Oroszország áttörést ért el az atomenergia terén

2024 Szerző: Seth Attwood | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-16 16:07

Az "áttörés" projekt - a Tomszk közelében épülő Brest-300 atomreaktor - új oldalt nyit a Föld energiaszektorában. Oroszország létrehozza a világ első, 300 MW teljesítményű Perpetuum Mobile-ját – egy zárt üzemanyagciklusú atomerőművet. A magától értetődő "Breakthrough" nevű projekt veszély nélküli energiát ígér, uránbányászat nélkül, és évtizedek óta megelőzi a versenytársakat …

Negyvenhárom hektárnyi terület, szürke monolit falak, égbe bőven kilógó szerelvények, daruk és 600 munkás. Három évvel később ezen a helyen, egy zárt városban Seversk, 25 kilométerre Tomszk, elkezd dolgozni az első a világonA 300 megawatt teljesítményű Perpetuum Mobile egy zárt üzemanyagciklusú atomerőmű, hűtőközegként olvadt ólommal. A vállalkozást kísérletinek nevezik, mivel a szupertechnológiákat eddig csak matematikai modelleken számolják. Ám miután egy működő reaktoron ellenőrizték őket, atomtudósaink egy új generációs referencia atomerőművet kapnak, évtizedek óta elszakad a versenytársaktól a Toshibától, az Arevától és másoktól. A projekt, amelynek magától értetődő neve van " Áttörés", Energiát ígér veszély nélkül és ami a legfontosabb, uránbányászat nélkül.

A szkeptikusok és a békés atom

Néhány szó azoknak, akik ereklyének tartják a békés atomot. Az emberiség energiaszükséglete 20 évente megduplázódik. Az olaj és a szén elégetése évente mintegy félmilliárd tonna kén-dioxid és nitrogén-oxid, azaz 70 kilogramm káros anyag képződéséhez vezet a Föld minden egyes lakója után. Az atomerőművek alkalmazása megszünteti ezt a problémát. Ráadásul az olajkészletek korlátozottak, és egy tonna urán-235 energiaintenzitása megközelítőleg megegyezik kétmillió tonna benzin energiaintenzitásával.

A költség is fontos. Egy vízerőműnél egy kilowattóra áram 10-25 kopijkába kerül, de a fejlett világ vízenergia-potenciálja gyakorlatilag kimerült. Szén- vagy fűtőolaj-állomásokon - 22-40 kopecks, de környezeti problémák merülnek fel. Ipari szél- és naperőműveknél - 35-150 kopecks, kicsit drága, és ki garantálja az állandó szél és a felhők hiányát. Az atomenergia önköltsége 20-50 kopejka, stabil, sokkal kevesebb környezeti problémát okoz, mint az olaj és a szén elégetése, lehetőségei határtalanok.

Végül kiderült, hogy az orosz békés atom szinte versenyen kívül van. 2010-ben, amikor egy 24 éves hidegtörés után sok ország ismét atomerőművet akart építeni, reaktoraink olcsóbbnak bizonyultak, és semmivel sem rosszabbak, mint a japán, francia és amerikai prototípusok. Ráadásul mi, a versenytársakkal ellentétben , ezekben az években atomerőműveket építettünk – A Rosatomnak volt mit megmutatnia egy potenciális vásárlónak.

Az ebből eredő fogyatékosságot az állami vállalat vezetése hozzáértően intézte. Ennek eredményeként a Westinghouse Electric tavaly csődbe ment. Úton van a Toshiba, amely korábban megvásárolta a Westinghouse Electricet. Areva anyagi helyzete sem irigylésre méltó. Az Atomexpo-2016-ra viszont 52 ország delegációja érkezett. Ezen országok közül 20 még nem rendelkezett atomenergiával. Most jelennek meg először itt Egyiptom, Vietnam, Törökország, Indonézia, Banglades – orosz atomerőműveink.

Mély pokol

Az atomenergia mai fő problémája az üzemanyag … 6,3 millió tonna gazdaságilag kinyerhető urán található a Földön. Ha a fogyasztás növekedését is figyelembe vesszük, az körülbelül 50 évig fog tartani. A költség ma körülbelül 50 dollár az érckilogrammonként, de mivel kevésbé jövedelmező lelőhelyek vesznek részt a kitermelésben, ez kilogrammonként 130 dollárra és még többre emelkedik. Természetesen vannak bányászott tartalékok, és nem kicsik, de nem örökkévalók.

Az uránt nehéz bányászni ill nagyon nehéz … Az uránérc kőzetében kb 0,1-1 százalék, plusz vagy mínusz. Az érc körülbelül egy kilométeres mélységben fordul elő. A bányákban a hőmérséklet 60 Celsius-fok felett van. A kitermelt kőzetet savban, gyakrabban kénsavban kell feloldani, hogy az uránércet izolálják az oldatból. Egyes lelőhelyeken a kénsavat azonnal a talajba pumpálják, hogy később az oldott uránnal együtt vihető legyen. Vannak azonban uránkőzetek, amelyek nem oldódnak kénsavban …

Végül csak tisztított uránban 0,72 százalék a szükséges izotóp az urán-235. Ugyanaz, amelyen az atomreaktorok működnek. Ennek kiemelése külön fejfájás. Az uránt gázzá alakítják (urán-hexafluorid), és mintegy kétezer fordulat/másodperc fordulatszámmal forgó centrifugák kaszkádjain vezetik át, ahol a könnyű frakciót elválasztják a nehéztől. A 0,2-0,3 százalékos maradék urán-238-as lerakót az 50-es években egyszerűen kidobták. De aztán szilárd urán-fluorid formájában elkezdték tárolni speciális tartályokban a szabad ég alatt. 60 éve a Föld felhalmozott kb kétmillió tonna urán-238-fluoridot … Miért tartják meg? Aztán az urán-238 üzemanyag lehet a gyors atomreaktorok számára, amelyekkel eddig az atomtudósok nehéz viszonyban voltak.

Összesen 11 ipari gyorsneutronreaktor épült a világon: három Németországban, kettő Franciaországban, kettő Oroszországban, egy-egy Kazahsztánban, Japánban, Nagy-Britanniában és az Egyesült Államokban. Közülük az egyik, a németországi SNR-300 soha nem indult el. Még nyolcat leállítottak. Két munkás távozott … Hol gondolod? Így van, rá Belojarski atomerőmű.

Egyrészt a gyorsreaktorok biztonságosabbak, mint a hagyományos termikus reaktorok. Nincs bennük nagy nyomás, nincs gőz-cirkónium reakció veszélye stb. Másrészt a neutronmezők intenzitása és a munkaterület hőmérséklete magasabb, az acél, amely mindkét paraméter mellett megőrzi tulajdonságait, nehezebben és költségesebben előállítható. Ezenkívül a víz nem használható hűtőközegként egy gyorsreaktorban. Maradványok: higany, nátrium és ólom. A higanyt nagy korrozivitása miatt eltávolítják. Az ólmot olvadt állapotban kell tartani - az olvadáspont 327 fok. A nátrium olvadáspontja 98 fok, tehát eddig minden gyorsreaktor nátrium hűtőközeggel készült. De a nátrium túl hevesen reagál vízzel. Ha az áramkör megsérült… Ahogy az 1995-ben a "Monju" japán reaktornál történt. Általában a gyorsak túl nehéznek bizonyultak.

Ne aggódj, nem fagy le

„Ne aggódjon, a Brest-300-as reaktorunkban az ólom nemcsak hogy soha nem szilárdul meg, de soha nem is hűl 350 fok alá” – mondta a BREST-OD-300 projekt vezetője a Lente.ru-nak. Andrej Nyikolajev … - Speciális rendszerek és rendszerek felelősek ezért. Ez egy teljesen új projekt, aminek semmi köze a tengeralattjárókon lévő ólom-bizmut reaktorokhoz. Itt mindent a legújabb fejlesztések, technológiák és eredmények figyelembevételével fejlesztettek ki. Lesz a világ első ólomhűtéses gyorsreaktora … Nem véletlenül hívják „áttörésnek”. Ön előtt a jövő vállalkozása – egy negyedik generációs atomerőmű zárva üzemanyagciklus.

Nem mászhattam fel az építkezésen – ez titkos információ. Nekik sem volt szabad fényképezni, így a képek nem az enyémek. Olyan személy készítette, akinek előre elmagyarázták, milyen szögekből lehet egy tárgyat megörökíteni, és milyen szögekből lehetetlen. De Andrej Nyikolajev részletesen elmagyarázta, miért és milyen sorrendben épül a három prorivi erőmű, és hogyan épül fel az atomerőmű urán nélkül is működhet.

A vállalkozás a következőkből fog állni három gyár: üzemanyag-előállító üzem, maga a reaktor és üzemanyag-újrafeldolgozó üzem. Az üzemanyag-gyártó üzemben teljesen új összetételű fűtőelemeket fognak gyártani, amelyeknek a világon nem volt analógja. Ez egy vegyes nitrid urán-plutónium üzemanyag - MNUP. A hasadóanyag az új reaktorban lesz plutónium … És az urán-238, amely önmagában nem hasadó, termikus neutronokkal lesz besugározva, és plutónium-239-vé alakul. Vagyis a Brest-300-as reaktor hőt, áramot termel majd, és emellett , készítsen üzemanyagot magának.

Két legyet egy csapásra

A mai világban dolgoznak 449 békés ipari atomreaktor és további 60 építés alatt áll. Ezen reaktorok múltbeli és jövőbeli működése során felmerül egy tervezett probléma - a kiégett fűtőelem-kazetták. Először speciális fürdőkbe helyezik őket, ahol évekig „lehűlnek”. Ezután a "hűtött" fűtőelemeket "száraz" tárolókban tárolják, ahol nagy mennyiségben halmozódnak fel. A hulladékszerelvények feldolgozásának kapacitása többszöröse a szükségesnek. Miért? Mert nagyon nehéz és drága.

A Breakthrough projekt saját üzemanyag-feldolgozó üzemet épít majd. Ahogy sejtheti, Ez az üzem nem csak a kiégett üzemanyagot semmisíti meg, hanem nyersanyagot ad ki új szerelvényekhez … A régi tüzelőanyag-rudakat savban, esetleg kénben oldják fel, majd az üzemben komplex kémiai technológiákat alkalmazva elemenként szétválasztják az oldatot. A szükségtelent kondicionálják és elássák, a szükségeset felhasználják. Az új üzemanyag alapanyagain kívül a vállalat a régi szerelvényekből kivonja a nehéz elemek legritkább izotópjait, amelyek az orvostudományban, a tudományban és az iparban keresettek.

A 300 megawattos reaktorteljesítményt egyébként nem véletlenül választották. Ennél a teljesítménynél annyi plutóniumot termel, amennyit elfogy. Ugyanaz a nagyobb teljesítményű reaktor több üzemanyagot termel, mint amennyit fogyaszt. Tehát a breszti reaktor a feltöltést követően úgy fog működni, mint egy közönséges Perpetuum Mobile. Csak kis mennyiségű szegényített uránra lesz szükség. Nos, és az urán-238-at, mint már említettem, ekkora mennyiségben halmoz fel az atomipar ami örökké tart.

Nagy serpenyő

- Hogy el tudjon képzelni egy reaktort - folytatja Andrej Nyikolajev. - Ez egy 17 méter magas és 26 méter átmérőjű serpenyő. Az üzemanyag-kazettákat leeresztik benne. Hőcserélő - olvadt ólom kering rajta. Minden berendezés csak orosz gyártásból és csak orosz gyártásba. Ez egy teljesen biztonságos reaktor lesz, egységnyi reaktivitási rátával. Vagyis a fizika törvényeinek megfelelően egyszerűen nincs elég reakcióképessége a gyorsításhoz. Nagyszabású balesetek nem történhetnek rajta. Soha nem lesz szükség a lakosság evakuálására. Bármilyen hiba, ha megtörténik, nem lépi túl a vállalati épület határait. Még a feltételezett baleset következtében a légkörbe történő kibocsátás sem fog bekövetkezni.

A Brest-300-as reaktorban bevezetik a hűtőfolyadék automatikus tisztítását. Az új reaktor hűtőközegét, vagyis az ólmot soha nem kell cserélni. Ez kiküszöböli a hagyományos nukleáris energia másik problémás pazarlását, az LRW-t.

A problémák menet közben megoldódnak

A Brest-300 projekt szerzői a Dollezhalról elnevezett NIKIET. A pénz időben megtörtént, az építkezés a tervezett ütemben halad, elsőként az üzemanyaggyártó üzem kezdi meg működését. A reaktor beindítását 2024-re tervezik … Ezután az üzemanyag-újrafeldolgozó modul befejeződik. Az építkezéssel párhuzamosan folytatódik a K+F munka. A munkálatok eredményeként az építkezésen időszakonként változások történnek, így a végső végső időpontot nem nevezik meg.

A bresti projektnek vannak ellenzői tudományos körökben. Ez érthető is, a projekt nyerte a pályázatot, melyben több jeles intézet is részt vett. A kritikusok szerint a Brestben használt technológiák befejezetlenek. Különösen megkérdőjelezik az ólomolvadék hőhordozóként való használatát, és így tovább, és így tovább. Nem megyünk bele a részletekbe, túl bonyolultak és kétértelműek. Másrészt miért ne bízhatnánk meg atomtudósainkban? Az összes projekt, amelyet a Szovjetunió, majd Oroszország végrehajtott az atomiparban, egy lépéssel megelőzte nyugati és keleti társaikat. Tehát mi okunk van azt hinni, hogy ezúttal másképp alakulnak a dolgok? Szerintem örülj a Roszatomnak és a TVEL-nek és egyben önmagadnak is, mert ez van a miénk vállalat.