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

Силовики сообщили о массовом дезертирстве и потерях ВСУ под Купянском
Темы дня

Выборы на Украине подорвут могущество Каллас

Проведение выборов на Украине в условиях боевых действий «определенно не является хорошим решением». Так глава евродипломатии Кая Каллас прокомментировала сообщения СМИ о том, что в Киеве якобы начали планировать электоральные процессы после требования США провести голосование до 15 мая. Когда же на Украине все-таки состоятся выборы и почему Каллас выступает против их проведения?

Какое тайное оружие США использовали для захвата Мадуро

«Дискомбобулятором» называет президент США некое секретное оружие, которое, как заявлялось, было использовано для атаки на Венесуэлу и захвата Николаса Мадуро. Что в этих сообщениях явная ложь, что более похоже на правду – и какие выводы из произошедшего напрашиваются для российских Вооруженных сил?

В Нигере объявили о начале войны с Францией

Эстония выслала гражданина России за недоказанный шпионаж

В Казани начали тестировать беспилотники для уборки снега

Новости

Депутатов Верховной рады обязали сдать анализы из-за вспышки кишечной инфекции

Украинские парламентарии, явившиеся на рабочие места в четверг, получили распоряжение пройти лабораторные исследования из-за подозрения на распространение кишечной инфекции.

Слуцкий назвал слова Рютте о «сокрушительном ответе» русофобской провокацией

Риторика генсека НАТО Марка Рютте о «сокрушительном ответе» НАТО на возможную блокаду Сувалкского коридора рассматривается как русофобская провокация, заявил председатель комитета Госдумы по международным делам, лидер ЛДПР Леонид Слуцкий.

В России открыто крупнейшее месторождение дефицитного минерала

Запасы стратегически важного плавикового шпата в России увеличились на 17,5% после открытия месторождения «Гозогор» с ресурсами свыше 5 млн тонн в Забайкалье.

У побережья Латинской Америки столкнулись два корабля ВМС США

У берегов Южной Америки произошло столкновение двух кораблей американских военно-морских сил, сообщил неназванный представитель военных кругов США.

Орбан: Вступление Украины в ЕС принесет войну

Премьер-министр Венгрии Виктор Орбан подчеркнул, что поддержка членства Украины в Евросоюзе создаст угрозу безопасности для его страны.

В Севастополе задержали гревшую ноги на Вечном огне женщину

В Севастополе 54-летнюю жительницу Ялты задержали за то, что она грела ноги без обуви на Вечном огне мемориала героической обороны, сообщили в полиции.

Финского Медведа отстранили от Олимпиады за пьянство и нарушение правил

Главный тренер сборной Финляндии по прыжкам с трамплина Игорь Медвед отстранен от участия в Олимпиаде-2026 после инцидента с алкоголем, сообщил Олимпийский комитет Финляндии.

BMW запретил китайскому подразделению экспорт своих автомобилей в Россию

Концерн BMW поручил своему китайскому подразделению категорически возражать против любого потенциального экспорта автомобилей в Россию, пишет Reuters.

Генсек НАТО поддержал идею Макрона о контактах с Россией

Генеральный секретарь НАТО Марк Рютте выразил готовность поддержать возвращение к диалогу с Россией, выделив важность прозрачности и единства среди европейских союзников.

Рютте пообещал ответ НАТО в случае блокировки Россией Сувалкского коридора

Генсек НАТО Марк Рютте подчеркнул, что в случае блокировки Сувалкского коридора альянс готов применить разрушительный ответ, усиливая восточный фланг организации.

На Украине начали готовить запрет всей печатной продукции на русском языке

Власти Украины разрабатывают юридические механизмы для полного прекращения распространения любой печатной продукции на русском языке на территории страны.

В Общественной палате предложили альтернативное название среднему профобразованию

«Хорошим термином станет «профессиональное образование», – сказала газете ВЗГЛЯД советник министра просвещения, президент Союза директоров средних специальных учебных заведений России, заместитель председателя комиссии Общественной палаты РФ по просвещению и воспитанию Наталья Золотарева, комментируя поручение президента Владимира Путина переименовать «среднее профессиональное образование».
Мнения

Ирина Алкснис: Переход дипломатии к военным аргументам – последний звонок для врага

Можно констатировать, что Киев с Европой почти добились своего, а Вашингтон получил от Москвы последнее предупреждение, которое прозвучало в исполнении российского министра иностранных дел.

Игорь Мальцев: «Файлы Эпштейна» открыли обыкновенный фашизм

Сдается мне, что вот это публичное насаживание свиной головы Эпштейна на кол – скорей дымовая завеса от того, что в реальности происходит сейчас в некоей группе «влиятельных лиц».

Геворг Мирзаян: Четыре условия устойчивого мира на Украине

Ни сегодня, ни завтра, ни через несколько месяцев никакого устойчивого мирного соглашения подписано не будет. Разве что на фронте или в украинском тылу произойдет такое событие, которое заставит руководство киевского режима (очевидно, не Зеленского) резко протрезветь и принять тяжелые условия.
Вопрос дня

Почему заблокировали Roblox?

Суть игры, риски и угрозы для детей, позиция Роскомнадзора и мнение экспертов