В трилогии Айзека Азимова о Галактической Империи, которая расположена на 25 миллионов планет в нашей галактике Млечный Путь, вся жизнь основывается на ядерной энергии. От космических кораблей до бытовых приборов, выращивании растений, получении пищи из микроорганизмов и водорослей, отопления и других важнейших направлений. Еще очень далеко и до этой империи, и до абсолютно безопасного ядерного топлива. Но проходит год-два и мы узнаем что-то новое в этом направлении.
Вчера на форуме АТОМЭКСПО-2024 был дан старт тестовым испытаниям уникального оборудования по производству инновационного ядерного топлива г. Северске Томской области
По видеосвязи объявили о запуске "линии карботермического синтеза на модуле по производству инновационного ЯТ для реактора 4го поколения "БРЕСТ-ОД-300". Строится новый реактор на Сибирском химическом комбинате (АО СХК, предприятие топливного дивизиона Росатома). На площадке этого крупного комплекса строится уникальный Опытно-демонстрационный энергетический комплекс (ОДЭК) по проекту "Прорыв С".
"Характеристика реактора 4го поколения на быстрых нейтронах БРЕСТ-ОД-300:
- станет первой в мире реакторной установкой со свинцовым теплоносителем;
- с повышенной безопасностью;
- эффективность реактора повышена из-за использования инновационного смешанного плотного нитридного уран-плутониевого ЯТ (так называемое СНУП-топливо), полностью состоящее из вторичных продуктов ядерного топливного цикла - обедненного урана и плутония;" По материалам.
Расшифрую название. БРЕСТ (Быстрый Реактор Естественной безопасности или Быстрый Реактор Естественной безопасности со Свинцовым Теплоносителем). "На быстрых нейтронах" - в "быстром" реакторе деления ядерного топлива вызывают быстрые нейтроны с энергией более 0,1 МэВ (отсюда и название "быстрый" реактор). Причем,в реакторе происходит деление не только очень редкого изотопа U-235, но и U-238 (природного урана, составляющего 99,3% в природных рудах). В "быстром" реакторе при каждом акте деления ядер образуется большее количество нейтронов, которые могут быть использованы для новых превращений U-238 в изотоп плутония Pu-239. Это превращение происходит в результате ядерной реакции:
В легководных реакторах, используют в качестве топлива только обогащенный уран U-235, получение которого дорого. О таком реакторе и о натриевом, в частности, в моей статье о Белоярской АЭС.
ОП 300 - опытный демонстрационный, мощностью 300 МВт.
Используемый теплоноситель – расплавленный свинец. Новый теплоноситель требует использование особой конструкцию. В БРЕСТ-ОД-300 активная зона, реактор, расположена в железобетонного бассейне, заполненном жидким свинцом. Парогенераторы и циркуляционные насосы – в периферийных полостях. Первый бетон в фундамент реакторного здания залили в июне 2021 года. "Температуры плавления и кипения, другие физические особенности теплоносителя и особенности реактора позволили отказаться от ловушки расплава, большого объема обеспечивающих систем, а также снизить класс безопасности внереакторного оборудования. Интегральная конструкция и физика реакторной установки исключают аварии, требующие эвакуации населения.
Смешанное нитридное уран-плутониевое (СНУП) топливо — вид ядерного топлива. В этом веществе уран и плутоний образуют соединение с азотом, мононитрид (U, Pu)N, а не с кислородом в виде диоксида урана (UO2), как в других реакторах. Разрабатывалось для перспективных реакторов на быстрых нейтронах с натриевым и свинцовым теплоносителями. В это же время, для улучшения свойств СНУП изучали свойства изотопов азота в «ВНИИНМ» "Исследовались новые направления для улучшения его свойств: применение изотопа азота 15N в СНУП-топливе позволяет при сохранении тех же энергетических параметров и коэффициента воспроизводства снизить до 27 % потребности в плутонии и уране, как при стартовой загрузке, так и при топливной подпитке. При этом наработка углерода-14 и трития в СНУП-топливе в процессе эксплуатации реакторов на быстрых нейтронах существенно сокращается .
СНУП-топливо нельзя производить с помощью стандартной технологии и оборудования, т.к. оно содержит радиоактивный плутоний, извлеченный из отработанного ядерного топлива. Поэтому производство уран-плутониевого топлива должно быть максимально автоматизированным, фактически безлюдным. И хранить его нужно в контейнерах с инертными газами.
"В конце апреля 2023 года на Сибирском химическом комбинате (СХК, входит в ТВЭЛ), на площадке которого строится ОДЭК, начали собирать опытный образец насоса для перекачки расплавленного свинца. Для агрегата использовали высоколегированные стали и керамические материалы, он весит более 30 т. Насос для БРЕСТа за секунду способен прокачать 11 т расплавленного свинца через первый контур реактора, что сравнимо с объемом кузова грузовика средних размеров, нагруженного свинцом."
Для того, чтобы атомная энергетика стала совершенно безопасной необходимо проводить исследования в разных направлениях и одно из самых передовых сейчас - технология замкнутого топливного цикла, основанной на использовании быстрых ядерных реакторов и переработке топлива, выгруженного из реакторов атомных станций, для последующего возврата в энергетический цикл невыгоревших и вновь образовавшихся делящихся изотопов.
Кстати, первый энергетический реактор на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем БН-350 был создан в СССР еще в в 1973 году. Об этом и о его создателях в одной из следующих статей. Для тех, кто был разочарован, что история не о далеких Галактических империях, могу написать вскоре. Был бы интерес.