545 подписчиков

Реакторы на быстрых нейтронах. Российский ПРОРЫВ. УДАЧИ!

22 октября 202122 окт 2021

381

3 мин

Оглавление

Первый компонент — это реакторы на тепловых нейтронах, которые надежно и безопасно производят относительно дешевое электричество. ВВЭР
Эту функцию перевода 238U в 239Pu могут на себя взять реакторы с быстрым спектром нейтронов.
Это статья о Лейпунском А.И.

Двухкомпонентная ядерная энергетика

Первый компонент — это реакторы на тепловых нейтронах, которые надежно и безопасно производят относительно дешевое электричество. ВВЭР

Именно ВВЭР — основа атомной энергетики. Этому есть простые физические объяснения: во‑первых, деление ядер наиболее эффективно происходит именно в тепловом спектре; во‑вторых, замедлителем в этом случае выступает вода — самый дешевый теплоноситель.
Но топливом для этих реакторов служит 235U. Этот изотоп входит в состав природного урана, где его всего 0,7%. Это сильно ограничивает топливные ресурсы тепловых реакторов.

В середине прошлого века родилась идея вовлекать в топливный цикл не только 235U, но и 238U, которого в природном уране больше 99%. Разделить 238Uв реакторах на тепловых нейтронах почти невозможно по физическим причинам, зато он очень хорошо захватывает нейтроны и порождает другой топливный изотоп — 239Pu. А его уже можно использовать в качестве топлива как в тепловых, так и в быстрых реакторах.

Эту функцию перевода 238U в 239Pu могут на себя взять реакторы с быстрым спектром нейтронов.

Идея создания быстрых реакторов в СССР родилась в ФЭИ. Она принадлежала всемирно известному ученому Александру Ильичу Лейпунскому.

Украинские ученые-атомщики

Александр Калетинкин9 октября 2021

Это статья о Лейпунском А.И.

Он эту идею высказал в конце 1940-х годов, практически одновременно с Энрико Ферми.

ФЭИ осуществляло научное руководство созданием всех быстрых натриевых реакторов в СССР. Это и реактор БОР‑60, который в 1969 году был запущен в НИИАРе, и БН‑350. Последний — большой петлевой натриевый реактор, он успешно работал на атомной станции в Казахстане, в городе Шевченко.

Так возник второй компонент атомной энергетики — реакторы на быстрых нейтронах. Эти реакторы должны справиться с наработкой топлива.

Казалось бы, все просто. И в мире многие стране пытались реализовать эту идею. Однако затем быстро разочаровывались.

В чем же дело?

Дело в том, что технология очень сложная. Охлаждать быстрые реакторы нужно натрием. А это химически очень активный элемент. Что происходит, когда натрий, попадая на открытый воздух или соединяясь с водой, все помнят из школьного курса химии. Погасить натрий водой невозможно и легко себе представить, что может произойти при аварии.

В Быстрых реакторах в качестве охладителя используются тонны натрия.

Кроме натрия, существуют варианты охлаждения свинцом или газом. Теоретически хорош французский проект Allegro (GFR-gas-cooled fast reactor). Цель Allegro: определение преимуществ проекта в качестве альтернативы быстрому реактору с натриевым теплоносителем, а также экспериментальная демонстрация ключевых технологий GFR. Одна из ключевых трудностей, которую должны преодолеть французы – это высокая температура топлива. Для реактора нужны будут новые материалы.

У быстрых реакторов есть еще один недостаток — цикл наработки плутония из урана-238 достаточно долог. Количество плутония, нужного для загрузки второго реактора, придется вырабатывать не один день или месяц.

При этом надо понимать, что получаемый из урана-238 плутоний содержит изотопы 239Pu, 240Pu, 241Pu, 242Pu. Из них 239Pu и 241Pu делятся тепловыми нейтронами, а изотопы 240Pu и 242Pu тепловыми нейтронами не делятся. Т.е. и здесь придется вставлять технологический цикл разделения изотопов Pu.

Поэтому для поточного метода обмена топливом между ВВЭРами и быстрыми реакторами нужно построить не один и не два быстрых реактора и сопутствующие перерабатывающие заводы.

Нужно гораздо больше. С учетом того, что быстрый реактор далеко не дешевле ВВЭРа, да и каждый завод тоже обойдется в копеечку, то если подсчитать, сколько все это будет стоить, то правительство задумается, стоит ли все это начинать.

В Северске строится быстрый реактор в рамках проекта Росатома «ПРОРЫВ».