Вечный двигатель, конечно, не может существовать, но широко известным свойством ядерного горючего – урана-235 – является способность к «размножению». В общем случае, – не подразумевающем даже каких-либо дополнительных затрат, – на 5 «выгоревших» ядер 235 изотопа, в реакторе образуются (из ядер урана-238) три ядра плутония-239. А этот изотоп также обладает способностью к цепному делению. Если же на дополнительные издержки, всё-таки, пойти коэффициент размножения может достигнуть 1:1 и даже 2:3. То есть, нового горючего образуется в полтора раза больше, чем было израсходовано. Тратится, в итоге, будет только 238 изотоп урана… Но его в мире уже скопилось 200 тысяч тонн.
Уран не является дефицитным элементом, и его доступные запасы могут обеспечить потребности человечества в энергии на перспективу, далее которой и загадывать смысла нет.
...Соответственно, возникает первый – простой – вопрос. Раз так можно, то почему до сих пор этого не было сделано? Потому что, плутоний сам по себе отход. Причём, опасный и очень неудобный хранении, – а его скопилось уже 1400 тонн. Как таковой, он ничего не стоит. Называемая, иногда, цифра 3 миллиона долларов за килограмм, – фикция. То что не продаётся, ценой не обладает в принципе… Так что, хотя плутоний и даровое сырьё, его переработка, необходимая для изготовления ТВЭЛов, обходится так дорого, что с экономической точки зрения целесообразнее обогащение урана.
Ранее на канале уже выходили публикации, в которых раскрывались причины такого положения дел. С одной стороны, плутоний по своим химическим, физическим и ядерным свойствам – исключительная, уникальная даже в таблице Менделеева мерзость. Технологии его переработки развивались последние десятилетия, и даже развились до такой степени, что в России запущен был первый работающий на плутонии энергетический реактор – БН-800. Но с другой стороны, в СССР, а затем в России огромный прогресс достигнут был и в технологиях обогащения урана. Так что, промышленные реакторы-размножители остаются… перспективой. Которую стоит прорабатывать, чтобы во всеоружии встретить момент, когда час «замкнутого цикла» пробьёт. Когда плутониевые ТВЭЛы окажутся дешевле урановых.
...Кстати, под одной из упомянутых выше статей некий комментатор поделился тщательно скрываемой «правдой», – в БН-800 плутоний (причём, обязательно оружейный, как принято в современной мифологии, уничтожаемый по соглашению с США) используется не чистый, а в виде 4% примеси к урану. Что, собственно, даже и правда – местами. Никаких «соглашений» об уничтожении оружейных расщепляющихся материалов нет, и не может быть, поскольку хотя вопрос тридцать лет назад и поднимался, условием запуска процесса была предварительная разработка сторонами необходимых для выполнения задачи технологий. Но американский воз и ныне там. К нам же – для утилизации – они свои оружейные уран и плутоний не отправят. Среди прочего потому, что именно это-то международными соглашениями и запрещено… В смысле, лишние, – после сокращения числа ядерных боеголовок, – урановые и плутониевые заряды, как лежали, так и лежат, на российских и американских арсеналах.
В остальном же, как-то так: 4% плутония-239 подмешиваются при изготовлении ТВЭЛ к урану. Но обеднённому. Так что, 0.3% урана-235 и 1% плутония-240 идут бонусом, – чтобы ядерщикам служба мёдом не казалась. Если б не так, не было бы и проблемы со сжиганием плутония… И тут уже можно перейти к вопросам не столь тривиальным.
Вот, например. А каким образом в обычном реакторе, в котором горит уран-235, «нарабатывается» плутоний, который тоже горючее, а значит, должен выгореть ещё раньше, чем уран, – его же меньше? И второй в ту же корзину. Допустим, теперь, вместо 235 и 238 урана в реакторе, плутоний-239 и 238 уран. Плутоний горит, нарабатывая… себя же? То есть, реакция будет продолжаться до полного выгорания всего, чем БН-800 начинён?
Плутоний накапливается в стержнях обычных реакторов поскольку, хоть он и «цепной» изотоп, условия для поддержания цепной реакции в его случае другие. Куда, кстати, менее гуманные. Реакцию труднее держать под контролем, – плутоний же это… самый мерзкий материал… И количество образующихся при распаде ядра свободных нейтронов и режим их выхода у плутония – не такие, как у урана. У «нормальном» реакторе он вообще не загорается (к счастью).
В реакторе специальном, – таком как БН-800, – новый наработанный плутоний (только 239, изотопы 240 и 241 – ещё гаже) гореть будет на тех же основаниях, что и изначально заправленный в ТВЭЛы. А оставшийся после «обеднения» уран-235, соответственно, нет… В теории это означает некоторое удобство, – нет «выгорания». При настройке 1:1 количество «горючего» изотопа в стержнях будет оставаться постоянным, а значит, дополнительных мер для поддержания реакции принимать не потребуется… Но на практике это ничего не даёт. Время, через которое тепловыделяющие сборки придётся менять, ограничено не концентрацией горючего изотопа в них, а сроком службы самих сборок, работающих в условиях грандиозных тепловых, радиационных и химических нагрузок.
В случае использования плутония этот срок ещё и меньше, чем при использовании урана. Проблемы же со снижением тепловыделения наблюдаются всё-равно, – реактор отравляется 240 и 241 изотопами, и поглощающими нейтроны продуктами их распада.
А потом ТВЭЛы, как и в случае с использованием урана, всё-равно размалывают и заливают полученный порошок реагентами, так чтобы плутоний перешёл в раствор. После химического отделения плутония и урана, от других, наплодившихся в реакторе химических элементов (большей частью в форме нестабильных изотопов) из горючего снова нужно наштамповать «таблетки» и заполнить ими циркониевые трубки. Тут разницы нет, или вернее, она в том, что плутоний будет активно и изобретательно противодействовать начинаниям на всех этапах процесса… Так что, до недавнего времени стержни заправленные им обходились строе дороже урановых. Лишь последние успехи российских ядерных технологий сократили разницу до 40%.
...Тем не менее, себестоимость «плутониевой» энергии можно снижать и дальше, за счёт оптимизации технологических процессов и увеличения масштабов производства. Для этой цели в Томской области строится завод «Прорыв», на территории которого будет работать и первый ректор БРЕСТ со свинцовым теплоносителем.
