Российским решением проблемы минорных актинидов должны стать инновационные реакторы на быстрых нейтронах.
Российские атомщики совершили «Прорыв» за всё человечество
Раньше в российские реакторы на быстрых нейтронах загружали обычное урановое топливо, так как на них отрабатывали натриевые технологии. Реакторы на быстрых нейтронах — более безопасные, кроме того, они способны повысить эффективность использования сырья и обращения с отходами, говорится на сайте World Nuclear Association. Против продаж реакторов на быстрых нейтронах резко выступает США.
АО "ТВЭЛ" представило инновационные решения для замыкания ядерного топливного цикла
В чем радиоэкологические преимущества реакторов на быстрых нейтронах и почему проблема замыкания ядерного топливного цикла касается каждого? Блок № 4 Белоярской АЭС оснащен реактором на быстрых нейтронах БН-800 установленной электрической мощностью более 800 МВт. То есть в отработавшем топливе реактора на быстрых нейтронах можно добиться выхода делящегося вещества равного или большего, чем было загружено в него изначально. Более того, реакторы на быстрых нейтронах позволяют реализовать замкнутый топливный цикл, поскольку «сжигается» только уран-238, после переработки (извлечения продуктов деления и добавления новых порций урана-238) топливо можно вновь загружать в реактор. Рассказываем, как устроены реакторы на быстрых нейтронах и почему они могут в корне изменить наше представление об энергетике. Более того, реакторы на быстрых нейтронах позволяют реализовать замкнутый топливный цикл, поскольку «сжигается» только уран-238, после переработки (извлечения продуктов деления и добавления новых порций урана-238) топливо можно вновь загружать в реактор.
Радиационные явления в реакторных материалах обсудили в Обнинске
Блок № 4 Белоярской АЭС оснащен реактором на быстрых нейтронах БН-800 установленной электрической мощностью более 800 МВт. И реактор на быстрых нейтронах немного уменьшает их количество. отметил директор Белоярской АЭС Иван Сидоров. важный этап в развитии технологий реакторов на быстрых нейтронах и замыкания ядерного топливного цикла в России.
Ядерный спор: Ученый и "Росатом" разошлись в вопросе о развитии отрасли
Атомный феникс для вечного двигателя Как в России используют топливо, которое, сгорая, восстанавливается Наука 03. Вы купили автомобиль, залили полный бак бензина и забыли о заправках — потому что его не нужно больше никогда заправлять. Или закинули в топку космического корабля брикеты, через несколько лет достали их, стряхнули сажу от сгоревшей упаковки, обернули в новую — и снова заправили ими двигатель. Как скоро эти мечты станут реальностью? Пока неизвестно. 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.
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. При работе такого реактора происходит очень интенсивное выделение нейтронов, которые поглощаются слоем урана-238, расположенного вокруг активной зоны. Этот уран превращается в плутоний-239, который затем тоже может использоваться в реакторе как делящийся элемент.
По словам Никипелова, такие реакторы строятся раз в 50 лет и это «действительно штучный продукт». На базе МБИР планируют создать международный центр исследований, в рамках которого зарубежные участники смогут выполнять эксперименты. Строительство МБИР началось в 2015 году.
По своей функциональности он полностью покрывает возможности реактора БОР-60. При вводе МБИР в активную эксплуатацию старый реактор остановят.
С конца 2022 года реактор БН-800 работает на МОКС-топливе, то есть смеси оксидов урана и плутония, «утилизируя» последний в том числе технология подходит для переработки оружейного плутония.
Сейчас же реактор БН-800 готовят к работе на экспериментальном топливе с содержанием упомянутых минорных актиноидов, что, по заявлениям Росатома, должно замкнуть ядерный топливный цикл. К тому же реакторы на быстрых нейтронах могут вовлекать в реакцию природный уран-238, что увеличивает общую долю топлива, которую можно «выжечь» в реакторе. Если эксперимент удастся, реактор БН-800 сможет питаться «отработкой» других реакторов, вторично используя ОЯТ и расширяя топливную базу для атомной энергетики.
Звучит заманчиво, не так ли? Теперь слово Андрею Ожаровскому, далее — его мнение от первого лица. Первая причина, почему использование таких реакторов — это тупиковый путь: потому что это дорого.
То есть они сами же признают, что мы экономически убыточны, и дальше начинается свистопляска про то, что всё это хорошо, прогрессивно и ново. Но чтобы понять, насколько это ново, скажу так: во Франции реакторы с натриевым теплоносителем на быстрых нейтронах под названием «Феникс» и «Суперфеникс» работали, причем второй имел мощность 1200 МВт, то есть был абсолютно нормальным промышленным энергоблоком. И реакторы такого типа были отключены французами, потому что приносили убытки.
Там не случилось катастроф, но такие реакторы сложно поддерживать в стабильном состоянии, поэтому они отключались, чтобы спасти Францию и мир от нового Чернобыля. И эти отключения еще больше убивали экономику процесса. То есть почти треть времени энергоблок простаивал, электроэнергию не производил...
В 2021 году Андрей Ожаровский помог найти и обезвредить источник довольно мощного радиоактивного излучения на улице Труда Источник: Артем Краснов Что касается тезиса, что реактор работает на радиоактивных отходах — это, знаете, пересказ ядерной физики для третьеклассников. Главная проблема в том, что вы не можете взять ОЯТ из одного реактора и загрузить в другой так, чтобы это было безопасно. Грубо скажу: нельзя дерьмом одного человека накормить другого.
То есть можно, если сделать сначала компост, а потом вырастить на нём кабачки. И вот об этой стадии компоста атомщики умалчивают: плутоний и минорные актиноиды нужно сначала выделить из ОЯТ на очень сложном радиохимическом производстве. А где у нас такое делают?
Например, на ПО «Маяк», то есть нужно или новое предприятие такого типа, или новый завод на самом «Маяке», что и опасно, и недешево. Если говорить про использование в реакторе БН-800 оксидного уран-плутониевого топлива МОКС, от английского mixed oxides , то основная проблема — в его дороговизне и экологической опасности. Но на практике это не так: при выделения из отработавшего ядерного топлива плутония, который должен пойти на производство МОКС-топлива, на комбинате «Маяк» образуются огромные объемы вторичных радиоактивных отходов.
Россия запустила модель Реактора будущего или «Секрет» поставок урана в США
И реактор на быстрых нейтронах немного уменьшает их количество. Новый перспективный отечественный реактор БРЕСТ на быстрых нейтронах решает одновременно множество проблем. Элементы многоцелевого исследовательского реактора на быстрых нейтронах (МБИР) отправлены из Волгодонска в Димитроград на место постоянной сборки. В реакторах на быстрых нейтронах обходятся без замедлителей. Выполнены запланированные исследования в обоснование безопасности многоцелевого исследовательского реактора на быстрых нейтронах МБИР и продления сроков эксплуатации БОР-60. Причина, по которой нет плутониевых реакторов на быстрых нейтронах, впрочем, весьма простая.
В России до сих пор работают 10 ядерных реакторов «чернобыльского типа». Безопасны ли они?
Научно-техническая конференция «Развитие технологии реакторов на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем БН-2023 » 05 октября 2023 С 4 по 5 октября в АО «ОКБМ Африкантов», Нижний Новгород, состоялась отраслевая научно-техническая конференция «Развитие технологии реакторов на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем БН-2023 », посвящённая 50-летию пуска первого в мире опытно-промышленного энергетического реактора на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем БН-350. На конференции был представлен широкий спектр докладов, касающихся перспектив развития технологий быстрых натриевых реакторов в России и за рубежом, нейтронной физики, теплоносителя, перспективных конструкционных материалов и оборудования.
И это самое важное. Да, они планируют снизить опасность одних элементов, но они не уничтожат их, не превратят в абсолютно нерадиоактивную вещь, просто переведут в другое состояние. Трансмутация — это тупиковый путь. Ведь менее опасным является их нахождение в составе ОЯТ, где основной радиационный фон создается гамма-активными продуктами деления, и они сильно разбавлены в большой массе менее радиоактивного материала. Кроме минорных актиноидов в РАО и ОЯТ содержатся сотни других изотопов, а такие долгоживущие радионуклиды, как технеций-99 и йод-129 с периодом полураспада 211 тыс.
Руины непостроенной Южно-Уральской АЭС: здесь также планировали использовать реакторы типа БН Источник: Артем Краснов Таким образом, технология «выжигания» в реакторах или «трансмутации», если она будет разработана, даже в теории не сможет перевести все радиоактивные отходы в менее опасные формы. Конечно, научные исследования в этой области могут быть продолжены. Но следует понимать, что эксперименты на «быстрых» реакторах сами по себе увеличивают их опасность и приводят к наработке, например, нептуния-237, который, по идее, должен был «выжигаться». Возможно для трансмутации придётся строить совершенно новые ядерные реакторы или существенно модернизировать действующие БН. Например, один из проектов предполагает прокладку через активную зону реактора трубы, по которой могли бы прокачиваться подлежащие трансмутации радионуклиды. Это может привести к изменению — не в лучшую сторону — и ядерно-физических, и тепломеханических характеристик реактора.
К тому же для осуществления трансмутации в промышленных масштабах потребуется создание новых весьма дорогих и опасных радиохимических производств. Если они заработают, это приведет к многократному увеличению объемов радиоактивных отходов. В сухом остатке получаем, что весь этот замкнутый ядерный топливный цикл не ведет к улучшению экономических или экологических параметров. Все финансовые вложения сейчас выносятся за скобочки. Росатом хочет, чтобы федеральная программа профинансировала строительство химического производства, и потом бы в отчетах говорилось, что мы сделали то, чего никто в мире не умеет. А никто в мире просто не хочет эксплуатировать натриевые реакторы — и в этом всё дело.
Обновлено 04. В ответе, который поступил в адрес редакции 74. RU, сообщается: «Все реакторы БН до настоящего момента являлись единственными в мире, и как любое уникальное производство — дорогостоящими. Как раз следующий БН-1200М призван стать образцом для серийного строительства быстрых реакторов, по стоимости он будет сопоставим с ВВЭР. Эксперименты на работающем реакторе с минорными актинидами никто не ставит.
Специалисты полагают, что данная инновация фактически превращает БН-800 в вечный ядерный реактор.
Облученное ядерное топливо с прочих атомных электростанций теперь можно повторно использовать после специальной переработки. Эксперты подчеркивают, что это событие можно считать ярким примером воплощения идеи мирного атома, работающего на благо всего человечества.
Однако определение после взрыва изотопов ксенона в Череповце, что в 370 километрах от Москвы, указывает по словам Де Геера на то, что первый взрыв был на самом деле выбросом радиоактивного газа, выстрелившего на несколько километров в атмосферу. Что изменили в реакторах РБМК после чернобыльской катастрофы? Дополнительные сооружения при атомной станции.
О реальном масштабе случившегося из-за медлительности властей и также халатности на местах общество узнало далеко не сразу. Советские СМИ не сразу сообщили о катастрофе. Первая информация о последствиях взрыва появилась в шведских СМИ после того, как над страной появилось радиоактивное облако. В отсутствии достоверной информации и внятных комментариев со стороны властей зарубежные издания стали распространять непроверенные данные, основанные на слухах. Советские газеты в ответ обвинили «определенные круги» за рубежом в попытках нагнетать обстановку.
Михаил Горбачёв обратился к советским гражданам только 14 мая, спустя почти три недели после катастрофы. Кроме того, это положило начало новой эре международной кооперации по вопросам ядерной безопасности. В августе 1986 года Международное агентство по атомной энергии провело конференцию в Венне, где советские ученые проявили беспрецедентный для того времени уровень открытости, сообщив подробности инцидента, говорит Де Геер, который также присутствовал на той конференции. После жуткой аварии в конструкцию работающих РБМК-1000 были внесены изменения: стало использоваться более обогащенное топливо, было увеличено количество управляющих стержней, введены дополнительные ингибиторы для избежания потери контроля над реактором при низких мощностях. Три оставшихся реактора Чернобыльской АЭС находились в эксплуатации до 2000 года.
В Литве также оставались два РБМК, которые впоследствии были закрыты по требованию после того, как страна стала членом Европейского союза. К настоящему моменту четыре эксплуатирующихся РБМК находится в Курске, три в Смоленске и еще три в Санкт-Петербурге четвертый был закрыт в декабре 2018 года. Вряд ли можно повысить безопасность РБМК в целом до уровня, который можно ожидать от аналогичного реактора западного образца», — добавляет Эдвин Лайман. В дополнение к этому Де Геер отмечает, что эти реакторы не предусматривают наличие защитных систем полной локализации, которая имеется у реакторов западного образца. Эти системы представляют собой щиты из свинца и стали и предназначены для удержания радиоактивного газа или пара от выбросов в атмосферу в случае аварии.
Необходим более жесткий контроль Инженеры лицом к лицу сталкиваются с проблемами атомных станций и должны их преодолевать. Несмотря на потенциал последствий аварии на АЭС для всего мирового сообщества по-прежнему не существует международных соглашений, в которых было бы четко прописано, что именно можно считать «безопасной» атомной электростанцией, говорит Лайман. Он отмечает, что Конвенция о ядерной безопасности требует от стран полной прозрачности в отношении принятых мер безопасности эксплуатации АЭС и допускает экспертную оценку этих систем, но законодательно не существует никаких принудительных механизмов и санкционных мер по соблюдению этих требований. Отдельные страны имеют свои независимые регулирующие органы, однако их независимость ограничивается тем, насколько им ее обеспечивают местные органы власти, говорит Лайман.
Мировой прорыв: уникальный реактор скоро заработает в Сибири
Реализация программы научных исследований позволила оптимизировать логистику обращения с регенерированным сырьем и сократить время обращения с ядерным материалом от переработки ОЯТ до загрузки топлива в реактор. Кроме того, в прогнозном балансе сырья и мощностей Госкорпорации «Росатом» с 2023 по 2035 годы по результатам оценки всех сырьевых источников и потребностей также поставлена задача по поэтапному переводу энергоблоков ВВЭР-1200 и ВВЭР-ТОИ на ядерное топливо из регенерированного урана. Еще больший экономический эффект на всем жизненном цикле атомной станции даст внедрение уран-плутониевого ядерного топлива за счет комплексного подхода к многократному рециклу ядерных материалов, переработке ОЯТ и экологичному обращению с отходами. Эта технология подразумевает повторное использование не только плутония, но и остаточного количества урана-235. По сравнению с западноевропейским аналогом уран-плутониевого топлива для легководных реакторов его преимущество в том, что РЕМИКС-топливом можно загрузить активную зону не частично а полностью, а также в возможности многократного рециклирования ОЯТ. Это следующий шаг российской науки в замыкании ядерного топливного цикла, ранее технология МОКС-топлива использовалась только для реактора на быстрых нейтронах БН-800.
На конференции был представлен широкий спектр докладов, касающихся перспектив развития технологий быстрых натриевых реакторов в России и за рубежом, нейтронной физики, теплоносителя, перспективных конструкционных материалов и оборудования. ЦАИР частного учреждения «Наука и инновации» был представлен доклад «История и перспективы развития зарубежных проектов реакторов с быстрым спектром нейтронов и натриевым теплоносителем», включающий анализ ретроспективы развития быстрых натриевых реакторов за рубежом, описание текущих зарубежных проектов реакторов типа БН и национальных программ поддержки их развития, а также результаты многокритериального сравнения данной технологии с другими инновационными реакторными системами.
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. Отработанная технология позволила осуществить пуски реакторов БН-600, БН-800. Сегодня ведутся работы по созданию более крупного коммерческого ректора на быстрых нейтронах — БН-1200.
Владимир Путин и Си Цзиньпин в марте 2023 г объявили о заключении долгосрочного соглашения о продолжении разработки так называемых реакторов на быстрых нейтронах.
Конгресс США добивается от Белого дома принятия мер по пресечению "опасных", по его мнению, связей между "Росатомом" и Китайской национальной ядерной корпорацией. Пентагон считает передачу реакторов ключом к китайской программе вооружений. Россия остается главным мировым поставщиком атомных технологий и топлива.