Ռուսաստանը բեկում մտցրեց միջուկային էներգիայի ոլորտում

2024 Հեղինակ: Seth Attwood | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-16 16:07

«Breakthrough» նախագիծը՝ Տոմսկի մերձակայքում կառուցվող Brest-300 միջուկային ռեակտորը, նոր էջ կբացի Երկրի էներգետիկ ոլորտում։ Ռուսաստանը ստեղծում է աշխարհում առաջին Perpetuum Mobile-ը 300 ՄՎտ հզորությամբ՝ վառելիքի փակ ցիկլով ատոմակայան։ Ինքնաբացատրվող «Breakthrough» անվանումով նախագիծը խոստանում է էներգիա առանց վտանգի, առանց ուրանի արդյունահանման և տասնամյակների ընթացքում գերազանցում է մրցակիցներին…

Քառասուներեք հեկտար տարածք, մոխրագույն միաձույլ պատեր, առատորեն դեպի երկինք ցցված կցամասեր, կռունկներ և 600 աշխատող: Երեք տարի անց այս վայրում՝ փակ քաղաքում Սեվերսկ, 25 կիլոմետր հեռավորության վրա Տոմսկ, կսկսի աշխատել առաջինն աշխարհումPerpetuum Mobile-ը 300 մեգավատ հզորությամբ ատոմակայան է՝ վառելիքի փակ ցիկլով և հալած կապարով՝ որպես հովացուցիչ նյութ։ Ձեռնարկությունը կոչվում է փորձարարական, քանի որ դրա համար սուպերտեխնոլոգիաները մինչ այժմ հաշվարկվում են միայն մաթեմատիկական մոդելներով։ Այնուամենայնիվ, ստուգելով դրանք գործող ռեակտորի վրա, մեր միջուկային գիտնականները կստանան նոր սերնդի տեղեկատու ատոմակայան, տասնամյակներ շարունակ պոկվելով Toshiba-ի, Areva-ի և մյուսների մրցակիցներից: Նախագիծը, որն ունի ինքնին հասկանալի անվանում» Բեկում «, Էներգիա է խոստանում առանց վտանգի և, ամենակարևորը, առանց ուրանի արդյունահանման.

Թերահավատները և խաղաղ ատոմը

Մի քանի խոսք խաղաղ ատոմը մասունք համարողների համար. Մարդկության էներգիայի կարիքը կրկնապատկվում է 20 տարին մեկ։ Նավթի և ածուխի այրումը հանգեցնում է տարեկան մոտ կես միլիարդ տոննա ծծմբի երկօքսիդի և ազոտի օքսիդների առաջացմանը, այսինքն՝ 70 կիլոգրամ վնասակար նյութ երկրի յուրաքանչյուր բնակչի համար։ Ատոմակայանների օգտագործումը վերացնում է այս խնդիրը։ Ավելին, նավթի պաշարները սահմանափակ են, և մեկ տոննա ուրան-235 էներգիայի ինտենսիվությունը մոտավորապես հավասար է երկու միլիոն տոննա բենզինի էներգիայի ինտենսիվությանը:

Արժեքը նույնպես կարևոր է. ՀԷԿ-ում մեկ կիլովատ/ժ էլեկտրաէներգիան արժե 10-25 կոպեկ, սակայն զարգացած աշխարհում հիդրոէներգետիկ ներուժը գործնականում սպառված է։ Ածխի կամ մազութի կայաններում՝ 22-40 կոպեկ, բայց բնապահպանական խնդիրներ են առաջանում։ Արդյունաբերական հողմային և արևային էլեկտրակայաններում՝ 35-150 կոպեկ, մի քիչ թանկ, և ով է երաշխավորում մշտական քամին և ամպերի բացակայությունը։ Ատոմային էներգիայի հիմնական արժեքը 20-50 կոպեկ է, այն կայուն է, շատ ավելի քիչ բնապահպանական խնդիրներ է ստեղծում, քան նավթն ու ածուխը այրելը, դրա ներուժն անսահման է։

Ի վերջո, ռուսական խաղաղ ատոմը գրեթե մրցակցությունից դուրս էր։ 2010 թվականին, երբ 24 տարվա ցրտից հետո շատ երկրներ նորից ցանկացան կառուցել ատոմակայաններ, մեր ռեակտորները պարզվեցին, որ ավելի էժան են և ոչ ավելի վատ, քան ճապոնական, ֆրանսիական և ամերիկյան նախատիպերը։ Ավելին, մենք, ի տարբերություն մրցակիցների , այս տարիների ընթացքում մենք ատոմակայաններ ենք կառուցում - Ռոսատոմը պոտենցիալ հաճախորդին ցույց տալու բան ուներ։

Պետական կորպորացիայի ղեկավարությունը իրավասու կերպով վերացրել է առաջացած արատը: Արդյունքում, անցյալ տարի Westinghouse Electric-ը սնանկացավ: Toshiba-ն, որը նախկինում գնել էր Westinghouse Electric-ը, ճանապարհին է: Արևայի ֆինանսական վիճակը նույնպես նախանձելի չէ. Մյուս կողմից, «Ատոմէքսպո-2016»-ին 52 երկրների պատվիրակություններ էին եկել։ Այդ երկրներից 20-ը դեռ չեն ունեցել միջուկային էներգիա։ Նրանք այժմ առաջին անգամ կհայտնվեն այստեղ Եգիպտոս, Վիետնամ, Թուրքիա, Ինդոնեզիա, Բանգլադեշ՝ մեր ռուսական ատոմակայանները։

Խորը դժոխք

Միջուկային էներգիայի հիմնական խնդիրն այսօր այն է վառելիք … Երկրի վրա կա 6,3 միլիոն տոննա տնտեսապես վերականգնվող ուրան։ Եթե հաշվի առնվի սպառման աճը, ապա այն կտևի մոտ 50 տարի։ Արժեքն այսօր կազմում է մոտ 50 դոլար մեկ կիլոգրամ հանքաքարի համար, բայց քանի որ արդյունահանման մեջ ներգրավված են ավելի քիչ եկամտաբեր հանքավայրեր, այն կբարձրանա մինչև 130 դոլար մեկ կիլոգրամի համար և ավելի: Կան, իհարկե, ականապատ պաշարներ, և ոչ փոքր, բայց դրանք հավերժ չեն։

Ուրանը դժվար է արդյունահանել կամ շատ բարդ … Ուրանի հանքաքարի ապարում կա մոտ 0,1-1 տոկոս, գումարած կամ մինուս. Հանքաքարը առաջանում է մոտ մեկ կիլոմետր խորության վրա: Հանքավայրերում ջերմաստիճանը 60 աստիճանից բարձր է: Արդյունահանված ապարը պետք է լուծարվի թթվային, ավելի հաճախ՝ ծծմբաթթվի մեջ, որպեսզի լուծույթից մեկուսացնեն ուրանի հանքաքարը։ Որոշ հանքավայրերում ծծմբաթթուն անմիջապես մղվում է գետնին, որպեսզի հետագայում այն ընդունվի լուծված ուրանի հետ միասին։ Այնուամենայնիվ, կան ուրանի ապարներ, որոնք չեն լուծվում ծծմբաթթվի մեջ …

Վերջապես, միայն մաքրված ուրանում 0,72 տոկոս Պահանջվող իզոտոպը ուրան-235 է: Նույնը, որի վրա աշխատում են միջուկային ռեակտորները։ Ընդգծելու համար դա առանձին գլխացավանք է։ Ուրանը վերածվում է գազի (ուրանի հեքսաֆտորիդ) և անցնում վայրկյանում մոտ երկու հազար պտույտ արագությամբ պտտվող ցենտրիֆուգների կասկադներով, որտեղ թեթև մասնաբաժինը առանձնանում է ծանրից։ Աղբանոցը՝ ուրան-238-ը՝ 0,2-0,3 տոկոս ուրան-235-ի մնացորդային պարունակությամբ, պարզապես դեն են նետվել 50-ականներին։ Բայց հետո սկսեցին այն պահել պինդ ուրանի ֆտորիդի տեսքով՝ բաց երկնքի տակ հատուկ տարաներում։ 60 տարի շարունակ երկիրը կուտակվել է մոտ երկու միլիոն տոննա ուրան-238 ֆտորիդ … Ինչու է այն պահվում: Հետո այդ ուրան-238-ը կարող է վառելիք դառնալ արագ միջուկային ռեակտորների համար, որոնց հետ մինչ այժմ միջուկային գիտնականները դժվար հարաբերություններ են ունեցել։

Ընդհանուր առմամբ, աշխարհում կառուցվել է 11 արդյունաբերական արագ նեյտրոնային ռեակտոր՝ երեքը Գերմանիայում, երկուսը՝ Ֆրանսիայում, երկուսը՝ Ռուսաստանում, մեկական՝ Ղազախստանում, Ճապոնիայում, Մեծ Բրիտանիայում և ԱՄՆ-ում։ Դրանցից մեկը՝ SNR-300-ը Գերմանիայում, այդպես էլ չգործարկվեց: Եվս ութը դադարեցված է։ Երկու բանվոր հեռացան … որտե՞ղ եք կարծում։ Ճիշտ է, շարունակվում է Բելոյարսկի ԱԷԿ.

Մի կողմից արագ ռեակտորներն ավելի անվտանգ են, քան սովորական ջերմային ռեակտորները: Դրանցում չկա բարձր ճնշում, չկա գոլորշու-ցիրկոնիումի ռեակցիայի վտանգ եւ այլն։ Մյուս կողմից, նեյտրոնային դաշտերի ինտենսիվությունը և աշխատանքային տարածքում ջերմաստիճանն ավելի բարձր է, պողպատը, որը կպահպանի իր հատկությունները երկու պարամետրերով էլ, ավելի դժվար և ավելի թանկ է արտադրվում: Բացի այդ, արագ ռեակտորում ջուրը չի կարող օգտագործվել որպես հովացուցիչ նյութ: Մնում է՝ սնդիկ, նատրիում և կապար։ Սնդիկը վերանում է իր բարձր քայքայիչության պատճառով։ Կապարը պետք է պահել հալած վիճակում՝ հալման ջերմաստիճանը 327 աստիճան է։ Նատրիումի հալման կետը 98 աստիճան է, ուստի բոլոր արագ ռեակտորները մինչ այժմ պատրաստվել են նատրիումի հովացուցիչ նյութով: Բայց նատրիումը չափազանց բուռն է արձագանքում ջրի հետ: Եթե շղթան վնասվեր … Ինչպես դա եղավ ճապոնական «Մոնջու» ռեակտորում 1995 թ. Ընդհանուր առմամբ արագները չափազանց դժվար ստացվեցին։

Մի անհանգստացեք, չի սառչի

«Մի անհանգստացեք, մեր Brest-300 ռեակտորում կապարը ոչ միայն երբեք չի ամրանա, այլև երբեք չի սառչի 350 աստիճանից ցածր»,- Lente.ru-ին ասել է BREST-OD-300 նախագծի ղեկավարը։ Անդրեյ Նիկոլաև … - Սրա համար պատասխանատու են հատուկ սխեմաներն ու համակարգերը։ Սա բոլորովին նոր նախագիծ է, որը ոչ մի կապ չունի կապար-բիսմութային ռեակտորների հետ, որոնք եղել են սուզանավերի վրա։ Այստեղ ամեն ինչ մշակվել է՝ հաշվի առնելով վերջին զարգացումները, տեխնոլոգիաները և ձեռքբերումները։ Դա կլինի աշխարհի առաջին կապարով սառեցված արագ ռեակտորը … Իզուր չէ, որ այն կոչվում է «Breakthrough»։ Ձեր առջև ապագայի ձեռնարկություն է՝ չորրորդ սերնդի ատոմակայան փակված վառելիքի ցիկլը.

Ինձ թույլ չտվեցին բարձրանալ շինհրապարակ. սա գաղտնի տեղեկատվություն է։ Նրանց էլ թույլ չեն տվել նկարել, ուստի նկարներն իմը չեն։ Դրանք պատրաստվել են մի մարդու կողմից, ում նախօրոք բացատրել է, թե ինչ տեսանկյուններից է հնարավոր գրավել առարկան, իսկ ինչ տեսանկյուններից՝ անհնար։ Բայց Անդրեյ Նիկոլաևը մանրամասն բացատրեց, թե ինչու և ինչ կարգով են կառուցվում Պրորյովի երեք կայանները և ինչպես է ատոմակայան. կարող է աշխատել առանց ուրանի.

Ձեռնարկությունը բաղկացած կլինի երեք գործարան վառելիքի արտադրության գործարան, բուն ռեակտոր և վառելիքի վերամշակման գործարան: Վառելիքի արտադրության գործարանը արտադրելու է վառելիքի տարրերի բոլորովին նոր բաղադրություն, որն աշխարհում նմանը չուներ։ Սա խառը նիտրիդային ուրան-պլուտոնիում վառելիք է՝ MNUP: Նոր ռեակտորում տրոհվող նյութը կլինի պլուտոնիում … Իսկ ուրան-238-ը, ինքնին ոչ տրոհվող, կճառագայթվի ջերմային նեյտրոններով և կվերածվի պլուտոնիում-239-ի: Այսինքն՝ Brest-300 ռեակտորը կարտադրի ջերմություն, էլեկտրաէներգիա և բացի այդ , վառելիք պատրաստիր քեզ համար։

Երկու թռչուն մեկ քարով

Աշխարհում այսօր աշխատում են 449 կառուցվում են խաղաղ արդյունաբերական միջուկային ռեակտորներ և ևս 60-ը։ Այս ռեակտորների՝ անցյալի և ապագայի շահագործման ընթացքում առաջանում է պլանավորված խնդիր՝ ծախսված վառելիքի հավաքներ։ Նախ դրանք դնում են հատուկ լոգարանների մեջ, որտեղ մի քանի տարի «զովանում են»։ Այնուհետեւ «սառեցված» վառելիքի տարրերը պահվում են «չոր» պահեստարաններում, որտեղ դրանք կուտակվում են մեծ քանակությամբ։ Թափոնների հավաքների մշակման կարողությունը մի քանի անգամ պակաս է, քան անհրաժեշտ է: Ինչո՞ւ։ Քանի որ դա շատ դժվար է և թանկ:

Breakthrough նախագիծը կկառուցի վառելիքի վերամշակման սեփական գործարանը: Ինչպես կարող եք կռահել, Այս գործարանը ոչ միայն կոչնչացնի այրված վառելիքը, այլև հումք կտա նոր հավաքույթների համար … Վառելիքի հին ձողերը կլուծվեն թթվային, հնարավոր է ծծմբի մեջ, ապա գործարանում բարդ քիմիական տեխնոլոգիաների կիրառմամբ լուծույթը տարր առ տարր կտարանջատվի։ Ավելորդը պայմանավորված ու թաղվում է, անհրաժեշտը՝ օգտագործվում։ Բացի նոր վառելիքի հումքից, ձեռնարկությունը հին հավաքներից կհանի ծանր տարրերի հազվագյուտ իզոտոպները, որոնք պահանջարկ ունեն բժշկության, գիտության և արդյունաբերության մեջ:

Ի դեպ, ռեակտորի 300 մեգավատ հզորությունը պատահական չի ընտրվել։ Այս հզորության դեպքում այն կարտադրի այնքան պլուտոնիում, որքան սպառում է: Ավելի մեծ հզորությամբ նույն ռեակտորը ավելի շատ վառելիք կարտադրի, քան կսպառի: Այսպիսով, բեռնվելուց հետո Բրեստի ռեակտորը կգործի սովորական Perpetuum Mobile-ի նման: Կպահանջվի միայն սպառված ուրանի փոքր պաշար: Դե, իսկ ուրան-238-ը, ինչպես արդեն նշեցի, կուտակված է միջուկային արդյունաբերության կողմից այդքան քանակությամբ. որը հավերժ կտևի:

Մեծ կաթսա

-Որ պատկերացնեք ռեակտոր,- շարունակում է Անդրեյ Նիկոլաևը։ -Սա 17 մետր բարձրությամբ և 26 մետր տրամագծով թավան է։ Վառելիքի հավաքները կիջեցվեն դրա մեջ: Ջերմափոխանակիչ - հալված կապարը կշրջանառվի դրա միջով: Ամբողջ տեխնիկան միայն ռուսական արտադրությանից։ Դա կլինի միանգամայն անվտանգ ռեակտոր՝ միասնությունից պակաս ռեակտիվության մարժայով: Այսինքն՝ ֆիզիկայի օրենքներին համապատասխան, այն պարզապես չունի բավականաչափ ռեակտիվություն՝ արագացնելու համար։ Դրա վրա խոշոր չափի վթարներ հնարավոր չեն։ Բնակչության տարհանում երբեք չի պահանջվի. Ցանկացած ձախողում, եթե դա տեղի ունենա, չի անցնի ձեռնարկության շենքի սահմանները։ Նույնիսկ հիպոթետիկ վթարի հետևանքով մթնոլորտ արտանետումներ չեն լինի։

Brest-300 ռեակտորում կներդրվի հովացուցիչ նյութի ավտոմատ մաքրում։ Նոր ռեակտորի հովացուցիչ նյութը, այսինքն՝ կապարը, երբեք փոխարինման կարիք չի ունենա։ Սա վերացնում է ավանդական միջուկային էներգիայի մեկ այլ խնդրահարույց վատնում` LRW:

Խնդիրները լուծվում են ճանապարհին

Brest-300 նախագծի հեղինակները Դոլլեժալի անունով NIKIET-ն են։ Գումարը հատկացվում է ժամանակին, շինարարությունն ընթանում է նախատեսված տեմպերով, առաջինը կսկսի գործել վառելանյութի գործարանը։ Ռեակտորի գործարկումը նախատեսված է 2024 թվականին … Այնուհետև կավարտվի վառելիքի վերամշակման մոդուլը: Շինարարությանը զուգահեռ շարունակվում են գիտահետազոտական աշխատանքները։ Այս աշխատանքների արդյունքում շինարարության մեջ պարբերաբար փոփոխություններ են կատարվում, ուստի վերջնական վերջնական ժամկետը չի նշվում։

Բրեստի նախագիծը քննադատողներ ունի ակադեմիական շրջանակներում: Սա հասկանալի է, որ նախագիծը հաղթեց մրցույթում, որին մասնակցում էին ևս մի քանի նշանավոր ինստիտուտներ։ Քննադատներն ասում են, որ Բրեստում կիրառվող տեխնոլոգիաները անավարտ են: Նրանք, մասնավորապես, կասկածի տակ են դնում կապարի հալոցքի օգտագործումը որպես ջերմային կրիչ, և այլն, և այլն։ Մենք չենք խորանա, դրանք չափազանց բարդ են և ոչ միանշանակ: Մյուս կողմից՝ ինչո՞ւ չպետք է վստահենք մեր ատոմային գիտնականներին։ Բոլոր այն նախագծերը, որոնք ԽՍՀՄ-ը, իսկ դրանից հետո Ռուսաստանը կատարեցին միջուկային արդյունաբերության ոլորտում, մեկ քայլ առաջ էին իրենց արևմտյան և արևելյան գործընկերներից։ Այսպիսով, ի՞նչ պատճառ ունենք հավատալու, որ այս անգամ ամեն ինչ այլ կերպ կզարգանա: Ինձ թվում է, որ դուք պարզապես պետք է ուրախ լինեք Rosatom-ի և TVEL-ի և միևնույն ժամանակ ինքներդ ձեզ համար, քանի որ սա մեր կորպորացիա.