A gyors neutronreaktorok az orosz tudósok egyedülálló fejleményei és az egész nukleáris energiaipar jövője

A békés atom a világ energia egyik oszlopa, amely nélkül a modern társadalom egyszerűen lehetetlen. A meglévő atomerőművek összes előnye ellenére a fő hiba a kiégett nukleáris fűtőelemek ártalmatlanítása volt és marad.

Úgy tűnik, hogy ez a probléma is megoldódik - köszönhetően a zárt nukleáris üzemanyag-ciklus egyedülálló orosz fejlesztésének, amelynek megvalósítása gyors neutronokat alkalmazó atomreaktorokban lehetséges.

Mi a modern atomenergia problémája

Tehát a békés atom több mint egy tucat éve szolgálja az emberiséget, hogy világszerte villamos energiát termeljen. De van egy nagyon súlyos probléma. Nem minden természetes urán alkalmas a nukleáris reaktorok üzemanyagára.

Az urán-238 a természetben széles körben elterjedt (92 proton, 146 neutron), és a világ tartalékaiban való részesedése a Föld összes uránjának 99,3% -a. De egyszerűen nem alkalmas nukleáris reaktorok üzemanyagként.

A világ urán-235 (92 proton, 143 neutron) formájában fennmaradó 0,7% -a csak üzemanyagként szolgálhat. De még az uránnak ezt a maradék részét sem lehet egyszerűen felvenni és betölteni a reaktorba. Előre kell dúsítani, és az urán-235 aránya az urán-238 teljes tömegében körülbelül 700-szorosára nőtt.

Kiderült, hogy a hatalmas világtartalékok ellenére az igazán üzemanyagra alkalmas urán az átlagos számítások szerint csak 50 évre elegendő.

Minden nem olyan komor, mint amilyennek első pillantásra tűnik. Az urán-238 még mindig alkalmazható atomreaktorokhoz. Igaz, ehhez az urán-238-at plutónium-239-vé kell átalakítani, és ez a folyamat csak gyors neutronok hatására lehetséges.

Mint kiderült, ez az átalakulás nem könnyű. Végül is a legtöbb modern reaktor "lassú" neutronokon működik, amelyeket szándékosan lassítanak le, mivel az urán-235 "nem akar kommunikálni" a gyors neutronokkal. De az urán-238 éppen ellenkezőleg, nem vesz részt a lassú neutronok átalakulási folyamatában.

Gazdaságilag nem kivitelezhető az urán-238 plutónium-239 átalakítása külön-külön. Sokkal hatékonyabb erre használni az úgynevezett extra neutronokat, amelyek a bomlási reakció során keletkeznek. Ezért a modern reaktorokban ezeket speciálisan abszorbensek segítségével távolítják el.

Tehát egy helyen össze kell kapcsolnunk a "szemét" uránt-238 és a "helyes" uránt-235 - egy atomreaktor. És akkor lehetséges lesz mind villamos energia előállítása, mind pedig a "felesleges" urán-238 átalakítása reaktorok új nukleáris üzemanyagává. Ennek előfeltétele azonban az, hogy a reaktornak gyors neutronokon kell működnie.

De egy ilyen igazán működő gyors neutronreaktor létrehozása sok mérnök számára nagy problémának bizonyult. És csak orosz mérnökök-tudósok birkóztak meg a feladattal.

Gyors neutronreaktorok, mi a jellemzőjük

Szükségünk van tehát egy urán-235-ös üzemű reaktorra, ugyanakkor gyors neutronokon kell működtetnünk. Annak érdekében, hogy ez lehetséges legyen, jelentősen meg kell növelni a neutronfluxus sűrűségét (hogy az urán-235 hajlandóbb legyen kölcsönhatásba lépni a gyors neutronokkal).

Ez azt jelenti, hogy dúsítottabb üzemanyagot kell használni, míg a hőmérsékleti rend és a neutronáramlás jelentősen keményebb lesz - stabilabb anyagokra lesz szükség.

Ezenkívül kerülni kell azokat az anyagokat, amelyek lassítják a neutronokat. Vagyis a klasszikus változat - a víz - ebben az esetben nem megfelelő, mivel tökéletesen lelassítja a neutronokat.

Éppen ezért a higanyt hűtőfolyadékként használták a gyors reaktorok kifejlesztésének korai szakaszában, de ezt a lehetőséget a fém magas toxicitása miatt gyorsan elhagyták.

A kísérletek következő szakaszaiban olyan fémeket kipróbáltak, mint az ólom, a bizmut és a nátrium.

A legígéretesebb anyagok a nátrium és az ólom voltak. És az első szakaszban a szovjet mérnököknek sikerült "megszelídíteni" a nátriumot.

Az első kereskedelmi, teljesen üzemképes gyors neutronreaktor a szovjet BN-600 reaktor volt. És már 2015-ben a Rosatom elindította a BN-800 (nátrium) reaktort. Ez a maga nemében egyedülálló reaktor, amely már teljes zárt tenyésztési ciklusú plutónium üzemanyaggal működik.

Mi a gyors reaktorok előnye

Az előzetes számítások azt mutatják, hogy ennek a technológiának köszönhetően a reaktorok számára alkalmas nukleáris üzemanyag aránya meredeken, szerény 0,7% -ról 30% -ra emelkedik.

Következésképpen a tényleges üzemanyagtartalékok körülbelül 43-szorosára nőnek, ami azt jelenti, hogy nem körülbelül 50 évig, hanem több mint két évezredig elegendőnek kell lenniük. Szerintem nagyon durva számítással is van különbség.

Ezen túlmenően az ilyen reaktorok képesek teljes mértékben működni a kiégett reaktorok, amelyek megoldást ígérnek a környezetvédők legnagyobb fejfájására - hogyan kell ártalmatlanítani a kiégett atomot üzemanyag.

Az ilyen reaktorok sokkal biztonságosabbak. Végül is magas nyomáson melegített víz helyett nátriumot használnak. A nátrium 100 Celsius-fokon folyékonyvá válik, és csak 900 fokon megy át a forráspontig.

Emlékezzünk, hogyan működik a hűtőrendszer a "hagyományos" atomreaktorokon. Ott az óriási nyomás alatt álló víz hűtőfolyadékként működik. Nyilvánvaló, hogy a magas nyomás magas nyomás és balesetveszélyt jelent.

A nátriummal nincsenek ilyen problémák. Mivel a forráspont magas, normál nyomáson tartható, ami azt jelenti, hogy nincs esély kitörésre és balesetre.

Rendellenes helyzet esetén a nátrium reaktivitása is a biztonság javát szolgálja. Amikor a légkörben kölcsönhatásba lép az oxigénnel és a nedvességgőzzel, a nátrium perzisztens kémiai anyaghoz kötődik olyan vegyületek, amelyek az állomás területén maradnak, és nem szóródnak szét a kerületben, radioaktívan terjedve környezetszennyezés.

Oroszország megelőzi a többit

A különféle országok számos kísérlete ellenére csak Oroszországnak, és különösen a Rosatomnak van egy gyors neutronreaktor teljes értékű kereskedelmi változata.

Sőt, még a franciáknak sem (a "Phoenix reaktor ígéretes fejlesztésével") nem sikerült kezelniük a védelmi rendszerek időszakos működésének problémáját, és 2010-ben leállították a projektet.

A japánok is tesztelték saját verziójukat - a Monju reaktort, de egy sor baleset után úgy döntöttek, hogy szétszerelik.

Az indiánok saját gyors neutronreaktorukat is szerették volna létrehozni, de semmi sem történt.

Oroszországban a technológia zökkenőmentesen fejlődik, és már folyamatban van a BN-1200 gyorsreaktor projekt, amelynek során az olvadt ólmot használják hűtőközegként. A terv szerint 2030-ra teljes mértékben működőképes lesz.

Kiderült, hogy Oroszország az egyetlen ország, amely valóban képes nukleáris energiát előállítani hatékony és valóban biztonságos az egyedi kialakításnak köszönhetően - egy gyors neutronreaktor.