Rusko udělalo průlom v jaderné energetice

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-16 16:00

Projekt "Breakthrough" - jaderný reaktor Brest-300 ve výstavbě poblíž Tomska otevře novou stránku v energetickém sektoru Země. Rusko vytváří jako první na světě Perpetuum Mobile s výkonem 300 MW – jadernou elektrárnu s uzavřeným palivovým cyklem. Projekt se samozřejmým názvem „Breakthrough“slibuje energii bez nebezpečí, bez těžby uranu a překonává konkurenty o desítky let…

Čtyřicet tři hektarů území, šedé monolitické stěny, armatury hojně trčící do nebe, jeřáby a 600 dělníků. O tři roky později na tomto místě, v uzavřeném městě Seversk, 25 kilometrů od Tomsk, začne pracovat první na světěPerpetuum Mobile o výkonu 300 megawattů je jaderná elektrárna s uzavřeným palivovým cyklem a roztaveným olovem jako chladivem. Podnik se nazývá experimentální, protože supertechnologie pro něj jsou zatím počítány pouze na matematických modelech. Po jejich kontrole na fungujícím reaktoru však naši jaderní vědci obdrží referenční jadernou elektrárnu nové generace, odtržení od konkurentů Toshiba, Areva a dalších na desítky let. Projekt, který má samozřejmý název „ Průlom “, slibuje energii bez nebezpečía nejdůležitějsí, bez těžby uranu.

Skeptici a mírumilovný atom

Pár slov pro ty, kteří považují mírumilovný atom za přežitek. Potřeba energie lidstva se každých 20 let zdvojnásobí. Spalováním ropy a uhlí vzniká ročně asi půl miliardy tun oxidu siřičitého a oxidů dusíku, tedy 70 kilogramů škodlivých látek na každého obyvatele země. Použití jaderných elektráren tento problém odstraňuje. Zásoby ropy jsou navíc omezené a energetická náročnost jedné tuny uranu-235 se přibližně rovná energetické náročnosti dvou milionů tun benzínu.

Důležitá je také cena. Ve vodní elektrárně stojí kilowatthodina elektřiny 10-25 kopejek, ale hydroenergetický potenciál ve vyspělém světě je prakticky vyčerpán. Na uhelných nebo mazacích stanicích - 22-40 kopecks, ale vznikají problémy s životním prostředím. V průmyslových větrných a solárních elektrárnách - 35-150 kopecks, trochu drahé, a kdo zaručuje stálý vítr a nepřítomnost mraků. Primární cena atomové energie je 20-50 kopejek, je stabilní, vytváří mnohem méně ekologických problémů než spalování ropy a uhlí, její potenciál je neomezený.

Nakonec se ukázalo, že ruský mírový atom je téměř mimo konkurenci. V roce 2010, kdy po 24letém chladu mnoho zemí znovu chtělo postavit jaderné elektrárny, se naše reaktory ukázaly jako levnější a o nic horší než japonské, francouzské a americké prototypy. Navíc my, na rozdíl od konkurence , celá ta léta jsme stavěli jaderné elektrárny - Rosatom měl co ukázat potenciálnímu zákazníkovi.

Vedení státní korporace se vzniklého handicapu kvalifikovaně zbavilo. V důsledku toho společnost Westinghouse Electric loni zkrachovala. Toshiba, která dříve koupila Westinghouse Electric, je na cestě. Finanční kondice Arevy také není záviděníhodná. Na druhou stranu na Atomexpo-2016 přijely delegace z 52 zemí. 20 z těchto zemí dosud nemělo jadernou energii. Nyní se objeví poprvé v Egypt, Vietnam, Turecko, Indonésie, Bangladéš – naše ruské jaderné elektrárny.

Hluboké peklo

Hlavním problémem dnešní jaderné energetiky je pohonné hmoty … Na Zemi je 6,3 milionu tun ekonomicky vytěžitelného uranu. Pokud se vezme v úvahu růst spotřeby, vydrží asi 50 let. Cena je dnes asi 50 dolarů za kilogram rudy, ale protože se do těžby zapojují méně výnosná ložiska, vyšplhají se na 130 dolarů za kilogram a více. Existují samozřejmě vytěžené zásoby, a ne malé, ale nejsou věčné.

Uran se těžko těží resp velmi obtížné … V hornině uranové rudy je asi 0,1–1 procento, plus nebo mínus. Ruda se vyskytuje v hloubce asi kilometr. Teploty v dolech přesahují 60 stupňů Celsia. Vytěžená hornina se musí rozpustit v kyselině, častěji v kyselině sírové, aby se z roztoku izolovala uranová ruda. V některých ložiskách je kyselina sírová okamžitě čerpána do země, takže později může být odebrána spolu s rozpuštěným uranem. Existují však uranové horniny, které se v kyselině sírové nerozpouštějí …

Konečně pouze v čistém uranu 0,72 procenta požadovaný izotop je uran-235. Stejný, na kterém pracují jaderné reaktory. Pro zvýraznění jde o samostatnou bolest hlavy. Uran se přemění na plyn (hexafluorid uranu) a prochází kaskádami odstředivek rotujících rychlostí asi dva tisíce otáček za sekundu, kde se odděluje lehká frakce od těžké. Skládka - uran-238 se zbytkovým obsahem uranu-235 0,2-0,3 procenta byla v 50. letech jednoduše vyhozena. Pak ho ale začali ukládat ve formě pevného fluoridu uranu do speciálních nádob pod širým nebem. Za 60 let se Země nashromáždila asi dva miliony tun fluoridu uranu-238 … Proč je uchováván? Pak se uran-238 může stát palivem pro rychlé jaderné reaktory, s nimiž měli jaderní vědci až dosud obtížné vztahy.

Celkem bylo ve světě postaveno 11 průmyslových reaktorů s rychlými neutrony: tři v Německu, dva ve Francii, dva v Rusku, po jednom v Kazachstánu, Japonsku, Velké Británii a Spojených státech. Jeden z nich, SNR-300 v Německu, nebyl nikdy vypuštěn. Osm dalších je zastaveno. Odešli dva pracovníci … Kde si myslíš? Přesně tak, dál JE Bělojarsk.

Na jedné straně jsou rychlé reaktory bezpečnější než klasické tepelné reaktory. Není v nich vysoký tlak, nehrozí paro-zirkoniová reakce a tak dále. Na druhou stranu je intenzita neutronových polí a teplota v pracovní oblasti vyšší, ocel, která by si zachovala své vlastnosti při obou parametrech, je obtížnější a dražší na výrobu. V rychlém reaktoru navíc nelze jako chladivo použít vodu. Zbývají: rtuť, sodík a olovo. Rtuť je eliminována díky své vysoké korozivnosti. Olovo musí být udržováno v roztaveném stavu - teplota tavení je 327 stupňů. Teplota tání sodíku je 98 stupňů, takže všechny rychlé reaktory byly dosud vyrobeny se sodíkovým chladivem. Sodík ale reaguje s vodou příliš prudce. Pokud by byl okruh poškozen… Jak se to stalo v japonském reaktoru "Monju" v roce 1995. Obecně se ty rychlé ukázaly jako příliš obtížné.

Nebojte se nezmrzne

„Nebojte se, olovo v našem reaktoru Brest-300 nejen že nikdy neztuhne, ale nikdy se neochladí pod 350 stupňů,“řekl Lente.ru vedoucí projektu BREST-OD-300. Andrej Nikolajev … - Za to jsou zodpovědná speciální schémata a systémy. Jedná se o zcela nový projekt, který nemá nic společného s olověnými vizmutovými reaktory, které byly na ponorkách. Vše zde bylo vyvinuto s ohledem na nejnovější vývoj, technologie a úspěchy. Bude to první rychlý reaktor na světě chlazený olovem … Ne nadarmo se mu říká „Breakthrough“. Před vámi je podnik budoucnosti – čtvrtá generace jaderné elektrárny s Zavřeno palivový cyklus.

Nesměl jsem lézt na stavbu - to je utajovaná informace. Také se nesměli fotit, takže fotky nejsou moje. Dělal je člověk, kterému bylo předem vysvětleno, z jakých úhlů je možné předmět zachytit, a z jakých naopak nemožné. Ale Andrey Nikolaev podrobně vysvětlil, proč a v jakém pořadí se staví tři elektrárny Proryv a jak jaderná elektrárna může fungovat bez uranu.

Podnik se bude skládat z tři továrny: závod na výrobu paliva, samotný reaktor a závod na přepracování paliva. Závod na výrobu paliv bude vyrábět zcela nové složení palivových článků, které nemělo ve světě obdoby. Jedná se o směsné nitridové palivo uran-plutonium - MNUP. Štěpný materiál v novém reaktoru bude plutonium … A uran-238, který sám o sobě není štěpný, bude ozářen tepelnými neutrony a změní se na plutonium-239. To znamená, že reaktor Brest-300 bude vyrábět teplo, elektřinu a další , připravte si palivo pro sebe.

Dvě mouchy jednou ranou

V dnešním světě se pracuje 449 mírové průmyslové jaderné reaktory a 60 dalších je ve výstavbě. Při provozu těchto reaktorů, minulých i budoucích, vzniká plánovaný problém – kazety s vyhořelým palivem. Nejprve se vloží do speciálních lázní, kde se několik let „ochlazují“. Poté se „ochlazené“palivové články skladují v „suchých“skladovacích zařízeních, kde se hromadí ve velkém množství. Kapacita pro zpracování odpadních souborů je několikanásobně menší, než je nutné. Proč? Protože je to velmi obtížné a drahé.

Projekt Breakthrough vybuduje vlastní závod na zpracování paliva. Jak asi tušíte, Tento závod nejen zničí vyhořelé palivo, ale vydá suroviny pro nové sestavy … Staré palivové tyče budou rozpuštěny v kyselině, případně sírové, následně v závodě pomocí složitých chemických technologií bude roztok separován prvek po prvku. Nepotřebné se podmiňuje a pohřbívá, potřebné se používá. Kromě surovin pro nové palivo bude podnik extrahovat ze starých agregátů nejvzácnější izotopy těžkých prvků, které jsou žádané v lékařství, vědě a průmyslu.

Mimochodem, výkon reaktoru 300 megawattů nebyl zvolen náhodou. Při tomto výkonu vyrobí tolik plutonia, kolik spotřebuje. Stejný reaktor s vyšším výkonem vyrobí více paliva, než spotřebuje. Takže po naložení bude Brestský reaktor fungovat jako obyčejný Perpetuum Mobile. Bude zapotřebí pouze malá zásoba ochuzeného uranu. No a uran-238, jak jsem již zmínil, jaderný průmysl hromadí v takovém množství že to bude trvat navždy.

Velký kastrol

- Abyste si uměli představit reaktor, - pokračuje Andrej Nikolaev. - Toto je pánev 17 metrů vysoká a 26 metrů v průměru. Budou se do něj spouštět palivové soubory. Bude jím cirkulovat výměník tepla - roztavené olovo. Veškeré vybavení pouze z a do ruské výroby. Bude to zcela bezpečný reaktor s rezervou reaktivity menší než jedna. To znamená, že v souladu s fyzikálními zákony prostě nemá dostatečnou reaktivitu k urychlení. Rozsáhlé havárie na něm nejsou možné. Evakuace obyvatelstva nebude nikdy vyžadována. Jakékoli selhání, pokud k němu dojde, nepřekročí hranice podnikové budovy. Nedojde ani k emisím do atmosféry v důsledku hypotetické havárie.

V reaktoru Brest-300 bude zavedeno automatické čištění chladiva. Chladivo nového reaktoru, tedy olovo, nebude nikdy potřeba vyměňovat. Odpadá tak další problematické plýtvání tradiční jadernou energií – LRW.

Problémy se řeší za pochodu

Autory projektu Brest-300 jsou NIKIET pojmenované po Dollezhalovi. Peníze jsou přidělovány včas, stavba probíhá plánovaným tempem, jako první začne fungovat továrna na výrobu paliv. Spuštění reaktoru je naplánováno na rok 2024 … Poté bude modul přepracování paliva dokončen. Souběžně s výstavbou pokračují výzkumné a vývojové práce. V důsledku těchto prací jsou na konstrukci pravidelně prováděny změny, takže konečný konečný časový bod není pojmenován.

Brestský projekt má v akademických kruzích odpůrce. Je to pochopitelné, projekt zvítězil v soutěži, které se účastnilo několik dalších významných ústavů. Kritici tvrdí, že technologie používané v Brestu jsou nedokončené. Zejména zpochybňují použití taveniny olova jako nosiče tepla a tak dále a tak dále. Nebudeme zabíhat do podrobností, jsou příliš složité a nejednoznačné. Na druhou stranu, proč bychom neměli věřit našim atomovým vědcům? Všechny projekty, které SSSR a po něm Rusko v jaderném průmyslu dělaly, byly o krok napřed před svými západními a východními protějšky. Jaký máme důvod věřit, že tentokrát to dopadne jinak? Zdá se mi, že byste měli být rádi za Rosatom a TVEL a zároveň za sebe, protože tohle je náš korporace.