Вечна енергия: Руските ядрени учени пуснаха затворена реакция
Наскоро в нуклеарната енергетика се случи събитие, което може да се съпостави единствено със основаването на безконечен мотор: четвъртият енергоблок на Белоярската АЕЦ с реактор на бързи неутрони БН-800 беше изцяло трансфериран на новаторско МОКС гориво. На процедура това значи началото на внедряването в промишлен мащаб на затворен цикъл на нуклеарно гориво. За това какви вероятности открива това - в материала.
Бързи и мудни реактори
Сърцето на всяка атомна електроцентрала е нуклеарният реактор. Това е устройство, в което протича следена верижна реакция на разделяне на тежки ядра. Първият подобен уред - ЦП-1, наименуван „ Чикаго Пайл-1 “ - е издигнат през 1942 година в Съединени американски щати от учени от Чикагския университет под управлението на Енрико Ферми. Състои се от графитни блокове, сред които има топки от натурален уран и неговия диоксид. Бързите неутрони, които се появяват след деленето на ядрата на изотопа уран-235, са забавяни от графит до топлинна сила и по-късно провокират нови деления.
Първият реактор Ф-1 в Съюз на съветските социалистически републики и Европа е пуснат в употреба през декември 1946 година в Москва, в Лаборатория № 2 на Академията на науките на Съюз на съветските социалистически републики (сега Национален проучвателен център " Курчатовски институт " ). Проектът за основаването му беше управителен от Игор Курчатов.
В началния стадий всички реактори са били или пробни, или оръжейни, т.е. предопределени да създават оръжеен плутоний от ураново гориво. През 1951 година за първи път в Съединени американски щати се пробват да употребяват топлината, получена в охладителната верига на пробен реактор, за произвеждане на електрическа енергия. А през 1954 година в Съюз на съветските социалистически републики е издигната първата в света атомна електроцентрала с мощ пет мегавата - Обнинската атомна електроцентрала в Калужка област. Курчатов е теоретичен началник на плана, а Николай Долежал е основен конструктор на реактора.
Сградата, в която се намира реакторът на първата в света Обнинска атомна електроцентрала. През 2002 година атомната електроцентрала е изведена от употреба, сега в постройката се намира Музеят на атомната сила
Реактори като ЦП-1, където деленето се прави под действието на мудни неутрони, се назовават термични. А инсталациите, в сърцевината на които няма неутронни забавители, са реактори на бързи неутрони. По-голямата част от атомните енергийни блокове по света през днешния ден употребяват реактори от първия вид.
" От самото начало бащите-основатели схванаха, че „ бързите “ реактори, в които неутроните неотложно провокират наново разделяне, имат своите преимущества. И главната е опцията за произвеждане на ново гориво ", споделя заместник-директорът на Института по нуклеарна физика и технология на Националния проучвателен нуклеарен университет МИФИ, Георгий Тихомиров, лекар на физико-математическите науки. „ Имаше опити за създаване на устройства от този вид, само че през 50-те и 60-те години на предишния век нуклеарната енергетика се движеше по пътя на създаването на реактори с топлинни неутрони - те са по-лесни за произвеждане, те са по-икономични, те са по-лесни за ръководство. Въпреки това, реакторите на бързи неутрони в никакъв случай не са забравени. В Съюз на съветските социалистически републики е основана верига от прототипи с ниска мощ, която по-късно приключва с построяването на БН-350, БН-600, а по-късно реактори от серия БН-800. Подобни планове бяха осъществени в Съединени американски щати, Франция, Германия, Япония. Вярно, там те не бързаха по разнообразни аргументи, свързани основно с стопанската система: има доста детайли, които водят до увеличение на цената на силата. Имаше и софтуерни компликации. Те бяха преодолени и бяха основани надеждни мощни устройства. Сега други страни се учат от нашия опит – сходни реактори се строят в Китай и Индия “, добавя ученият.
Професор от Националния проучвателен нуклеарен университет MEPhI Георгий Тихомиров
Сега в света работят единствено два мощни нуклеарни енергийни реактора с бързи неутрони - БН-600 и БН-800. И двата работят в Белоярската атомна електроцентрала в Свердловска област. Капиталовите разноски за тяхното създаване са към един и половина пъти по-високи от тези за топлинни реактори със същия потенциал. Но учените са сигурни, че те са бъдещето.
Неизчерпаем запас
Само един натурален изотоп е кадърен да се дели дейно посредством взаимоотношение с неутрони - уран-235. Той е доста нищожен в урановата руда - към 0,7 %, а запасите му, подобаващи за доходоносен рандеман, са лимитирани. Затова учените търсят способи за основаване на изкуствени изотопи, които поддържат верижна реакция. Най-перспективния от тях е плутоний-239. Той се образува в същия реактор на нуклеарна електроцентрала, когато неутрон се улавя от уран-238, който съставлява по-голямата част от урановото гориво.
Отработеното нуклеарно гориво съдържа към един % уран-235 (неизгорял остатък) и почти същото количество новообразуван плутоний. Повторното потребление на тези изотопи, даже и в класическата скица с реактори с топлинни неутрони, съгласно учените би икономисало до 30 % уран.
Когато в схемата се включат реактори с бързи неутрони, теоретично е допустимо да се сътвори развой, при който изкуствено създаденият делящ се материал ще покрие изцяло потребностите на атомните електроцентрали, а нуждата от рандеман на уран ще изчезне, в случай че не вечно, то за дълги години. Физиците назовават това затворен горивен цикъл.
" МААЕ постоянно разгласява отчети, от които излиза наяве, че работещите топлинни реактори могат да работят на съществуващите ресурси от уран за към 150 години. Тоест, не може да се приказва за огромно развиване в тази посока. И в случай че затворим горивния цикъл, в случай че се научим по какъв начин да обработваме нуклеарно гориво и да го рециклираме, с цел да го използваме, тогава въпросът със суровините за нуклеарна сила ще бъде решен за идващите няколко хиляди години. "
Същността на концепцията е, че в реакторите на бързи неутрони коефициентът на възпроизводство на делящия се материал е по-голям от единица.
„ С други думи, в случай че гориво, състоящо се от уран-238, който самичък по себе си не поддържа верижна реакция, и плутоний, който играе ролята на катализатор, се сложи в „ бърз “ реактор, тогава ще има повече плутоний в отработеното гориво, в сравнение с в първичното. В резултат на обработката продуктите на разделяне и непотребният плутоний се отстраняват от него, а на тяхно място се прибавя натурален (или отпадъчен) уран. Полученото ново гориво се събира в горивни касети и се връща назад в реактора. И това може да се повтаря, в случай че не безпределно, то много дълго време. "
Според учените този способ освен ще отстрани рестриктивните мерки на суровините, дължащи се на включването на отработено гориво и сметища за обогатяване в процеса на преправка, само че също по този начин ще реши казуса със съхранението на нуклеарни боклуци. Но с цел да станат " бързите " реактори " безконечни ", е належащо да се създава особено гориво.
Перспективна примес
Ядреното гориво се създава под формата на дребни пелети, сложени в херметически затворени тръби от циркониеви сплави - горивни детайли, комбинирани в горивни касети Таблетките, употребявани в термичните реактори, като предписание се състоят от уранов диоксид с друга степен на обогатяване.
" Когато започнахме да вършим първите елементи, тествахме разнообразни разновидности, в това число железен уран. Оказа се, че с натрупването на артикули на разделяне той бързо губи формата си и се деформира. Те започнаха да търсят нови типове ураново гориво.
Първата стъпка към прехода към затворен нуклеарен цикъл беше основаването на MOX-гориво - примес от оксиди на няколко метала. Най-често се прави посредством прибавяне на плутоний от отработено нуклеарно гориво към обеднен уран, който се състои главно от изотопа уран-238.
Този метод дава опция да се извлича към 100 пъти повече сила от естествения уран, в сравнение с при класическата скица, а количеството на радиоактивните боклуци, подлежащи на специфична обработка и погребение, се понижава доста. В допълнение, производството на смесено гориво може да изхвърли непотребния оръжеен плутоний, чието последователно струпване е сериозен проблем.
MOX-горивото се употребява в топлинни реактори от 80-те години на предишния век. Сега делът от цялото създадено нуклеарно гориво в света е пет %, а във Франция - 10.
" Използва се главно като в допълнение гориво за топлинни реактори. Това разрешава да се усили ресурсът на съществуващата енергийна промишленост не повече от два пъти и не взема решение проблемите, свързани с отворения нуклеарен цикъл. Да стартира пълноценно огромна нуклеарна промишленост, нужни са реактори на бързи неутрони. Пионерството създаването на такива устройства принадлежи на Русия “, добавя специалистът.
Цикълът е затворен
В Съюз на съветските социалистически републики първият индустриален реактор на бързи неутрони БН-350 е пуснат през 1973 година в град Шевченко (сега Актау) и работи до 1999 година Планирано да работи с МОХ-гориво, само че тогава не е създаден. В резултат на това през целия интервал е употребен уранов диоксид.
Атомна електроцентрала Мангишлак в град Шевченко (Актау). Табло за ръководство на АЕЦ. Снимка 1977 г
Реакторът БН-800 в Белоярската АЕЦ е планиран за МОХ-гориво през цялото време. Но го натовариха последователно. През 2014 година започнаха с стандартен уран, през януари 2021 година, след още едно презареждане, делът на МОКС горивото се усили до една трета, а през януари 2022 година до две трети. Едва през септември 2022 година реакторът беше изведен на цялостен потенциал за първи път, зареден със смесено оксидно уран-плутониево гориво до 100 %. Това без никакво пресилване може да се смята за началото на ерата на " безконечната сила ".
За да се реши казусът със затварянето на нуклеарния цикъл, са нужни две неща. Първото е реактор, който не работи с обогатен уран, а с MOX или друго гориво, където главният делящ се материал е плутоний. Второто е одобреното произвеждане на самото гориво. Преди това никой не е съумял да осъществя затворен нуклеарен цикъл с бърз реактор в промишлен мащаб, макар че е имало опити. И това е огромна победа за съветската просвета.
Пробив в новата сила
В рамките на цялостната стратегия „ Развитие на съоръжение, технологии и научни проучвания в региона на потреблението на атомната сила в Руската федерация до 2030 година “ се възнамерява въвеждането в употреба на по-мощен реактор на бързи неутрони БН-1200 в Белоярска АЕЦ. Но още по-интересен, съгласно професор Тихомиров, е пробният реактор БРЕСТ-ОД-300, който се строи като част от плана „ Пробив “ в Северск, Томска област.
" В прочут смисъл това е конкурентна посока. Вместо MOX-гориво планът „ Пробив “ употребява примес от уранови и плутониеви нитриди. Такова гориво е по-плътно, което е по-изгодно. И вместо натрий, който изгаря при контакт с вода, като охладител се употребява олово. " Привържениците на плана са уверени, че оловните реактори имат по този начин наречената естествена сигурност. Каквито и събития да се случват в дейната им зона, заради огромната маса и положителната конвекция на охлаждащата течност, излъчванията на радиоактивни субстанции в атмосфера са изключени. Изчисленията удостоверяват това. "
На площадката в Северск се възнамерява да се сътвори първият в света нуклеарен енергиен комплекс със затворен цикъл. Той ще включва оловно охлаждан реактор на бързи неутрони и апаратура на място, където облъчено смесено нитридно уран-плутониево гориво ще бъде модифицирано и по-късно от него ще бъдат направени горивни детайли.
„ Задачата на плана „ Пробив “ е да покаже, че реакторите на бързи неутрони могат стопански да се конкурират с топлинните реактори и даже да ги надминат по сигурност. Ако това тестване е сполучливо, пробният реактор БРЕСТ-ОД-300 ще бъде последван от индустриалния BR-1200 и тогава, може би, планове от този вид ще се появят в други страни. "
Според прогнозите на Тихомиров до 2050 година такива устройства ще бъдат интензивно издигнати по целия свят наедно с термичните. И когато заради дефицита на уран-235 цените на обогатения уран скочат нагоре, е допустимо реакторите на бързи неутрони да станат стопански по-изгодни.
Превод: В. Сергеев
ВАЖНО!!! Уважаеми читатели на, лимитират ни поради позициите ни! Влизайте непосредствено в сайта www.pogled.info . Споделяйте в профилите си, с другари, в групите и в страниците. По този метод ще преодолеем рестриктивните мерки, а хората ще могат да доближат до различната позиция за събитията!?
Когато видите знака " подправени вести ", това значи, че тази публикация е целесъобразно да се прочете!!!
Абонирайте се за нашия Ютуб канал/горе вдясно/: https://www.youtube.com
Бързи и мудни реактори
Сърцето на всяка атомна електроцентрала е нуклеарният реактор. Това е устройство, в което протича следена верижна реакция на разделяне на тежки ядра. Първият подобен уред - ЦП-1, наименуван „ Чикаго Пайл-1 “ - е издигнат през 1942 година в Съединени американски щати от учени от Чикагския университет под управлението на Енрико Ферми. Състои се от графитни блокове, сред които има топки от натурален уран и неговия диоксид. Бързите неутрони, които се появяват след деленето на ядрата на изотопа уран-235, са забавяни от графит до топлинна сила и по-късно провокират нови деления.
Първият реактор Ф-1 в Съюз на съветските социалистически републики и Европа е пуснат в употреба през декември 1946 година в Москва, в Лаборатория № 2 на Академията на науките на Съюз на съветските социалистически републики (сега Национален проучвателен център " Курчатовски институт " ). Проектът за основаването му беше управителен от Игор Курчатов.
В началния стадий всички реактори са били или пробни, или оръжейни, т.е. предопределени да създават оръжеен плутоний от ураново гориво. През 1951 година за първи път в Съединени американски щати се пробват да употребяват топлината, получена в охладителната верига на пробен реактор, за произвеждане на електрическа енергия. А през 1954 година в Съюз на съветските социалистически републики е издигната първата в света атомна електроцентрала с мощ пет мегавата - Обнинската атомна електроцентрала в Калужка област. Курчатов е теоретичен началник на плана, а Николай Долежал е основен конструктор на реактора.
Сградата, в която се намира реакторът на първата в света Обнинска атомна електроцентрала. През 2002 година атомната електроцентрала е изведена от употреба, сега в постройката се намира Музеят на атомната сила
Реактори като ЦП-1, където деленето се прави под действието на мудни неутрони, се назовават термични. А инсталациите, в сърцевината на които няма неутронни забавители, са реактори на бързи неутрони. По-голямата част от атомните енергийни блокове по света през днешния ден употребяват реактори от първия вид.
" От самото начало бащите-основатели схванаха, че „ бързите “ реактори, в които неутроните неотложно провокират наново разделяне, имат своите преимущества. И главната е опцията за произвеждане на ново гориво ", споделя заместник-директорът на Института по нуклеарна физика и технология на Националния проучвателен нуклеарен университет МИФИ, Георгий Тихомиров, лекар на физико-математическите науки. „ Имаше опити за създаване на устройства от този вид, само че през 50-те и 60-те години на предишния век нуклеарната енергетика се движеше по пътя на създаването на реактори с топлинни неутрони - те са по-лесни за произвеждане, те са по-икономични, те са по-лесни за ръководство. Въпреки това, реакторите на бързи неутрони в никакъв случай не са забравени. В Съюз на съветските социалистически републики е основана верига от прототипи с ниска мощ, която по-късно приключва с построяването на БН-350, БН-600, а по-късно реактори от серия БН-800. Подобни планове бяха осъществени в Съединени американски щати, Франция, Германия, Япония. Вярно, там те не бързаха по разнообразни аргументи, свързани основно с стопанската система: има доста детайли, които водят до увеличение на цената на силата. Имаше и софтуерни компликации. Те бяха преодолени и бяха основани надеждни мощни устройства. Сега други страни се учат от нашия опит – сходни реактори се строят в Китай и Индия “, добавя ученият.
Професор от Националния проучвателен нуклеарен университет MEPhI Георгий Тихомиров
Сега в света работят единствено два мощни нуклеарни енергийни реактора с бързи неутрони - БН-600 и БН-800. И двата работят в Белоярската атомна електроцентрала в Свердловска област. Капиталовите разноски за тяхното създаване са към един и половина пъти по-високи от тези за топлинни реактори със същия потенциал. Но учените са сигурни, че те са бъдещето.
Неизчерпаем запас
Само един натурален изотоп е кадърен да се дели дейно посредством взаимоотношение с неутрони - уран-235. Той е доста нищожен в урановата руда - към 0,7 %, а запасите му, подобаващи за доходоносен рандеман, са лимитирани. Затова учените търсят способи за основаване на изкуствени изотопи, които поддържат верижна реакция. Най-перспективния от тях е плутоний-239. Той се образува в същия реактор на нуклеарна електроцентрала, когато неутрон се улавя от уран-238, който съставлява по-голямата част от урановото гориво.
Отработеното нуклеарно гориво съдържа към един % уран-235 (неизгорял остатък) и почти същото количество новообразуван плутоний. Повторното потребление на тези изотопи, даже и в класическата скица с реактори с топлинни неутрони, съгласно учените би икономисало до 30 % уран.
Когато в схемата се включат реактори с бързи неутрони, теоретично е допустимо да се сътвори развой, при който изкуствено създаденият делящ се материал ще покрие изцяло потребностите на атомните електроцентрали, а нуждата от рандеман на уран ще изчезне, в случай че не вечно, то за дълги години. Физиците назовават това затворен горивен цикъл.
" МААЕ постоянно разгласява отчети, от които излиза наяве, че работещите топлинни реактори могат да работят на съществуващите ресурси от уран за към 150 години. Тоест, не може да се приказва за огромно развиване в тази посока. И в случай че затворим горивния цикъл, в случай че се научим по какъв начин да обработваме нуклеарно гориво и да го рециклираме, с цел да го използваме, тогава въпросът със суровините за нуклеарна сила ще бъде решен за идващите няколко хиляди години. "
Същността на концепцията е, че в реакторите на бързи неутрони коефициентът на възпроизводство на делящия се материал е по-голям от единица.
„ С други думи, в случай че гориво, състоящо се от уран-238, който самичък по себе си не поддържа верижна реакция, и плутоний, който играе ролята на катализатор, се сложи в „ бърз “ реактор, тогава ще има повече плутоний в отработеното гориво, в сравнение с в първичното. В резултат на обработката продуктите на разделяне и непотребният плутоний се отстраняват от него, а на тяхно място се прибавя натурален (или отпадъчен) уран. Полученото ново гориво се събира в горивни касети и се връща назад в реактора. И това може да се повтаря, в случай че не безпределно, то много дълго време. "
Според учените този способ освен ще отстрани рестриктивните мерки на суровините, дължащи се на включването на отработено гориво и сметища за обогатяване в процеса на преправка, само че също по този начин ще реши казуса със съхранението на нуклеарни боклуци. Но с цел да станат " бързите " реактори " безконечни ", е належащо да се създава особено гориво.
Перспективна примес
Ядреното гориво се създава под формата на дребни пелети, сложени в херметически затворени тръби от циркониеви сплави - горивни детайли, комбинирани в горивни касети Таблетките, употребявани в термичните реактори, като предписание се състоят от уранов диоксид с друга степен на обогатяване.
" Когато започнахме да вършим първите елементи, тествахме разнообразни разновидности, в това число железен уран. Оказа се, че с натрупването на артикули на разделяне той бързо губи формата си и се деформира. Те започнаха да търсят нови типове ураново гориво.
Първата стъпка към прехода към затворен нуклеарен цикъл беше основаването на MOX-гориво - примес от оксиди на няколко метала. Най-често се прави посредством прибавяне на плутоний от отработено нуклеарно гориво към обеднен уран, който се състои главно от изотопа уран-238.
Този метод дава опция да се извлича към 100 пъти повече сила от естествения уран, в сравнение с при класическата скица, а количеството на радиоактивните боклуци, подлежащи на специфична обработка и погребение, се понижава доста. В допълнение, производството на смесено гориво може да изхвърли непотребния оръжеен плутоний, чието последователно струпване е сериозен проблем.
MOX-горивото се употребява в топлинни реактори от 80-те години на предишния век. Сега делът от цялото създадено нуклеарно гориво в света е пет %, а във Франция - 10.
" Използва се главно като в допълнение гориво за топлинни реактори. Това разрешава да се усили ресурсът на съществуващата енергийна промишленост не повече от два пъти и не взема решение проблемите, свързани с отворения нуклеарен цикъл. Да стартира пълноценно огромна нуклеарна промишленост, нужни са реактори на бързи неутрони. Пионерството създаването на такива устройства принадлежи на Русия “, добавя специалистът.
Цикълът е затворен
В Съюз на съветските социалистически републики първият индустриален реактор на бързи неутрони БН-350 е пуснат през 1973 година в град Шевченко (сега Актау) и работи до 1999 година Планирано да работи с МОХ-гориво, само че тогава не е създаден. В резултат на това през целия интервал е употребен уранов диоксид.
Атомна електроцентрала Мангишлак в град Шевченко (Актау). Табло за ръководство на АЕЦ. Снимка 1977 г
Реакторът БН-800 в Белоярската АЕЦ е планиран за МОХ-гориво през цялото време. Но го натовариха последователно. През 2014 година започнаха с стандартен уран, през януари 2021 година, след още едно презареждане, делът на МОКС горивото се усили до една трета, а през януари 2022 година до две трети. Едва през септември 2022 година реакторът беше изведен на цялостен потенциал за първи път, зареден със смесено оксидно уран-плутониево гориво до 100 %. Това без никакво пресилване може да се смята за началото на ерата на " безконечната сила ".
За да се реши казусът със затварянето на нуклеарния цикъл, са нужни две неща. Първото е реактор, който не работи с обогатен уран, а с MOX или друго гориво, където главният делящ се материал е плутоний. Второто е одобреното произвеждане на самото гориво. Преди това никой не е съумял да осъществя затворен нуклеарен цикъл с бърз реактор в промишлен мащаб, макар че е имало опити. И това е огромна победа за съветската просвета.
Пробив в новата сила
В рамките на цялостната стратегия „ Развитие на съоръжение, технологии и научни проучвания в региона на потреблението на атомната сила в Руската федерация до 2030 година “ се възнамерява въвеждането в употреба на по-мощен реактор на бързи неутрони БН-1200 в Белоярска АЕЦ. Но още по-интересен, съгласно професор Тихомиров, е пробният реактор БРЕСТ-ОД-300, който се строи като част от плана „ Пробив “ в Северск, Томска област.
" В прочут смисъл това е конкурентна посока. Вместо MOX-гориво планът „ Пробив “ употребява примес от уранови и плутониеви нитриди. Такова гориво е по-плътно, което е по-изгодно. И вместо натрий, който изгаря при контакт с вода, като охладител се употребява олово. " Привържениците на плана са уверени, че оловните реактори имат по този начин наречената естествена сигурност. Каквито и събития да се случват в дейната им зона, заради огромната маса и положителната конвекция на охлаждащата течност, излъчванията на радиоактивни субстанции в атмосфера са изключени. Изчисленията удостоверяват това. "
На площадката в Северск се възнамерява да се сътвори първият в света нуклеарен енергиен комплекс със затворен цикъл. Той ще включва оловно охлаждан реактор на бързи неутрони и апаратура на място, където облъчено смесено нитридно уран-плутониево гориво ще бъде модифицирано и по-късно от него ще бъдат направени горивни детайли.
„ Задачата на плана „ Пробив “ е да покаже, че реакторите на бързи неутрони могат стопански да се конкурират с топлинните реактори и даже да ги надминат по сигурност. Ако това тестване е сполучливо, пробният реактор БРЕСТ-ОД-300 ще бъде последван от индустриалния BR-1200 и тогава, може би, планове от този вид ще се появят в други страни. "
Според прогнозите на Тихомиров до 2050 година такива устройства ще бъдат интензивно издигнати по целия свят наедно с термичните. И когато заради дефицита на уран-235 цените на обогатения уран скочат нагоре, е допустимо реакторите на бързи неутрони да станат стопански по-изгодни.
Превод: В. Сергеев
ВАЖНО!!! Уважаеми читатели на, лимитират ни поради позициите ни! Влизайте непосредствено в сайта www.pogled.info . Споделяйте в профилите си, с другари, в групите и в страниците. По този метод ще преодолеем рестриктивните мерки, а хората ще могат да доближат до различната позиция за събитията!?
Когато видите знака " подправени вести ", това значи, че тази публикация е целесъобразно да се прочете!!!
Абонирайте се за нашия Ютуб канал/горе вдясно/: https://www.youtube.com
Източник: pogled.info
КОМЕНТАРИ