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

США разрешили краткосрочную продажу российской нефти
Темы дня

Достояние Суджи. Чем живут куряне через год после освобождения

В ожидании возвращения на малую родину жители Суджанского района восстанавливают то, что подлежит восстановлению сейчас – задолго до того, как будет подсчитан ущерб, нанесенный вторжением ВСУ в Курскую область. Спецкор газеты ВЗГЛЯД убедился, что возрождение самобытной культуры Суджи – важнейшая часть повседневной идентичности тех, кто был вынужден покинуть свои дома. Год назад, 13 марта 2025 года, Минобороны РФ объявило об освобождении Суджи.

Евросоюзу понадобилась рабочая «Дружба» между Украиной и Венгрией

Конфликт Украины и Венгрии вокруг нефтепровода «Дружба» получил неожиданное развитие: после отказа Киева допустить делегацию Будапешта к проверке энергообъекта Еврокомиссия намерена отправить собственную инспекцию. Эксперты отмечают: такое решение Брюсселя продиктовано беспрецедентной дерзостью со стороны Владимира Зеленского. Получится ли у ЕК восстановить работу «Дружбы»?

Пентагон подтвердил использование полученного на Украине опыта против Ирана

Хаменеи подтвердил гибель жены и сестры при атаках США и Израиля

Москвичи из-за проблем со связью начали покупать рации, пейджеры и бумажные карты

Новости

Минэнерго США анонсировало отказ от урана из России

Глава Минэнерго США Крис Райт сообщил, что страна планирует полностью отказаться от закупок российского обогащенного урана, не уточнив сроки.

В НАТО опасаются быстрой концентрации войск России у восточных границ альянса

Генерал, главнокомандующий ВС НАТО в Европе Алексус Гринкевич отметил, что Москва может оперативно сосредоточить значительные сухопутные силы вдоль границы альянса благодаря выгодной логистике.

МИД повторно предостерег россиян от поездок в Германию

Российский МИД вновь рекомендовал гражданам воздержаться от посещения Германии из-за продолжающейся дискриминации со стороны германских властей по национальному признаку.

США отказались снимать санкции с российской нефти

Руководство США исключило возможность отмены ограничительных мер на поставки российской нефти, подчеркнув, что речь идет лишь о временных логистических решениях.

Захарова ответила экс-премьеру Швеции на угрозы ядерного удара по России

Официальный представитель МИД Мария Захарова подвергла критике слова экс-премьера Швеции Магдалены Андерссон о ядерном потенциале Европы и возможности удара по России, посоветовав ей заняться вопросами Гренландии.

Москвичи назвали запретные темы для обсуждения в отношениях

Общение с бывшими, деньги и любимые актеры – москвичи рассказали газете ВЗГЛЯД, какие темы лучше не обсуждать в отношениях.

Верховный лидер Ирана Моджтаба Хаменеи впервые обратился к нации

Верховный лидер Ирана Моджтаба Хаменеи впервые обратился к нации, акцентировав намерение Тегерана добиться компенсаций от США и Израиля.

Иран обязал согласовывать проход всех судов через Ормузский пролив

Судам, намеревающимся пересечь Ормузский пролив, теперь необходимо предварительно получить согласование от военно-морских сил Ирана для обеспечения безопасности.

Назван заработок сестры Валерия и Константина Меладзе на музыкальном лейбле

Музыкальный лейбл, учредителем которого является Лиана Меладзе, заработал 296 млн рублей в 2025 году, сообщили СМИ.

Курс доллара на Украине побил исторический максимум

Официальный курс доллара на Украине впервые в истории превысил отметку 44 гривны и установился на уровне 44,1636 гривны за доллар, сообщает местный Нацбанк.

Путин сменил первого замглавы МВД

Президент Владимир Путин подписал приказ об освобождении Александра Горового с должности первого заместителя министра внутренних дел и назначении на этот пост Андрея Курносенко.

На авианосце США «Джеральд Форд» вспыхнул пожар

В главной прачечной американского авианосца «Джеральд Форд» произошел пожар, из-за которого пострадали двое членов экипажа.
Мнения

Борис Джерелиевский: Наемники из ВСУ представляют опасность для всех

С наемниками иностранного легиона ВСУ проблемы стали возникать с самого начала – по причине низкой дисциплины и склонности к криминалу. Многие из них занялись контрабандой оружия и наркоторговлей, случались и внутренние разборки с убийствами.

Геворг Мирзаян: Как усадить Европу за стол переговоров

Европа в урегулировании украинского конфликта все же нужна. По той простой причине, что без нее полноценное мирное соглашение, которое устранит все первопричины конфликта, невозможно. Вопрос в том, кто именно в Европе может взять на себя эту роль.

Сергей Миркин: СВО устраняет ошибки Горбачева

Одна из главных целей СВО – недопущение натовских контингентов на Украине и размещения ракет с ядерными боеголовками под Харьковом или Одессой. А ведь этой проблемы могло и не быть, если бы в 1990 году Горбачев повел себя по-другому.
Вопрос дня

Почему замедляют Telegram в России?