Общество

8 июня 2021, 22:00

Уникальный реактор обеспечит энергетическое будущее России

Фото: Росатом/YouTube

Фантастически сложное и в такой же степени перспективное техническое сооружение начинает создаваться в России. Речь идет о строительстве принципиально нового ядерного энергоблока БРЕСТ-300-ОД. Чем уникальна эта АЭС и почему именно она критически важна для будущего всей ядерной энергетики, и не только в нашей стране?

8 июня 2021 года в городе Северске Томской области состоялась заливка первого бетона на стройке опытно-демонстрационного энергоблока БРЕСТ-300-ОД. Новый ядерный реактор на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем должен стать демонстратором уникальной технологии – полностью замкнутого ядерного топливного цикла.

На одной площадке, кроме энергетического реактора, расположатся завод по фабрикации топливных элементов и предприятие по переработке отработанного ядерного топлива. Это позволит энергоблоку БРЕСТ не только обеспечивать себя самого новым топливом, но и нарабатывать ядерное топливо для других реакторов.

«Благодаря переработке ядерного топлива бесконечное количество раз ресурсная база атомной энергетики станет практически неисчерпаемой. При этом для будущих поколений снимается проблема накопления отработавшего ядерного топлива» – такими словами во время церемонии описал значение происходящего генеральный директор госкорпорации «Росатом» Алексей Лихачев.

Пока что такими технологиями не обладает ни одна страна в мире: Россия станет первой державой, которая сможет осуществить столь сложное и смелое начинание.

Свинец вместо воды

Суть технологии замкнутого ядерного цикла проста в принципиальной идее, но предельно тяжела в конкретной реализации. Для описания проблемы придется погрузиться в подробности работы ядерного реактора.

При делении любого тяжелого ядра, будь то уран, торий или плутоний, оно испускает два–три «лишних» нейтрона. Свободный нейтрон живет недолго. Обычно его поглощают соседние атомы – топлива, конструкций реактора, его теплоносителя. Если нейтрон поглотила конструкция реактора или теплоноситель, это приводит к «наведенной» радиоактивности – часто нейтроны превращают устойчивые ядра в нестабильные, склонные к последующему распаду. В обычных реакторах на легкой воде (например серии ВВЭР, которая сейчас является основной для реакторов российской конструкции) такой процесс вызывает накопление в водяном теплоносителе тяжелого изотопа водорода – трития. Тритий потом приходится выделять путем сложных манипуляций – или же ждать, пока реакторная вода естественным образом очистится от него в результате радиоактивного распада.

Используемый в реакторе БРЕСТ свинцовый теплоноситель является радиационно стойким и слабо активируемым. Это означает, что жидкий свинец, из которого он состоит, крайне неохотно поглощает нейтроны и практически не накапливает наведенную радиоактивность. Ну и, наконец, свинец химически пассивен при контакте с водой и воздухом, что исключает химические или тепловые взрывы при разгерметизации первого контура реактора. В случае нарушения герметичности контура свинец просто вытечет наружу, остынет и перейдет в твердое состояние, еще и закрыв такой «пробкой» место протечки.

Еще одной особенностью свинца является его высокая температура кипения, составляющая 1749 °C при нормальном давлении. За счет избыточного давления внутри контура теплоносителя свинец в реакторе БРЕСТ циркулирует при температуре 1751 °C, находясь в жидком состоянии возле точки кипения. Такая высокая температура очень привлекательна для любого термодинамического цикла, который всегда работает от разности температур.

В частности, турбина БРЕСТ сможет работать на водяном паре сверхкритических параметров (до 600 °C), что значительно выше температуры паровых турбин современных АЭС, пар для которых никогда не превышает критическую отметку по температуре – 374 °C. А это, в свою очередь, позволит энергоблоку БРЕСТ-300-ОД иметь электрический КПД, который будет выше КПД блоков с реакторами ВВЭР и сможет достигать 40–45%.

В будущем использование свинцового энергоносителя позволит и вовсе уйти от водяного пара во втором контуре. Высокая температура свинцового теплоносителя в первом контуре позволяет, например, питать от него газовую турбину с замкнутым циклом, чей КПД будет даже выше, чем паровой турбины на сверхкритическом водяном паре.

Нейтроны не терять!

Использование свинца в качестве теплоносителя позволяет направить практически все вылетевшие при делении ядер нейтроны назад – в топливные сборки. Поглощение быстрых нейтронов ураном-238 идет очень легко – он очень «жадный» на захват пролетающих через него частиц с высокой энергией. Захватив нейтрон, уран-238 превращается в изотоп другого химического элемента – в плутоний-239.

А это, как мы знаем, тоже ядерное топливо, основа всего ядерного оружия в современном мире. В идеале на каждое разделившееся ядро урана-235 мы можем получить 1,25 ядра нового плутония-239, который чудесным образом возник прямо в реакторе из «бросового» урана-238, непригодного для обычного деления.

Конечно, идеальную картинку в реальном реакторе получить невозможно. Нейтроны активно захватываются ядрами других элементов, присутствующих в активной зоне: осколками деления, теплоносителем и замедлителем, стержнями управления и защиты, часть нейтронов просто вылетает из активной зоны. Поэтому в современных реакторах на легкой воде, например упомянутых ВВЭР, коэффициент размножения топлива составляет 0,5–0,7. Хотя, что интересно, нужный нам плутоний-239 в них тоже образуется, пусть и не так быстро.

Энергоблок БРЕСТ за счет своей конструкции, особого расположения топливных элементов, использования слабо активируемого свинцового теплоносителя позволяет получить коэффициент воспроизводства топлива гораздо выше единицы – по расчетам, до 1,2, что уже очень близко к теоретическому пределу. А это означает, что, единожды загрузив ядерное топливо на площадку БРЕСТ, мы можем практически забыть о потребностях реактора в свежем топливе, да еще и получать около 20% нового делящегося материала от каждого цикла внутри реактора.

Так почему же мы не строим БРЕСТ в серии?

Основной трудностью в освоении столь привлекательного на бумаге замкнутого ядерного цикла всегда была инженерная сложность реакторов на быстрых нейтронах. Если упростить задачу до максимума, то реактор на быстрых нейтронах – это гораздо более «горячая штучка», чем стандартный энергоблок, использующий медленные, тепловые нейтроны и обычную воду в качестве теплоносителя.

В реакторах на быстрых нейтронах все гораздо напряженнее – разрушительные потоки нейтронов, температуры теплоносителя, быстрота и многогранность реакций в активной зоне. Технические трудности и экономические затраты создания полномасштабной энергетики на быстрых нейтронах в историческом периоде оказались практически на порядок выше, чем таковые для обычных реакторов.

Это привело к значительному отставанию в их развитии и к тому, что пока что реакторы на быстрых нейтронах – это единичные и экспериментальные установки.

Это отразилось еще на первом поколении реакторов на быстрых нейтронах, которые использовали в качестве теплоносителя жидкий натрий. Из четырех стран, которые начали сооружение таких реакторов в мире, действующие энергоблоки, а именно БН-350, БН-600 и БН-800, были построены только в СССР и России. А вот США, Франция и Япония, начав крупномасштабные эксперименты с реакторами на быстрых нейтронах с жидким натрием в то же время и даже раньше, сошли с дистанции, так и не добившись устойчивой работы этих сложных машин.

Сейчас Россия, успешно освоив технологию жидкого натрия в реакторах на быстрых нейтронах, переходит к следующему поколению энергоблоков, использующих гораздо более безопасный и перспективный свинцовый теплоноситель. Это действительно энергетика будущего: пока доступность урана-235 еще не достигла критических для отрасли величин, но его запасы не бесконечны.

Рано или поздно ядерная энергетика столкнется с дефицитом дешевого природного урана-235, и вот тогда реакторы типа БРЕСТ станут единственным выходом из такой сложной ситуации. 

Текст: Алексей Анпилогов

Вам может быть интересно

Минэнерго Молдавии призвало граждан сократить потребление электроэнергии
Темы дня

США лишают Украину главного оружия ПВО

Еще недавно Дональд Трамп был готов предоставить Украине лицензию на производство ракет-перехватчиков для комплекса ПВО Patriot – однако теперь точка зрения США на этот вопрос радикально поменялась. Более того, выяснилось, что даже слово президента США в этом вопросе не может являться решающим. Что же произошло?

Таиланду придется защитить образ «страны улыбок» ради россиян

В Таиланде расследуют громкое убийство брата и сестры из России. Премьер-министр Анутхин Чанвиракун извинился лично и пообещал убийцам высшую меру. Полиция уже задержала двух местных жителей, которые признались, что хотели завладеть мотоциклом жертв. Россияне являются одним из ключевых источников туристических доходов Таиланда. Что эта трагедия говорит об обстановке в курортных провинциях страны и как она повлияет на поток туристов из России?

Эксперт объяснил важность ударов по мосту близ Одессы

Российские военные рассказали о применении БПЛА с искусственным интеллектом

WP: Зеленский и Нетаньяху повздорили в Вашингтоне на похоронах Грэма

Новости

Звезда сериала «Клан Сопрано» Винсент Пасторе скончался в Нью-Йорке

В Нью-Йорке в возрасте 80 лет скончался актер Винсент Пасторе, известный по роли в сериале «Клан Сопрано», пишет TMZ.

В Удмуртии при атаке БПЛА погибли три человека

В результате атаки двух беспилотников в Удмуртии погибли три человека, еще двое, включая ребенка, получили ранения и госпитализированы, сообщила временно исполняющая обязанности главы республики Ольга Абрамова.

RPP: Туристы из Европы летели на разбившемся в Перу самолете

На плато Наска в южной части Перу разбился самолет, на борту которого находились туристы из Испании, Италии и Германии, сообщило радио RPP со ссылкой на источники.

Минобороны сообщило об ударах по портам Украины

Сегодня ночью Вооруженными Силами Российской Федерации продолжено нанесение ударов по портам Украины и морским судам, задействованным в интересах ВСУ, сообщили в Минобороны Россиии.

Комбат теробороны ВСУ Ливенко ликвидирован на Сумском направлении

В Краснопольском районе на Сумском направлении группировкой российских войск «Север» ликвидирован командир первого батальона 119-й отдельной бригады теробороны ВСУ Андрей Ливенко.

В Башкирии отразили массированную атаку беспилотников на предприятия

При отражении массированного налета на промышленные предприятия Башкирии были сбиты 25 ударных дронов, обошлось без пострадавших, сообщил глава республики Радий Хабиров.

Президент Армении принял отставку правительства во главе с Пашиняном

Президент Армении Ваагн Хачатурян утвердил уход в отставку кабмина во главе с Николом Пашиняном.

Отказ пригласить католикоса вызвал скандал в парламенте Армении

Первое заседание парламента Армении 9-го созыва началось со скандала, поскольку впервые в истории на него не был приглашен католикос всех армян, что вызвало недовольство оппозиции. Заседание транслируется на YouТube-канале парламента.

Дроны ВСУ нанесли удар по складу Wildberries под Самарой

ВСУ атаковали беспилотниками склад Wildberries в Самарской области, информация о пострадавших уточняется, сообщил губернатор Вячеслав Федорищев.

ПВО сбила 635 украинских БПЛА над регионами России, Черным и Азовским морями

Российские средства ПВО за ночь перехватили и уничтожили 635 украинских беспилотников самолетного типа над регионами России, Черным и Азовским морями, сообщило Минобороны России.

ВС России поразили используемые в интересах ВСУ логистические центры Украины

Российская армия нанесла массированные удары по объектам транспортной и энергетической инфраструктуры, а также логистическим центрам украинских сил, сообщили в Минобороны РФ.

Путин поздравил десантников с Днем Воздушно-десантных войск

Президент России Владимир Путин в своем поздравлении с Днем ВДВ выразил уверенность в способности крылатой пехоты решать поставленные задачи и вносить значимый вклад в обеспечение национальной безопасности страны.
Мнения

Ольга Андреева: Смертная казнь – кровь на руках каждого

Разрешить государству убивать пленников – это решение не столько политическое, сколько духовное, относящееся к области уже не человеческого, а небесного суда. Тяжесть его будет лежать на всех нас – и нервические требования соцсетей здесь вовсе неуместны.

Олег Хавич: Как Польша получила Западную Украину, а потом ее потеряла

Польша де-юре отказалась от большей части нынешней Западной Украины более 80 лет назад. Однако реваншистские настроения у поляков не исчезли – тем более что в последние десятилетия границы в Европе не раз менялись.

Андрей Медведев: Украина стала подозревать о последствиях войны против инфраструктуры

Войну городов развязали украинские политики и полевые командиры. И нам ничего не оставалось, как только взять и ответить. Ответить жестко. Топить корабли, жечь заправки и логистику. И внезапно это не понравилось киевским деятелям.
Вопрос дня

Что за ветеран сидел рядом с Путиным на параде Победы