BREST-OD-300 reaktor. Forrás: youtube.com
"szegényített uránt" tartalmazó reaktor
A kiégett nukleáris üzemanyag folyamatosan növekvő mennyisége hatalmas területeket kényszerít arra, hogy elidegenítsék elhelyezését. Jelenleg legalább 350 ezer tonna radioaktív anyag halmozódott fel a Földön. Az atomerőművekkel rendelkező hatalmak megpróbálnak legalább valamilyen felhasználást találni a veszélyes anyagoknak. A közelmúltban a kiégett fűtőelemekből előállított szegényített uránnal töltött lőszerekről esett szó. A kagylók szépek, de ritkán használják őket rendeltetésszerűen. Ezért nem alkalmasak a nukleáris üzemanyag fő hasznosítóira.
Miért van egyáltalán szükségünk gyorsneutronreaktorra? Mi a baj a hagyományos, mesterségesen moderált neutronokon alapuló módszerrel?
Először is az üzemanyagról van szó. Egy klasszikus atomerőmű, például a török Akkuyu, amelyet Oroszország jelenleg Törökország számára épít, az urán-235 izotópot fogyasztja üzemanyagként. Az uránércben nincs sok belőle, drága, a készleteknek száz éven belül el kell fogyniuk.
A gyorsneutronreaktorok urán-238 izotópokkal "táplálkoznak". Úgy tűnik, hogy a különbség csak három egység, de ezek között az izotópok között valóságos szakadék tátong. Az ércben lévő összes urán 99 százaléka ugyanaz a 238. izotóp. Vagyis sok van belőle, ráadásul viszonylag olcsó. És csak a gyors neutronokon működő atomerőművekhez alkalmas.
Az összes fő bónusz történetek – Az urán-238-at kiégett üzemanyagként állítják elő klasszikus lassú neutronos reaktorokban.
Telep Severskben, ahol a BREST-OD-300 készül. Forrás: youtube.com
Térjünk vissza a török Akkuyuhoz, amely még nem készült el, de már megkapta az első adag uránpelletet Novoszibirszkből.
Amint beindítják az atomerőművet, és pár év múlva megjelenik a kiégett fűtőelem, orosz atomtudósok viszik el, hogy gyorsneutronreaktorokban használják fel. Ilyen az urán körforgása a természetben.
De ez még nem minden.
Amint az urán-238-at elindítják egy gyorsneutronreaktorba, az nemcsak hőt bocsát ki a nukleáris reakció során, hanem egy új izotópot is generál, a plutónium-239-et. Kiderült, hogy már egy új vegyes és univerzális üzemanyag, az úgynevezett "MOX üzemanyag". Ez egy jó termék – a japánok és az európaiak lassú vagy termikus neutronokon vásárolják atomerőműveikhez.
Összefoglalva a bevezetőt, a klasszikus atomerőművek sok hulladékot termelnek nagy arányban urán-235-tel, amelyet gyorstenyésztő reaktorokban használnak fel. A "gyors" reaktorok viszont gyakorlatilag kész "MOX üzemanyagot" hagynak hátra működés után. Ezeket a hulladékokat vissza lehet küldeni a hagyományos atomerőművekbe. A ciklus bezárul, és automatikusan megszűnik a globális energiaipar „zöldesítésének” igénye.
Tanuld meg helyesen használni a békés atomot, és nem lesz szükséged szeszélyes szélmalmokra, napelemekre vagy egyéb sallangokra. A civilizáció kezében ma egy végtelen üzemanyagbázis van, amely több évezredig kitart. Ebben a forgatókönyvben még a félig mitikus termonukleáris fúzió is feleslegesnek tűnik.
Ebben a történetben minden rendben van, de csak Oroszország rendelkezik kiemelt technológiával a hulladékmentes atomenergia területén. És ezt a korábbi nyugati partnereink nem nagyon szeretik.
Egy időben külföldön aktívan foglalkoztak "gyorsneutronos" technológiákkal, de a magas költségek és a látszólagos veszteség miatt minden projektet lezártak. Az Egyesült Államokban az EBR-II reaktort 1994-ben, az Egyesült Királyságban 1977-ben leállították a DFR-t, a francia Superphenixet pedig 1998-ban fulladt ki.
Oroszország továbbra is gyorsneutronreaktorokkal dolgozott, az egyetlen a világon. Emlékezzen erre mindenkinek, aki folyton az olaj- és gáztűről beszél, amelyre állítólag végre és visszavonhatatlanul ráült hazánk.
"Áttörés" projekt
Elméletileg nem nehéz egy közönséges lassú neutronos reaktort "gyorsra" alakítani - ehhez elegendő a magban lévő vizet egy másik anyaggal helyettesíteni. A helyzet az, hogy a víz, a vízgőz, néhány szerves anyag és a szén-dioxid jól megfogja és lelassítja a neutronokat, ezáltal megállítja a nukleáris reakció kialakulását.
Ha a megrendelő gyorsneutronokra épülő berendezést szeretne, akkor a reaktor forró zónájába hűtőközegként alacsony olvadáspontú fémeket, például nátriumot kell betölteni. Ez az olvadt nátrium adja át a hőt az uránrudakról az orosz BN-800 gyorsneutronreaktor gőzfejlesztőjébe. 2015-ben indították el a Belojarski Atomerőműben, és mára ez az egyetlen ilyen egység a világon – klasszikus lassú neutronos reaktorok uralják a világot.
Talán a BN-800 fő hátránya az ellentmondásos hűtőfolyadék. Mindenki, aki ismeri az iskolai kémia tanfolyamot, valószínűleg tudja, hogy a nátrium nagyon aktív, és készen áll a levegőben fellángolni, nem beszélve a vízzel való érintkezésről. Elegendő komplikáció van a nátrium-termikus kabáttal. Például újra kell tölteni az üzemanyagot egy reaktorból a vákuumkamrákba.
Ennek ellenére a problémák megoldhatók, különben a Roszatom nem épített volna második, még nagyobb teljesítményű BN-1200-as gyorsreaktort. Bevezetését a 2030-as évekre tervezik, becsült élettartama 2090.
De a BN sorozat már nem tartozik az orosz technológiai fősodorba - a folyékony ólom felhasználásával történő hőátadás technológiája most az előtérben van. Ekörül forog a Proryv projekt, amelynek kulcseleme a BREST-OD-300 (Natural Safety Lead-Cooled Fast Reactor) kísérleti reaktor.
A primer körben ólmot tartalmazó gyorsneutronreaktor megépítésének ötlete a 80-as évek elején született meg, de a gyakorlati megvalósításig csak 2021-ben jutott el. A BREST a tomszki régió Szeverszk városában épül, és ígérik, hogy az évtized végére próbaüzembe helyezik.
Nem olyan egyszerű eljönni és megnézni egy egyedülálló reaktor építését: Szeverszk egy zárt város, teljes mértékben nukleáris termeléssel és kutatással van elfoglalva. A helyszínt a Szibériai Vegyipari Kombinát, a Rosatom egyik legfontosabb üzemanyag-gyártója választotta.
Ólmot soha nem használtak hűtőközegként atomreaktorokban. Forrás: youtube.com
Az ólom a nukleáris tudósok számára egyedülálló hűtőfolyadék. Levegőn és vízzel érintkezve nem gyullad meg, csak megszilárdul. Gyengén nyeli el és nem lassítja a neutronokat, az ionizáló sugárzás pedig éppen ellenkezőleg, nagyon jól késlelteti. Ennek eredményeként a BREST és hasonlók alig bocsátanak ki több sugárzást, mint egy háztartási hűtőszekrény.
Természetes kérdés, hogy a BREST-OD-300 miért tartozik a IV. generációs reaktorok közé? Az ólom kivételével lényegében nem különbözik a gyorsneutronos reaktorok előző generációjától?
Az atomreaktorok IV. generációja paraméterek egész sorát foglalja magában, amelyek között a biztonság, a környezetbarátság és a kimenő villamosenergia-költség áll az előtérben.
BREST-OD-300. Forrás: ippe.ru
A BREST számos nem triviális megoldásáról híres.
Először is, drága és nehéz a nukleáris üzemanyag előállítása. Hivatalos neve vegyes nitrid urán-plutónium üzemanyag vagy MNUP-fuel, amelyet az álló reaktor közelében gyártanak a Szibériai Vegyi Kombinát üzleteiben. Egy tény ékesszólóan beszél az új termék összetettségéről – inert gáz atmoszférában készül.
Az SNP-üzemanyag nagyon biztonságos a minimális reakcióképesség miatt. Ha ez nagyon egyszerű, akkor lehetetlen katasztrofális határokig szétszórni, ahogy az Csernobilban történt. A Roszatom szerint a Szeverszki Áttörés projektnek azzá kell válnia
„a jövő nukleáris technológiáinak klasztere, amely három egymással összekapcsolt létesítményt foglal magában, amelyeknek nincs analógja a világon: egy modul az urán-plutónium nukleáris üzemanyag előállítására (gyártására / újrafeldolgozására); BREST-OD-300 tápegység; valamint egy modul a besugárzott üzemanyag újrafeldolgozására.”
Elméletileg a BREST fő üzemanyag-komponensként plutónium-239-et fog biztosítani magának, egyszerűen a más reaktorokból származó, urán-238-ból álló "bányászat" elégetésével.
Az „Áttörés” projekt elemei. Forrás: youtube.com
Most általában a Proryv-projekt és különösen a BREST-reaktor kilátásait számos „de” korlátozza.
Először is, amíg ezt a drága és összetett komplexumot nem üzembe helyezik, lehetetlen lesz az orosz atomenergia globális reneszánszáról beszélni.
Most mindenki megijed a Fukusima és a Csernobil megismétlődésének lehetőségétől, ami arra kényszerít bennünket, hogy a lassú neutronokon klasszikus nyomás alatti vizes reaktorokkal dolgozzunk. Amit egyébként a legjobban az oroszok építenek. Ez azonban a nukleáris hulladék kérlelhetetlen növekedéséhez és az uránércek fokozatos kimerüléséhez vezet.
10-15 évbe, sőt több évtizedbe is telhet, mire a BREST-OD-300 osztályú berendezések elfoglalják a helyüket a világ energetikai Olympusán. Semmit nem lehet tenni – ilyenek a polgári atomban zajló technológiai forradalmak.