Сегодня мы отправимся в городок Заречный, расположенный в 40 километрах от Екатеринбурга. Именно здесь в далёком 1964-м советскими атомщиками была запущена первая промышленная АЭС с реактором АМБ-100, мощность которого составляла 100 МВт.
Да, это та самая атомная электростанция, указанная нами в заголовке. А теперь внимательно посмотрите на свои часы. В данную минуту Белоярская АЭС – единственный отраслевой объект, где продолжает функционировать промышленный энергетический реактор на быстрых нейтронах. И наименование его – БН-600.
Задействуйте весь потенциал своей фантазии. Представьте только, непрерывная работа кипятильника приводит к испарению воды. Пар вращает турбогенератор, который, в свою очередь, вырабатывает электроэнергию. Примерно так функционирует атомная электростанция. Согласимся с вами, конструкции реакторов разнятся, однако, что касается принципов работы, то они подразделяются на 2 группы. Одни ректоры работаю на тепловых нейтронах, а другие – на быстрых.
Тяжёлые ядра делятся под воздействием нейтронов.
👉Разберёмся с существенными отличиями.
А начнём с тепловых реакторов. Уран-235 склонен делиться посредством низкоэнергетических тепловых нейтронов. Образовавшиеся осколки деления и новые нейтроны обладают высокой энергией. Поэтому нейтроны называют быстрыми.
Воспринимайте за данность, что вероятность поглощения ядром урана-235 теплового нейтрона гораздо выше, чем быстрого. Следовательно, требуется значительное замедление нейтронов. С задачей первоклассно справляются вещества-замедлители. Столкновение с ними предполагает потерей нейтронами энергии.
Топливом для таких реакторов является уран невысокого обогащения. В качестве замедлителя задействуется графит, лёгкая или тяжёлая вода. Обычная вода представлена в качестве теплоносителя. Идентично или аналогично устройство большинства существующих атомных электростанций.
Быстрые нейтроны, которые образовываются при вынужденном делении ядер, допустимо применять и без замедления. Образовавшись в тот момент, когда делятся ядра урана-235 и плутония-239, они оказываются поглощены ураном-238 с последующим образованием плутония-239. Появлению предшествуют 2 периода бета-распада. Удивительно, что на 100 ядер урана-235 или плутония-239, разделившихся в процессе взаимодействия, образуется 120-140 ядер плутония-239. Вероятность деления быстрыми нейтронами меньше, чем топливными. То есть топливо нужно обогащать в ещё большей степени. Вода для отведения тепла тоже не годится. Атомщики берут жидкие металлы и сплавы, будь то ртуть или свинцово-висмутовые сплавы. Допустимые вариации самые разные. Работа реакторов, обеспечивающаяся вышеприведённым способом, организуется быстрыми нейтронами.
А внутри «быстрых» реакторов луковица!
372 топливных сборок образуют собой 3 зоны с различным обогащением по урану-235, а именно 17%, 21% и 26%. Все они опоясываются боковыми экранами или зонами воспроизводства, где находятся сборки, которые содержат уран. Ниже и выше активной зоны в торцах ТВЭЛов размещены таблетки из урана.
Наш герой, БН-600, как раз относится к размножителям. Сейчас объясним: на 100 разделившихся в активной зоне ядер урана-235 в боковых и торцевых экранах нарабатывается 120-140 ядер плутония. Этот факт даёт возможность расширенного воспроизводства ядерного топлива.
Тепловыделяющие сборки (ТВС) представлены собранным в одном корпусе набором тепловыделяющих элементов – специальных трубочек, которые наполнены таблетками оксида урана с различным обогащением. Соприкосновение ТВЭЛов исключено, так как предусмотрены тонкие проволоки. Нижние дросселирующие отверстия обеспечивают поступление натрия в ТВС.
Нижняя часть выделяется хвостовиком, который вставляется в гнездо коллектора. В верхней части находится головной элемент, за который сборка захватывается при перегрузке. При различном обогащении предусмотрены разные посадочные места. Становится очевидным, что установить сборку на не то место невозможно.
Реактор управляется 19-ю компенсирующими стержнями, которые содержат бор для компенсации выгорания топлива, 2-мя стержнями автоматического регулирования и 6-ю стержнями активной защиты. Нейтральный фон у урана достаточно мал, поэтому специалисты запускают фотонейтронный источник.
Первый реактор оказался именно таковым – работающим на быстрых нейтронах. Всё случилось в 20 декабря 1951 года в Айдахо. Мощность того реактора составила всего-то 0,2 МВт. В 1963-м уже рядом с Детройтом американцы запустили атомную электростанцию с реактором на быстрых нейтронах мощностью, не превышающей 100 МВт. Упомянутые нами реакторы, запущенные в Соединённых Штатах, именовали EBR-I и Fermi соответственно.
В Советском Союзе темой «загорелся» Александр Лейпунский. Результатом многолетних исследований стал запуск первой советской атомной электростанции на быстрых нейтронах в городе Шевченко (ныне Актау, Казахстан). Установили туда реактор БН-350. АЭС и вырабатывала электроэнергию, и использовала тепло для опреснения воды.
С 1970-х годов мир атомной энергетики перевернулся. В роли доминант были избраны реакторы на тепловых нейтронах. Причины для такого выбора самые разные, например, быстрые реакторы способны вырабатывать плутоний, а значит, их функционирование нарушает закон о нераспространении ядерного оружия.
На сегодняшний день потенциал реакторов на быстрых нейтронах становится вновь актуальным. Согласно оценкам МАГАТЭ, даже в 2005 году разведанные запасы урана составили более 4,5 миллионов тонн. Даже если перейти на использование таких реакторов, указанных запасов хватит более чем на 2500 лет!
А ещё реализуемым кажется замкнутый топливный цикл.
И всё же почему реакторы на быстрых нейтронах не стали столь распространёнными?😳
Одна из основных причин – особенность конструкции. Нельзя применять воду в качестве теплоносителя, так как она – замедлитель нейтронов. Тонкости и нюансы налагают необходимость использования специальных конструкционных материалов для корпуса реактора и внутриреакторных систем. Ресурсы решают всё. Но даже возникающие проблемы считаются решаемыми. Только «быстрые» реакторы вовлекают в топливный цикл весь природный уран и увеличивают эффективность, дополнительно минимизируя объём радиоактивных отходов.
А как вы считаете, будущее за технологией быстрых реакторов?👀
#быстрыйреактор #энергетическийреактор #ядерныетехнологии #аэс #белоярскаяаэс #цпти #росатом #госкорпорацияросатом
