В России начали строительство прорывного атомного реактора БРЕСТ-ОД-300. И в чем же прорыв?
Россия подтверждает свой статус мирового лидера в атомных технологиях. Ничего подобного в мире нет, и даже не предвидится в какой-то обозримой перспективе. Мало того, мир даже не подошел к предыдущему этапу - натриевым реакторам на быстрых нейтронах, а Россия уже начала строительство реактора будущего - свинцового.
Событие, историческое для глобальной атомной энергетики, состоялось во вторник на площадке "Сибирского химического комбината" (СХК) госкорпорации "Росатом" в городе Северске Томской области: здесь официально стартовало строительство первого в мире энергоблока нового поколения БРЕСТ-ОД-300, который станет "сердцем" опытно-демонстрационнного комплекса, воплощающего в себе новое качество атомной генерации будущего - беспрецедентно безопасной, экологичной, ресурсосберегающей и конкурентоспособной, передает корреспондент РИА Новости.
Но в чем же прорыв? Для этого надо начать немного издалека.
В современных тепловых реакторах, работающих на АЭС по всему миру, в качестве топлива используется изотоп урана-235. Это вообще единственный радиоактивный элемент который поддерживает цепную реакцию и при этом встречается в природе.
Проблема в том, что из всех природных запасов урана, на изотоп 235 приходится всего 0.7%, а остальные 99.3% это уран-238. Но он не поддерживает цепную реакцию, и использовать его в качеств топлива для АЭС невозможно. Из-за того, что урана-235 очень мало, по сути, он почти не встречается в природе, довольно скоро его запасы будут совсем исчерпаны. Но если бы можно было использовать U238, это расширило бы количество доступного ядерного топлива в 200 раз.
К счастью выход есть - это так называемый Замкнутый ядерный топливный цикл (ЗЯТЦ).
Дело в том, что U238 достаточно легко превращается в плутоний-239, который уже поддерживает цепную реакцию. Это происходит в самом ядерном реакторе. Часть нейтронов используется для цепной реакции и получения энергии, а часть "лишних" нейтронов поглощаются содержащемся в топливе U238 и он превращается в Pu239, и получается, что в отработанном ядреном топливе (ОЯТ) содержится уже какое-то количество плутония-239 - который пригоден для использования в качестве ядерного топлива. То есть остается только ОЯТ переработать, выделить из него Pu239 и невыгоревший U235 и снова загрузить в реактор.
И это уже давно используется, особенно широко во Франции. Там есть громадный завод по переработке ОЯТ - La-Haug, который перерабатывает ОЯТ со всей Европы, заново возвращая ОЯТ в качестве топлива на АЭС. Это и есть ЗЯТЦ.
Но, спросите вы, зачем тогда нужен реактор БРЕСТ, который начали строить в России, если во Франции всё итак давно работает без всяких "прорывов".
Дело в том, что из ОЯТ обычных тепловых реакторов полезного топлива получается меньше, чем нужно для полноценной загрузки реактора. Грубо говоря, из 100 кг топлива, после переработки вернуть обратно получается только 15 кг. Поэтому приходится использовать природный уран-235, просто немного меньше чем без переработки ОЯТ. И французы этим занимаются скорее для того, чтобы уменьшить количество ядерных отходов, чем именно для реализации ЗЯТЦ. Конечно, снижение количества ядерных отходов - дело тоже нужное, но хотелось бы сделать так, чтобы не нужно было бы использовать природный уран-235.
А это возможно. Ведь в топливе АЭС целых 80% это U238. Если бы хотя бы четверть его превратить в Pu239, то уже хватит на то чтобы вновь загрузить реактор. Но в обычных "тепловых" АЭС так не получается.
В обычных АЭС используются так называемые "медленные" ректоры, или реакторы на тепловых нейтронах. Но, к счастью, есть еще и "быстрые" реакторы, и вот тут мы уже подходим к теме прорыва России в технологии ЗЯТЦ.
В быстрых реакторах коэффициент воспроизводства топлива 1.2, таким образом, такой реактор не только вырабатывает электроэнергию, но еще и нарабатывает такой нужный нам изотоп плутония-239 для себя, и еще для двух тепловых реакторов. В России два "быстрых" реактора работают на Белоярской АЭС, это БН-600 и БН-800. Больше в мире промышленных быстрых реакторов нет. Таким образом, в России уже сейчас используется настоящий ЗЯТЦ - связка из одного быстрого и двух тепловых реакторов. Это, кстати, не только позволяет снизить потребление природного U235, по сути делая запасы ядерного топлива практически неограниченными (напомню U238 в природе много), но и снизить количество отработанного ядерного топлива до 2-3%, причем у получаемого ОЯТ еще и короткий период полураспада, в отличии от ОЯТ тепловых реакторов.
Повторяю, таких технологий ни у кого в мире нет, но Россия идет еще дальше. Сегодня мы начали строить реактор на свинцовом теплоносителе. Реакторы БН-600 и БН-800 используют натриевый теплоноситель. Но, как известно, натрий очень опасный металл. Он очень токсичен, ну а те, кто не прогуливал школьные уроки химии, знают что происходит, если натрий бросить в воду. Жидкий натрий работает в первом тепловом контуре реактора, то есть отбирает тепло непосредственно из активной зоны, а во втором контуре вода, которая нагреваясь, превращается в пар и крутит турбину. Представьте что будет, если вода каким то образом попадет в первый контур. Будет Большой Взрыв. Будет катастрофа, сравнимая с Чернобылем. Вот почему Россия начала переход на следующий уровень технологии ЗЯТЦ.
БРЕСТ - свинцовый реактор. Свинец относительно инертный металл, поэтому реактор БРЕСТ будет абсолютно безопасным. К тому же, свинец отлично удерживает радиацию, и в случае остановки реактора он, остыв, по сути, запечатает активную зону с остатками ядерного топлива внутри себя.
Реактор БРЕСТ-ОД-300
БРЕСТ еще называют реактором с естественной безопасностью. Концепция «Естественной безопасности» — термина, введённого в широкий обиход в научно-технических кругах В. В. Орловым и Е. О. Адамовым, разработчиками и популяризаторами проекта БРЕСТ - ядерная и радиационная безопасность за счёт использования природных законов и свойств используемых материалов.
То есть безопасность достигается не с помощью каких-то систем безопасности, которые могут и не сработать, а за счет законов природы, которые сработают всегда и без какого-то участия человека или техники.
И еще одно преимущество - фабрика по переработке ОЯТ находится там же где и сам реактор. ОЯТ не нужно никуда перевозить, загрузили в реактор топливо - оно отработало. ОЯТ перегрузили на фабрику, получили новое топливо, снова загрузили в реактор. Так что достигается еще и природная безопасность.
Конечно, стоит сказать, что сегодня в России начали строить самый первый опытный реактор, БРЕСТ-ОД-300. Это демонстратор, на котором будет отрабатываться технология. До массового использования свинцовых реакторов пока далеко. Так что у натриевых реакторов тоже пока есть будущее, по крайней мере на ближайшие лет 50, пока свинцовые реакторы проекта БРЕСТ полностью их не заменят. Поэтому Росатом параллельно ведет разработку промышленного реактора БН-1200. Но это уже совсем другая история. Важно что технология полноценного ЗЯТЦ это наше будущее, и Россия пока единственная в мире страна, которая не только эту технологию разработала, но и сделала новый шаг. Шаг в будущее.