Элементы многоцелевого исследовательского реактора на быстрых нейтронах (МБИР) отправлены из Волгодонска в Димитроград на место постоянной сборки. Специальный модуль создает ядерное топливо, затем оно поступает в энергоблок «Брест-ОД-300» на быстрых нейтронах, а после переработки то же самое топливо возвращается обратно в реактор, и снова по кругу. Исследуем, как работают реакторы на быстрых нейтронах и в чем заключается их преимущество в ядерной энергетике. Россия продолжила работу с реакторами на быстрых нейтронах единственная в мире.
Россия сделала шаг к энергетике будущего
«Росатом» начал монтаж первой в мире реакторной установки естественной безопасности на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем. В чем радиоэкологические преимущества реакторов на быстрых нейтронах и почему проблема замыкания ядерного топливного цикла касается каждого? Начался монтаж первой в мире реакторной установки на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем — реактора четвёртого поколения БРЕСТ-ОД-300. «Россия продолжает шаг за шагом использовать те уникальные преимущества, которые дают нашей отрасли мощные реакторы на быстрых нейтронах.
АО "ТВЭЛ" представило инновационные решения для замыкания ядерного топливного цикла
Специальный модуль создает ядерное топливо, затем оно поступает в энергоблок «Брест-ОД-300» на быстрых нейтронах, а после переработки то же самое топливо возвращается обратно в реактор, и снова по кругу. В чем радиоэкологические преимущества реакторов на быстрых нейтронах и почему проблема замыкания ядерного топливного цикла касается каждого? Российским решением проблемы минорных актинидов должны стать инновационные реакторы на быстрых нейтронах. Кроме того, реакторы на быстрых нейтронах, работая на МОКС‑топливе, способны нарабатывать плутоний, которого хватит, чтобы обеспечить себя и при необходимости другие реакторы новым топливом. В Северске началось капитальное строительство линий электропередачи (ЛЭП) для реализации схемы выдачи мощности будущего энергоблока с инновационным реактором на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем БРЕСТ-ОД-300.
Реакторы на быстрых нейтронах: как Россия оказалась впереди планеты всей
Сегодня в России успешно работает исследовательский реактор на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем БОР 60, однако его возраст уже перевалил за 45 лет. 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. 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. Выполнены запланированные исследования в обоснование безопасности многоцелевого исследовательского реактора на быстрых нейтронах МБИР и продления сроков эксплуатации БОР-60.
Multi-Purpose Fast Reactor (MBIR)
Последние ударяются о другие атомы, вызывая их распад, что приводит к высвобождению еще большего объема тепла и нейтронов. Тепло превращает циркулирующую к реактору воду в пар, который крутит турбины, производящие электричество. В легководных реакторах вода используется в качестве замедлителя, который помогает контролировать продолжающееся ядерное деление в активной зоне. Вода замедляет движение свободных нейтронов, чтобы те с большей вероятностью продолжили реакцию деления, тем самым повышая ее эффективность. С нагревом реактора больше воды превращается в пар и меньше становится доступно для этой роли замедлителя. В результате ядерное деление замедляется. Этот принцип отрицательной обратной связи является ключевым аспектом безопасности, который предотвращает реакторы такого типа от перегрева.
Реакторы типа РБМК-1000 отличаются. Они были созданы специально для работы на менее обогащенном топливе. В качестве теплоносителя реакторы этого типа также используют воду, но в качестве замедлителя в них используются графитовые блоки. Из-за такого разделения ролей теплоносителя и замедлителя в РБМК не работал принцип отрицательной обратной связи «больше пара — меньше реактивность». Вместо это реакторы типа РБМК использовали принцип пустотного коэффициента реактивности. Часть теплоносителя в реакторе может испаряться, образовывая пузырьки пара пустоты в теплоносителе.
Увеличение содержания пара может приводить как к росту реактивности положительный паровой коэффициент , так и к ее уменьшению отрицательный паровой коэффициент , это зависит от нейтронно-физических характеристик. При положительном коэффициенте для нейтронов облегчается задача по движению к графитовому замедлителю, говорит ядерный физик из Швеции Ларс-Эрик де Геер. Отсюда и растет корень катастрофы, говорит Де Геер. С увеличением реактивности реактор нагревается, больше воды превращается пар, что еще сильнее повышает реактивность. Процесс продолжается и продолжается. Что стало причиной катастрофы на Чернобыльской АЭС?
Пульт управления атомной станцией это что-то из «Стар трэк» Когда Чернобыльская АЭС работала в полную силу, это не было большой проблемой, говорит Лайман. При высоких температурах урановое топливо, которое приводит в действие ядерное деление, поглощает больше нейтронов, что делает его менее реактивным. Но при работе на пониженной мощности реакторы типа РБМК-1000 становятся очень нестабильными.
Специальный модуль создает ядерное топливо, затем оно поступает в энергоблок «Брест-ОД-300» на быстрых нейтронах, а после переработки то же самое топливо возвращается обратно в реактор, и снова по кругу. БРЕСТ — это опытный образец. Его примерная стоимость — 100 миллиардов рублей, но затраты на производство энергии будут значительно ниже, чем на обычных АЭС. Что касается безопасности, то «Прорыв» решает проблему с захоронением отходов. Теперь их просто не нужно накапливать, ведь отработанное топливо будут использовать снова.
Реактор БН-800 эксплуатируется на смешанном уран-плутониевом топливе и призван обеспечить отработку элементов замкнутого ядерного топливного цикла для перехода к новой технологической платформе. Начало работ по сооружению — 1985 год. Возобновление сооружения энергоблока — 1997 год. Физпуск — 2014 год. Энергопуск — 2015 год. Проект БН-1200: перспектива развития направления Разработка и реализация проектов БН-350, БН-600 и БН-800 позволили создать эффективную проектно-конструкторскую, производственную и эксплуатационную инфраструктуру, которая явилась базой для дальнейшего развития технологии БН. Реализация комплекса работ, запланированных в рамках программы НИОКР по проекту, позволит создать серийный коммерческий энергоблок БН-1200М, удовлетворяющий требованиям конкурентоспособности по отношению к энергоисточникам различного типа для обеспечения реализации стратегии развития ядерной энергетики России в части создания двухкомпонентной энергетической системы на базе технологий ВВЭР и БН. Безопасность РУ БН-1200 В проекте реакторной установки БН-1200 используется ряд новых технических решений по повышению безопасности: — полное интегрирование натриевых систем и оборудования первого контура в баке реактора, что исключает течи радиоактивного натрия и его взаимодействие с воздухом — наиболее опасный класс проектных аварий для реакторов БН; — применение усовершенствованной системы аварийного теплоотвода с автономными теплообменниками, встроенными в корпус реактора, обеспечивающей естественную циркуляцию натрия непосредственно через ТВС активной зоны за счет использования в АТО обратного клапана пассивного принципа действия, что повышает уровень снимаемой мощности при допустимом температурном состоянии активной зоны; — дополнительно к системе пассивного останова на основе гидравлически взвешенных стержней ПАЗ-Г , хорошо отработанной для реактора БН-800, предусматривается внедрение системы стержней ПАЗ-Т, реагирующих на изменение температуры натрия на выходе из активной зоны. Данный тип устройств чувствителен к повышению температуры теплоносителя во всех авариях с разбалансом соотношения мощности и расхода и, следовательно, обеспечивает дополнительное повышение безопасности РУ. Подробности Реализация проекта БН-1200М на основе референтных технологий БН-600, БН-800 и инновационных технических решений обеспечит: — создание конкурентоспособных АЭС с высоким уровнем безопасности; — создание структуры замкнутого топливного цикла в промышленном масштабе для решения проблемы топливообеспечения атомной энергетики на длительную перспективу; — снижение объемов радиоактивных отходов за счет переработки ОЯТ ВВЭР и использования выделенных из него плутония и младших актинидов; — лидерство России в мире по реакторам на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем. Для повышения безопасности и экономичности применен ряд новых схемно-компоновочных и технических решений: — интегральная компоновка первого контура с размещением всех натриевых систем, включая фильтр-ловушки, системы нейтронно-физического и химико-технологического контроля, в баке реактора; — переход от секционно-модульной схемы парогенераторов к интегральной, основанной на применении прямотрубных модулей большой мощности, что приводит к значительному уменьшению материалоемкости; — обеспечение длительной выдержки ТВС во внутриреакторном хранилище, что позволило исключить барабан с натрием в системе перегрузки; — обеспечение длительной кампании ТВС за счет укрупнения твэлов, что обеспечит снижение затрат на топливо.
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. А множество нерешенных проблем, физических и технологических, однозначно выльются в многомиллиардные затраты и многие десятки лет исследований. Но вот вопрос: а есть ли у нас столько времени? И можем ли мы позволить себе ошибку в выборе энергетических приоритетов? Кто против и почему? Наш соотечественник Игорь Острецов с единомышленниками, работая в структуре советского еще Минатома, обнаружил, что при облучении протонами высоких энергий даже обедненного урана или отработанного ядерного топлива реакция деления с выделением энергии происходит тоже, что в "быстрых" реакторах, но вот осколки деления имеют совершенно другой изотопный состав и очень быстро теряют свою активность. На основе этого физического эффекта он разработал принципиально новый способ извлечения энергии атома — релятивистскую ядерную технологию, ЯРТ, и предложил свою программу развития ядерной энергетики, которую "пробивает" вот уже 20 лет, не без основания считая ее совершенно безальтернативной. 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.
Российские учёные вывели реактор Белоярской АЭС на номинальную мощность
Пущенная в 2010 году эта установка стала для Китая своего рода полигоном, где нарабатывается понимание, каким образом строить и эксплуатировать быстрые натриевые реакторы. Однако с 2011 года и по сей день CEFR находится в полурабочем состоянии. Не выполнена и задача перевода реактора на собственное МОКС-топливо. Отдельно насчет «вечности». Сейчас на всех мировых АЭС, кроме Белоярской, используется уран-235, который составляет менее одного процента имеющегося в природе урана.
Топлива для реакторов на быстрых нейтронах хватит человечеству более чем на три тысячи лет. Создается он в рамках росатомовского проекта «Прорыв». Это упрощает управление и повышает энергоэффективность реактора. Конструкция БРЕСТ-300 обеспечивает так называемую естественную безопасность: на этом реакторе невозможна авария из-за неконтролируемого выброса нейтронов, приводящего к цепным реакциям, например в случае разгона реактора по мощности.
Реактор такого типа с электрической мощностью 300 МВт уже начали возводить в Северске Томская область. Вокруг него будет построен комплекс, который позволит решать задачи регенерации топлива. И все процессы создания замкнутого топливного цикла будут сосредоточены в одном месте. Когда в рамках проекта БРЕСТ-300 задача по замыканию ядерного топливного цикла будет успешно решена, Россия получит практически неисчерпаемый источник энергии.
В России завершается сборка мощнейшего «суперреактора» на быстрых нейтронах 27. Генеральный директор холдинга «Атомэнергомаш», машиностроительного дивизиона Росатома, Андрей Никипелов сообщил, что корпус самого мощного в мире многоцелевого исследовательского ядерного реактора на быстрых нейтронах МБИР проходит контрольную сборку. Реактор планируется ввести в эксплуатацию во второй половине 2020-х годов. В ходе этой операции окончательно проверяется достижение проектных геометрических параметров всех элементов и подтверждается работоспособность реактора», — цитирует Никипелова РИА «Новости». По словам Никипелова, такие реакторы строятся раз в 50 лет и это «действительно штучный продукт».
Вряд ли кто-то из простых обывателей обратил внимание на недавно мельком проскочившую в СМИ информацию — о том, что правительство России утвердило предложенный "Росатомом" план сооружения на территории страны целого ряда объектов ядерной энергетики, которые должны быть введены в эксплуатацию до 2030 года. Сообщалось также, что "в рамках проекта "Прорыв" будет отработана новая технология ядерной энергетики будущего — полное замыкание ядерного топливного цикла". Скорая реакция источников, близких к "Росатому," в формате: "правительство России согласилось с предложенным "Росатомом" календарным планом настоящей атомной технической революции, которая позволит ей окончательно закрепить за собой роль лидера высоких технологий" говорит о том, что это событие - отнюдь не рядовое. Ведь что бы ни говорили представители атомного лобби о мнимой дешевизне атомного киловатта, капитальные затраты на реализацию этой программы существенны - к примеру, стоимость строительства одной только Курской АЭС-2 это четыре двухблочных АЭС с водо-водяным энергетическим реактором ВВЭР-1300, см.
Что дадут "быстрые нейтроны" в ближайшей перспективе? Привычный нам мир держится на углеводородной энергетике — львиная доля электричества, которую мы потребляем, получена путем сжигания нефти и газа. Однако запасы углеводородов на планете ограничены, их, по разным оценкам, хватит еще на 40—60 лет, а спад в добыче нефти и газа по некоторым оценкам может начаться уже с 2020 года. 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.
Но как может отработавшее топливо заново давать свет и электроэнергию? Это позволяет получать больше тепла и электричества, расходуя меньше топлива. Процесс получается более безопасным и контролируемым, а срок службы тепловыделяющих сборок, спрессованных на специальном заводе, фактически, из «ядерного мусора», увеличивается. Технологию натриевых реакторов пытались доработать и в США, но дальше экспериментов на отдельных реакторах дело не дошло.
Россия на пороге создания нового реактора на быстрых нейтронах
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. Научно-техническая конференция «Развитие технологии реакторов на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем (БН-2023)». Несмотря на это, сегодня 10 реакторов типа РБМК-1000 все еще работают в России. Специальный модуль создает ядерное топливо, затем оно поступает в энергоблок «Брест-ОД-300» на быстрых нейтронах, а после переработки то же самое топливо возвращается обратно в реактор, и снова по кругу. Поскольку реакторы на быстрых нейтронах способны работать на плутонии и, таким образом, позволяют замкнуть ядерный топливный цикл, оптимальным топливом для таких установок будет уран-плутониевая смесь. Исследуем, как работают реакторы на быстрых нейтронах и в чем заключается их преимущество в ядерной энергетике.
Российские ученые: Реактор БН-800 полностью переведен на МОКС-топливо
| Уникальный реактор обеспечит энергетическое будущее России | Реакторы на быстрых нейтронах — более безопасные, кроме того, они способны повысить эффективность использования сырья и обращения с отходами, говорится на сайте World Nuclear Association. |
| В России запустили «вечный» ядерный реактор - журнал стратегия | — лидерство России в мире по реакторам на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем. |
Бесконечная энергия: в России придумали способ сделать атомные электростанции «вечными»
Заметим, что и быстрые нейтроны появились в Поднебесной не без участия России. С моей точки зрения именно реактор на быстрых нейтронах это самое значимое, что создала Россия после перестройки. Причина, по которой нет плутониевых реакторов на быстрых нейтронах, впрочем, весьма простая.