Kiired neutronreaktorid on Venemaa teadlaste ainulaadne areng ja kogu tuumaenergeetika tulevik

Rahulik aatom on üks maailma energia alustalasid, ilma milleta tänapäevane ühiskond on lihtsalt võimatu. Vaatamata kõigile olemasolevate tuumaelektrijaamade eelistele on ja on peamine puudus kasutatud tuumkütuse kõrvaldamine.

Näib, et ka see probleem laheneb - tänu Venemaa ainulaadsele suletud tuumakütuse tsükli väljatöötamisele, mille rakendamine on võimalik tuumareaktorites, kasutades kiiret neutronit.

Mis on tänapäevase tuumaenergia probleem

Niisiis, rahumeelne aatom on inimkonda teeninud kogu maailmas elektri tootmiseks juba üle tosina aasta. Kuid on üks väga tõsine probleem. Mitte kõik looduslik uraan ei sobi tuumareaktorite kütuseks.

Uraan-238 on looduses laialt levinud (92 prootonit, 146 neutronit) ja selle osa maailma varudes moodustab 99,3% kogu Maa uraanist. Kuid see lihtsalt ei sobi tuumareaktorite jaoks kütusena.

Kütusena võib kasutada ainult ülejäänud 0,7% maailma uraan-235 (92 prootonit, 143 neutronit) näol. Kuid ka seda uraani järelejäänud osa ei saa lihtsalt reaktorisse laadida ja laadida. See peab olema eelnevalt rikastatud ja uraan-235 osakaal kogu uraan-238 massis on suurenenud umbes 700 korda.

Selgub, et vaatamata tohututele maailma varudele piisab kütuse jaoks tõesti sobivast uraanist keskmiste arvutuste kohaselt vaid 50 aastaks.

Kõik pole nii sünge, kui esmapilgul tundub. Uraan-238 saab endiselt kohandada tuumareaktorite jaoks. Tõsi, selleks on vaja muuta uraan-238 plutoonium-239-ks ja see protsess on võimalik ainult kiirete neutronitega kokkupuutel.

Nagu selgub, pole see ümberkujundamine lihtne. Lõppude lõpuks töötavad enamik tänapäevaseid reaktoreid "aeglastel" neutronitel, mille tahtlik aeglustamine toimub, kuna uraan-235 "ei soovi suhelda" kiirete neutronitega. Kuid uraan-238, vastupidi, ei osale aeglaste neutronite muundumisprotsessis.

Uuraani-238 muundamine plutoonium-239-ks eraldi ei ole majanduslikult otstarbekas. Palju tõhusam on selleks kasutada nn täiendavaid neutroneid, mis moodustuvad lagunemisreaktsioonis. Seetõttu eemaldatakse kaasaegsetes reaktorites need spetsiaalselt absorbeerijate abil.

Seega peame ühendama "rämps" uraan-238 ja "õige" uraan-235 ühes kohas - aatomireaktoris. Ja siis on võimalik nii elektrit toota kui ka spetsiaalselt muuta "mittevajalik" uraan-238 uueks reaktorite tuumakütuseks. Kuid selle eelduseks on asjaolu, et see (reaktor) peab töötama kiiretel neutronitel.

Kuid sellise tõeliselt töötava kiire neutronreaktori loomine osutus paljudele inseneridele suureks probleemiks. Ja ülesandega tulid toime ainult vene insenerid-teadlased.

Kiired neutronreaktorid, mis on nende omadus

Niisiis, meil on vaja uraani-235 töötavat reaktorit ja samal ajal peame selle kiiretel neutronitel töötama. Selleks, et see oleks võimalik, on vaja oluliselt suurendada neutronvoo tihedust (nii et uraan-235 on valmis rohkem suhtlema kiirete neutronitega).

See tähendab, et tuleb kasutada rikastatud kütust, samas kui temperatuurirežiim ja neutronivood on palju karmimad - vaja on stabiilsemaid materjale.

Lisaks tuleks vältida materjale, mis aeglustavad neutroneid. See tähendab, et klassikaline versioon - vesi - sel juhul ei sobi, kuna see aeglustab ideaalselt neutroneid.

Seetõttu kasutati elavhõbedat kiirete reaktorite väljatöötamise varases staadiumis jahutusvedelikuna, kuid metalli kõrge mürgisuse tõttu loobuti sellest võimalusest kiiresti.

Katse järgmistes etappides proovisid nad selliseid metalle nagu plii, vismut ja naatrium.

Leiti, et kõige lootustandvamad materjalid on naatrium ja plii. Ja esimesel etapil suutsid Nõukogude insenerid naatriumi "taltsutada".

Esimene kommertslik, täielikult töökorras kiire neutronreaktor oli Nõukogude reaktor BN-600. Ja juba 2015. aastal käivitas Rosatom BN-800 (naatrium) reaktori. See on ainulaadne omalaadne reaktor, mis on juba kohandatud töötama täieliku suletud tsükliga plutooniumkütusel.

Mis on kiirete reaktorite eelis

Esialgsed arvutused näitavad, et tänu sellele tehnoloogiale tõuseb reaktorite jaoks sobiva tuumakütuse protsent järsult, tagasihoidlikult 0,7% -lt 30% -le.

Järelikult suurenevad efektiivsed kütusevarud umbes 43 korda, mis tähendab, et nendest peaks piisama mitte umbes 50, vaid üle kahe aastatuhande. Ma arvan, et isegi väga ligikaudse arvutuse korral on erinevus olemas.

Lisaks on sellised reaktorid võimelised "aeglaselt" kasutatud tuumkütust täielikult töötama. reaktorid, mis lubab lahendust keskkonnakaitsjate suurimale peavalule - kuidas kasutatud tuumarest kõrvaldada kütus.

Samuti on sellised reaktorid palju turvalisemad. Lõppude lõpuks kasutavad nad kõrge rõhu all kuumutatud vee asemel naatriumi. Naatrium muutub vedelaks 100 kraadi juures ja keemisjärku läheb see alles 900 kraadi juures.

Meenutagem, kuidas jahutussüsteem töötab "tavapärastel" tuumareaktoritel. Seal toimib tohutu rõhu all olev vesi jahutusvedelikuna. Ilmselt on kõrge rõhk rõhu vähendamise ja õnnetusjuhtumite tekkimise oht.

Naatriumiga selliseid probleeme pole. Kuna keemistemperatuur on kõrge, saab seda hoida normaalrõhul, mis tähendab, et pole mingit võimalust läbimurdeks ja õnnetuseks.

Isegi ebanormaalse olukorra korral mängib ohutuse kasuks ka naatriumi reaktiivsus. Suhtlemisel atmosfääri hapniku ja niiskuse aurudega seondub naatrium püsivaks kemikaaliks ühendid, mis jäävad jaama territooriumile ega haju piirkonnas laiali, levitades radioaktiivset ainet reostus.

Venemaa edestab teisi

Hoolimata erinevate riikide arvukatest katsetest, on ainult Venemaal ja eriti Rosatomil kiire neutronreaktori täieõiguslik kommertsversioon.

Lõppude lõpuks ei jõudnud isegi prantslased (oma paljutõotava "Phoenixi reaktori" väljatöötamisega) kaitsesüsteemide perioodilise töö probleemiga toime tulla ja nad peatasid projekti 2010. aastal.

Jaapanlased katsetasid ka oma versiooni - Monju reaktorit, kuid pärast mitmeid õnnetusi otsustasid selle lahti võtta.

Indiaanlased tahtsid luua ka oma kiire neutronreaktori, kuid sellest ei tulnud midagi välja.

Venemaal areneb tehnoloogia sujuvalt ja juba käivad tööd kiirreaktori BN-1200 projektiga, kus jahutusvedelikuna kasutatakse sulatatud pliid. Plaani kohaselt hakkab see täielikult tööle 2030. aastaks.

Selgub, et Venemaa on ainus riik, mis suudab tõesti tuumaenergiat toota tõhus ja tõeliselt ohutu tänu ainulaadsele konstruktsioonile - kiirele neutronreaktorile.