Осенью этого года СМИ облетела новость: на 100% мощность вышел четвертый энергоблок Белоярской АЭС. На фоне текущей общественной повестки она прошла относительно незамеченной, что и удивляет, и нет. Статьи и заметки о работающем под городом Заречный Свердловской области быстром, натриевом реакторе, мощностью 800 МВт (отсюда и аббревиатура «БН-800») периодически публиковались региональными и федеральными новостными агентствами, когда работы на реакторе достигали какой-то знаковой точки. Да и сам БН-800 – детище еще советских инженеров, которое начали строить в девяностые годы. Тем не менее, как для российской, так и для мировой энергетики начало его полноценной эксплуатации – знаковое событие, предмет не только национальной гордости, но и прорыв для всего человечества.
Первая фотография – здание четвертого энергоблока Белоярской АЭС, вторая – похожий на осьминога реактор БН-800
Источники:
https://strana-rosatom.ru/2020/10/29/dolgaya-doroga-prometeya-istoriya-bys/
https://www.atomic-energy.ru/news/2021/05/19/113969
Немного теории: как работает ядерный реактор?
Устройство самого энергоблока довольно простое: есть реактор, который за счет энергии ядра нагревает воду до сотен градусов (из-за высокого давления она остается в жидком состоянии пока не дойдет до турбины), и турбина, которая вращается за счет энергии пара и вырабатывает электричество. По сути принципиальная разница между различными видами энергостанций заключается лишь в том, за счет чего она будет вращаться: энергии ископаемого топлива, водного потока или ветра (более подробно об этом мы говорим на одном из уроков «Э - экономики»).
Сам же реактор работает за счет управляемой цепной ядерной реакции, деления ядер тяжелых химических элементов. Важнейшим из них является уран, который в природе встречается в двух видах: уран-235 и уран-238. Такие разновидности, ядра которых включают разное число элементарных частиц (нейтронов), называют изотопами, которые бывают стабильными и нестабильными. Нестабильные изотопы, распадаясь и высвобождая некоторое количество нейтронов, выделяют тепловую энергию. Свободные нейтроны, достигая других ядер, инициируют и их распад, высвобождая новые нейтроны, и так далее. Поэтому такую реакцию и называют цепной. В абсолютном большинстве случаев в атомных реакторах используется уран-235 – более нестабильный изотоп, который делится намного охотнее, но и встречается намного реже (достаточно сказать, что он составляет менее процента от всего урана, содержащегося в земной коре). Для цепной реакции такой концентрации недостаточно, потому уран проходит долгий процесс обогащения, пока не будет получено топливо с долей урана-235 в 5-7%. Вторая проблема заключается в восприимчивости ядер к потоку нейтронов. На слишком высокой скорости нейтроны вероятнее всего проскочат мимо ядра, потому их замедляют за счет графита или воды. Третья проблема заключается в хранении отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), которое представляет собой «бесполезный» уран-238. По сути, менее процента всей добываемой урановой руды превращается в электроэнергию, и в этом смысле атомная энергетика напоминает солнечную: при всем невообразимом потенциале их использования человечество берет себе лишь крохотную песчинку.
В чем «инновационность» реактора БН-800? В том, что он: 1) радикально расширяет сырьевую базу для атомной энергетики; 2) позволяет реализовать идею замкнутого ядерного цикла, когда отработавшее топливо после переработки используется до бесконечности. То, что для БН-800 является отходом, является сырьем для обычного реактора, и наоборот (топливо для БН-800, называемое «МОКС-топливо», представляет собой смесь плутония-239 и урана-238); 3) решает экологическую проблему, поскольку сейчас радиоактивные отходы просто-напросто хранятся под землей, а так – могут быть легко «сожжены» в топке нового реактора. Отсюда и все разговоры о «вечном двигателе», который, согласно законам физики, невозможен. Речь идет о решении энергетической проблемы для цивилизации на долгие годы (если за это время не вырастет энергопотребление). Здесь вы спросите:
«Если все физические свойства этих изотопов были известны, то почему такой классный реактор запущен в эксплуатацию только сейчас?»
Конечно, речь идет именно о промышленной эксплуатации. Военные заинтересовались такими технологиями намного раньше, так как именно такие установки позволяли получать плутоний-239, который используется в ядерных зарядах. Дело в том, что энергии нейтронов, которой хватило бы для ядерной реакции с ураном-235, для расщепления ядра урана-238 недостаточно. Для этого нужны быстрые нейтроны, то есть, те же самые нейтроны, которые не были замедлены за счет воды и графита и сохранили высокий энергетический потенциал. Вода является теплоносителем, но использовать её в реакторе на быстрых нейтронах из-за её способности замедлять нейтроны нельзя – как быть? Для этого вместо воды на БН-800 используется жидкий металл – натрий. Он теплоемок, плохо поглощает нейтроны, в отсутствие кислорода плохо вступает в реакции с другими металлами, но вступает в химические реакции с йодом, изотопы которого представляют наибольшую опасность для человека, и имеет температуру кипения почти 900 градусов. Единственная ощутимая опасность – если натрий начнет контактировать с воздухом, то жди беды, так как подобный пожар потушить будет крайне сложно. Конструкция реактора гарантирует, что «чернобыльского сценария», когда в пределах реактора с расплавленной активной зоной произошел тепловой взрыв, который и разнес энергоблок в щепки – точно не будет.
Зампредседателя Совета Министров СССР Борис Щербина спрашивает профессора Легасова, как работает ядерный реактор, угрожая скинуть ученого с вертолета
Источник: «Чернобыль» (2019), вторая серия
Более того, реактор из серии «БН», с номером 350 уже эксплуатировался в Казахстане с 1972 по 1999 гг. вблизи г. Шевченко (нынешний Актау), одновременно питая опреснительную установку. Сегодня в мире два промышленных реактора на быстрых нейтронах, и оба находятся в России. Западные «партнеры» в попытках обеспечить работу подобных реакторов успехов не добились.
Перспективы и мечты о светлом будущем
Существует шкала, которая отображает уровень технологического развития цивилизации по уровню ее энергопотребления. Советский астрофизик Николай Кардашев выделял три уровня: первый, когда цивилизация освоила всю получаемую планетой энергию, второй, когда она использует всю энергию звезды (в нашем случае – Солнца), и третий, когда цивилизация эксплуатирует энергию всей галактики. В сентябре 2022 года российская энергетика сделала огромный шаг на пути к первому типу, что не может не вдохновлять. Вместе с тем запуск БН-800 доказывает, что российская атомная энергетика сохраняет свой международный престиж. Этому есть разумные объяснения: нужно поддерживать в хорошем состоянии имеющиеся АЭС, которых в России, напомним, 11, с 38 энергоблоками. В добавление к этому наша страна сохраняет и модернизирует ядерное оружие. В совокупности все это требует поддержания соответствующего таким масштабным задачам научно-технического потенциала. В нулевых годах существовала концепция России как «энергетической сверхдержавы». В то время над этим можно было смеяться, хоть это и был бы грустный смех, на фоне развалин советской промышленности. Запуск БН-800 сейчас, в 2022 году, создает особый символизм, когда на глобальном уровне выяснилось, что в игру про «зависимость» могут играть как потребители сырья, так и его поставщики, не говоря уже о перспективах человеческой цивилизации.
А что вы думаете о запуске БН-800? Поделитесь своими мыслями в комментариях.
Хотите больше интересных разборов и мнений? Подписывайтесь на наш телеграм-канал "Русские инвестиции"