Όταν μας λένε, για παράδειγμα, ότι «έχει κατασκευαστεί ένας ηλιακός σταθμός ισχύος 1200 MW», αυτό δεν σημαίνει καθόλου ότι αυτός ο ηλιακός σταθμός θα παρέχει τόση ηλεκτρική ενέργεια όσο ο πυρηνικός αντιδραστήρας VVER-1200. Οι ηλιακοί συλλέκτες δεν μπορούν να λειτουργήσουν τη νύχτα - επομένως, εάν υπολογίζεται ο μέσος όρος κατά τη διάρκεια των εποχών, παραμένουν σε αδράνεια για μισή ημέρα, και αυτό ήδη μειώνει τον παράγοντα χωρητικότητας στο μισό. Οι ηλιακοί συλλέκτες, ακόμη και από τις πιο πρόσφατες ποικιλίες, λειτουργούν πολύ χειρότερα σε συννεφιασμένο καιρό και οι μέσες τιμές δεν είναι επίσης ενθαρρυντικές εδώ - σύννεφα με βροχή και χιόνι, ομίχλες μειώνουν το IUM κατά το ήμισυ. Το "SPS με χωρητικότητα 1200 MW" ακούγεται δυνατά, αλλά πρέπει να έχετε κατά νου το ποσοστό του 25% - αυτές οι χωρητικότητες μπορούν να χρησιμοποιηθούν τεχνολογικά μόνο κατά το ¼.

Οι ηλιακοί συλλέκτες, σε αντίθεση με τους πυρηνικούς σταθμούς, δεν λειτουργούν για 60-80 χρόνια, αλλά για 3-4 χρόνια, χάνοντας την ικανότητα μετατροπής ηλιακό φως V ηλεκτρική ενέργεια. Μπορείτε, φυσικά, να μιλήσετε για κάποιο είδος «μείωσης του κόστους παραγωγής», αλλά αυτό είναι, σε τελική ανάλυση, σκέτη πονηριά. Ηλιακές μονάδες παραγωγής ενέργειαςαπαιτούν μεγάλες εκτάσεις εδάφους, μέχρι στιγμής κανείς δεν έχει αντιμετωπίσει πραγματικά τα προβλήματα της ανακύκλωσης χρησιμοποιημένων ηλιακών συλλεκτών πουθενά. Η χρήση θα απαιτήσει την ανάπτυξη αρκετά σοβαρών τεχνολογιών, οι οποίες δεν είναι καθόλου ευχάριστες για το περιβάλλον. Αν μιλάμε για σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής που χρησιμοποιούν αιολική ενέργεια, τότε οι λέξεις θα πρέπει να χρησιμοποιούνται σχεδόν το ίδιο, αφού στην περίπτωση αυτή, το ICF είναι περίπου το ένα τέταρτο της εγκατεστημένης ισχύος. Είτε αντί για ήρεμο άνεμο, είτε άνεμος τέτοιας ισχύος που αναγκάζει τους «μύλους» να σταματήσουν, καθώς απειλεί την ακεραιότητα της δομής τους.

Καιρικές ιδιοτροπίες της ανανεώσιμης ενέργειας

Δεν υπάρχει διαφυγή από τη δεύτερη «αχίλλειο πτέρνα» των ΑΠΕ. Οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής που βασίζονται σε αυτές δεν λειτουργούν όταν η ηλεκτρική ενέργεια που παράγουν την χρειάζονται οι καταναλωτές, αλλά όταν έξω έχει ήλιο ή όταν ο άνεμος είναι κατάλληλος. Ναι, τέτοιοι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής μπορούν να παράγουν ηλεκτρική ενέργεια, αλλά τι γίνεται εάν τα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας δεν μπορούν να την λάβουν; Ο άνεμος φυσούσε τη νύχτα, μπορείτε να ενεργοποιήσετε ανεμογεννήτριες (σταθμοί παραγωγής ενέργειας), αλλά τη νύχτα κοιμόμαστε εσείς και εγώ και οι επιχειρήσεις δεν λειτουργούν. Ναι, τέτοιοι παραδοσιακοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής που βασίζονται σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, όπως οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί, μπορούν να αντιμετωπίσουν αυτό το πρόβλημα αυξάνοντας την αδράνεια απόρριψη νερού («πέρα από τον στρόβιλο») ή απλώς συσσωρεύοντας νερό στις δεξαμενές τους, αλλά σε περίπτωση πλημμύρες, δεν τους είναι τόσο εύκολο. Και για τους σταθμούς ηλιακής και αιολικής ενέργειας, οι τεχνολογίες αποθήκευσης ενέργειας δεν είναι τόσο ανεπτυγμένες ώστε να «εξοικονομούν» την παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια τη στιγμή που αυξάνεται η κατανάλωση στο δίκτυο.

Υπάρχει και η άλλη όψη του νομίσματος. Θα επενδύσει ένας επενδυτής στην κατασκευή, ας πούμε, ενός σταθμού ηλεκτροπαραγωγής φυσικού αερίου σε μια περιοχή όπου εγκαθίστανται σε μεγάλους αριθμούς ηλιακούς συλλέκτες; Πώς να αποπληρώσετε τα χρήματα που επενδύσατε, εάν το εργοστάσιο ηλεκτροπαραγωγής σας δεν λειτουργεί κατά το ήμισυ; Περίοδος αποπληρωμής, τραπεζικοί τόκοι... «Ω, γιατί το κάνω πονοκέφαλο!» - δηλώνει ο προσεκτικός καπιταλιστής και δεν χτίζει τίποτα. Και έχουμε και μια ανωμαλία, έβρεχε για μια εβδομάδα σε απόλυτη ηρεμία. Και οι κραυγές των αγανακτισμένων καταναλωτών, που αναγκάστηκαν να λειτουργήσουν γεννήτριες ντίζελ στο μπροστινό γρασίδι, συγχωνεύονται σε ένα βουητό. Δεν μπορείς να αναγκάσεις τους επενδυτές να φτιάξουν θερμοηλεκτρικές μονάδες με κλωτσιές, δεν θα ρισκάρουν χωρίς οφέλη και επιδοτήσεις από το κράτος. Και σε κάθε περίπτωση, αυτό γίνεται επιπρόσθετο βάρος για τους κρατικούς προϋπολογισμούς, καθώς και αν το κράτος, αφού δεν έχει βρει επενδυτές υποδοχής, κατασκευάζει μόνο του θερμοηλεκτρικούς σταθμούς.

Μας λένε πολλά για το πόσα ηλιακά πάνελ χρησιμοποιούνται στη Γερμανία, σωστά; Αλλά ταυτόχρονα, ο αριθμός των σταθμών ηλεκτροπαραγωγής που λειτουργούν με τοπικό λιθάνθρακα αυξάνεται στη χώρα, ρίχνοντας αλύπητα στην ατμόσφαιρα το ίδιο "tse o two", το οποίο πρέπει να καταπολεμηθεί, πληρώντας τις προϋποθέσεις Συμφωνία του Παρισιού 2015. Οι «καφέ εργοστάσια παραγωγής ενέργειας» αναγκάζονται να χτίσουν την ομοσπονδιακή κυβέρνηση της Γερμανίας, τα διοικητικά όργανα των ομοσπονδιακών κρατών - δεν έχουν άλλη επιλογή, διαφορετικά οι ίδιοι οπαδοί της «πράσινης ενέργειας» θα βγουν στους δρόμους με διαμαρτυρίες λόγω του γεγονότος ότι δεν υπάρχει ρεύμα στις πρίζες τους, που τα βράδια πρέπει να κάθεσαι δίπλα στη δάδα.

Υπερβάλλουμε, φυσικά - αλλά μόνο για να κάνουμε πιο φανερό τον παραλογισμό της κατάστασης. Εάν η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με την κυριολεκτική έννοια της λέξης εξαρτάται από τις καιρικές συνθήκες, τότε αποδεικνύεται ότι είναι τεχνικά αδύνατο να καλυφθούν οι βασικές ανάγκες σε ηλεκτρική ενέργεια λόγω του ήλιου και του ανέμου. Ναι, είναι θεωρητικά δυνατό να μπλέξουμε ολόκληρη την Ευρώπη με την Αφρική με πρόσθετα ηλεκτροφόρα καλώδια (ηλεκτρικά καλώδια) έτσι ώστε το ρεύμα από την ηλιόλουστη Σαχάρα να έρχεται σε σπίτια στη ζοφερή ακτή Βόρεια Θάλασσα, αλλά κοστίζει αρκετά απίστευτα χρήματα, η περίοδος απόσβεσης των οποίων πλησιάζει στο άπειρο. Δίπλα σε κάθε ηλιακό εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας να διατηρείται ένα εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας με καύση άνθρακα ή φυσικό αέριο; Επαναλαμβάνουμε, αλλά η καύση ενεργειακών πόρων υδρογονανθράκων σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής δεν καθιστά δυνατή την πλήρη συμμόρφωση με τις διατάξεις της Συμφωνίας του Παρισιού για τη μείωση των εκπομπών CO 2.

Οι πυρηνικοί σταθμοί ως βάση της «πράσινης ενέργειας»

Αδιέξοδο? Για εκείνες τις χώρες που αποφάσισαν να απαλλαγούν από την πυρηνική ενέργεια - είναι αυτός. Φυσικά, αναζητούν διέξοδο από αυτό. Βελτιώνουν τα συστήματα καύσης άνθρακα και φυσικού αερίου, εγκαταλείπουν τους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής με καύση μαζούτ, καταβάλλουν προσπάθειες για την αύξηση της απόδοσης κλιβάνων, γεννητριών ατμού, λεβήτων και εντείνουν τις προσπάθειες για χρήση τεχνολογιών εξοικονόμησης ενέργειας. Είναι καλό, είναι χρήσιμο, είναι απαραίτητο. Αλλά η Ρωσία και αυτή Rosatomπροσφέρουν μια πολύ πιο ριζοσπαστική επιλογή - την κατασκευή ενός πυρηνικού σταθμού.

Κατασκευή NPP, Φωτογραφία: rusatom-overseas.com

Σας φαίνεται παράδοξο αυτό; Ας το δούμε με βάση τη λογική. Πρώτον, δεν υπάρχουν εκπομπές CO 2 από πυρηνικούς αντιδραστήρες καθαυτές - δεν υπάρχουν χημικές αντιδράσεις, η φλόγα δεν βρυχάται βίαια μέσα τους. Επομένως, η εκπλήρωση των όρων της Συμφωνίας του Παρισιού «είναι σε ισχύ». Το δεύτερο σημείο είναι η κλίμακα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας σε πυρηνικούς σταθμούς. Στις περισσότερες περιπτώσεις, υπάρχουν τουλάχιστον δύο ή και οι τέσσερις αντιδραστήρες στις τοποθεσίες ενός πυρηνικού σταθμού, η συνολική εγκατεστημένη ισχύς τους είναι τεράστια και ο συντελεστής χωρητικότητας υπερβαίνει σταθερά το 80%. Αυτή η «διάσπαση» ηλεκτρικής ενέργειας επαρκεί για να καλύψει τις ανάγκες όχι μιας πόλης, αλλά ολόκληρης της περιοχής. Αυτό είναι απλώς οι πυρηνικοί αντιδραστήρες "δεν τους αρέσει" όταν αλλάζουν την ισχύ τους. Λυπούμαστε, τώρα θα υπάρξουν μερικές τεχνικές λεπτομέρειες για να γίνει πιο σαφές τι εννοούμε.

Συστήματα ελέγχου και προστασίας πυρηνικών αντιδραστήρων

Η αρχή της λειτουργίας ενός αντιδραστήρα ισχύος δεν είναι σχηματικά τόσο περίπλοκη. Η ενέργεια των ατομικών πυρήνων μετατρέπεται στη θερμική ενέργεια του ψυκτικού, η θερμική ενέργεια μετατρέπεται στη μηχανική ενέργεια του ρότορα της ηλεκτρικής γεννήτριας, η οποία, με τη σειρά της, μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια.

Ατομικό - θερμικό - μηχανικό - ηλεκτρικό, τέτοιου είδους κύκλος ενεργειών.

Τελικά, η ηλεκτρική ισχύς του αντιδραστήρα εξαρτάται από την ισχύ του ελεγχόμενου, ελεγχόμενου πυρηνικού σταθμού. αλυσιδωτή αντίδρασησχάση πυρηνικού καυσίμου. Τονίζουμε - ελεγχόμενο και διαχειριζόμενο. Τι συμβαίνει εάν μια αλυσιδωτή αντίδραση ξεφύγει από τον έλεγχο και τον έλεγχο, δυστυχώς, γνωρίζουμε καλά από το 1986.

Πώς ελέγχεται και ελέγχεται η πορεία μιας αλυσιδωτής αντίδρασης, τι πρέπει να γίνει ώστε η αντίδραση να μην εξαπλωθεί αμέσως σε όλο τον όγκο του ουρανίου που περιέχεται στον «ατομικό λέβητα»; Θυμόμαστε κοινές αλήθειες του σχολείου, χωρίς να μπούμε στις επιστημονικές λεπτομέρειες της πυρηνικής φυσικής - αυτό θα είναι αρκετά.

Τι είναι μια αλυσιδωτή αντίδραση «στα δάχτυλα», αν κάποιος έχει ξεχάσει: ένα νετρόνιο πέταξε μέσα, έβγαλε δύο νετρόνια, δύο νετρόνια έκλεισαν τέσσερα και ούτω καθεξής. Εάν ο αριθμός αυτών των πολύ ελεύθερων νετρονίων γίνει πολύ μεγάλος, η αντίδραση σχάσης θα εξαπλωθεί σε ολόκληρο τον όγκο του ουρανίου, απειλώντας να εξελιχθεί σε «μεγάλη έκρηξη». Ναι, φυσικά, δεν θα γίνει πυρηνική έκρηξη, γιατί είναι απαραίτητο η περιεκτικότητα του ισοτόπου ουρανίου-235 στο καύσιμο να υπερβαίνει το 60%, και στους αντιδραστήρες ισχύος ο εμπλουτισμός καυσίμου να μην υπερβαίνει το 5%. Αλλά και χωρίς ατομική έκρηξητα προβλήματα θα είναι πάνω από το κεφάλι. Το ψυκτικό υγρό θα υπερθερμανθεί, η πίεσή του στους αγωγούς θα αυξηθεί υπερκρίσιμα, μετά τη ρήξη τους, μπορεί να παραβιαστεί η ακεραιότητα των συγκροτημάτων καυσίμου και όλες οι ραδιενεργές ουσίες θα ξεσπάσουν από τον αντιδραστήρα, μολύνοντας τρελά τις γύρω περιοχές, εκραγούν στην ατμόσφαιρα. Ωστόσο, οι λεπτομέρειες της καταστροφής του Τσερνομπίλ είναι γνωστές σε όλους, δεν θα επαναλάβουμε τους εαυτούς μας.

Το ατύχημα στον πυρηνικό σταθμό του Τσερνομπίλ, Φωτογραφία: meduza.io

Ένα από τα κύρια συστατικά κάθε πυρηνικού αντιδραστήρα είναι το σύστημα ελέγχου και προστασίας. Τα ελεύθερα νετρόνια δεν πρέπει να είναι περισσότερα από μια αυστηρά υπολογισμένη τιμή, αλλά δεν πρέπει να είναι μικρότερα από αυτήν την τιμή - αυτό θα οδηγήσει στη διάσπαση της αλυσιδωτής αντίδρασης, ο πυρηνικός σταθμός απλά θα «σηκωθεί». Μέσα στον αντιδραστήρα πρέπει να υπάρχει μια ουσία που απορροφά την περίσσεια νετρονίων, αλλά σε ποσότητα που να επιτρέπει τη συνέχιση της αλυσιδωτής αντίδρασης. Οι ατομικοί φυσικοί έχουν ανακαλύψει εδώ και καιρό ποια ουσία το κάνει καλύτερα - το ισότοπο του βορίου-10, επομένως το σύστημα ελέγχου και προστασίας ονομάζεται επίσης απλώς "βόριο".

Οι ράβδοι βορίου περιλαμβάνονται στη σχεδίαση αντιδραστήρων με μετριοπάθεια γραφίτη και νερού· έχουν τα ίδια τεχνολογικά κανάλια με τα στοιχεία καυσίμου και τα στοιχεία καυσίμου. Οι μετρητές νετρονίων στον αντιδραστήρα λειτουργούν συνεχώς, δίνοντας εντολή στο σύστημα που ελέγχει τις ράβδους βορίου να μετακινήσει τις ράβδους, βυθίζοντας ή αφαιρώντας τις από τον αντιδραστήρα. Στην αρχή της συνεδρίας καυσίμου, υπάρχει πολύ ουράνιο στον αντιδραστήρα - οι ράβδοι βορίου βυθίζονται βαθύτερα. Ο χρόνος περνάει, το ουράνιο καίγεται και οι ράβδοι βορίου αρχίζουν να εξάγονται σταδιακά - ο αριθμός των ελεύθερων νετρονίων πρέπει να παραμείνει σταθερός. Ναι, σημειώνουμε ότι υπάρχουν και ράβδοι βορίου «έκτακτης ανάγκης» που «κρέμονται» πάνω από τον αντιδραστήρα. Σε περίπτωση παραβιάσεων που θα μπορούσαν ενδεχομένως να οδηγήσουν εκτός ελέγχου την αλυσιδωτή αντίδραση, βυθίζονται στον αντιδραστήρα αμέσως, σκοτώνοντας την αλυσιδωτή αντίδραση στο μπουμπούκι. Έκρηξη αγωγού, διαρροή ψυκτικού υγρού - αυτός είναι ο κίνδυνος υπερθέρμανσης, οι ράβδοι βορίου έκτακτης ανάγκης λειτουργούν αμέσως. Ας σταματήσουμε την αντίδραση και σιγά σιγά να καταλάβουμε τι ακριβώς συνέβη και πώς να διορθωθεί το πρόβλημα και ο κίνδυνος πρέπει να μειωθεί στο μηδέν.

Τα νετρόνια είναι διαφορετικά, αλλά έχουμε ένα βόριο

Η απλή λογική, όπως μπορείτε να δείτε, δείχνει ότι η αύξηση και η μείωση της ισχύος εξόδου ενός πυρηνικού αντιδραστήρα - ένας «ελιγμός ισχύος», όπως λένε οι μηχανικοί ισχύος - είναι μια πολύ δύσκολη δουλειά, η οποία βασίζεται στην πυρηνική φυσική, την κβαντική μηχανική. Λίγο πιο «βαθιά στη διαδικασία», όχι πολύ μακριά, μην φοβάστε. Σε οποιαδήποτε αντίδραση σχάσης του καυσίμου ουρανίου, σχηματίζονται δευτερεύοντα ελεύθερα νετρόνια - τα ίδια που «έκοψαν δύο νετρόνια» στη σχολική φόρμουλα. Σε έναν αντιδραστήρα ισχύος, δύο δευτερεύοντα νετρόνια είναι πάρα πολλά· για τη δυνατότητα ελέγχου και ελέγχου της αντίδρασης, απαιτείται συντελεστής 1,02. 100 νετρόνια πέταξαν μέσα, εκτόξευσαν 200 νετρόνια και από αυτά τα 200 δευτερεύοντα νετρόνια, τα 98 θα έπρεπε να «τρώνε», να απορροφήσουν το ίδιο βόριο-10. Το βόριο καταστέλλει την υπερβολική δραστηριότητα, σας το λέμε σίγουρα.

Αλλά θυμηθείτε τι συμβαίνει αν ταΐσετε ένα παιδί με έναν κουβά παγωτό - τρώει τις πρώτες 5-6 μερίδες με ευχαρίστηση και μετά φεύγει, γιατί «δεν χωράει πια». Οι άνθρωποι αποτελούνται από άτομα, και επομένως ο χαρακτήρας των ατόμων δεν είναι τίποτα ιδιαίτερο από τον δικό μας. Το βόριο-10 μπορεί να φάει νετρόνια, αλλά όχι άπειρη ποσότητα, το ίδιο "δεν ταιριάζει πια" σίγουρα θα έρθει. Γενειοφόροι με λευκά παλτά στα πυρηνικά εργοστάσια υποψιάζονται ότι πολλοί άνθρωποι μαντεύουν ότι οι πυρηνικοί επιστήμονες παραμένουν στην καρδιά τους περίεργα παιδιά, έτσι προσπαθούν να χρησιμοποιήσουν όσο το δυνατόν περισσότερο λεξιλόγιο για "ενήλικες". Το βόριο στο λεξικό τους δεν «καταβροχθίστηκε από νετρόνια», αλλά «κάηκε» - αυτό ακούγεται πολύ πιο συμπαγές, βλέπετε. Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, αλλά κάθε απαίτηση των δικτύων ισχύος για «σίγαση του αντιδραστήρα» οδηγεί σε πιο έντονη εξάντληση του συστήματος προστασίας και ελέγχου του βορίου, προκαλώντας πρόσθετες δυσκολίες.

Μοντέλο του αντιδραστήρα σε "γρήγορα" νετρόνια, Φωτογραφία: topwar.ru

Με συντελεστή 1,02, όλα δεν είναι επίσης τόσο απλά, αφού εκτός από τα άμεσο δευτερεύοντα νετρόνια που προκύπτουν αμέσως μετά την αντίδραση σχάσης, υπάρχουν και καθυστερημένα. Μετά τη σχάση, το άτομο ουρανίου καταρρέει και νετρόνια πετούν επίσης από αυτά τα θραύσματα, αλλά μετά από λίγα μικροδευτερόλεπτα. Είναι λίγα από αυτά σε σύγκριση με τα στιγμιαία, μόνο περίπου 1%, αλλά με συντελεστή 1,02 είναι πολύ σημαντικά, γιατί το 1,02 είναι μια αύξηση μόλις 2%. Επομένως, ο υπολογισμός της ποσότητας του βορίου πρέπει να πραγματοποιείται με ακριβή ακρίβεια, ισορροπώντας συνεχώς στη λεπτή γραμμή "αντίδραση εκτός ελέγχου - απρογραμμάτιστη διακοπή λειτουργίας του αντιδραστήρα". Ως εκ τούτου, ως απάντηση σε κάθε ζήτηση "δώστε αέριο!" ή "σιγά, γιατί είσαι τόσο εκνευρισμένος!" αρχίζει η αλυσιδωτή αντίδραση της βάρδιας του πυρηνικού σταθμού, όταν κάθε πυρηνικός μηχανικός από τη σύνθεσή του προτείνει μεγάλη ποσότηταιδιωματικές εκφράσεις...

Και για άλλη μια φορά για τους πυρηνικούς σταθμούς ως βάση της «πράσινης ενέργειας»

Τώρα ας επιστρέψουμε στο σημείο που σταματήσαμε - με μεγάλη δυναμικότητα παραγωγής ενέργειας, σε μια μεγάλη περιοχή που εξυπηρετείται από πυρηνικούς σταθμούς. Όσο μεγαλύτερη είναι η επικράτεια, τόσο περισσότερες ευκαιρίες για τοποθέτηση σταθμών ηλεκτροπαραγωγής που λειτουργούν με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας σε αυτήν. Όσο περισσότερα τέτοια ES, τόσο μεγαλύτερη είναι η πιθανότητα η μέγιστη κατανάλωση να συμπέσει με την περίοδο της μεγαλύτερης γενιάς τους. Από εδώ προέρχεται η ηλεκτρική ενέργεια από τα ηλιακά πάνελ, από εδώ προέρχεται η αιολική ενέργεια, από εδώ ένα παλιρροϊκό κύμα χτυπά επιτυχώς στο πλάι και μαζί θα εξομαλύνουν το φορτίο αιχμής, θα επιτρέψουν στους πυρηνικούς επιστήμονες στα πυρηνικά εργοστάσια να πίνουν τσάι με την ησυχία του, κοιτάζοντας μονότονα, χωρίς διακοπές, μετρητές νετρονίων.

Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, hsto.org

Όσο πιο ήρεμη είναι η κατάσταση στο πυρηνικό εργοστάσιο, τόσο πιο παχύσαρκοι γίνονται οι μπιφτέκι, γιατί μπορούν να συνεχίσουν να ψήνουν τα λουκάνικα τους χωρίς κανένα πρόβλημα. Όπως μπορείτε να δείτε, δεν υπάρχει τίποτα παράδοξο στον συνδυασμό των ΑΠΕ που βασίζονται στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και στην πυρηνική παραγωγή ως βασικό, όλα είναι ακριβώς το αντίθετο - ένας τέτοιος συνδυασμός, αν ο κόσμος έχει αποφασίσει σοβαρά να καταπολεμήσει τις εκπομπές CO 2, είναι η καλύτερη διέξοδος από την κατάσταση, σε καμία περίπτωση ακυρώνοντας όλες τις επιλογές εκσυγχρονισμών και βελτιώσεων των θερμοηλεκτρικών σταθμών, για τις οποίες μιλήσαμε.

Συνεχίζοντας το "στυλ καγκουρό", προτείνουμε "να μεταβείτε" στην πρώτη φράση αυτού του άρθρου - σχετικά με το πεπερασμένο κάθε παραδοσιακό ενεργειακό πόρο στον πλανήτη Γη. Εξαιτίας αυτού, η κύρια, στρατηγική κατεύθυνση στην ανάπτυξη της ενέργειας είναι η κατάκτηση μιας θερμοπυρηνικής αντίδρασης, αλλά η τεχνολογία της είναι απίστευτα πολύπλοκη, απαιτεί συντονισμένες, κοινές προσπάθειες επιστημόνων και σχεδιαστών από όλες τις χώρες, σοβαρές επενδύσειςκαι πολλά χρόνια σκληρής δουλειάς. Πόσος χρόνος χρειάζεται, τώρα μπορείτε να μαντέψετε για το κατακάθι του καφέ ή το εσωτερικό των πουλιών, αλλά πρέπει να στοιχηματίσετε, φυσικά, στο πιο απαισιόδοξο σενάριο. Είναι απαραίτητο να αναζητήσουμε καύσιμο που μπορεί να παρέχει την ίδια βασική γενιά για τη μεγαλύτερη δυνατή περίοδο. Το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο φαίνεται να είναι γεμάτα, αλλά ο πληθυσμός του πλανήτη αυξάνεται, και νέα και νέα βασίλεια-κράτη αγωνίζονται για το επίπεδο κατανάλωσης το ίδιο όπως στις χώρες του «χρυσού δισεκατομμυρίου». Σύμφωνα με τις εκτιμήσεις των γεωλόγων, απομένουν 100-150 χρόνια από ορυκτά καύσιμα υδρογονανθράκων στη Γη, εκτός εάν η κατανάλωση αυξάνεται με ταχύτερο ρυθμό από αυτη τη ΣΤΙΓΜΗ. Και φαίνεται ότι θα γίνει, καθώς ο πληθυσμός των αναπτυσσόμενων χωρών λαχταρά για αυξημένα επίπεδα άνεσης...

Γρήγοροι αντιδραστήρες νετρονίων

Η διέξοδος από την τρέχουσα κατάσταση που προτείνει το ρωσικό πυρηνικό έργο είναι γνωστή, είναι το κλείσιμο του κύκλου του πυρηνικού καυσίμου λόγω της εμπλοκής στη διαδικασία των πυρηνικών αντιδραστήρων παραγωγής, γρήγορα νετρόνια. Ένας βελτιωτής είναι ένας αντιδραστήρας στον οποίο, ως αποτέλεσμα μιας συνόδου καυσίμου, παράγεται περισσότερο πυρηνικό καύσιμο στην έξοδο από ό,τι είχε αρχικά φορτωθεί, ένας αντιδραστήρας αναπαραγωγής. Όσοι δεν έχουν ξεχάσει τελείως την πορεία σχολική φυσική, μπορεί κάλλιστα να κάνει την ερώτηση: με συγχωρείτε, αλλά τι γίνεται με τον νόμο της διατήρησης της μάζας; Η απάντηση είναι απλή - δεν υπάρχει περίπτωση, γιατί σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα και οι δύο διαδικασίες είναι πυρηνικές και ο νόμος της διατήρησης της μάζας δεν λειτουργεί στην κλασική του μορφή.

Ο Άλμπερτ Αϊνστάιν πριν από περισσότερα από εκατό χρόνια στην ειδική θεωρία της σχετικότητας συνέδεσε τη μάζα και την ενέργεια, και στους πυρηνικούς αντιδραστήρες αυτή η θεωρία είναι μια καθαρή πρακτική. Η συνολική ποσότητα ενέργειας διατηρείται, αλλά η διατήρηση της συνολικής ποσότητας μάζας σε αυτή την περίπτωση αποκλείεται. Στα άτομα του πυρηνικού καυσίμου, ένα τεράστιο απόθεμα ενέργειας «κοιμάται», που απελευθερώνεται ως αποτέλεσμα της αντίδρασης σχάσης, χρησιμοποιούμε μέρος αυτού του αποθέματος προς όφελός μας και το άλλο μέρος ως εκ θαύματοςμετατρέπει τα άτομα ουρανίου-238 σε ένα μείγμα ισοτόπων πλουτωνίου. Οι γρήγοροι αντιδραστήρες νετρονίων, και μόνο αυτοί, καθιστούν δυνατή τη μετατροπή του κύριου συστατικού του μεταλλεύματος ουρανίου, του ουρανίου-238, σε πηγή καυσίμου. Τα αποθέματα ουρανίου-235 που έχουν εξαντληθεί σε περιεχόμενο, το οποίο δεν χρησιμοποιείται σε θερμικούς ατομικούς αντιδραστήρες ουρανίου-238, που συσσωρεύονται κατά τη λειτουργία πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής σε θερμικά νετρόνια, ανέρχονται σε εκατοντάδες χιλιάδες τόνους, οι οποίοι δεν χρειάζονται πλέον εξόρυξη από ορυχεία, τα οποία δεν χρειάζεται πλέον να «ξεφλουδίζονται» από απόβλητα πετρώματα - σε εργοστάσια εμπλουτισμού ουρανίου απίστευτη ποσότητα.

καύσιμο MOX "στα δάχτυλα"

Θεωρητικά ξεκάθαρο, αλλά όχι εντελώς, οπότε ας προσπαθήσουμε ξανά «στα δάχτυλα». Το ίδιο το όνομα "MOX fuel" είναι απλώς μια αγγλική συντομογραφία γραμμένη στο σλαβικό αλφάβητο, το οποίο γράφεται ως MOX. Αποκρυπτογράφηση - Καύσιμο μικτού οξειδίου, δωρεάν μετάφραση - "καύσιμο από μικτά οξείδια". Βασικά, αυτός ο όρος νοείται ως ένα μείγμα οξειδίου του πλουτωνίου και οξειδίου του ουρανίου, αλλά αυτό είναι μόνο βασικά. Δεδομένου ότι οι αξιότιμοι Αμερικανοί εταίροι μας δεν μπόρεσαν να κατακτήσουν την τεχνολογία παραγωγής καυσίμου MOX από πλουτώνιο υψηλής ποιότητας, η Ρωσία εγκατέλειψε επίσης αυτή την επιλογή. Αλλά το εργοστάσιο που κατασκευάσαμε σχεδιάστηκε εκ των προτέρων ως καθολική μονάδα - είναι ικανό να παράγει καύσιμο MOX από αναλωθέν πυρηνικό καύσιμο από θερμικούς αντιδραστήρες. Αν κάποιος έχει διαβάσει τα άρθρα Geoenergetics.ruΜε αυτή την ευκαιρία, θυμάται ότι τα ισότοπα πλουτωνίου 239, 240 και 241 στο αναλωμένο πυρηνικό καύσιμο είναι ήδη «αναμεμιγμένα» - υπάρχει το 1/3 από αυτά το καθένα, επομένως υπάρχει ένα μείγμα πλουτωνίου στο καύσιμο MOX που δημιουργείται από αναλωθέν πυρηνικό καύσιμο, όπως π.χ. ένα μείγμα μέσα σε ένα μείγμα.

Το δεύτερο μέρος του κύριου μείγματος είναι το απεμπλουτισμένο ουράνιο. Υπερβολή: παίρνουμε ένα μείγμα οξειδίου του πλουτωνίου που εξάγεται από αναλωμένο πυρηνικό καύσιμο χρησιμοποιώντας τη διαδικασία PUREX, προσθέτουμε ουράνιο-238 χωρίς ιδιοκτήτη και παίρνουμε καύσιμο MOX. Ταυτόχρονα, το ουράνιο-238 δεν συμμετέχει στην αλυσιδωτή αντίδραση, μόνο ένα μείγμα ισοτόπων πλουτωνίου «καίγεται». Αλλά το ουράνιο-238 δεν είναι απλώς «παρών» - περιστασιακά, απρόθυμα, από καιρό σε καιρό παίρνει ένα νετρόνιο στον εαυτό του, μετατρέποντας σε πλουτώνιο-239. Κάποιο από αυτό το νέο πλουτώνιο "καίγεται" αμέσως και μερικά απλά δεν έχουν χρόνο να το κάνουν πριν από το τέλος της συνεδρίας καυσίμου. Αυτό, στην πραγματικότητα, είναι όλο το μυστικό.

Οι αριθμοί είναι υπό όρους, λαμβάνονται από την οροφή, για λόγους σαφήνειας. Η αρχική σύνθεση του καυσίμου MOX περιέχει 100 κιλά οξειδίου του πλουτωνίου και 900 κιλά ουρανίου-238. Όσο «καιγόταν» το πλουτώνιο, 300 κιλά ουρανίου-238 μετατράπηκαν σε επιπλέον πλουτώνιο, εκ των οποίων τα 150 κιλά «κάηκαν αμέσως», και 150 κιλά δεν είχαν χρόνο. Έβγαλαν τα συγκροτήματα καυσίμου, «έβγαλαν» πλουτώνιο από αυτό, αλλά αποδείχτηκε ότι ήταν 50 κιλά περισσότερα από ό,τι ήταν αρχικά. Λοιπόν, ή εδώ είναι το ίδιο πράγμα, αλλά σε καυσόξυλα: Έριξα 2 κούτσουρα στην εστία, η σόμπα σας ζεστάθηκε όλη τη νύχτα και το πρωί έβγαλες από αυτήν ... τρία κούτσουρα. Από 900 κιλά άχρηστου ουρανίου-238, που δεν συμμετέχει στην αλυσιδωτή αντίδραση, όταν χρησιμοποιήθηκε ως μέρος του καυσίμου MOX, προέκυψαν 150 κιλά καυσίμου, τα οποία αμέσως «κάηκαν» προς όφελός μας και έμειναν ακόμη και 150 κιλά. για περαιτέρω χρήση. Και αυτή η χωματερή, το άχρηστο ουράνιο-238 έχει γίνει 300 κιλά λιγότερο, κάτι που επίσης δεν είναι κακό.

Οι πραγματικές αναλογίες απεμπλουτισμένου ουρανίου-238 και πλουτωνίου στο καύσιμο MOX, φυσικά, είναι διαφορετικές, καθώς παρουσία 7% πλουτωνίου στο καύσιμο MOX, το μείγμα συμπεριφέρεται σχεδόν το ίδιο με το συμβατικό καύσιμο ουρανίου με εμπλουτισμό σε ουράνιο-235 περίπου 5%. Αλλά τα στοιχεία που εφεύραμε δείχνουν την κύρια αρχή του καυσίμου MOX - το άχρηστο ουράνιο-238 μετατρέπεται σε πυρηνικό καύσιμο, τα τεράστια αποθέματά του γίνονται ενεργειακός πόρος. Σύμφωνα με πρόχειρες εκτιμήσεις, αν υποθέσουμε ότι στη Γη σταματήσουμε να χρησιμοποιούμε καύσιμα υδρογονανθράκων για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και στραφούμε μόνο στη χρήση ουρανίου-238, θα έχουμε αρκετό από αυτό για 2.500 έως 3.000 χρόνια. Αρκετά αξιοπρεπές περιθώριο χρόνου για να έχουμε χρόνο για να κατακτήσουμε την τεχνολογία της ελεγχόμενης θερμοπυρηνικής σύντηξης.

Το καύσιμο MOX καθιστά δυνατή την ταυτόχρονη επίλυση ενός άλλου προβλήματος - τη μείωση των αποθεμάτων αναλωμένου πυρηνικού καυσίμου που συσσωρεύονται σε όλες τις χώρες μέλη της "πυρηνικής λέσχης" και τη μείωση της ποσότητας ραδιενεργών αποβλήτων που συσσωρεύονται στα αναλωμένα πυρηνικά καύσιμα. Δεν πρόκειται για κάποιες υπέροχες ιδιότητες του καυσίμου MOX, όλα είναι πιο πεζά. Εάν το χρησιμοποιημένο πυρηνικό καύσιμο δεν χρησιμοποιηθεί, αλλά κάποιος προσπαθήσει να το στείλει σε μια αιώνια γεωλογική διάθεση, τότε όλα τα απόβλητα υψηλής ραδιενέργειας που περιέχει θα πρέπει να σταλούν στη διάθεση μαζί με αυτά. Όμως, η χρήση τεχνολογιών για την επεξεργασία αναλωμένου πυρηνικού καυσίμου προκειμένου να εξαχθεί πλουτώνιο από αυτό ηθελημένα μας αναγκάζει να μειώσουμε τον όγκο αυτών των ραδιενεργών αποβλήτων. Στον αγώνα για τη χρήση του πλουτωνίου, είμαστε απλώς αναγκασμένοι να καταστρέψουμε ραδιενεργά απόβλητα, αλλά ταυτόχρονα, η διαδικασία μιας τέτοιας καταστροφής γίνεται πολύ λιγότερο δαπανηρή - σε τελική ανάλυση, χρησιμοποιείται πλουτώνιο.

Το καύσιμο MOX είναι μια ακριβή απόλαυση που πρέπει να γίνει φθηνή

Ταυτόχρονα, η παραγωγή καυσίμου MOX στη Ρωσία ξεκίνησε πολύ πρόσφατα, ακόμη και στον νεότερο, πιο προηγμένο τεχνολογικά αντιδραστήρα γρήγορου νετρονίου - BN-800, η ​​μετάβαση στην 100% χρήση του καυσίμου MOX πραγματοποιείται στο διαδίκτυο, επίσης δεν έχει ολοκληρωθεί ακόμη . Είναι πολύ φυσικό ότι αυτή τη στιγμή η παραγωγή καυσίμου MOX είναι πιο ακριβή από την παραγωγή παραδοσιακού ουρανίου. Η μείωση του κόστους παραγωγής, όπως σε κάθε άλλη βιομηχανία, είναι δυνατή, πρώτα απ 'όλα, λόγω της μαζικής παραγωγής, «γραμμής συναρμολόγησης».

Κατά συνέπεια, για να είναι οικονομικά εφικτό το κλείσιμο του κύκλου του πυρηνικού καυσίμου, η Ρωσία χρειάζεται μεγαλύτερο αριθμό ταχέων αντιδραστήρων νετρονίων· αυτός θα πρέπει να γίνει στρατηγική γραμμή για την ανάπτυξη της πυρηνικής ενέργειας. Περισσότεροι αντιδραστήρες - καλοί και διαφορετικοί!

Ταυτόχρονα, είναι απαραίτητο να μην ξεχνάμε τη δεύτερη δυνατότητα χρήσης καυσίμου MOX - ως καύσιμο για αντιδραστήρες VVER. Οι αντιδραστήρες ταχέων νετρονίων δημιουργούν μια τέτοια πρόσθετη ποσότητα πλουτωνίου που οι ίδιοι δεν μπορούν να χρησιμοποιήσουν πραγματικά πια - απλά δεν χρειάζονται τόσο πολύ, υπάρχει αρκετό πλουτώνιο για τους αντιδραστήρες VVER. Γράψαμε ήδη παραπάνω ότι το καύσιμο MOX, στο οποίο το 93% του απεμπλουτισμένου ουρανίου-238 είναι το 7% του πλουτωνίου, συμπεριφέρεται σχεδόν το ίδιο με το συμβατικό καύσιμο ουρανίου. Ναι, μόνο η χρήση καυσίμου MOX σε θερμικούς αντιδραστήρες οδηγεί σε μείωση της απόδοσης των απορροφητών νετρονίων που χρησιμοποιούνται στο VVER. Ο λόγος για αυτό είναι ότι το βόριο-10 απορροφά γρήγορα νετρόνια πολύ χειρότερα - αυτά είναι τα φυσικά του χαρακτηριστικά που δεν μπορούμε να επηρεάσουμε με κανέναν τρόπο. Το ίδιο πρόβλημα προκύπτει με τις ράβδους βορίου έκτακτης ανάγκης, σκοπός των οποίων είναι να σταματήσουν αμέσως την αλυσιδωτή αντίδραση σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης.

Μια λογική διέξοδος είναι η μείωση της ποσότητας καυσίμου MOX στο VVER στο 30-50%, η οποία εφαρμόζεται ήδη σε ορισμένους αντιδραστήρες ελαφρού νερού στη Γαλλία, την Ιαπωνία και άλλες χώρες. Αλλά ακόμη και σε αυτήν την περίπτωση, μπορεί να χρειαστεί να εκσυγχρονιστεί το σύστημα βορίου και να διεξαχθούν όλες οι απαραίτητες δικαιολογίες ασφαλείας, συνεργασία με τις εποπτικές αρχές του ΔΟΑΕ για την απόκτηση αδειών για τη χρήση καυσίμου MOX σε θερμικούς αντιδραστήρες. Ή, εν ολίγοις, θα πρέπει να αυξηθεί ο αριθμός των ράβδων βορίου, τόσο αυτών που προορίζονται για έλεγχο όσο και εκείνων που «αποθηκεύονται» σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης. Αλλά μόνο η ανάπτυξη αυτών των τεχνολογιών θα καταστήσει δυνατή τη μετάβαση στη μαζική παραγωγή αυτού του τύπου καυσίμου, για τη μείωση του κόστους παραγωγής του. Ταυτόχρονα, αυτό θα καταστήσει δυνατή την επίλυση των προβλημάτων της μείωσης της ποσότητας αναλωμένου πυρηνικού καυσίμου πολύ πιο ενεργά και την ενεργότερη χρήση των αποθεμάτων απεμπλουτισμένου ουρανίου.

Οι προοπτικές είναι κοντά, αλλά ο δρόμος δεν είναι εύκολος

Η ανάπτυξη αυτής της τεχνολογίας, σε συνδυασμό με την κατασκευή αντιδραστήρων-δημιουργών πλουτωνίου υψηλής ποιότητας - αντιδραστήρες σε γρήγορα νετρόνια θα επιτρέψει στη Ρωσία όχι μόνο να κλείσει τον κύκλο του πυρηνικού καυσίμου, αλλά και να τον κάνει οικονομικά ελκυστικό. Υπάρχουν επίσης μεγάλες προοπτικές για τη χρήση καυσίμου MNUP (καύσιμο μικτού νιτριδίου ουρανίου-πλουτωνίου). Τα πειραματικά συγκροτήματα καυσίμου, τα οποία ακτινοβολήθηκαν στον αντιδραστήρα BN-600 το 2016, έχουν ήδη αποδείξει την αποτελεσματικότητά τους τόσο σε δοκιμές αντιδραστήρων όσο και ως αποτέλεσμα μελετών μετά τον αντιδραστήρα. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν χρησιμοποιούνται για τη συνέχιση των εργασιών σχετικά με την αιτιολόγηση της χρήσης καυσίμου MNUP στη δημιουργία της εγκατάστασης αντιδραστήρα BREST-300 και των επιτόπιων μονάδων για την παραγωγή καυσίμου MNUP του υπό κατασκευή πιλοτικού συγκροτήματος επίδειξης στο Seversk. Το BREST-300 θα επιτρέψει τη συνέχιση της ανάπτυξης των τεχνολογιών που είναι απαραίτητες για το πλήρες κλείσιμο του κύκλου του πυρηνικού καυσίμου, για την παροχή περισσότερων ολοκληρωμένη λύσηπροβλήματα αναλωμένου πυρηνικού καυσίμου και ραδιενεργών αποβλήτων, για να εφαρμοστεί η ιδεολογία της «επιστροφής στη φύση όση ραδιενέργεια εξορύχθηκε». Ο αντιδραστήρας BREST-300, όπως και οι αντιδραστήρες BN, είναι ένας γρήγορος αντιδραστήρας νετρονίων, που τονίζει μόνο την ορθότητα της στρατηγικής κατεύθυνσης για την ανάπτυξη της πυρηνικής ενέργειας - ένας συνδυασμός υδρόψυκτων αντιδραστήρων και ταχέων αντιδραστήρων νετρονίων.

Η κυριαρχία της τεχνολογίας 100% χρήσης καυσίμου MOX στο BN-800 παρέχει επίσης τη δυνατότητα δημιουργίας αντιδραστήρων BN-1200, οι οποίοι όχι μόνο είναι πιο ισχυροί, αλλά και οικονομικά πιο κερδοφόροι. Η απόφαση για τη δημιουργία του αντιδραστήρα BN-1200 στη Ρωσία έχει ληφθεί, πράγμα που σημαίνει ότι ο ρυθμός της ερευνητικής εργασίας από ειδικούς πυρηνικής ενέργειας θα πρέπει μόνο να αυξηθεί και η δημιουργία του MBIR, που έχει προγραμματιστεί για το 2020, μπορεί να βοηθήσει σημαντικά στην επίλυση όλων των προβλημάτων. στον έλεγχο της τεχνολογίας του πλήρους κλεισίματος του πυρηνικού κύκλου του καυσίμου. Η Ρωσία ήταν και παραμένει η μόνη χώρα που δημιούργησε αντιδραστήρες ταχείας ενέργειας νετρονίων, διασφαλίζοντας την παγκόσμια ηγεσία μας σε αυτόν τον σημαντικό τομέα της πυρηνικής ενέργειας.

Φυσικά, όλα όσα αναφέρθηκαν είναι απλώς μια πρώτη γνωριμία με τα χαρακτηριστικά των ταχέων αντιδραστήρων νετρονίων, αλλά θα προσπαθήσουμε να συνεχίσουμε, καθώς αυτό το θέμα είναι σημαντικό και, κατά τη γνώμη μας, αρκετά ενδιαφέρον.

Σε επαφή με

Συνοδεύεται από την απελευθέρωση της θερμοκρασίας, ανάλογα με χαρακτηριστικά σχεδίουΥπάρχουν δύο ποικιλίες τους - ένας γρήγορος αντιδραστήρας νετρονίων και ένας αργός, που μερικές φορές ονομάζεται θερμικός.

Τα νετρόνια που απελευθερώνονται κατά την αντίδραση έχουν πολύ υψηλή αρχική ταχύτητα, καλύπτοντας θεωρητικά χιλιάδες χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο. Αυτά είναι γρήγορα νετρόνια. Στη διαδικασία κίνησης λόγω σύγκρουσης με τα άτομα της περιβάλλουσας ύλης, η ταχύτητά τους επιβραδύνεται. Ένας απλός και προσιτός τρόπος για να μειώσετε τεχνητά την ταχύτητα είναι να τοποθετήσετε νερό ή γραφίτη στην πορεία τους. Έτσι, έχοντας μάθει να ρυθμίζει το επίπεδο αυτών των σωματιδίων, ένα άτομο μπόρεσε να δημιουργήσει δύο τύπους αντιδραστήρων. Η ονομασία «θερμικά» νετρόνια οφειλόταν στο γεγονός ότι η ταχύτητα της κίνησής τους μετά την επιβράδυνση αντιστοιχεί πρακτικά στη φυσική ταχύτητα της ενδοατομικής θερμικής κίνησης. Αριθμητικά, είναι μέχρι 10 χλμ. ανά δευτερόλεπτο. Για τον μικρόκοσμο, αυτή η τιμή είναι σχετικά χαμηλή, επομένως η σύλληψη σωματιδίων από πυρήνες συμβαίνει πολύ συχνά, προκαλώντας νέους γύρους σχάσης (αλυσιδωτή αντίδραση). Η συνέπεια αυτού είναι η ανάγκη για πολύ μικρότερη ποσότητα σχάσιμου υλικού από ό,τι μπορούν να καυχηθούν οι αντιδραστήρες ταχέων νετρονίων. Επιπλέον, κάποια άλλα Αυτή τη στιγμήαπλώς εξηγεί γιατί η πλειοψηφία των πυρηνικών σταθμών που λειτουργούν χρησιμοποιούν αργά νετρόνια.

Φαίνεται - αν όλα έχουν υπολογιστεί, τότε γιατί χρειαζόμαστε έναν γρήγορο αντιδραστήρα νετρονίων; Αποδεικνύεται ότι δεν είναι όλα τόσο ξεκάθαρα. Το σημαντικότερο πλεονέκτημα τέτοιων εγκαταστάσεων είναι η δυνατότητα παροχής άλλων αντιδραστήρων, καθώς και η δυνατότητα δημιουργίας αυξημένου κύκλου σχάσης. Ας σταθούμε σε αυτό με περισσότερες λεπτομέρειες.

Ένας γρήγορος αντιδραστήρας νετρονίων χρησιμοποιεί πληρέστερα το καύσιμο που είναι φορτωμένο στον πυρήνα. Ας ξεκινήσουμε με τη σειρά. Θεωρητικά, μόνο δύο στοιχεία μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως καύσιμο: το πλουτώνιο-239 και το ουράνιο (ισότοπα 233 και 235). Μόνο το ισότοπο U-235 βρίσκεται στη φύση, αλλά υπάρχουν πολύ λίγα για να μιλήσουμε για τις προοπτικές μιας τέτοιας επιλογής. Το υποδεικνυόμενο ουράνιο και πλουτώνιο είναι παράγωγα του θορίου-232 και του ουρανίου-238, τα οποία σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της έκθεσης σε ροή νετρονίων. Αλλά ήδη αυτά τα δύο είναι πολύ πιο κοινά στη φυσική τους μορφή. Έτσι, εάν ήταν δυνατό να ξεκινήσει μια αυτοσυντηρούμενη αλυσιδωτή αντίδραση σχάσης U-238 (ή πλουτώνιο-232), τότε το αποτέλεσμά της θα ήταν η εμφάνιση νέων τμημάτων σχάσιμου υλικού - ουρανίου-233 ή πλουτωνίου-239. Όταν τα νετρόνια επιβραδύνονται σε θερμική ταχύτητα (κλασικοί αντιδραστήρες), μια τέτοια διαδικασία είναι αδύνατη: είναι τα U-233 και Pu-239 που χρησιμεύουν ως καύσιμο σε αυτά, αλλά ένας γρήγορος αντιδραστήρας νετρονίων επιτρέπει να πραγματοποιηθεί ένας τέτοιος πρόσθετος μετασχηματισμός.

Η διαδικασία είναι η εξής: φορτώνουμε ουράνιο-235 ή θόριο-232 (πρώτες ύλες), καθώς και ένα μέρος ουρανίου-233 ή πλουτώνιο-239 (καύσιμο). Τα τελευταία (κάθε από αυτά) παρέχουν τη ροή νετρονίων που είναι απαραίτητη για να «αναφλεγεί» η αντίδραση στα πρώτα στοιχεία. Κατά τη διαδικασία της αποσύνθεσης, ο σταθμός που μετατρέπεται από τις γεννήτριες σε ηλεκτρική ενέργεια απελευθερώνεται. Τα γρήγορα νετρόνια δρουν στις πρώτες ύλες, μετατρέποντας αυτά τα στοιχεία σε... νέες μερίδες καυσίμου. Συνήθως, οι ποσότητες καυσίμου που καίγονται και σχηματίζονται είναι ίσες, αλλά εάν φορτωθούν περισσότερες πρώτες ύλες, τότε η παραγωγή νέων μερίδων σχάσιμου υλικού γίνεται ακόμη πιο γρήγορα από την κατανάλωση. Εξ ου και το δεύτερο όνομα τέτοιων αντιδραστήρων - κτηνοτρόφων. Το πλεόνασμα καυσίμου μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε κλασικούς αργούς τύπους αντιδραστήρων.

Το μειονέκτημα των μοντέλων γρήγορων νετρονίων είναι ότι το ουράνιο-235 πρέπει να εμπλουτιστεί πριν από τη φόρτωση, κάτι που απαιτεί πρόσθετες οικονομικές επενδύσεις. Επιπλέον, ο ίδιος ο σχεδιασμός του πυρήνα είναι πιο περίπλοκος.

Νετρόνια;

Τα νετρόνια είναι σωματίδια που αποτελούν τους περισσότερους ατομικούς πυρήνες μαζί με τα πρωτόνια. Κατά την αντίδραση της πυρηνικής σχάσης, ο πυρήνας του ουρανίου χωρίζεται σε δύο μέρη και, επιπλέον, εκπέμπει αρκετά νετρόνια. Μπορούν να εισέλθουν σε άλλα άτομα και να προκαλέσουν μία ή περισσότερες αντιδράσεις σχάσης. Εάν κάθε νετρόνιο που απελευθερώνεται κατά τη διάσπαση των πυρήνων ουρανίου χτυπήσει γειτονικά άτομα, τότε μια αλυσίδα αντιδράσεων που μοιάζει με χιονοστιβάδα θα ξεκινήσει με την απελευθέρωση ολοένα και περισσότερης ενέργειας. Ελλείψει αποτρεπτικών, θα υπάρχουν πυρηνική έκρηξη.

Αλλά σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα, μέρος των νετρονίων είτε διαφεύγει είτε απορροφάται από ειδικούς απορροφητές. Επομένως, ο αριθμός των αντιδράσεων σχάσης παραμένει συνεχώς ο ίδιος, ακριβώς ο αριθμός που απαιτείται για τη λήψη ενέργειας. Η ενέργεια αντίδρασης από τη ραδιενεργή διάσπαση παράγει θερμότητα, η οποία στη συνέχεια χρησιμοποιείται για την παραγωγή ατμού που περιστρέφει τον στρόβιλο ενός σταθμού παραγωγής ενέργειας.

Τα νετρόνια που διατηρούν την πυρηνική αντίδραση σε σταθερό επίπεδο μπορεί να έχουν διαφορετικές ενέργειες. Ανάλογα με την ενέργεια, ονομάζονται είτε θερμικά είτε γρήγορα (υπάρχουν και ψυχρά, αλλά αυτά δεν είναι κατάλληλα για πυρηνικούς σταθμούς). Οι περισσότεροι αντιδραστήρες στον κόσμο βασίζονται στη χρήση θερμικών νετρονίων, αλλά στον πυρηνικό σταθμό Beloyarsk υπάρχει ένας γρήγορος αντιδραστήρας. Γιατί;

Ποια είναι τα οφέλη;

Σε έναν γρήγορο αντιδραστήρα νετρονίων, μέρος της ενέργειας νετρονίων πηγαίνει, όπως και στους συμβατικούς αντιδραστήρες, για να διατηρήσει την αντίδραση σχάσης του κύριου συστατικού του πυρηνικού καυσίμου, του ουρανίου-235. Και μέρος της ενέργειας απορροφάται από ένα κέλυφος από ουράνιο-238 ή θόριο-232. Αυτά τα στοιχεία είναι άχρηστα για συμβατικούς αντιδραστήρες. Όταν τα νετρόνια χτυπούν τους πυρήνες τους, μετατρέπονται σε ισότοπα κατάλληλα για χρήση στην πυρηνική ενέργεια ως καύσιμο: πλουτώνιο-239 ή ουράνιο-233.

εμπλουτισμένο ουράνιο. Σε αντίθεση με το αναλωθέν πυρηνικό καύσιμο, το ουράνιο απέχει πολύ από το να είναι τόσο ραδιενεργό που πρέπει να αντιμετωπιστεί μόνο με τη βοήθεια ρομπότ. Μπορείτε ακόμη και να το πάρετε για λίγο με τα χέρια σας με σφιχτά γάντια. Φωτογραφία: Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ

Έτσι, οι γρήγοροι αντιδραστήρες νετρονίων μπορούν να χρησιμοποιηθούν όχι μόνο για τον εφοδιασμό πόλεων και εργοστασίων με ενέργεια, αλλά και για την παραγωγή νέων πυρηνικών καυσίμων από σχετικά φθηνές πρώτες ύλες. Τα ακόλουθα γεγονότα μιλούν υπέρ των οικονομικών οφελών: ένα κιλό ουρανίου που έχει λιώσει από μετάλλευμα κοστίζει περίπου πενήντα δολάρια, περιέχει μόνο δύο γραμμάρια ουρανίου-235 και το υπόλοιπο είναι ουράνιο-238.

Ωστόσο, οι γρήγοροι αντιδραστήρες νετρονίων πρακτικά δεν χρησιμοποιούνται στον κόσμο. Το BN-600 μπορεί να θεωρηθεί μοναδικό. Ούτε ο ιαπωνικός "Monju", ούτε ο γαλλικός "Phoenix", ούτε ένας αριθμός πειραματικών αντιδραστήρων στις ΗΠΑ και τη Μεγάλη Βρετανία λειτουργούν τώρα: οι αντιδραστήρες θερμικών νετρονίων αποδείχτηκε ότι ήταν ευκολότεροι στην κατασκευή και τη λειτουργία τους. Υπάρχουν πολλά εμπόδια στο δρόμο προς τους αντιδραστήρες που μπορούν να συνδυάσουν την παραγωγή ενέργειας με την παραγωγή πυρηνικών καυσίμων. Και, αν κρίνουμε από την επιτυχημένη λειτουργία του για 35 χρόνια, οι σχεδιαστές BN-600 μπόρεσαν να παρακάμψουν τουλάχιστον μερικά από τα εμπόδια.

Ποιο είναι το πρόβλημα?

Σε νάτριο. Σε οποιονδήποτε πυρηνικό αντιδραστήρα, πρέπει να υπάρχουν πολλά εξαρτήματα και στοιχεία: συγκροτήματα καυσίμου με πυρηνικό καύσιμο, στοιχεία για τον έλεγχο μιας πυρηνικής αντίδρασης και ένα ψυκτικό που απορροφά τη θερμότητα που απελευθερώνεται στη συσκευή. Ο σχεδιασμός αυτών των μονάδων, η σύνθεση του καυσίμου και του ψυκτικού μπορεί να διαφέρουν, αλλά χωρίς αυτά ο αντιδραστήρας είναι εξ ορισμού αδύνατος.

Σε έναν γρήγορο αντιδραστήρα νετρονίων, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθεί ένα υλικό που δεν παγιδεύει τα νετρόνια ως ψυκτικό, διαφορετικά θα μετατραπούν από γρήγορα νετρόνια σε αργά, θερμικά. Στην αυγή της πυρηνικής ενέργειας, οι σχεδιαστές προσπάθησαν να χρησιμοποιήσουν υδράργυρο, αλλά αυτός διέλυσε τους σωλήνες μέσα στον αντιδραστήρα και άρχισε να διαρρέει. Το θερμαινόμενο δηλητηριώδες μέταλλο, το οποίο επίσης έγινε ραδιενεργό υπό την επίδραση της ακτινοβολίας, προκάλεσε τόσο μεγάλο πρόβλημα που το έργο του αντιδραστήρα υδραργύρου έκλεισε γρήγορα.

Κομμάτια νατρίου συνήθως αποθηκεύονται κάτω από ένα στρώμα κηροζίνης. Αυτό το υγρό, αν και εύφλεκτο, δεν αντιδρά με το νάτριο και δεν επιτρέπει στους υδρατμούς από τον αέρα να φτάσουν σε αυτό. Φωτογραφία: Superplus / Wikipedia

Το BN-600 χρησιμοποιεί υγρό νάτριο. Με την πρώτη ματιά, το νάτριο δεν είναι πολύ καλύτερο από τον υδράργυρο: είναι εξαιρετικά ενεργό χημικά, αντιδρά βίαια με το νερό (με άλλα λόγια, εκρήγνυται αν πεταχτεί στο νερό) και ακόμη και αντιδρά με τις ουσίες που συνθέτουν το σκυρόδεμα. Ωστόσο, δεν παρεμβαίνει στα νετρόνια και με το σωστό επίπεδο κατασκευαστικών εργασιών και επακόλουθης συντήρησης, ο κίνδυνος διαρροής δεν είναι τόσο μεγάλος. Επιπλέον, το νάτριο, σε αντίθεση με τους υδρατμούς, μπορεί να αντληθεί κανονική πίεση. Ένας πίδακας ατμού από μια σπασμένη γραμμή ατμού υπό πίεση εκατοντάδων ατμοσφαιρών κόβει το μέταλλο, επομένως το νάτριο είναι ασφαλέστερο από αυτή την άποψη. Και όσο για τη χημική δραστηριότητα, τότε μπορεί να μετατραπεί σε καλή. Σε περίπτωση ατυχήματος, το νάτριο αντιδρά όχι μόνο με το σκυρόδεμα, αλλά και με το ραδιενεργό ιώδιο. Το ιωδιούχο νάτριο δεν φεύγει πλέον από το κτίριο του πυρηνικού σταθμού, ενώ το αέριο ιώδιο αντιπροσώπευε σχεδόν το ήμισυ των εκπομπών από το ατύχημα στον πυρηνικό σταθμό παραγωγής ενέργειας στη Φουκουσίμα.

Σοβιετικοί μηχανικοί που ανέπτυξαν γρήγορους αντιδραστήρες νετρονίων κατασκεύασαν πρώτα ένα πειραματικό BR-2 (το ίδιο ανεπιτυχές υδραργύρου) και στη συνέχεια πειραματικά BR-5 και BOR-60 με νάτριο αντί για υδράργυρο. Τα δεδομένα που ελήφθησαν σε αυτά κατέστησαν δυνατή τη σχεδίαση του πρώτου βιομηχανικού "γρήγορου" αντιδραστήρα BN-350, ο οποίος χρησιμοποιήθηκε σε μια μοναδική μονάδα πυρηνικής χημικής και ενέργειας - NPP, σε συνδυασμό με μια μονάδα αφαλάτωσης θαλασσινό νερό. Το πυρηνικό σταθμό Beloyarsk έχει ήδη κατασκευάσει τον δεύτερο αντιδραστήρα τύπου BN - "γρήγορο, νάτριο".

Παρά την εμπειρία που συσσωρεύτηκε μέχρι την κυκλοφορία του BN-600, τα πρώτα χρόνια επισκιάστηκαν από μια σειρά από διαρροές υγρού νατρίου. Κανένα από αυτά τα περιστατικά δεν αποτελούσε απειλή ραδιενέργειας για το κοινό ούτε οδήγησε σε σοβαρή έκθεση του προσωπικού του εργοστασίου και από τις αρχές της δεκαετίας του 1990, οι διαρροές νατρίου έχουν σταματήσει εντελώς. Για να το θέσουμε αυτό σε ένα παγκόσμιο πλαίσιο, σημειώστε ότι το ιαπωνικό Monju είχε μια σοβαρή διαρροή υγρού νατρίου το 1995 που οδήγησε σε πυρκαγιά και διακοπή λειτουργίας του σταθμού για 15 χρόνια. Μόνο οι Σοβιετικοί σχεδιαστές κατάφεραν να πραγματοποιήσουν την ιδέα ενός γρήγορου αντιδραστήρα νετρονίων σε μια βιομηχανική και όχι πειραματική συσκευή, η εμπειρία της οποίας επέτρεψε σε Ρώσους πυρηνικούς επιστήμονες να αναπτύξουν και να κατασκευάσουν τον αντιδραστήρα επόμενης γενιάς, τον BN-800.

Το BN-800 έχει ήδη κατασκευαστεί. Στις 27 Ιουνίου 2014, ο αντιδραστήρας άρχισε να λειτουργεί με την ελάχιστη ισχύ και η έναρξη ισχύος αναμένεται το 2015. Δεδομένου ότι η εκτόξευση ενός πυρηνικού αντιδραστήρα είναι μια πολύ περίπλοκη διαδικασία, οι ειδικοί διαχωρίζουν τη φυσική εκτόξευση (την αρχή μιας αυτοσυντηρούμενης αλυσιδωτής αντίδρασης) και την εκτόξευση ισχύος, κατά την οποία η μονάδα ισχύος αρχίζει να παράγει τα πρώτα μεγαβάτ ηλεκτρικής ενέργειας στο δίκτυο. .

Beloyarsk NPP, πίνακας ελέγχου. Φωτογραφία από τον επίσημο ιστότοπο: http://www.belnpp.rosenergoatom.ru

Στο BN-800, οι σχεδιαστές εφάρμοσαν μια σειρά από σημαντικές βελτιώσεις, συμπεριλαμβανομένου, για παράδειγμα, ενός συστήματος ψύξης αέρα έκτακτης ανάγκης για τον αντιδραστήρα. Οι προγραμματιστές αποκαλούν το πλεονέκτημά του ανεξαρτησία από πηγές ενέργειας. Εάν, όπως στη Φουκουσίμα, η ηλεκτρική ενέργεια εξαφανιστεί σε ένα πυρηνικό εργοστάσιο, τότε η ροή του αντιδραστήρα ψύξης δεν θα εξαφανιστεί - η κυκλοφορία θα διατηρηθεί φυσικά, λόγω μεταφοράς, ανεβάζοντας τον θερμό αέρα προς τα πάνω. Και αν η ενεργή ζώνη λιώσει ξαφνικά, τότε το ραδιενεργό τήγμα δεν θα πάει έξω, αλλά σε μια ειδική παγίδα. Τέλος, μια μεγάλη ποσότητα νατρίου λειτουργεί ως προστασία από την υπερθέρμανση, η οποία, σε περίπτωση ατυχήματος, μπορεί να δεχθεί τη θερμότητα που παράγεται ακόμη και με πλήρη αστοχία όλων των συστημάτων ψύξης.

Μετά το BN-800, σχεδιάζεται η κατασκευή ενός αντιδραστήρα BN-1200 ακόμη μεγαλύτερης ισχύος. Οι προγραμματιστές αναμένουν ότι οι απόγονοί τους θα γίνουν σειριακός αντιδραστήρας και θα χρησιμοποιηθούν όχι μόνο στον πυρηνικό σταθμό Beloyarsk, αλλά και σε άλλους σταθμούς. Ωστόσο, ενώ πρόκειται για σχέδια, πρέπει να επιλυθούν ορισμένα προβλήματα για μια μεγάλης κλίμακας μετάβαση σε ταχείς αντιδραστήρες νετρονίων.

Beloyarsk NPP, εργοτάξιο κατασκευής νέας μονάδας ισχύος. Φωτογραφία από τον επίσημο ιστότοπο: http://www.belnpp.rosenergoatom.ru

Ποιο είναι το πρόβλημα?

Στην οικονομία και την οικολογία των καυσίμων. Οι αντιδραστήρες ταχέων νετρονίων λειτουργούν με ένα μείγμα εμπλουτισμένου οξειδίου ουρανίου και οξειδίου του πλουτωνίου - αυτό είναι το λεγόμενο καύσιμο mox. Θεωρητικά, μπορεί να είναι φθηνότερο από το συνηθισμένο λόγω του γεγονότος ότι χρησιμοποιεί πλουτώνιο ή ουράνιο-233 από φθηνό ουράνιο-238 ή θόριο που ακτινοβολείται σε άλλους αντιδραστήρες, αλλά μέχρι στιγμής το καύσιμο mox χάνει σε τιμή έναντι των συμβατικών καυσίμων. Αποδεικνύεται ένα είδος φαύλου κύκλου, που δεν είναι τόσο εύκολο να σπάσει: είναι απαραίτητο να βελτιστοποιηθεί τόσο η τεχνολογία κατασκευής αντιδραστήρων όσο και η εξαγωγή πλουτωνίου με ουράνιο από το υλικό που ακτινοβολείται στον αντιδραστήρα και να εξασφαλιστεί ο έλεγχος σχετικά με τη μη εξάπλωση πολύ δραστικών υλικών. Ορισμένοι οικολόγοι, για παράδειγμα, εκπρόσωποι του μη κερδοσκοπικού κέντρου Bellona, ​​επισημαίνουν μεγάλη ποσότητα αποβλήτων που λαμβάνεται κατά την επεξεργασία ακτινοβολημένου υλικού, επειδή μαζί με πολύτιμα ισότοπα σε έναν γρήγορο αντιδραστήρα νετρονίων, σχηματίζεται σημαντική ποσότητα ραδιονουκλεϊδίων που πρέπει να ταφούν κάπου.

Με άλλα λόγια, ακόμη και η επιτυχής λειτουργία ενός γρήγορου αντιδραστήρα νετρονίων δεν εγγυάται από μόνη της μια επανάσταση στην πυρηνική ενέργεια. Είναι απαραίτητη, αλλά όχι επαρκής προϋπόθεση για τη μετάβαση από τα περιορισμένα αποθέματα ουρανίου-235 σε πολύ πιο προσιτά ουράνιο-238 και θόριο-232. Τεχνολογία κονσερβών πολυάσχολες διαδικασίεςΗ επεξεργασία των πυρηνικών καυσίμων και η διάθεση των πυρηνικών αποβλήτων, για να αντιμετωπίσουν τα καθήκοντά τους είναι ένα θέμα για μια ξεχωριστή ιστορία.

Και οι προοπτικές που φέρνει η ηγεσία σε αυτόν τον τομέα.

Οι πυρηνικές τεχνολογίες στη Ρωσία κατείχαν πάντα μια ιδιαίτερη θέση: παρείχαν στρατηγική ασφάλεια, διατήρησαν την παγκόσμια ισοτιμία στα στάδια υπεροχής των αντιπάλων στην παγκόσμια σκηνή στον τομέα των στρατιωτικών τεχνολογιών, με την προϋπόθεση ενεργειακή ασφάλεια. ΣΕ σύγχρονος κόσμοςανάπτυξη τεχνολογιών πυρηνικής και ακτινοβολίας είναι ένας από τους κινητήρες της βιομηχανικής και Ανάπτυξη κοινότητας(ένα μεγάλο τεχνολογικό έργο αποδεικνύεται αναπόφευκτα πόλος επιρροής στην εκπαίδευση, την οικολογία, την οικονομία και τον πολιτισμό).

Επί του παρόντος, ο κόσμος οφείλει περίπου το 13% του συνόλου της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας στην πυρηνική τεχνολογία, με το χαμηλότερο κόστος ανά κιλοβατώρα και τη χαμηλότερη περιβαλλοντική ρύπανση.

Κατά την κατασκευή ενός πυρηνικού σταθμού, για να επιτευχθούν τουλάχιστον ορισμένα στοιχεία σχετικά με τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις και τις εκπομπές CO2, λαμβάνονται υπόψη ακόμη και οι εκπομπές των γεννητριών ντίζελ των κατασκευαστών.

Από καθαρά τεχνολογική άποψη, αξίζει να σημειωθεί ότι η αξιοζήλευτη απόδοση της πυρηνικής ενέργειας έχει επιτευχθεί με τη χρήση αντιδραστήρων που λειτουργούν με «θερμικά» ή «αργά» νετρόνια - νετρόνια που έχουν περάσει από ειδικό συντονιστή (νερό, βαρύ νερό ή γραφίτη), απέρριψε την υπερβολική ενέργεια και ξεκίνησε μια αυτοσυντηρούμενη πυρηνική αλυσιδωτή αντίδραση. Συνεπώς, ο αριθμός των ελεύθερων νετρονίων που είναι διαθέσιμα για μια πυρηνική αντίδραση και η ικανότητα του καυσίμου να τα συλλαμβάνει καθορίζουν τον ρυθμό της αντίδρασης και πολλά προβλήματα μηχανικής και σχεδιασμού που πρέπει να επιλυθούν για επιτυχημένη δουλειάπυρηνικός αντιδραστήρας. Σύμφωνα με τις παρατηρήσεις των επιστημόνων, στην τεχνολογία των λεγόμενων γρήγορων αντιδραστήρων (γνωστός και ως "αναπαραγωγοί" ή "αντιδραστήρες αναπαραγωγής") - υπάρχει περίσσεια νετρονίων, σχηματίζεται ροή νετρονίων 2,3 ελεύθερων νετρονίων έναντι 1 για θερμικούς αντιδραστήρες. Αυτό το κολοσσιαίο δυναμικό, εκτός από τις εφαρμογές άμεσης παραγωγής ενέργειας, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αναπαραγωγή πυρηνικών καυσίμων και για την επίλυση άλλων προβλημάτων: συμπαραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και θερμότητας, αφαλάτωση νερού, παραγωγή υδρογόνου και άλλα.

Η βιομηχανία πυρηνικής ενέργειας που λειτουργεί σήμερα χρησιμοποιεί σχεδόν αποκλειστικά το ουράνιο-235 ως καύσιμο, η περιεκτικότητα του οποίου είναι μόνο 0,7% σε ορυκτό ουράνιο. Το ποσοστό ουρανίου-235 στις κυψέλες καυσίμου φτάνει σε λειτουργική ποσότητα μέσω ειδικών διαδικασιών εμπλουτισμού. Οι γρήγοροι αντιδραστήρες μπορούν να παράγουν πλουτώνιο, το οποίο εμπλέκεται στην παραγωγή ουρανίου-238, το οποίο τώρα πηγαίνει σε αποθήκες/χωματερές, η περιεκτικότητα του οποίου στο εξορυσσόμενο μετάλλευμα είναι το υπόλοιπο 99,3%. και το πλουτώνιο με τη σειρά του είναι εξαιρετικό ως καύσιμο για θερμικούς αντιδραστήρες που λειτουργούν σήμερα, δηλαδή σε γρήγορους αντιδραστήρες παράγεται περισσότερο καύσιμο από αυτό που καταναλώνεται!

Σύμφωνα με εκτιμήσεις του ΔΟΑΕ, τα αποδεδειγμένα αποθέματα ουρανίου-235 θα διαρκέσουν περίπου 85 χρόνια, που είναι μια τάξη μεγέθους μικρότερη από το πετρέλαιο ή το φυσικό αέριο. Μια τέτοια πυρηνική ενέργεια δεν φαίνεται να έχει μακροπρόθεσμο μέλλον. Αλλά η εικόνα αλλάζει δραματικά όταν εξετάζεται η μεγάλης κλίμακας εισαγωγή ταχέων πυρηνικών αντιδραστήρων νετρονίων και το κλείσιμο του κύκλου του καυσίμου.

Αυτή η εκδοχή ανάπτυξης ανοίγει προς χρήση όλους τους φυσικούς πόρους του ουρανίου (235 και 238), καθώς και το θόριο και το συσσωρευμένο πλουτώνιο ποιότητας όπλων, και τότε τα αποδεδειγμένα αποθέματα θα είναι αρκετά για (σύμφωνα με διάφορους υπολογισμούς) περίπου 2500 χρόνια, λαμβάνοντας υπόψη τη σταθερή αύξηση της κατανάλωσης ενέργειας και την έλλειψη πόρων σύμφωνα με τον Malthus. Δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι από την αρχή της ανάπτυξης της πυρηνικής ενέργειας, οι κτηνοτρόφοι βασίστηκαν στη μελλοντική βάση της παγκόσμιας βιομηχανίας πυρηνικής παραγωγής. Το επίπεδο ανάπτυξης της τεχνολογίας λειτουργεί ως «περιοριστής»: η εργασία με γρήγορους αντιδραστήρες, που συνεπάγεται το κλείσιμο του κύκλου του καυσίμου, εξακολουθεί να απαιτεί ένα ακριβό και πολύπλοκο συγκρότημα για την επεξεργασία και την ανακύκλωση ακτινοβολημένου πυρηνικού καυσίμου. Όμως, παρά το υψηλότερο μοναδιαίο κόστος της επανεπεξεργασίας SNF από γρήγορους αντιδραστήρες, οι μικρότεροι όγκοι επανεπεξεργασμένων υλικών που απαιτούνται για την παραγωγή μιας μονάδας πλουτωνίου καθιστούν αυτή τη διαδικασία πολύ πιο οικονομική από τη σημερινή επανεπεξεργασία των απορριμμάτων θερμικών αντιδραστήρων.

Μιλώντας για συσσωρευμένα ραδιενεργά απόβλητα: οι γρήγοροι αντιδραστήρες καθιστούν δυνατή την επεξεργασία πλουτωνίου και δευτερευουσών ακτινιδίων (νεπτούνιο, αμερίκιο, κούριο) που εξάγονται από τα αναλωμένα καύσιμα των συμβατικών θερμικών αντιδραστήρων (οι δευτερεύουσες ακτινίδες αντιπροσωπεύουν επί του παρόντος ένα πολύ επικίνδυνο μέρος των ραδιενεργών αποβλήτων). Τα αναλωμένα καύσιμα από αργούς αντιδραστήρες είναι το νέο καύσιμο για το μέλλον της πυρηνικής ενέργειας, και αυτό το μέλλον είναι ήδη εδώ. Και τουλάχιστον δύο επιχειρήσεις ικανές να επεξεργάζονται ακτινοβολημένο πυρηνικό καύσιμο βρίσκονται στη Ρωσία. Δεν υπάρχουν πολύ περισσότερα τέτοια εργοστάσια στον κόσμο από δύο ρωσικά.

Παγκόσμιος αγώνας για γρήγορους αντιδραστήρες

Ο πρώτος πυρηνικός αντιδραστήρας στον κόσμο ήταν «αργός»: κατασκευάστηκε από τον Ενρίκο Φέρμι κάτω από τις δυτικές εξέδρες του γηπέδου ποδοσφαίρου του Πανεπιστημίου του Σικάγο από μπλοκ γραφίτη και ουρανίου, εκτοξεύτηκε για 28 λεπτά με τη βοήθεια της τάδε μητέρας το 1942 και είχε καμία απολύτως προστασία από την ακτινοβολία και τα συστήματα ψύξης. Σύμφωνα με μια αρκετά ακριβή περιγραφή του ίδιου του κ. Φέρμι, αυτή η εξέλιξη έμοιαζε με «ένα υγρό σωρό από μαύρα τούβλα και ξύλινα κούτσουρα», που στην πραγματικότητα ήταν. Αλλά ακόμα και τότε ονειρευόταν να φτιάξει έναν γρήγορο αντιδραστήρα.

Οι πρώτοι γρήγοροι αντιδραστήρες, αντίστοιχα, εμφανίστηκαν στην Αμερική: στο Los Alamos το 1946, κυκλοφόρησε το περίπτερο Clementine, στο οποίο ο υδράργυρος λειτουργούσε ως μάλλον εξωτικό ψυκτικό. και το 1951 εκτοξεύτηκε στο Αϊντάχο ο πρώτος αντιδραστήρας ισχύος EBR-1 (Experimental Breeder Reactor) με ισχύ μόνο 0,2 MW, ο οποίος απέδειξε τη δυνατότητα ταυτόχρονης παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και πυρηνικού καυσίμου σε μία συσκευή και εκτόξευσε την ιστορία της πυρηνικής ενέργειας . Αργότερα, το 1963, εκτοξεύτηκε στο Ντιτρόιτ ο πιλοτικός αντιδραστήρας ταχείας νετρονίων Enrico Fermi με ισχύ περίπου 100 MW, αλλά μετά από μόλις τρία χρόνια σημειώθηκε ένα σοβαρό ατύχημα με τήξη μέρους του πυρήνα - ωστόσο, χωρίς συνέπειες για τον περιβάλλον ή άνθρωποι.

Απαραίτητο για το Σοβιέτ πυρηνικό έργοη δυνατότητα διευρυμένης παραγωγής πλουτωνίου αποδείχθηκε στον πρώτο σοβιετικό ερευνητικό αντιδραστήρα με την ανεπιτήδευτη ονοματολογία BR-1, που ξεκίνησε στο Obninsk το 1956. Μόνο στην παλαιότερη έκδοση του BR-5, που δημιουργήθηκε το 1959, ήταν δυνατό να ληφθούν τα απαραίτητα δεδομένα για την ανάπτυξη ενός αντιδραστήρα ταχείας ενέργειας. Αργότερα, το 1970, εκτοξεύτηκε ο πειραματικός αντιδραστήρας BOR-60 στο RIAR (Dimitrovgrad), ο οποίος εξακολουθεί να παρέχει στην πόλη θερμότητα και ηλεκτρισμό. Περαιτέρω, η τεχνολογία δοκιμάστηκε επίσης στον πρώτο στον κόσμο γρήγορο αντιδραστήρα ισχύος νετρονίων BN-350, ο οποίος ξεκίνησε το 1973 και ασχολούνταν με την παραγωγή ενέργειας και την αφαλάτωση του νερού στις στέπες μέχρι το κλείσιμό του στη δεκαετία του 1990. Ωστόσο, το BN-350 σταμάτησε όχι λόγω της εξάντλησης των τεχνικών πόρων του, αλλά λόγω ανησυχιών για την ποιότητα της λειτουργίας του μετά την κατάρρευση της ΕΣΣΔ.

Το 1980, από σήμερα, είναι ο μόνος σε λειτουργία γρήγορος βιομηχανικός αντιδραστήρας νετρονίων στον κόσμο. Σήμερα, ο αντιδραστήρας νέας γενιάς BN-1200, που προορίζεται για σειριακή κατασκευή, βρίσκεται ήδη στο στάδιο του τεχνικού σχεδιασμού - η θέση σε λειτουργία του έχει προγραμματιστεί για το 2025. Επίσης, έως το 2020, σχεδιάζεται ένας γρήγορος αντιδραστήρας 300 MW με ψυκτικό μολύβδου-βισμούθιου. να εκτοξευθεί στο έδαφος του Σιβηρικού Χημικού Εργοστασίου στο Seversk - αυτή η τεχνολογία έχει δοκιμαστεί για δεκαετίες στους αντιδραστήρες υποβρυχίων και παγοθραυστικών.

Στα τέλη της δεκαετίας του 1950, η Αγγλία και η Γαλλία εντάχθηκαν στους ηγέτες της πυρηνικής κούρσας με τα δικά τους έργα. Το 1986 κοινοπραξία ΕΥΡΩΠΑΙΚΕΣ ΧΩΡΕΣσυνέδεσε τον αντιδραστήρα Superfeniks με το δίκτυο, κατά τη δημιουργία του οποίου δανείστηκαν ορισμένες από τις λύσεις που ενσωματώθηκαν νωρίτερα στο σοβιετικό BN-600, αλλά το 1996 το έργο έκλεισε χωρίς δικαίωμα ανάστασης. Το γεγονός είναι ότι μέσω των προσπαθειών των μέσων μαζικής ενημέρωσης γύρω από το Superphoenix, η μαζική υστερία διογκώθηκε: ο υπό κατασκευή αντιδραστήρας συνδέθηκε κυρίως με την παραγωγή πλουτωνίου.

Οι καταστροφές που διογκώθηκαν στον τομέα των μέσων ενημέρωσης οδήγησαν σε εξήντα χιλιάδες διαμαρτυρίες που μετατράπηκαν σε ταραχές στους δρόμους και ένα χρόνο μετά τη φυσική εκτόξευση, το κτίριο του πυρηνικού σταθμού πυροβολήθηκε σε πέντε βόλτες κατά μήκος του Ροδανού από ένα σοβιετικό αντιαρματικό RPG-7 εκτοξευτής χειροβομβίδων.

Ευτυχώς, οι συντάκτες αυτής της γιορτής ζωής δεν μπόρεσαν να προκαλέσουν σημαντική ζημιά στον σταθμό. Όμως το έργο εγκαταλείφθηκε σύντομα. Ωστόσο, το 2010 οι Γάλλοι επιστρέφουν και πάλι στην κατασκευή ενός ταχείας αντιδραστήρα νετρονίων που ψύχεται με νάτριο - το έργο ονομάζεται "Astrid", η προγραμματισμένη ισχύς είναι 600 MW. Και παρόλο που η Γαλλία βασίζεται στις δικές της εξελίξεις στο πρόγραμμα ταχέων αντιδραστήρων της, εξακολουθεί να χρησιμοποιεί κυρίως ρωσικές εγκαταστάσεις εμπλουτισμού.

Οι Κινέζοι προσπαθούν να προλάβουν και να ξεπεράσουν τους πάντες στον κόσμο, εν μέρει επειδή τους ξεπέρασε εδώ η Ινδία, η οποία, μετά από πολλές αναβολές, πρόκειται να λανσάρει φέτος έναν επίδειξη γρήγορο αντιδραστήρα δικής της σχεδίασης PFBR-500. Μετά την έναρξη λειτουργίας της, η Ινδία θέλει να αρχίσει να κατασκευάζει μια σειρά από έξι εμπορικές μονάδες ισχύος 500 MW η καθεμία και να κατασκευάσει μια μονάδα επεξεργασίας πυρηνικών καυσίμων στην ίδια περιοχή, με το δικό της θόριο πυρηνικών καυσίμων, από το οποίο έχει πολλά.

Οι Ιάπωνες, με τη σειρά τους, σε αντίθεση με την αναμενόμενη αντίδραση μετά το ατύχημα της Φουκουσίμα, συνεχίζουν να αναβιώνουν τον γρήγορο αντιδραστήρα Monzu, ο οποίος λειτούργησε από το 1994 έως το 1995. Παρεμπιπτόντως, δεν πρέπει να εξαπατηθεί κανείς για την τραγωδία της Φουκουσίμα: η πυρηνική ενέργεια χαρακτηρίζεται γενικά από μια κυκλική εξέλιξη. Μετά από κάθε ατύχημα (Three Mile Island, Chernobyl, Fukushima), το ενδιαφέρον για τους πυρηνικούς σταθμούς εξασθενεί ελαφρώς, αλλά στη συνέχεια η ζήτηση για ηλεκτρική ενέργεια υπαγορεύει και πάλι την κατηγορηματική επιταγή της - και τώρα οι επόμενες γενιές αντιδραστήρων τίθενται σε λειτουργία, με νέους τύπους προστατευτικών μηχανισμών.

Συνολικά, στον κόσμο έχουν αναπτυχθεί περίπου 30 έννοιες ταχέων αντιδραστήρων, μερικές από τις οποίες έχουν δοκιμαστεί πειραματικά «σε υλικό». Αλλά σήμερα μόνο μία χώρα μπορεί να καυχηθεί για δοκιμασμένες τεχνολογίες και απρόσκοπτη λειτουργία βιομηχανικών ταχέων αντιδραστήρων στο εθνικό της χαρτοφυλάκιο - και αυτή είναι η Ρωσία.

Πολύπλοκη μηχανική

Τα πλεονεκτήματα των ταχέων αντιδραστήρων είναι προφανή, καθώς και η μηχανική πολυπλοκότητα της δημιουργίας τους. Η έλλειψη των απαραίτητων τεχνολογιών είναι ένας από τους βασικούς λόγους για τους οποίους οι γρήγοροι αντιδραστήρες δεν έχουν γίνει πιο διαδεδομένοι αυτή τη στιγμή. Όπως σημειώθηκε προηγουμένως, το νερό - ένας συντονιστής νετρονίων - δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε γρήγορους αντιδραστήρες, επομένως χρησιμοποιούνται μέταλλα σε υγρή κατάσταση: από τα πιο κοινά κράματα νατρίου έως κράματα μολύβδου-βισμούθιου. Η χρήση ψυκτικού υγρού μετάλλου υπό συνθήκες πολύ πιο έντονης απελευθέρωσης ενέργειας από ό,τι στους παραδοσιακούς αντιδραστήρες θέτει ένα άλλο σοβαρό πρόβλημα - την επιστήμη των υλικών. Όλα τα εξαρτήματα του δοχείου πίεσης του αντιδραστήρα και των συστημάτων εντός του αντιδραστήρα πρέπει να είναι κατασκευασμένα από ανθεκτικά στη διάβρωση ειδικά υλικά ικανά να αντέχουν στους 550°C τυπικά για το υγρό νάτριο σε έναν γρήγορο αντιδραστήρα.

Το πρόβλημα της επιλογής των σωστών υλικών έχει δημιουργήσει πολλές προκλήσεις για την ανεξάντλητη επινοητικότητα των εγχώριων μηχανικών. Όταν ένα συγκρότημα καυσίμου λύγισε στην ενεργή ζώνη ενός αντιδραστήρα που λειτουργεί για να το αποκτήσει, οι Γάλλοι πυρηνικοί επιστήμονες επινόησαν έναν περίπλοκο και δαπανηρό τρόπο για να «βλέπουν» μέσα από ένα στρώμα υγρού νατρίου. Όταν οι Ρώσοι είχαν το ίδιο πρόβλημα, οι μηχανικοί μας αποφάσισαν να χρησιμοποιήσουν κομψά μια απλή βιντεοκάμερα τοποθετημένη σε ένα είδος καταδυτικού κουδουνιού - έναν σωλήνα με αργό φυσητό από πάνω, που επέτρεπε στους χειριστές να ανακτήσουν γρήγορα και αποτελεσματικά τα κατεστραμμένα στοιχεία καυσίμου.

Φυσικά, η μηχανική πολυπλοκότητα ενός γρήγορου αντιδραστήρα επηρεάζει το κόστος του, το οποίο επί του παρόντος, όταν οι γρήγοροι αντιδραστήρες είναι περισσότερο στο εννοιολογικό πεδίο, είναι σημαντικά υψηλότερο από αυτό των θερμικών αντιδραστήρων. Όλες οι διαδικασίες για το κλείσιμο του κύκλου του πυρηνικού καυσίμου είναι επίσης αρκετά δαπανηρές: οι τεχνολογίες είναι διαθέσιμες, έχουν δοκιμαστεί, δοκιμάζονται και αναπτύσσονται, αλλά δεν έχουν ακόμη μεταφερθεί στο εμπορικό επίπεδο ροής. Ευτυχώς, για τη Ρωσία αυτό είναι θέμα των επόμενων δύο ή τριών δεκαετιών.

Μαλακή ισχύς γρήγορων νετρονίων

Η αδιαμφισβήτητη τεχνολογική υπεροχή της Ρωσίας στον τομέα του κλεισίματος του κύκλου των πυρηνικών καυσίμων, προφανώς, πρέπει να εφαρμοστεί στρατηγικά στην παγκόσμια σκηνή. Η Ρωσία μπορεί να αναλάβει το βάρος της ηγεσίας στη δημιουργία μιας τέτοιας παγκόσμιας υποδομής που θα εξασφάλιζε ίση πρόσβαση σε όλα τα ενδιαφερόμενα κράτη στην πυρηνική ενέργεια, αλλά ταυτόχρονα θα εγγυάται αξιόπιστα τη συμμόρφωση με τις απαιτήσεις του καθεστώτος μη διάδοσης. Το σχέδιο υλοποίησης αυτής της πρωτοβουλίας περιλαμβάνει τους ακόλουθους τομείς:

Δημιουργία διεθνών κέντρων εμπλουτισμού ουρανίου (ICUE), το πρώτο από τα οποία βρίσκεται στο Angarsk.

Δημιουργία διεθνών κέντρων επεξεργασίας και αποθήκευσης αναλωμένου πυρηνικού καυσίμου (όχι το ίδιο, γλείφουμε τα χείλη μας στους ανοιχτούς μας χώρους).

Δημιουργία διεθνών κέντρων για την εκπαίδευση ειδικευμένου προσωπικού για πυρηνικούς σταθμούς και κοινές ερευνητικές εργασίες στον τομέα των πυρηνικών τεχνολογιών που προστατεύονται από μη εξουσιοδοτημένη διάδοση.

Από σήμερα, το θέμα για τη δημιουργία του IUEC έχει γίνει το πιο ανεπτυγμένο μέρος του προγράμματος που προτείνεται: τέτοια κέντρα λειτουργούν ως κοινά εμπορικές επιχειρήσειςχωρίς κρατική στήριξη. Το διοικητικό συμβούλιο τέτοιων επιχειρήσεων θα πρέπει να περιλαμβάνει κυβερνητικούς αξιωματούχους, υπαλλήλους εταιρειών κύκλου πυρηνικών καυσίμων και εμπειρογνώμονες του ΔΟΑΕ, επιπλέον, οι τελευταίοι θα είναι σύμβουλοι χωρίς δικαίωμα ψήφου, στόχος των οποίων θα είναι η επαλήθευση του έργου του κέντρου και η πιστοποίηση των επιμέρους ενεργειών του. Αντίστοιχα, δεν θα επιτραπεί σε χώρες που δεν έχουν πυρηνική χρήση να έχουν πρόσβαση σε τεχνολογίες εμπλουτισμού, και αυτό είναι ένα αρκετά σοβαρό ζήτημα.

Δυστυχώς, οι υπόλοιπες διατάξεις της πρωτοβουλίας για τη δημιουργία μιας παγκόσμιας υποδομής για την πυρηνική ενέργεια δεν έχουν λάβει ουσιαστικό περιεχόμενο. Σε αυτό το πλαίσιο, τίθεται ένα φυσικό ερώτημα: υπάρχουν εγγυήσεις ότι αυτές οι εκδοχές της πολιτικής εκμετάλλευσης του τεχνικού δυναμικού δεν θα αποδειχθούν ξεχασμένες φαντασιώσεις στα χαρτιά;

Για να βγούμε από αυτή την κατάσταση, να προσελκύσουμε ένα ευρύ φάσμα αναπτυσσόμενων χωρών που ενδιαφέρονται για την ειρηνική χρήση της πυρηνικής ενέργειας, να ξεκινήσουν το πρόγραμμα διεθνών κέντρων κύκλου πυρηνικών καυσίμων, είναι απαραίτητο να γεμίσουμε αυτές τις προτάσεις με προγνωστική έρευνα και επιστημονικό και τεχνικό περιεχόμενο .

Ελκύονται από τους μεγάλους ερευνητικά έργαστον τομέα της οικονομίας της πυρηνικής ενέργειας, τα μικρά και αναπτυσσόμενα κράτη είναι σε θέση να δουν τα συγκεκριμένα οφέλη τους από τη συμμετοχή στην υλοποίηση αυτών των πρωτοβουλιών και να κατανοήσουν ποιες αλλαγές χρειάζονται στα εθνικά τους προγράμματα.

Το αναγνωρισμένο προηγμένο επίπεδο τεχνολογίας ταχέων αντιδραστήρων στη Ρωσία, η μόνη χώρα που λειτουργεί βιομηχανικό αντιδραστήρα αυτού του τύπου, σε συνδυασμό με την εμπειρία επανεπεξεργασίας πυρηνικών καυσίμων, θα επιτρέψει στη Ρωσία να διεκδικήσει μακροπρόθεσμα τον ρόλο ενός από τους ηγέτες της πυρηνικής ενέργειας στον κόσμο.

Η επιτυχής υλοποίηση των ρωσικών προτάσεων για τη δημιουργία παγκόσμιας πυρηνικής υποδομής είναι σημαντικός παράγονταςγια τη μελλοντική ανάπτυξη της παγκόσμιας ενέργειας, για να μην αναφέρουμε τη θέση της Ρωσίας σε αυτή την εξέλιξη. Η εφαρμογή των ρωσικών προτάσεων μπορεί τελικά όχι μόνο να διασφαλίσει την ασφάλεια της παγκόσμιας πυρηνικής ενέργειας και την ουσιαστικά άπειρη αυτάρκεια καυσίμων της, αλλά και να αναδιαμορφώσει το τοπίο της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας στο σύνολό της: την απειλή της έλλειψης όλων των τύπων ορυκτών καυσίμων, συμπεριλαμβανομένου του ουρανίου, σε ένα ορισμένο στάδιο θα γίνει πολύ πιο κοντά και πιο αληθινό από όσο μπορεί να φαίνεται.

Σε απάντηση στην αύξηση των τιμών των υδρογονανθράκων παγκοσμίως τα τελευταία χρόνιαείκοσι χρόνια υπάρχει ένα αυξανόμενο ενδιαφέρον για την εναλλακτική ενέργεια. Ωστόσο, υπάρχουν αρκετοί λόγοι για να πιστεύουμε ότι η μόνη λογική εναλλακτική στην παραδοσιακή θερμική παραγωγή μπορεί να είναι μόνο η πυρηνική ενέργεια. Έχουν γραφτεί πολύ σοβαρά και χοντρά βιβλία για τη σύγκριση των προοπτικών της πυρηνικής ενέργειας και της παραγωγής ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, τα οποία, εν ολίγοις, λένε ότι οι γρήγοροι αντιδραστήρες και η τεχνολογική ηγεσία της Ρωσίας λάμπουν στο μέλλον για τις επόμενες δεκαετίες.

Γρήγορος αντιδραστήρας νετρονίων.

Στη δομή της πυρηνικής μηχανικής μεγάλης κλίμακας, ένας σημαντικός ρόλος αποδίδεται στους ταχείς αντιδραστήρες νετρονίων με κλειστό κύκλο καυσίμου. Καθιστούν δυνατή την αύξηση της αποτελεσματικότητας της χρήσης φυσικού ουρανίου κατά σχεδόν 100 φορές και, ως εκ τούτου, την άρση των περιορισμών στην ανάπτυξη της πυρηνικής ενέργειας από την πλευρά της φυσικοί πόροιπυρηνικό καύσιμο.
Περίπου 440 πυρηνικοί αντιδραστήρες λειτουργούν αυτήν τη στιγμή σε 30 χώρες του κόσμου, οι οποίοι παρέχουν την παραγωγή περίπου 17% της συνολικής ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται στον κόσμο. Στις βιομηχανικές χώρες, το μερίδιο της «πυρηνικής» ηλεκτρικής ενέργειας είναι, κατά κανόνα, τουλάχιστον 30% και αυξάνεται σταθερά. Ωστόσο, σύμφωνα με επιστήμονες, η ταχέως αναπτυσσόμενη βιομηχανία πυρηνικής ενέργειας, που βασίζεται σε σύγχρονους «θερμικούς» πυρηνικούς αντιδραστήρες που χρησιμοποιούνται σε πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής σε λειτουργία και υπό κατασκευή (οι περισσότεροι με αντιδραστήρες VVER και LWR), θα αντιμετωπίσει αναπόφευκτα έλλειψη πρώτων υλών ουρανίου ήδη τον τρέχοντα αιώνα λόγω του γεγονότος ότι το σπάνιο ισότοπο ουράνιο-235 είναι το στοιχείο σχάσιμου καυσίμου για αυτούς τους σταθμούς.
Σε έναν γρήγορο αντιδραστήρα νετρονίων (FN), κατά τη διάρκεια μιας αντίδρασης πυρηνικής σχάσης, γεννιέται μια περίσσεια δευτερογενών νετρονίων, η απορρόφηση των οποίων στο μεγαλύτερο μέρος του ουρανίου, που αποτελείται από ουράνιο-238, οδηγεί στον έντονο σχηματισμό ενός νέου πυρηνικού σχάσιμου υλικό, πλουτώνιο-239. Ως αποτέλεσμα, από κάθε κιλό ουρανίου-235, μαζί με την παραγωγή ενέργειας, μπορούν να ληφθούν περισσότερα από ένα κιλό πλουτώνιο-239, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο σε οποιουσδήποτε αντιδραστήρες πυρηνικών σταθμών αντί για σπάνιο ουράνιο-235. Αυτή η φυσική διαδικασία, που ονομάζεται αναπαραγωγή καυσίμου, θα καταστήσει δυνατή τη συμμετοχή όλου του φυσικού ουρανίου στη βιομηχανία πυρηνικής ενέργειας, συμπεριλαμβανομένου του κύριου μέρους του - του ισοτόπου ουρανίου-238 (99,3% της συνολικής μάζας του ορυκτού ουρανίου). Αυτό το ισότοπο στους σύγχρονους πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής με θερμικά νετρόνια πρακτικά δεν συμμετέχει στην παραγωγή ενέργειας. Ως αποτέλεσμα, η παραγωγή ενέργειας με τους υπάρχοντες πόρους ουρανίου και με ελάχιστες επιπτώσεις στη φύση θα μπορούσε να αυξηθεί κατά σχεδόν 100 φορές. Σε αυτή την περίπτωση, η ατομική ενέργεια θα είναι αρκετή για την ανθρωπότητα για αρκετές χιλιετίες.
Σύμφωνα με τους επιστήμονες, ΟΜΑΔΙΚΗ ΔΟΥΛΕΙΑΟι "θερμικοί" και "γρήγοροι" αντιδραστήρες σε αναλογία περίπου 80:20% θα παρέχουν στη βιομηχανία πυρηνικής ενέργειας τα περισσότερα αποτελεσματική χρήσηπόρους ουρανίου. Με αυτή την αναλογία, οι γρήγοροι αντιδραστήρες θα παράγουν αρκετό πλουτώνιο-239 για τη λειτουργία πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής με αντιδραστήρες θερμικών νετρονίων.
Ένα πρόσθετο πλεονέκτημα της τεχνολογίας των ταχέων αντιδραστήρων με υπερβολικό αριθμό δευτερογενών νετρονίων είναι η ικανότητα να «καίγουν» μακρόβια (με περίοδο αποσύνθεσης έως και χιλιάδες και εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια) ραδιενεργά προϊόντα σχάσης, μετατρέποντάς τα σε βραχύβιες με χρόνο ημιζωής όχι μεγαλύτερο από 200-300 χρόνια. Τέτοια μεταποιημένα ραδιενεργά απόβλητα μπορούν να ταφούν με ασφάλεια σε ειδικές εγκαταστάσεις αποθήκευσης χωρίς να διαταραχθεί η φυσική ισορροπία ακτινοβολίας της Γης.

Οι εργασίες στον τομέα των ταχέων πυρηνικών αντιδραστήρων νετρονίων ξεκίνησαν το 1960 με το σχεδιασμό του πρώτου πειραματικού βιομηχανικού αντιδραστήρα ισχύος BN-350. Αυτός ο αντιδραστήρας ξεκίνησε να λειτουργεί το 1973 και λειτούργησε με επιτυχία μέχρι το 1998.
Το 1980, ο επόμενος, ισχυρότερος αντιδραστήρας ισχύος BN-600 (600 MW(e)) τέθηκε σε λειτουργία στο NPP Beloyarsk ως μέρος της μονάδας ισχύος Νο. 3, η οποία συνεχίζει να λειτουργεί αξιόπιστα μέχρι σήμερα, καθώς είναι η μεγαλύτερη τους υπάρχοντες αντιδραστήρες αυτού του τύπου στον κόσμο. Τον Απρίλιο του 2010, ο αντιδραστήρας ήταν πλήρως λειτουργικός διάρκεια του έργουυπηρεσία 30 χρόνια με υψηλά ποσοστά αξιοπιστίας και ασφάλειας. Κατά τη διάρκεια μιας μεγάλης περιόδου λειτουργίας, ο συντελεστής χωρητικότητας της μονάδας ισχύος διατηρείται σε σταθερά υψηλό επίπεδο - περίπου 80%. Απρογραμμάτιστες απώλειες κάτω από 1,5%.
Τα τελευταία 10 χρόνια λειτουργίας της μονάδας ισχύος, δεν υπήρξε ούτε μία περίπτωση έκτακτης διακοπής λειτουργίας του αντιδραστήρα.
Δεν υπάρχει απελευθέρωση ραδιονουκλεϊδίων αερίου-αερολύματος μεγάλης διάρκειας ζωής στο περιβάλλον. Η απόδοση αδρανών ραδιενεργών αερίων είναι σήμερα αμελητέα και ανέρχεται σε<1% от допустимого по санитарным нормам.
Η λειτουργία του αντιδραστήρα έχει αποδείξει πειστικά την αξιοπιστία των μέτρων σχεδιασμού για την πρόληψη και τον περιορισμό διαρροών νατρίου.
Όσον αφορά την αξιοπιστία και την ασφάλεια, ο αντιδραστήρας BN-600 αποδείχθηκε ανταγωνιστικός με σειριακούς θερμικούς αντιδραστήρες που βασίζονται σε θερμικά νετρόνια (VVER).

Εικόνα 1. Δωμάτιο αντιδραστήρα (κεντρικό) BN-600

Το 1983, με βάση το BN-600, η ​​επιχείρηση ανέπτυξε ένα έργο για έναν βελτιωμένο αντιδραστήρα BN-800 για μια μονάδα ισχύος 880 MW(e). Το 1984, άρχισαν οι εργασίες για την κατασκευή δύο αντιδραστήρων BN-800 στο Beloyarsk και του νέου NPP South Ural. Η επακόλουθη καθυστέρηση στην κατασκευή αυτών των αντιδραστήρων χρησιμοποιήθηκε για τη βελτίωση του σχεδιασμού προκειμένου να βελτιωθεί περαιτέρω η ασφάλειά του και να βελτιωθούν οι τεχνικοί και οικονομικοί δείκτες. Οι εργασίες για την κατασκευή του BN-800 ξεκίνησαν εκ νέου το 2006 στον πυρηνικό σταθμό Beloyarsk (4η μονάδα ισχύος) και θα πρέπει να ολοκληρωθούν το 2013.

Εικόνα 2. Γρήγορος αντιδραστήρας νετρονίων BN-800 (κάθετη τομή)

Εικόνα 3. Μοντέλο του αντιδραστήρα BN-800

Ο υπό κατασκευή αντιδραστήρας BN-800 έχει τα ακόλουθα σημαντικά καθήκοντα:

• Εξασφάλιση λειτουργίας με καύσιμο MOX.
• Πειραματική επίδειξη βασικών στοιχείων ενός κλειστού κύκλου καυσίμου.
• Δοκιμές σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας νέων τύπων εξοπλισμού και βελτιωμένες τεχνικές λύσεις που εισάγονται για τη βελτίωση της απόδοσης, της αξιοπιστίας και της ασφάλειας.
• Ανάπτυξη καινοτόμων τεχνολογιών για μελλοντικούς γρήγορους αντιδραστήρες νετρονίων με ψυκτικό υγρό μετάλλου:
• δοκιμή και πιστοποίηση πολλά υποσχόμενων καυσίμων και δομικών υλικών.
• επίδειξη της τεχνολογίας καύσης δευτερευουσών ακτινιδών και μεταστοιχείωσης προϊόντων σχάσης μακράς διάρκειας, που αποτελούν το πιο επικίνδυνο μέρος των ραδιενεργών αποβλήτων της πυρηνικής ενέργειας.

Η JSC "Afrikantov OKBM" αναπτύσσει ένα έργο για έναν βελτιωμένο εμπορικό αντιδραστήρα BN-1200 χωρητικότητας 1220 MW.

Εικόνα 3. Αντιδραστήρας BN-1200 (κάθετη τομή)

Για την υλοποίηση του έργου έχει προγραμματιστεί το ακόλουθο πρόγραμμα:

• 2010…2016 - ανάπτυξη τεχνικού έργου για μονάδα αντιδραστήρα και εφαρμογή προγράμματος Ε&Α.
• 2020 - θέση σε λειτουργία της κύριας μονάδας ισχύος με καύσιμα MOX και οργάνωση της κεντρικής παραγωγής της.
• 2023…2030 - θέση σε λειτουργία μιας σειράς μονάδων ισχύος συνολικής ισχύος περίπου 11 GW.

Μαζί με τις λύσεις που επιβεβαιώθηκαν από τη θετική εμπειρία λειτουργίας του BN-600 και περιλαμβάνονται στο έργο BN-800, το έργο BN-1200 χρησιμοποιεί νέες λύσεις που στοχεύουν στην περαιτέρω βελτίωση των τεχνικών και οικονομικών δεικτών και στην αύξηση της ασφάλειας.
Σύμφωνα με τεχνικούς και οικονομικούς δείκτες:

• αύξηση του συντελεστή χρήσης εγκατεστημένης ισχύος από την προγραμματισμένη τιμή 0,85 για το BN-800 σε 0,9.
• σταδιακή αύξηση της καύσης καυσίμου MOX από το επίπεδο που επιτεύχθηκε σε πειραματικά συγκροτήματα καυσίμων 11,8% τ.α. έως 20% τ.α. (μέση καύση ~140 MW ημέρα/kg).
• αύξηση της αναλογίας αναπαραγωγής σε ~ 1,2 για το καύσιμο οξειδίου ουρανίου-πλουτωνίου και έως ~ 1,45 για το μικτό καύσιμο νιτριδίου·
• μείωση σε συγκεκριμένους δείκτες κατανάλωσης μετάλλων κατά ~1,7 φορές σε σύγκριση με το BN-800
• αύξηση της διάρκειας ζωής του αντιδραστήρα από 45 χρόνια (BN-800) σε 60 χρόνια.

Για ασφάλεια:

• η πιθανότητα σοβαρής βλάβης στον πυρήνα πρέπει να είναι μια τάξη μεγέθους μικρότερη από τις απαιτήσεις των κανονιστικών εγγράφων.
• η ζώνη υγειονομικής προστασίας θα πρέπει να βρίσκεται εντός των ορίων της τοποθεσίας του πυρηνικού σταθμού για τυχόν ατυχήματα βάσει σχεδιασμού·
• το όριο της ζώνης προστατευτικών μέτρων θα πρέπει να συμπίπτει με το όριο της τοποθεσίας του πυρηνικού σταθμού για σοβαρά ατυχήματα εκτός σχεδιασμού, η πιθανότητα των οποίων δεν υπερβαίνει τις 10-7 ανά αντιδραστήρα/έτος.

Ο βέλτιστος συνδυασμός αναφοράς και νέων λύσεων και η δυνατότητα εκτεταμένης αναπαραγωγής καυσίμου καθιστούν δυνατή την ταξινόμηση αυτού του έργου ως πυρηνικής τεχνολογίας IV γενιάς.

Η JSC "Afrikantov OKBM" συμμετέχει ενεργά στη διεθνή συνεργασία για τους γρήγορους αντιδραστήρες. Ήταν ο κατασκευαστής του κινεζικού πειραματικού αντιδραστήρα ταχείας νετρονίων CEFR και ο κύριος ανάδοχος για την κατασκευή του κύριου εξοπλισμού του αντιδραστήρα, συμμετείχε στην υλοποίηση της φυσικής και ενεργειακής εκκίνησης του αντιδραστήρα το 2011 και βοηθά στην ανάπτυξη της χωρητικότητάς του. Επί του παρόντος, προετοιμάζεται μια διακυβερνητική συμφωνία για την κατασκευή στην Κίνα ενός επίδειξης ταχείας αντιδραστήρα ψύξης με νάτριο (CDFR) που βασίζεται στο έργο BN-800 με τη συμμετοχή της OKBM και άλλων επιχειρήσεων της State Corporation Rosatom.