Введение
После Чернобыля атомная энергетика замедлила свой бег. Но причина этому был не только страх населения перед потенциальными авариями. Но и проблема с топливными ресурсами для АЭС. На них использовали уран-235, весьма редкий в залежах природного урана и поэтому вскоре мог возникнуть его дефицит. Он был бы более острый, чем весьма преувеличенный дефицит углеводородов. Вдобавок была проблема ядерных отходов. Да «стеклования» отходов безопасно, но требует денег и мест для хранения. Вдобавок не всех можно убедить в их безопасности после Чернобыля. Какие логические доводы не приводи. Но потенциальный выход нашли в реакторах на быстрых нейтронах. Они позволяли решить проблемы за счет замкнутого ядерного цикла. В нем будут использовать уран-238, который превращается в плутоний-139, а его уже отправляют в традиционные реакторы на тепловых нейтронах. Уран-238 много на планете Земля и дефицита его в ближайшее время не должно возникнуть. Можно использовать в таком реакторе уран-238 из реакторов на тепловых нейтронах. В настоящее время только Российская Федерация ввела в промышленную эксплуатацию реакторы на быстрых нейтронах.
История создания
Активные разработки таких реакторов начались во всем мире еще в 50гг. прошлого века. Первые такие реакторы построили в СССР еще в 50гг. В начале 80гг. такие реакторы были в США, Британии, СССР, Франции и Японии.
Но промышленные функционировали только в СССР, Франции, и ФРГ. Причем одной из целей французов было достижение независимости от поставок уранового сырья из-за рубежа. Но из-за протестов экологов Франция отказалась от реакторов этого типа. Ту же судьбу и по тем же причинам постигли такие реакторы в Англии, ФРГ и Японии.
Реакторы Америки пострадали от общего забвения реакторной темы в США. Сохраняется интерес к ним в Японии, запущен такой реактор в Индии. Есть интерес у КНР и Южной Кореи. В том числе к таким промышленным реакторам. Замечу, что разработки Китая базируются на наших технологиях. Россия же не только продолжает разработки и строительство таких реакторов, но строит такой реактор принципиального нового типа (БРЕСТ) с использованием свинца в качестве теплоносителя вместо натрия. Натрий используется на первых наших реакторах на быстрых нейтронах. Если проект будет удачным, это будет новый шаг вперед с такими реакторами. Первый исследовательский реактор на быстрых нейтронах был построен нами в Обнинске еще в 1956 году. Он стал первым в мире. Первый промышленный реактор на быстрых нейронах БН-350 был построен нами в 1973 году в городе Шевченко (ныне Актау, Казахстан). Ныне он остановлен, но мы с тех пор построили еще несколько единиц таких реакторов с натриевым теплоносителем и строим еще. Это, не считая строящегося реактора БРЕСТ со свинцовым теплоносителем.
Особенности различных типов реакторов на быстрых нейронах
Реакторы серии БН, собственно говоря, являются компромиссным вариантом. Да в них используются для запуска ядерной реакции быстрые нейтроны, но топливный цикл в них лишь частично замкнутый. Они работают на смеси уран-235 и плутония-239. Но по мере наработки переработанного на таких реакторах топлива начинается постепенная замена этой смеси на смесь уран-238 и плутоний-239. При этом устройство такого реактора весьма сложное. В них используется трёхконтурная схема теплообмена. Причина этому высокая опасность контакта радиоактивного натрия и воды. Поэтому сначала в первом контуре нагревается натрий. Он потом обменивается теплом с натрием из второго контура. В этом контуре натрий горяч, но уже не радиоактивен. И уж он передает тепловую энергию воде в третьем контуре, которая уже вращает турбину электрогенератора. Использования такой схемы теплообмена, как и самого натрия значительно усложняет схему постройки и эксплуатации таких реакторов. В реакторах типа БРЕСТ используется свинец. Это позволило вернуться к двухконтурной схеме теплообмена. Сама конструкция позволяет такому реактору избежать самопроизвольной реакции деления, которая привела к аварии на чернобыльской АЭС. Также такой реактор обеспечивает замкнутый ядерный цикл и не производит Уран-235 и Плутоний- 239. Последние обеспечивает лучшее соблюдение режима нераспространения ядерного оружия в случае продажи таких реакторов на другие страны. Но при этом сама конструкция нова и сложна. Поэтому будущий реактор БРЕСТ-ОД-300 замышляется как демонстрационо – экспериментальным.
Применение
На территории России есть 2 единицы реакторов серии БН. В Белоярском работает БН-600 и БН-800. В будущем планируется строительство еще более мощных реакторов семейства БН-1200. БРЕСТ-ОД-300 строится в Северске. Он относится к реакторам БРЕСТ со свинцовым теплоносителем.
Заключение
С первых лет существования атомной промышленности мы были в числе лидеров. Именно мы в 1954 запустили первую АЭС в мире. Мы по-прежнему остаемся в числе лидеров данной отрасли и наши разработки по замкнутому топливному циклу позволят нам остаться в числе лидеров.
Источники
https://habr.com/ru/company/leader-id/blog/520580/,
https://habr.com/ru/company/macloud/blog/563830/,