам не близка. Не вышло у американцев и с военным использованием натриевых быстрых реакторов.
В самом деле, запасы природного и отвального обедненного урана на планете весьма велики, а проблема нераспространения и другая большая головная боль — задача утилизации отработанного ядерного топлива — решаются при таком образе действий сами собой. Мнение экспертов, связанных с атомным монополистом, сегодня весьма распространено, однако есть и критики существующей статегии. Если кратко, наш принцип состоит в том, чтобы органично совместить ядерный реактор с ускорителем элементарных частиц. Результатом такого синтеза будет ЯРЭС — ядерная релятивистская электростанция. Это реактор без сверхкритической массы делящихся продуктов и потому абсолютно взрывобезопасный. Он сможет работать на уране из отвалов радиохимических предприятий, на природном уране и даже на тории. И что чрезвычайно важно, он будет способен "дожигать" в короткоживущие изотопы всю ту гадость, которую сегодня мы не знаем, куда девать - радиоактивные отходы и облученное ядерное топливо, и даст возможность полностью перерабатывать долгоживущие продукты-актиноиды тепловыделяющих элементов подлодок и старых АЭС. Что позволит сократить объем радиоактивных отходов в разы и навсегда решить проблему нехватки урана для атомных станций, - поясняет профессор, доктору технических наук Игорь Острецов. Сердце ЯРЭС — линейный ускоритель Богомолова на обратной волне, сверхкомпактная супермашина по производству протонов с энергиями порядка 10 ГэВ. Классическому криогенному ускорителю на каждый ГэВ на выходе нужен 1 километр длины на 4 ГэВ — соответственно 4 километра , наш 4-ГэВ ускоритель Богомолова легко помещается в грузовой отсек транспортного самолета Ан-124 "Руслан". Да, рядом аспектов ядерных релятивистских технологий у нас де-факто занимается Физико-энергетический институт в городе Обнинске Калужской области, ФЭИ, там недавно начались работы по глубоко подкритичным системам. Некоторые эксперименты по ЯРТ ведутся и в Дубне, в составе большой кооперации, но при очень скудном финансировании.
Россия создала нейтронный «Прорыв»
Блок № 4 Белоярской АЭС оснащен реактором на быстрых нейтронах БН-800 установленной электрической мощностью более 800 МВт. К тому же реакторы на быстрых нейтронах могут вовлекать в реакцию природный уран-238, что увеличивает общую долю топлива, которую можно «выжечь» в реакторе. В итоге, на сегодняшний день в Обнинске уже собрали модель активной зоны перспективного реактора на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем БН-1200М.
Бесконечная энергия: «Росатом» строит первый в мире реактор с замкнутым циклом
Наш следующий шаг на пути к новой двухкомпонентной ядерной энергетике, в которой реакторы на быстрых и на тепловых нейтронах будут работать совместно, обмениваясь топливом - сооружение энергоблока с головным образцом серийного реактора БН-1200М. Это позволит в полной мере воплотить все экологические и экономические преимущества технологии реакторов на быстрых нейтронах», - отметил директор Белоярской АЭС Иван Сидоров. В рамках пресс-тура журналисты встретились с руководством и специалистами Белоярской АЭС, посетили реакторное отделение, в центральном зале которого увидели работающий на МОКС-топливе реактор БН-800, побывали на блочном пункте управления и в машинном зале, где турбогенератор вырабатывает электроэнергию, которая обеспечивает электроснабжение населения, социальных и промышленных объектов Урала.
В ходе ППР специалисты также выполнили эксплуатационный контроль металла и сварных соединений трубопроводов, испытали системы контроля герметичности оболочек с использованием метрологической сборки. Это именно та веха, ради которой изначально проектировался БН-800, строился уникальный атомной энергоблок и автоматизированное производство топлива на ГХК», — сказал он. Его применение в десятки раз увеличит топливную базу атомной энергетики.
Так что вопрос о том, как жить дальше, с каждым годом становится все острее, а работы по поиску энергетической альтернативы — все масштабней. Если не считать возможности использования энергии ветра и Солнца, до последнего времени науке было известно всего две такие возможности: извлечение энергии за счет деления ядер тяжелых элементов, или при слиянии ядер самых легкого — водорода — с образованием ядра атома гелия. К сожалению, обе эти возможности весьма опасны — ведь в первой, по существу, приходится приручать атомный взрыв, во второй — термоядерную реакцию, которая питает звезды и пугает нас водородной бомбой. В мире существует два класса ядерных реакторов: на медленных нейтронах водо-водяные, сокращенно ВВЭР, большой мощности канальные, или РБМК, на тяжелой воде и с шаровой засыпкой и газовым контуром и на быстрых нейтронах. Реакторы на быстрых нейтронах кардинально отличаются от всех остальных: плотность тепловыделения в них в несколько раз больше, поэтому в качестве теплоносителя там приходится использовать жидкий натрий или свинец вместо воды.
При работе такого реактора происходит очень интенсивное выделение нейтронов, которые поглощаются слоем урана-238, расположенного вокруг активной зоны. Этот уран превращается в плутоний-239, который затем тоже может использоваться в реакторе как делящийся элемент. Именно этот факт стал основным аргументом в пользу новой программы "Росатома", которая предполагает использовать блоки с "быстрыми" реакторами в сочетании с реакторами на тепловых нейтронах. Предполагается, что с помощью "быстрых" реакторов можно будет эффективнее решать проблему накопления отработанного ядерного топлива ОЯТ "тепловых" реакторов, уменьшая радиотоксичность этого ОЯТ, чтобы в некой перспективе приблизиться к так называемому замкнутому топливному циклу, когда объем и токсичность захораниваемого ОЯТ сравняется с объемом и токсичностью природного сырья "на входе". Общий и все более существенный в современном нестабильном мире недостаток всей атомной энергетики состоит в том, она фактически исключает возможность контроля за нераспространением ядерного оружия на Земле: ведь каждое государство, имеющее на своей территории современную АЭС, которая постоянно производит плутоний, может теоретически сделать свою собственную атомную дубину. Второй путь предполагает генерацию энергии при управляемой термоядерной реакции. К сожалению, современные термоядерные исследования в магнитных ловушках, проводимые в мире вот уже в течение более 60 лет, так и не привели к созданию функционирующего реактора даже с кпд, равным нулю — все они в рабочем режиме потребляют много больше энергии, чем вырабатывают сами.
На конференции был представлен широкий спектр докладов, касающихся перспектив развития технологий быстрых натриевых реакторов в России и за рубежом, нейтронной физики, теплоносителя, перспективных конструкционных материалов и оборудования. ЦАИР частного учреждения «Наука и инновации» был представлен доклад «История и перспективы развития зарубежных проектов реакторов с быстрым спектром нейтронов и натриевым теплоносителем», включающий анализ ретроспективы развития быстрых натриевых реакторов за рубежом, описание текущих зарубежных проектов реакторов типа БН и национальных программ поддержки их развития, а также результаты многокритериального сравнения данной технологии с другими инновационными реакторными системами.
Ученые Росатома обсудили в Обнинске будущее развитие реакторов на быстрых нейтронах
Интерфакс: Реактор на быстрых нейтронах БРЕСТ-300 в Томской области может быть введен в 2028-2029 гг., сообщил глава госкорпорации "Росатом" Алексей Лихачев в интервью телеканалу "Россия-24". "Росатом" начал строительство уникального энергоблока с реакторной установкой на быстрых нейтронах БРЕСТ-300 по стратегическому проекту "Прорыв". Несмотря на это, сегодня 10 реакторов типа РБМК-1000 все еще работают в России. Заметим, что и быстрые нейтроны появились в Поднебесной не без участия России. В принципе, реактор на быстрых нейтронах способен работать без дозаправки десятилетиями.
"Росатом" надеется ввести реактор "БРЕСТ" в 2028-2029 гг
Причина, по которой нет плутониевых реакторов на быстрых нейтронах, впрочем, весьма простая. Замкнутый топливный цикл с реакторами на быстрых нейтронах обеспечивает сырьевую независимость и малоотходность атомной энергетики России не только за счет максимального вовлечения в энергопроизводство урана-238 из накопленных отвалов. Именно этот инновационный реактор на быстрых нейтронах стал настоящей мировой сенсацией, когда первым на планете целый год вырабатывал энергию на МОКС-топливе. Реакторы на быстрых нейтронах способны нарабатывать плутоний, которого хватит, чтобы обеспечить собственную работу и при необходимости другие реакторы новым топливом. В отличие от водо-водяных энергетических реакторов (ВВЭР), реактор на быстрых нейтронах в качестве теплоносителя использует не воду, а жидкий металл, в данном случае — натрий. К тому же реакторы на быстрых нейтронах могут вовлекать в реакцию природный уран-238, что увеличивает общую долю топлива, которую можно «выжечь» в реакторе.
К «Прорыву» добавляется реактор
Но картина решительно меняется при рассмотрении широкомасштабного внедрения ядерных реакторов на быстрых нейтронах и замыкании топливного цикла. Сегодня в России успешно работает исследовательский реактор на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем БОР 60, однако его возраст уже перевалил за 45 лет. На Белоярской АЭС после планово-предупредительного ремонта (ППР) включили в сеть энергоблок № 4 с реактором на быстрых нейтронах БН-800. Начался монтаж первой в мире реакторной установки на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем — реактора четвёртого поколения БРЕСТ-ОД-300. Рассказываем, как устроены реакторы на быстрых нейтронах и почему они могут в корне изменить наше представление об энергетике. отметил директор Белоярской АЭС Иван Сидоров.
К «Прорыву» добавляется реактор
| Росатом получил лицензию на производство ядерного топлива для «реактора будущего» | Элементы многоцелевого исследовательского реактора на быстрых нейтронах (МБИР) отправлены из Волгодонска в Димитроград на место постоянной сборки. |
| В России разработали «вечное» топливо для АЭС - Hi-Tech | "Росатом" начал строительство уникального энергоблока с реакторной установкой на быстрых нейтронах БРЕСТ-300 по стратегическому проекту "Прорыв". |
| БАЭС стала первой в мире станцией, работающей на ядерных отходах — 03.11.2023 — В России на РЕН ТВ | Фактически реактор на быстрых нейтронах превратится в «перпетуум мобиле». |
Уникальный реактор обеспечит энергетическое будущее России
Французский реактор "Феникс". Сейчас МОКС-топливо используют во французских реакторах на тепловых нейтронах, но его доля не превышает трети активной зоны. На повторную переработку облученные ТВС не направляют, такая возможность только изучается. В Японии в 1995 году на "Мондзю" через четыре месяца после пуска произошла крупная утечка натрия. Потом 15 лет ремонта, перезапуск и ещё одна авария. С тех пор реактор не работает, планов строить другой нет.
В Великобритании завод построили в 1997 году, но он так и не вышел на проектную мощность, а в 2011 году было принято решение о его остановке. Большая часть времени и денег ушла на проект завода и внесение бесчисленных правок. То оборудование, которое всё же купили, распродается.
Таким образом, технология, которую в СССР и России разрабатывали более 70 лет, принесет максимальную пользу и сохранит мировое лидерство нашей страны в реакторах на быстрых нейтронах. Эта задача успешно решается учеными, конструкторами и проектировщиками. А с учетом того что энергоблоки с реакторами БН совместно с выработкой электрической и тепловой энергии будут производить новое топливо и минимизировать радиоактивные отходы, их эффективность оценивается еще выше. MOX — mixed oxide — это смешанное оксидное ядерное топливо, состоящее из изотопов урана и плутония. Получается, большая часть сырья отправляется на хранение или утилизируется как радиоактивные отходы.
Это первое промышленное, а не экспериментальное применение реактора на быстрых нейтронах. Идея ЗЯТЦ заключается в том, чтобы извлекать энергию из радиоактивных материалов, которые до сих пор считались отходами и подлежали захоронению. Что само по себе крайне дорого и опасно.
На тепловых реакторах коэффициент воспроизводства топлива гораздо меньше единицы. Для справки Идею быстрых реакторов предложил ещё в 30-е годы XX века лауреат Нобелевской премии по физике Энрико Ферми, «папа» первого в мире ядерного реактора. Он доказал, что быстрые реакторы способны создавать делящиеся материалы и поэтому в них можно попробовать максимально использовать возможности урана. Эту идею тут же подхватили в СССР. Первый быстрый реактор, БН-1, построили в нашей стране в 1955 году. Он обладал низкой мощностью, зато проведённые на нём исследования доказали: в быстрых реакторах действительно можно воспроизводить топливо. Эксперименты продолжились. Начиная с 1969 года в НИИ атомных реакторов в Димитровграде работает БОР-60 — в нём исследуют топливо и материалы для быстрых реакторов. Затем был БН-600, который запустили в 1980-м, — он, кстати, также действует до сих пор. В январе 1997 года получил лицензию на производство проект реактора БН-800, в декабре 2015-го блок с этим реактором заработал на Белоярской АЭС. Мы берём ядерные отходы, делаем из них МОКС-топливо, кидаем его в реактор, оно там выделяет энергию, производит плутоний — и так до бесконечности? Если говорить простым языком, из отработанного МОКС-топлива сначала удаляются вредные и ненужные продукты ядерной реакции — осколки деления. А уран и плутоний остаются. Мы «подливаем» в них недостающие элементы — и вот тогда снова отправляем работать в реактор. У МОКС-топлива есть ещё одно преимущество, как подарок будущим поколениям, — замыкание топливного цикла с точки зрения утилизации америция и нептуния. Это два очень вредных продукта деления ядерной реакции в любом реакторе. И реактор на быстрых нейтронах немного уменьшает их количество. То есть если топливо изначально содержит америций или нептуний, то можно таким образом облучить это топливо в реакторе на быстрых нейтронах, что они выгорят или превратятся во что-то более нейтральное, — и всё, не нужно это опасное вещество где-то хранить. Для справки В чём различие между тепловым и быстрым реактором? В первом случае в качестве теплоносителя используется вода: ядерное топливо нагревает её до температуры кипения, полученный пар вращает турбины, которые вырабатывают электричество. В БН-800 вместо воды берут натрий. Он не только позволяет использовать в качестве топлива уран-238, которого много на Земле, но ещё и намного безопаснее, потому что при одинаковой мощности давление в быстром реакторе в разы меньше, чем в тепловом, хотя вода нагревается только до 300 градусов Цельсия, а натрий — до 500, что даёт больше тепла и электричества. Не знаете, каковы результаты этого эксперимента? Помимо МОКСа есть ещё и другие инновационные виды топлива.
Российские атомщики совершили «Прорыв» за всё человечество
| Россия на пороге создания нового реактора на быстрых нейтронах | Евразия эксперт | Поскольку реакторы на быстрых нейтронах способны работать на плутонии и, таким образом, позволяют замкнуть ядерный топливный цикл, оптимальным топливом для таких установок является уран-плутониевая смесь. |
| Telegram: Contact @olegtsarov | И реактор на быстрых нейтронах немного уменьшает их количество. |
| БАЭС стала первой в мире станцией, работающей на ядерных отходах — 03.11.2023 — В России на РЕН ТВ | Сегодня в России успешно работает исследовательский реактор на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем БОР 60, однако его возраст уже перевалил за 45 лет. |
| Бесконечная энергия: в России придумали способ сделать атомные электростанции «вечными» | В реакторах на быстрых нейтронах обходятся без замедлителей. |