Здравствуйте, дорогие радиослушатели! В эфире дайджест радио «АСТРА-Х». Представляем вам последние ядерные новости.
Росатом успешно завершил создание замкнутого ядерного цикла и четвёртый энергоблок Белоярской АЭС с быстрым реактором БН-800 достиг 100% мощности. Давайте поговорим об этом реакторе и его значении для нашей страны и мировой энергетики.
Реактор БН-800 — это быстрый натриевый реактор, который использует натрий в качестве теплоносителя. Удивительно, но натрий не замедляет нейтроны, как это делают другие вещества.
Нейтрон — это элементарная частица, которая сталкивается с ядром атома и вызывает его деление. Когда нейтрон попадает в ядро урана, оно делится на два новых нейтрона и другие частицы. Эти нейтроны вылетают с разной скоростью и ведут себя по-разному: быстрые нейтроны могут участвовать в цепной реакции деления, а медленные — нет.
В природном уране содержится два изотопа: уран-235 и уран-238. Уран-235 делится под действием нейтронов, а уран-238 — нет. Поэтому для того, чтобы поддерживать цепную реакцию деления, необходимо обогащать уран-235 в природном уране.
Обычно в природном уране содержится около 0,7% урана-235. При обогащении его содержание увеличивают до 5%. Однако даже после обогащения часть нейтронов всё равно поглощается ураном-238, который ведёт себя «неправильно».
Теоретически было очевидно, что если нейтроны не замедлять, их будет больше поглощаться ураном-238. Однако даже небольшая вероятность того, что свободный нейтрон превратится в уран-239, а затем в нептуний-239 и плутоний, может привести к созданию плутония для ядерных реакторов.
Таким образом, если заставить уран-238 получать как можно больше быстрых нейтронов, он будет потихоньку превращаться в плутоний, который уже можно использовать в ядерных реакторах. При этом в активной зоне реактора образуется не только плутоний-239, но и плутоний-240 и плутоний-241, которые невозможно разделить.
Плутоний-240 — это энергетический плутоний, который не используется для создания ядерных боезарядов. Однако смесь из трёх изотопов плутония, образующаяся в активной зоне реактора, не может быть использована для создания ядерного оружия.
Таким образом, реактор БН-800 имеет большое значение для нашей страны и мировой энергетики, так как он позволяет использовать уран более эффективно и создавать плутоний для ядерных реакторов без риска создания ядерного оружия.
Вот эта смесь энергетического плутония, полученная из урана-238, представляет собой новый делимый материал. Мы получаем его без каких-либо дополнительных действий, так как физические реакции происходят сами по себе.
Вспомним, как мы получаем обогащённый уран. Для этого необходимо добыть его из-под земли, освободить от других соединений и обогатить. В случае с новым материалом всё происходит автоматически.
Первые попытки создания МОКС-топлива были предприняты французами. Они научились делать ядерное топливо, которое после 5-летнего хранения в бассейне выдержки остывает и подвергается химической обработке. В результате из него выделяют уран и плутоний, получая энергетический плутоний. Затем эти материалы превращают в оксид, который можно добавлять в топливо без изменения всей конструкции.
Экспериментально было установлено, что обычные реакторы могут выдерживать до 20% переработанного материала. Французы сделали из этого бизнес: они перерабатывают МОКС-топливо и продают его.
Если представить реактор как цилиндр, то в его центре находится МОКС-топливо. Быстрые нейтроны создают плотный поток, который можно направить на периферию, где находится уран-238. Там они начинают превращаться в энергетический плутоний, создавая сказочную картину.
Грубо говоря, это похоже на то, как мы с вами решили погреться у костра. Мы положили три полена, нам стало тепло, и мы легли спать. Проснувшись, мы обнаружили, что нам всё ещё тепло. Именно для этого и нужны реакторы с быстрыми нейтронами.
Натрий — лёгкий металл, который не замедляет нейтроны и свободно пропускает их через себя. Он становится жидким при не очень высокой температуре, что позволяет использовать его в реакторах. Осталось только научиться работать с ним, не делая ничего с нейтронами.
В то же время выяснилось, что двух контуров недостаточно. Вода в теплообменнике не может нагреваться, потому что возникает наведённая радиация, которая делает пар, идущий на турбину, радиоактивным.
Поэтому был добавлен ещё один контур с натрием. Горячий натрий с наведённой радиоактивностью передаёт свою температуру другому натрию, который уже не радиоактивен. Этот натрий также горячий и передаёт свою температуру воде, которая превращается в пар.
Технология быстрого натриевого реактора мощностью 600 МВт была успешно завершена. В 2015 году при помощи американских партнёров удалось завершить работу над реактором БН-800.
Соглашение об утилизации плутония было подписано между Россией и Соединёнными Штатами. Согласно этому соглашению, обе страны должны уничтожать по 34 тонны оружейного плутония в активной зоне быстрых реакторов.
У нас все технологии прошли проверку. Мы научились делать МОК-топливо в Железногорске на Сибирском химическом комбинате. Американцам не удалось достичь таких же результатов, они потратили более 8 миллиардов долларов, но у них не получилось.
Американские специалисты сказали, что нужно использовать Е8-ЛР, и тогда через 10 лет это будет возможно. Но пока мы подождём. На эту программу было потрачено 400 миллионов наших долларов и 200 миллионов, которые доплатили американцы.
В 2016 году президент России заявил, что мы не отказываемся от этой программы. Мы вернёмся к ней, как только наши заокеанские партнёры научатся производить МОК-топливо и построят быстрый реактор.
Изначально в активную зону грузили обычное топливо, чтобы проверить, выдержит ли вся конструкция реактора 800 нагрузку. Затем постепенно загружали МОК-топливо с плутонием. На первом этапе загрузили 10% топлива и проверили, всё ли в порядке. Да, всё в порядке, конструкция выдерживает.
Попробовали загрузить 30%, потом 50%. В прошлом году дошли до 100%. Сейчас это топливо выгрузили и проверяют, соответствуют ли результаты проектным характеристикам.
Согласно проекту, должна была произойти загрузка свежим МОК-топливом, которое уже не из оружейного плутония, а из энергетического плутония и урана.
Сейчас коэффициент воспроизводства составляет 0,85. Это означает, что из 85 килограммов загруженного делящегося материала мы получили 85 килограммов энергетического плутония на выходе.
Следующий этап освоения этой технологии — установка бланкетов из урана-238. Это нужно для того, чтобы коэффициент воспроизводства был равен 1, то есть мы должны получить 100 килограммов энергетического плутония из 100 килограммов загруженного делящегося материала.
Это первый момент. Второй момент — себестоимость выработки электроэнергии должна быть такой же, как у обычных водно-водяных реакторов. В этом случае это имеет экономический смысл, и можно работать.
Благодарю радиослушателей за внимание. Обязательно подписывайтесь на дайджест радио АСТРА-Х — ваш источник увлекательных новостей, посвященных космосу, науке и технологиям.
До скорых встреч! Не забывайте подписываться на наш канал и оставайтесь с нами на одной волне.