Российским решением проблемы минорных актинидов должны стать инновационные реакторы на быстрых нейтронах.
Росатом делает значительный шаг вперед в трансмутации отходов уранового топлива
Благодаря общему труду сегодня мы являемся лидирующей страной в области быстрых технологий». Он также зачитал поздравление от имени депутатов Государственной Думы Российской Федерации, адресованное коллективу Физико-энергетического института им. От имени администрации Обнинска к участникам обратился Глава городского самоуправления, Председатель Обнинского городского Собрания Геннадий Артемьев. Он подчеркнул, что вклад ученых Физико-энергетического института оказался решающим в этом историческом событии. Доктор физико-математических наук, профессор, президент ядерного общества Казахстана Владимир Школьник в своем выступлении отметил перспективность технологии быстрых реакторов и актуальность направления по выводу отработавших ядерных установок из эксплуатации. Сочетание быстрых и тепловых реакторов в организации замкнутого цикла и исследования тех лет остаются актуальными, и я очень рад, что в Физико-энергетическом институте данные работы продолжаются, так как они имеют важное значение для будущего развития атомной энергетики.
Эту тему нужно продолжать. Очень приятно отметить работы по материаловедению, особенно систематизированные данные исследований по радиационному распуханию.
Основным предназначением МБИР является проведение массовых реакторных испытаний инновационных материалов и макетов элементов активных зон для ядерно-энергетических систем четвертого поколения, включая реакторы на быстрых нейтронах с замыканием топливного цикла, а также и тепловые реакторы малой и средней мощности. На сайте могут быть использованы материалы интернет-ресурсов Facebook и Instagram, владельцем которых является компания Meta Platforms Inc. Какое достижение науки в 2021 году вы считаете самым важным? Посадка ровера с вертолетом на Марс Запуск нейтринного телескопа на дне Байкала Интерфейс мозг-компьютер вернул речь парализованному человеку Запуск телескопа Джеймса Уэбба — самого мощного телескопа в истории Ответить.
Дожигание минорных актинидов — это следующий шаг в замыкании ядерного топливного цикла, который должен не только уменьшить количество ядерных отходов, подлежащих финальной изоляции, но и значительно снизить их радиоактивность. В перспективе это дает возможность отказаться от сложного и дорогостоящего глубинного захоронения отходов», - прокомментировал старший вице-президент по научно-технической деятельности АО «ТВЭЛ» Александр Угрюмов. Она появилась в 2021 году как часть продуктового направления «Сбалансированный ядерный топливный цикл» и рассчитана до 2035 года. Программа включает задачи по выделению минорных актинидов в отдельные фракции, их промежуточное хранение, вовлечение в топливо быстрых реакторов, эксплуатацию такого топлива, послереакторные исследования и др. Еще один важный аспект — оптимизация реакторных установок для выжигания максимального количества минорных актинидов. Сбалансированный ядерный топливный цикл ЯТЦ — это продукт Госкорпорации «Росатом», основанный на инновационных практических решениях в области замыкания ядерного топливного цикла, позволяющих эффективно переработать облученное ядерное топливо и обеспечить рациональное обращение с продуктами переработки, как полезными уран, плутоний , так и направляемыми на захоронение продукты деления. Сбалансированный ЯТЦ ставит своей основной задачей принципиальное снижение объема и активности радиоактивных отходов, направляемых на захоронение.
Такие эксперименты обеспечивают технологическое лидерство России в мире и создают задел на создание новых реакторов и атомных электростанций, обеспеченных современными технологиями и высококвалифицированным персоналом. Для справки: Акционерное общество «Государственный научный центр Российской Федерации — Физико-энергетический институт имени А. Лейпунского» один из ведущих научно-исследовательских центров Государственной корпорации по атомной энергии «Росатом». Здесь были выдвинуты и реализованы идеи создания реакторов на быстрых нейтронах и реакторов с прямым преобразованием ядерной энергии в электрическую. ГНЦ РФ - ФЭИ является мировым лидером в области использования жидких металлов в качестве теплоносителей в АЭС с быстрыми реакторами, судовых и космических ядерных энергетических установках.
Бесконечная энергия: «Росатом» строит первый в мире реактор с замкнутым циклом
Росатом начал в Северске строительство уникального энергоблока с реактором на быстрых нейтронах БРЕСТ-ОД-300. 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". 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. Заметим, что и быстрые нейтроны появились в Поднебесной не без участия России. Раньше в российские реакторы на быстрых нейтронах загружали обычное урановое топливо, так как на них отрабатывали натриевые технологии. Реактор на быстрых нейтронах БН-800 Белоярской АЭС был полностью переведен на уран-плутониевое МОКС-топливо.
В России появился «вечный» ядерный реактор
Так реактор на быстрых нейтронах, использующий отработанное топливо, уже вовсю работает на Белоярской АЭС. 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. разработка, испытание реакторов на быстрых нейтронах (быстрых реакторов). В нем реакторы на быстрых и на тепловых нейтронах будут работать совместно, обмениваясь топливом.
Бесконечная энергия: «Росатом» строит первый в мире реактор с замкнутым циклом
Это важный шаг в выстраивании двухкомпонентной атомной энергетики с замыканием ядерного топливного цикла. Применение МОКС-топлива позволит в десятки раз увеличить топливную базу атомной энергетики. Остальное идет в отход, и в итоге образуется плутоний — искусственный топливный элемент, который является делящимся веществом. Раньше его отправляли либо на склад, либо военным. А теперь этот плутоний вернули в реактор, впервые выведя его на номинальную мощность. Такой вид ядерного топлива называется МОКС-топливом. И это первый шаг к замыканию топливного цикла. Когда этот плутоний отработает, часть его сгорит, отдав нам энергию, а другая часть будет переработана, и из нее сделают новое топливо, которое вновь загрузят в реактор, уже в третий раз! Мы привыкли и считаем в порядке вещей, что отходы, образующиеся в процессе производства или потребления, максимально перерабатывают, чтобы в том или ином виде вернуть их в нашу жизнь.
Но именно по такому принципу на Белоярской АЭС в Свердловской области уже целый год работает реактор. О том, что за топливо там используют и почему его называют «вечным», мы поговорили с руководителем отдела технологий топлива для быстрых и газовых реакторов АО «ВНИИНМ» Андреем Давыдовым.
По мнению специалистов, это знаковое для всего мира событие, которое дало старт энергетике будущего. ВВЭР-1200 — мощь и безопасность: рассказываем об одном из самых распространённых реакторов в мире — В стандартных водо-водяных энергетических реакторах ВВЭР используется обогащённый уран-235, потому что тот, который выкопали из шахты, для ВВЭР не годится. А вот МОКС-топливо — это уранплутониевый оксид, который практически не горит, поэтому его можно использовать снова и снова. Для его производства подойдёт либо природный уран, которого в сотни раз больше, чем искусственно полученного изотопа, либо обеднённый — то есть отходы от технологии обогащения урана, которых и у нас в стране, и во всём мире накоплено огромное количество. Правда, использовать МОКС-топливо можно только в реакторах на быстрых нейтронах. Для справки Почти все реакторы на планете — тепловые, и работают они на изотопе уран-235. В них тепловыделяющие элементы твэлы отдают в воду большое количество тепла в процессе деления нейтронов. Примерно раз в пять лет твэлы нужно заменять. Их деактивируют, а опасные элементы отправляют в спецхранилище для отработавшего ядерного топлива ОЯТ. Такой принцип работы называют открытым ядерным топливным циклом ОЯТЦ.
Быстрые же реакторы работают в условиях замкнутого ядерного топливного цикла ЗЯТЦ. В таком цикле из ОЯТ выделяют немного веществ, которые требуют захоронения, а остальное можно использовать повторно. В МОКС-топливе есть ещё один важный компонент — плутоний. Его у нас тоже очень много — ведь он копится в любом ядерном топливе при работе реактора. И когда мы перерабатываем отработавшее топливо, то извлекаем из него плутоний. За ядерным топливом будущее? Этот материал представляет собой отличный энергетический источник — собственно, в МОКС-топливе он выступает основным энерговыделителем. Когда работает быстрый реактор, плутоний делится, отдаёт свою энергию натрию, а тот преобразует её в электричество. Но это ещё не всё. В ходе ядерных реакций из урана тоже образуется плутоний, который также благополучно делится и в конце концов отдаёт свою энергию в провода.
То есть в процессе работы реактора плутоний тратится, но при этом нарабатывается из второго компонента — урана. Подарок будущим поколениям — Получается, что для производства МОКС-топлива у нас компонентов намного больше, чем для работы реакторов на тепловых нейтронах?
Минорные актиниды также называемые «младшие актиноиды» — это все остальные трансурановые элементы, помимо плутония, образующиеся в ядерном топливе в результате ядерных реакций во время эксплуатации в реакторе. Как и плутоний, эти элементы не встречаются в природе, а возникают только в результате трансмутации урана. Для атомщиков-радиохимиков особенно важны изотопы нептуния, америция и кюрия, поскольку именно они имеют наибольшее значение при переработке отработавшего ядерного топлива ОЯТ и обращении с радиоактивными отходами.
Эти элементы обладают высокой радиоактивностью и токсичностью, выделяют много тепла, имеют большой период полураспада и являются наиболее опасными компонентами ядерных отходов. Российским решением проблемы минорных актинидов должны стать инновационные реакторы на быстрых нейтронах. В качестве топлива эти установки могут использовать не только обогащенный природный уран, но и вторичные продукты ядерного топливного цикла — обедненный уран и плутоний. Кроме того, расчеты показали, что минорные актиниды из ОЯТ под действием быстрых нейтронов в реакторе будут делиться на осколки, представляющие собой достаточно широкий спектр радиоактивных и стабильных изотопов, но в целом их потенциальная опасность будет гораздо ниже, чем у исходных минорных актинидов.
Использование свинца в качестве теплоносителя позволяет направить практически все вылетевшие при делении ядер нейтроны назад — в топливные сборки. Поглощение быстрых нейтронов ураном-238 идет очень легко — он очень «жадный» на захват пролетающих через него частиц с высокой энергией. Захватив нейтрон, уран-238 превращается в изотоп другого химического элемента — в плутоний-239. А это, как мы знаем, тоже ядерное топливо, основа всего ядерного оружия в современном мире. В идеале на каждое разделившееся ядро урана-235 мы можем получить 1,25 ядра нового плутония-239, который чудесным образом возник прямо в реакторе из «бросового» урана-238, непригодного для обычного деления. Конечно, идеальную картинку в реальном реакторе получить невозможно.
Нейтроны активно захватываются ядрами других элементов, присутствующих в активной зоне: осколками деления, теплоносителем и замедлителем, стержнями управления и защиты, часть нейтронов просто вылетает из активной зоны.
Россия на пороге создания нового реактора на быстрых нейтронах
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. Натрий бурно реагирует с водой и горит на воздухе, что усложняет любую аварию с утечкой теплоносителя. Поэтому после трехлетней эксплуатации единственной американской подлодки с натриевым теплоносителем USS Seawolf были сделаны отрицательные выводы о применимости такого типа реакторов в подводном флоте, на самой подлодке реактор был заменен на обычный водо-водяной, и эксперименты с использованием быстрых реакторов Пентагон прекратил. Однако из-за нескольких аварий его неоднократно останавливали, запускали снова, потом снова останавливали и окончательно заглушили в феврале 2010 года, так и не выведя на проектную мощность. В Японии быстрым реакторам не повезло: в 1995 году на реакторе «Мондзю» через четыре месяца после пуска произошла крупная утечка натрия.
Потом 15 лет на АЭС шел ремонт, но при перезапуске снова произошла авария. С тех пор реактор не работает. Индия имеет исследовательский быстрый реактор FTBR, но с пуском демонстрационного реактора PFBR-500 у индийцев не ладится уже много лет по причине отсутствия опыта и специалистов. Многочисленные отказы экспериментального оборудования ставят под вопрос реализацию этого проекта.
Строительство реактора ведется в рамках проекта "Прорыв", реализуемого с 2011 года на территории СХК. Его цель - создание ядерно-энергетического комплекса, который позволит организовать пристанционный замкнутый ядерный топливный цикл, что даст возможность не только производить электричество, но и готовить из топлива, выгружаемого из активной зоны реактора, новое.
Раньше его отправляли либо на склад, либо военным. А теперь этот плутоний вернули в реактор, впервые выведя его на номинальную мощность.
Такой вид ядерного топлива называется МОКС-топливом. И это первый шаг к замыканию топливного цикла. Когда этот плутоний отработает, часть его сгорит, отдав нам энергию, а другая часть будет переработана, и из нее сделают новое топливо, которое вновь загрузят в реактор, уже в третий раз! Мы привыкли и считаем в порядке вещей, что отходы, образующиеся в процессе производства или потребления, максимально перерабатывают, чтобы в том или ином виде вернуть их в нашу жизнь. Переработка позволяет сократить количество используемых природных ресурсов, а также снизить выбросы парниковых газов — и то и другое хорошо для экологии. В перспективе можно обеспечить им атомную энергетику на тысячелетия вперед, сделав ее безотходной, и тогда реакторы на быстрых нейтронах станут своеобразными вечными двигателями, которые будут снабжать потребителей копеечной электроэнергией. Подобные испытания уже велись, но ранее успеха никто не добился.
От имени администрации Обнинска к участникам обратился Глава городского самоуправления, Председатель Обнинского городского Собрания Геннадий Артемьев. Он подчеркнул, что вклад ученых Физико-энергетического института оказался решающим в этом историческом событии. Доктор физико-математических наук, профессор, президент ядерного общества Казахстана Владимир Школьник в своем выступлении отметил перспективность технологии быстрых реакторов и актуальность направления по выводу отработавших ядерных установок из эксплуатации. Сочетание быстрых и тепловых реакторов в организации замкнутого цикла и исследования тех лет остаются актуальными, и я очень рад, что в Физико-энергетическом институте данные работы продолжаются, так как они имеют важное значение для будущего развития атомной энергетики. Эту тему нужно продолжать. Очень приятно отметить работы по материаловедению, особенно систематизированные данные исследований по радиационному распуханию. Это послужит дальнейшему развитию реакторов на быстрых нейтронах и пониманию, что происходит в радиационных полях с различными материалами». Участники заседания также рассмотрели возможности практического применения накопленных знаний при разработке новых реакторных установок, рассказывали о своей причастности к пуску БН-350 и поделились впечатлениями.
Росатом получил лицензию на производство ядерного топлива для «реактора будущего»
Раньше в российские реакторы на быстрых нейтронах загружали обычное урановое топливо, так как на них отрабатывали натриевые технологии. — лидерство России в мире по реакторам на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем. «Прорыв» относится к поколению так называемых реакторов на быстрых нейтронах, работающих по принципу замкнутого цикла, то есть без отходов. В принципе, реактор на быстрых нейтронах способен работать без дозаправки десятилетиями. Физико-энергетический институт остается лидером в разработке и формировании реакторов на быстрых нейтронах.
Новый реактор
- Что дадут "быстрые нейтроны" в ближайшей перспективе?
- Россия сделала шаг к энергетике будущего
- Что дадут "быстрые нейтроны" в ближайшей перспективе?
- Российские ученые: Реактор БН-800 полностью переведен на МОКС-топливо
- Цитаты о СНГ
«Росатом» начал строить первый в мире атомный энергоблок с безотходным циклом
Новый ядерный реактор на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем должен стать демонстратором уникальной технологии – полностью замкнутого ядерного топливного цикла. В итоге, на сегодняшний день в Обнинске уже собрали модель активной зоны перспективного реактора на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем БН-1200М. В принципе, реактор на быстрых нейтронах способен работать без дозаправки десятилетиями. В России учёные-атомщики вывели реактор БН-800 на номинальную мощность с полной загрузкой инновационным, так называемым МОХ-топливом. «Исследовать проблему вывода из эксплуатации быстрых реакторов можно на больших реакторах БН-600, БН-800.