Η Ρωσία έκανε μια σημαντική ανακάλυψη στην πυρηνική ενέργεια

2024 Συγγραφέας: Seth Attwood | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-16 16:02

Το έργο «Breakthrough» - ο υπό κατασκευή πυρηνικός αντιδραστήρας Brest-300 κοντά στο Τομσκ, θα ανοίξει μια νέα σελίδα στον ενεργειακό τομέα της Γης. Η Ρωσία δημιουργεί το πρώτο Perpetuum Mobile στον κόσμο με ισχύ 300 MW - ένα πυρηνικό εργοστάσιο με κλειστό κύκλο καυσίμου. Το έργο με το αυτονόητο όνομα "Breakthrough" υπόσχεται ενέργεια χωρίς κίνδυνο, χωρίς εξόρυξη ουρανίου και ξεπερνά τους ανταγωνιστές για δεκαετίες …

Σαράντα τρία εκτάρια εδάφους, γκρίζοι μονολιθικοί τοίχοι, εξαρτήματα που άφθονα προεξέχουν στον ουρανό, γερανοί και 600 εργάτες. Τρία χρόνια αργότερα, σε αυτό το μέρος, σε μια κλειστή πόλη Σεβερσκ, 25 χιλιόμετρα από Τομσκ, θα αρχίσει να λειτουργεί το πρώτο στον κόσμο Το Perpetuum Mobile με χωρητικότητα 300 μεγαβάτ είναι ένας πυρηνικός σταθμός ηλεκτροπαραγωγής με κλειστό κύκλο καυσίμου και λιωμένο μόλυβδο ως ψυκτικό. Η επιχείρηση ονομάζεται πειραματική, καθώς οι υπερτεχνολογίες για αυτήν υπολογίζονται μέχρι στιγμής μόνο σε μαθηματικά μοντέλα. Ωστόσο, έχοντας τους ελέγξει σε έναν αντιδραστήρα που λειτουργεί, οι πυρηνικοί επιστήμονές μας θα λάβουν έναν πυρηνικό σταθμό αναφοράς νέας γενιάς, ξεφεύγοντας από τους ανταγωνιστές της Toshiba, της Areva και άλλων για δεκαετίες. Το έργο, το οποίο έχει μια αυτονόητη ονομασία Ανακάλυψη », Υπόσχεται ενέργεια χωρίς κίνδυνο και το πιο σημαντικό, χωρίς εξόρυξη ουρανίου.

Οι σκεπτικιστές και το ειρηνικό άτομο

Λίγα λόγια για όσους θεωρούν το ειρηνικό άτομο λείψανο. Οι ανάγκες της ανθρωπότητας για ενέργεια διπλασιάζονται κάθε 20 χρόνια. Η καύση πετρελαίου και άνθρακα οδηγεί στον ετήσιο σχηματισμό περίπου μισού δισεκατομμυρίου τόνων διοξειδίου του θείου και οξειδίων του αζώτου, δηλαδή 70 κιλά επιβλαβών ουσιών για κάθε κάτοικο της γης. Η χρήση πυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής εξαλείφει αυτό το πρόβλημα. Επιπλέον, τα αποθέματα πετρελαίου είναι περιορισμένα και η ενεργειακή ένταση ενός τόνου ουρανίου-235 είναι περίπου ίση με την ενεργειακή ένταση δύο εκατομμυρίων τόνων βενζίνης.

Το κόστος είναι επίσης σημαντικό. Σε έναν υδροηλεκτρικό σταθμό, μια κιλοβατώρα ηλεκτρικής ενέργειας κοστίζει 10-25 καπίκια, αλλά το δυναμικό υδροηλεκτρικής ενέργειας στον ανεπτυγμένο κόσμο έχει σχεδόν εξαντληθεί. Σε σταθμούς άνθρακα ή μαζούτ - 22-40 καπίκια, αλλά προκύπτουν περιβαλλοντικά προβλήματα. Σε βιομηχανικούς αιολικούς και ηλιακούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής - 35-150 καπίκια, λίγο ακριβά, και ποιος εγγυάται συνεχή άνεμο και απουσία νεφών. Το αρχικό κόστος της ατομικής ενέργειας είναι 20-50 καπίκια, είναι σταθερό, δημιουργεί πολύ λιγότερα περιβαλλοντικά προβλήματα από την καύση πετρελαίου και άνθρακα, οι δυνατότητές του είναι απεριόριστες.

Τελικά, το ρωσικό ειρηνικό άτομο αποδείχθηκε ότι ήταν σχεδόν εκτός ανταγωνισμού. Το 2010, όταν, μετά από ένα κρύο 24 ετών, πολλές χώρες ήθελαν ξανά να κατασκευάσουν πυρηνικούς σταθμούς, οι αντιδραστήρες μας αποδείχθηκαν φθηνότεροι και όχι χειρότεροι από τα ιαπωνικά, γαλλικά και αμερικανικά πρωτότυπα. Επιπλέον, εμείς, σε αντίθεση με τους ανταγωνιστές , όλα αυτά τα χρόνια κατασκευάζουμε πυρηνικούς σταθμούς - Η Rosatom είχε κάτι να δείξει σε έναν πιθανό πελάτη.

Η διοίκηση της κρατικής εταιρείας αντιμετώπισε αρμοδίως το προκύπτον μειονέκτημα. Ως αποτέλεσμα, η Westinghouse Electric χρεοκόπησε πέρυσι. Η Toshiba, η οποία στο παρελθόν εξαγόρασε την Westinghouse Electric, είναι καθ' οδόν. Η οικονομική κατάσταση της Areva επίσης δεν είναι αξιοζήλευτη. Από την άλλη, αντιπροσωπείες από 52 χώρες ήρθαν στην Atomexpo-2016. 20 από αυτές τις χώρες δεν έχουν ακόμη πυρηνική ενέργεια. Τώρα θα εμφανιστούν για πρώτη φορά στο Αίγυπτος, Βιετνάμ, Τουρκία, Ινδονησία, Μπαγκλαντές - οι ρωσικοί μας πυρηνικοί σταθμοί.

Βαθιά κόλαση

Το κύριο πρόβλημα της πυρηνικής ενέργειας σήμερα είναι καύσιμα … Υπάρχουν 6,3 εκατομμύρια τόνοι οικονομικά ανακτήσιμου ουρανίου στη γη. Εάν ληφθεί υπόψη η αύξηση της κατανάλωσης, θα διαρκέσει περίπου 50 χρόνια. Το κόστος είναι περίπου 50 $ ανά κιλό μεταλλεύματος σήμερα, αλλά καθώς η εξόρυξη περιλαμβάνει λιγότερο επικερδή κοιτάσματα, θα αυξηθεί στα 130 $ ανά κιλό και περισσότερο. Υπάρχουν φυσικά αποθέματα εξόρυξης, και όχι μικρά, αλλά δεν είναι για πάντα.

Το ουράνιο είναι δύσκολο να εξορυχθεί ή πολύ δύσκολο … Στο βράχο του μεταλλεύματος ουρανίου υπάρχει περίπου 0,1-1 τοις εκατό, συν ή πλην. Το μετάλλευμα εμφανίζεται σε βάθος περίπου ενός χιλιομέτρου. Οι θερμοκρασίες στα ορυχεία είναι πάνω από 60 βαθμούς Κελσίου. Το εξαγόμενο πέτρωμα πρέπει να διαλυθεί σε οξύ, πιο συχνά θειικό οξύ, προκειμένου να απομονωθεί το μετάλλευμα ουρανίου από το διάλυμα. Σε ορισμένα κοιτάσματα, το θειικό οξύ διοχετεύεται αμέσως στο έδαφος, έτσι ώστε αργότερα να μπορεί να ληφθεί μαζί με το διαλυμένο ουράνιο. Ωστόσο, υπάρχουν πετρώματα ουρανίου που δεν διαλύονται στο θειικό οξύ …

Τέλος, μόνο σε καθαρό ουράνιο 0,72 τοις εκατό το απαιτούμενο ισότοπο είναι το ουράνιο-235. Το ίδιο πάνω στο οποίο λειτουργούν οι πυρηνικοί αντιδραστήρες. Για να τον αναδείξουμε είναι ένας ξεχωριστός πονοκέφαλος. Το ουράνιο μετατρέπεται σε αέριο (εξαφθοριούχο ουράνιο) και διέρχεται από καταρράκτες φυγοκεντρητών που περιστρέφονται με ταχύτητα περίπου δύο χιλιάδων στροφών ανά δευτερόλεπτο, όπου το ελαφρύ κλάσμα διαχωρίζεται από το βαρύ. Η χωματερή - ουράνιο-238, με υπολειμματική περιεκτικότητα σε ουράνιο-235 0,2-0,3 τοις εκατό, απλώς πετάχτηκε στη δεκαετία του '50. Στη συνέχεια όμως άρχισαν να το αποθηκεύουν με τη μορφή στερεού φθοριούχου ουρανίου σε ειδικά δοχεία κάτω από τον ανοιχτό ουρανό. Για 60 χρόνια, η γη έχει συσσωρευτεί περίπου δύο εκατομμύρια τόνοι φθοριούχου ουρανίου-238 … Γιατί διατηρείται; Τότε, ότι το ουράνιο-238 μπορεί να γίνει καύσιμο για γρήγορους πυρηνικούς αντιδραστήρες, με τους οποίους μέχρι τώρα οι πυρηνικοί επιστήμονες είχαν μια δύσκολη σχέση.

Συνολικά, κατασκευάστηκαν 11 βιομηχανικοί γρήγοροι αντιδραστήρες νετρονίων στον κόσμο: τρεις στη Γερμανία, δύο στη Γαλλία, δύο στη Ρωσία, από έναν στο Καζακστάν, την Ιαπωνία, τη Μεγάλη Βρετανία και τις Ηνωμένες Πολιτείες. Ένα από αυτά, το SNR-300 στη Γερμανία, δεν εκτοξεύτηκε ποτέ. Σταματούν άλλα οκτώ. Έφυγαν δύο εργάτες … Που νομίζεις? Αυτό είναι σωστό, επάνω NPP Beloyarsk.

Από τη μία πλευρά, οι γρήγοροι αντιδραστήρες είναι ασφαλέστεροι από τους συμβατικούς θερμικούς αντιδραστήρες. Δεν υπάρχει υψηλή πίεση σε αυτά, δεν υπάρχει κίνδυνος αντίδρασης ατμού-ζιρκόνιου κ.λπ. Από την άλλη πλευρά, η ένταση των πεδίων νετρονίων και η θερμοκρασία στην περιοχή εργασίας είναι υψηλότερη· ο χάλυβας, ο οποίος θα διατηρούσε τις ιδιότητές του και στις δύο παραμέτρους, είναι πιο δύσκολος και ακριβότερος στην κατασκευή του. Επιπλέον, το νερό δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ψυκτικό σε έναν γρήγορο αντιδραστήρα. Υπολείμματα: υδράργυρος, νάτριο και μόλυβδος. Ο υδράργυρος αποβάλλεται λόγω της υψηλής διαβρωτικότητας του. Ο μόλυβδος πρέπει να διατηρείται σε λιωμένη κατάσταση - η θερμοκρασία τήξης είναι 327 μοίρες. Το σημείο τήξης του νατρίου είναι 98 μοίρες, επομένως όλοι οι γρήγοροι αντιδραστήρες έχουν κατασκευαστεί μέχρι στιγμής με ψυκτικό νάτριο. Αλλά το νάτριο αντιδρά πολύ βίαια με το νερό. Αν το κύκλωμα ήταν κατεστραμμένο … Όπως συνέβη στον ιαπωνικό αντιδραστήρα "Monju" το 1995. Γενικά τα γρήγορα αποδείχτηκαν πολύ δύσκολα.

Μην ανησυχείτε δεν θα παγώσει

«Μην ανησυχείτε, το μόλυβδο στον αντιδραστήρα μας Brest-300 όχι μόνο δεν θα στερεοποιηθεί ποτέ, αλλά δεν θα κρυώσει ποτέ κάτω από τους 350 βαθμούς», λέει στο Lente.ru ο επικεφαλής του έργου BREST-OD-300 Αντρέι Νικολάεφ … - Υπεύθυνα για αυτό είναι ειδικά συστήματα και συστήματα. Πρόκειται για ένα εντελώς νέο έργο που δεν έχει καμία σχέση με τους αντιδραστήρες μολύβδου-βισμούθιου που βρίσκονταν στα υποβρύχια. Όλα εδώ αναπτύχθηκαν λαμβάνοντας υπόψη τις τελευταίες εξελίξεις, τεχνολογίες και επιτεύγματα. Θα είναι ο πρώτος στον κόσμο ταχύψυκτος αντιδραστήρας με μόλυβδο … Δεν είναι για τίποτα που ονομάζεται "Breakthrough". Πριν από σας είναι μια επιχείρηση του μέλλοντος - ένα πυρηνικό εργοστάσιο τέταρτης γενιάς με κλειστό κύκλος καυσίμου.

Δεν μου επέτρεψαν να ανέβω στο εργοτάξιο - πρόκειται για διαβαθμισμένες πληροφορίες. Ούτε τους επιτρεπόταν να βγάλουν φωτογραφίες, άρα οι φωτογραφίες δεν είναι δικές μου. Κατασκευάστηκαν από ένα άτομο που εξηγήθηκε εκ των προτέρων από ποιες γωνίες είναι δυνατόν να συλλάβει ένα αντικείμενο και από ποιες γωνίες είναι αδύνατον. Αλλά ο Andrey Nikolaev εξήγησε λεπτομερώς γιατί και με ποια σειρά κατασκευάζονται οι τρεις μονάδες Proryv και πώς ένας πυρηνικός σταθμός μπορεί να λειτουργήσει χωρίς ουράνιο.

Η επιχείρηση θα αποτελείται από τρία εργοστάσια: μονάδα παραγωγής καυσίμου, ο ίδιος ο αντιδραστήρας και μονάδα επανεπεξεργασίας καυσίμων. Το εργοστάσιο παραγωγής καυσίμων θα κατασκευάσει μια εντελώς νέα σύνθεση στοιχείων καυσίμου, που δεν είχε ανάλογο στον κόσμο. Αυτό είναι ένα μικτό καύσιμο νιτριδίου ουρανίου-πλουτωνίου - MNUP. Το σχάσιμο υλικό στον νέο αντιδραστήρα θα είναι πλουτώνιο … Και το ουράνιο-238, το ίδιο μη σχάσιμο, θα ακτινοβοληθεί με θερμικά νετρόνια και θα μετατραπεί σε πλουτώνιο-239. Δηλαδή, ο αντιδραστήρας Brest-300 θα παράγει θερμότητα, ηλεκτρισμό και επιπλέον , ετοιμάστε καύσιμα για τον εαυτό σας.

Δύο πουλιά με μια πέτρα

Στον κόσμο σήμερα εργάζονται 449 ειρηνικοί βιομηχανικοί πυρηνικοί αντιδραστήρες και 60 ακόμη είναι υπό κατασκευή. Κατά τη λειτουργία αυτών των αντιδραστήρων, στο παρελθόν και στο μέλλον, προκύπτει ένα προγραμματισμένο πρόβλημα - συγκροτήματα αναλωμένου καυσίμου. Αρχικά, μπαίνουν σε ειδικά λουτρά, όπου «ψύχονται» για αρκετά χρόνια. Στη συνέχεια, τα «ψυγμένα» στοιχεία καυσίμου αποθηκεύονται σε «στεγνές» αποθηκευτικές εγκαταστάσεις, όπου συσσωρεύονται σε μεγάλες ποσότητες. Η ικανότητα επεξεργασίας συγκροτημάτων απορριμμάτων είναι αρκετές φορές μικρότερη από την απαραίτητη. Γιατί; Γιατί είναι πολύ δύσκολο και ακριβό.

Το έργο Breakthrough θα κατασκευάσει τη δική του μονάδα επεξεργασίας καυσίμων. Όπως μπορείτε να μαντέψετε, Αυτό το εργοστάσιο όχι μόνο θα καταστρέψει τα καμένα καύσιμα, αλλά θα δώσει πρώτες ύλες για νέα συγκροτήματα … Οι παλιές ράβδοι καυσίμου θα διαλυθούν σε οξύ, πιθανώς θειικό, και στη συνέχεια στο εργοστάσιο, χρησιμοποιώντας πολύπλοκες χημικές τεχνολογίες, το διάλυμα θα διαχωρίζεται στοιχείο προς στοιχείο. Το περιττό ρυθμίζεται και θάβεται, το απαραίτητο χρησιμοποιείται. Εκτός από τις πρώτες ύλες για το νέο καύσιμο, η επιχείρηση θα εξάγει από τα παλιά συγκροτήματα τα πιο σπάνια ισότοπα βαρέων στοιχείων που έχουν ζήτηση στην ιατρική, την επιστήμη και τη βιομηχανία.

Παρεμπιπτόντως, η ισχύς του αντιδραστήρα των 300 μεγαβάτ δεν επιλέχθηκε τυχαία. Σε αυτή την ισχύ, θα παράγει όσο πλουτώνιο καταναλώνει. Ο ίδιος αντιδραστήρας με μεγαλύτερη ισχύ θα παράγει περισσότερα καύσιμα από όσα θα καταναλώνει. Έτσι, μόλις φορτωθεί, ο αντιδραστήρας της Βρέστης θα λειτουργεί σαν ένα συνηθισμένο Perpetuum Mobile. Θα απαιτηθεί μόνο ένα μικρό απόθεμα απεμπλουτισμένου ουρανίου. Λοιπόν, και το ουράνιο-238, όπως έχω ήδη αναφέρει, συσσωρεύεται από την πυρηνική βιομηχανία σε τέτοια ποσότητα που θα κρατήσει για πάντα.

Μεγάλη κατσαρόλα

- Για να φανταστείς έναν αντιδραστήρα, - συνεχίζει ο Αντρέι Νικολάεφ. - Πρόκειται για ένα ταψί ύψους 17 μέτρων και διαμέτρου 26 μέτρων. Τα συγκροτήματα καυσίμου θα χαμηλώσουν σε αυτό. Ένας εναλλάκτης θερμότητας - λιωμένος μόλυβδος θα κυκλοφορήσει μέσα από αυτόν. Όλος ο εξοπλισμός από και προς μόνο ρωσική παραγωγή. Θα είναι ένας απολύτως ασφαλής αντιδραστήρας με περιθώριο αντιδραστικότητας μικρότερο από τη μονάδα. Δηλαδή, σύμφωνα με τους νόμους της φυσικής, απλά δεν έχει αρκετή αντιδραστικότητα για να επιταχύνει. Ατυχήματα μεγάλης κλίμακας σε αυτό δεν είναι δυνατά. Δεν θα απαιτηθεί ποτέ εκκένωση του πληθυσμού. Οποιαδήποτε αποτυχία, εάν συμβεί, δεν θα υπερβεί τα όρια του κτιρίου της επιχείρησης. Ακόμη και οι εκπομπές στην ατμόσφαιρα ως αποτέλεσμα ενός υποθετικού ατυχήματος δεν θα συμβούν.

Ο αυτόματος καθαρισμός του ψυκτικού θα εισαχθεί στον αντιδραστήρα Brest-300. Το ψυκτικό του νέου αντιδραστήρα, δηλαδή ο μόλυβδος, δεν θα χρειαστεί ποτέ να αντικατασταθεί. Αυτό εξαλείφει μια άλλη προβληματική σπατάλη της παραδοσιακής πυρηνικής ενέργειας - το LRW.

Τα προβλήματα λύνονται στην πορεία

Οι συγγραφείς του έργου Brest-300 είναι το NIKIET με το όνομα Dollezhal. Τα χρήματα κατανέμονται στην ώρα τους, η κατασκευή προχωρά με τους προγραμματισμένους ρυθμούς, το εργοστάσιο παραγωγής καυσίμων θα είναι το πρώτο που θα ξεκινήσει να λειτουργεί. Η εκτόξευση του αντιδραστήρα έχει προγραμματιστεί για το 2024 … Στη συνέχεια θα ολοκληρωθεί η μονάδα επανεπεξεργασίας καυσίμου. Παράλληλα με την κατασκευή, οι εργασίες Ε&Α συνεχίζονται. Ως αποτέλεσμα αυτών των εργασιών, πραγματοποιούνται περιοδικά αλλαγές στην κατασκευή, επομένως το τελικό τελικό χρονικό σημείο δεν κατονομάζεται.

Το έργο της Μπρεστ έχει επικριτές στους ακαδημαϊκούς κύκλους. Αυτό είναι κατανοητό, το έργο κέρδισε τον διαγωνισμό, στον οποίο συμμετείχαν πολλά ακόμη επιφανή ινστιτούτα. Οι επικριτές λένε ότι οι τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται στη Βρέστη είναι ημιτελείς. Ειδικότερα, αμφισβητούν τη χρήση του τήγματος μολύβδου ως φορέα θερμότητας, και ούτω καθεξής και ούτω καθεξής. Δεν θα μπούμε σε λεπτομέρειες, είναι πολύ περίπλοκα και διφορούμενα. Από την άλλη, γιατί να μην εμπιστευόμαστε τους ατομικούς επιστήμονές μας; Όλα τα έργα που έκανε η ΕΣΣΔ και μετά η Ρωσία στην πυρηνική βιομηχανία, ήταν ένα βήμα μπροστά από τα δυτικά και ανατολικά αντίστοιχά τους. Τι λόγο λοιπόν έχουμε να πιστεύουμε ότι αυτή τη φορά τα πράγματα θα εξελιχθούν διαφορετικά; Μου φαίνεται ότι πρέπει απλά να είσαι χαρούμενος για τη Rosatom και την TVEL και ταυτόχρονα για τον εαυτό σου, γιατί αυτό είναι μας εταιρεία.