1 бъдещето на ядрената енергия. Бързи реактори
ако ($ това-> show_pages_images $ PAGE_NUM док [ 'images_node_id']) 
5 неутрони бавни и бързи ядра на съвременните реактори потоци в самоподдържаща се верижна реакция на уран делене. Очертанията на този процес е представен на фигура 1, която показва графично изображение разделяне едно ядро уран, и на фигура 2, която показва верижна реакция. Имайте предвид, че ядрото на фигура 1 е разделена на два фрагмента от действието на само един неутрон, но с емисии има две или три неутрона. Те, от своя страна, попадат в съседна уран ядрото, което води до тяхното разделяне, и реакцията набира скорост. Ядрените инженери са се научили да контролират процеса и го използва за производство на електричество. Фрагменти от уран разпад имат висока кинетична енергия, която се предава, когато отрицателното ускорение на гориво. В резултат на това се нагрява, нагрява и се изпарява горивото в контакт с водата, и получената пара се върти генератор турбина. Произведени ток го предава на потребителя. Фигура 1 процеса на ядрено делене на уран-235 3
6 Фигура 2 верижна реакция уран делене 4
7 Въпреки това, ние трябва да се направи уточнение: на неутрони делене само уран-235 ядро. Естественият смес на уран това изотопи около 0,7% (Фигура 3) и в ядрено гориво 4-5 процента (Фигура 4). Други уран-238, които не се разделя и, съответно, не участва в производството на електроенергия. Разбира се, естественото желание на специалисти трябваше да се научат да използват "баласт", защото тогава ефективността на горивото, ще се увеличи много пъти! Първо, ние се обърне внимание на свойствата на неутроните, изпускани в разпад. Първоначално те се движат много бързо, така че те се наричат бързи неутрони. След това преминава през водата, която е охлаждаща течност, те забавят. неутронната енергия попада в стотиците милиони пъти. Така те стават бавно или термично. Фигура 3 природен уран (U-235 фракция от 0,7%) Фигура 4 уран ядрено гориво (уран-235 фракция 5%) 5
8 Както е споменато по-горе, бавни неутрони предизвика делене само уран-235 ядра. Що се отнася до ядрата на уран-238 е много рядко, появяващи се с неутрони, те стават ядрото на плутоний-239. Последното може да се използва като ядрено гориво. Но как да го получи в достатъчни количества? Решаването на тези два проблема (използването на уран-238 и плутоний-239 получи) е възможно, като се използват бързи неутрони. Оказва се, че под действието на бързи неутрони на уран-238 също се разделя и освобождава енергия, но също така поглъща бързи неутрони за производство на плутоний-239. Но сега водата се използва като охлаждаща течност, се превръща в неудобство: в действителност това забавя неутрони, и се нуждаят от бързо движещи се частици. Какво може да замени водата? Вещество, което ще бъде течен или газообразен при температури, преобладаващи в реактора, не се абсорбира и не забавя неутрони. 6
9, решава проблеми с вода, натриев отговарят на тези изисквания, някои метали (натрий, калий, олово, бисмут) и газове (например, хелий). Досега най-голямата постъпилата молба Натрий (Фигура 5). Този реактивен метал, който реагира енергично с вода (дори с пара във въздуха), и с малък отопление запалва. Другите свойства се оказа подходящо, така че разработчиците са преминали изчислен риск от предлага да се използва натриев като охладител. На първо място, натриев не забавят неутроните. Второ, ролята на водата в охлаждащата течност изисква създаването на високо налягане в корпуса на реактора и тръбопроводите, в противен случай не може да се нагрява до желаната температура. Например, на изхода на температурата на ВВЕР-1200 вода е 330 ° С и налягането е около 160 атмосфери. Натриев може безопасно да се нагрява отново до температура от около 600 ° С и налягането в реактора се повишава леко над атмосферното. По този начин, съществува пряка полза от използването на натриев като охладител: реакторът работи при ниско налягане, и е много по-безопасно. Това може да се настрои по-малко телесни мазнини в сравнение с реактори, в която охлаждащата течност е вода (например, ВВЕР-1200), и по този начин се намаляват разходите доста скъпи стомани. Трето, натриев практически не корозивни материали на конструкцията, които съставляват оборудването на реактора и тръбопроводите. Разбира се, в това отношение, натриев печели отново на водата. Освен това, натриев има отлични термични свойства: тя е добре получава, притежава и отделя топлина. 7
10 Фигура 5 свежи метален натрий Така натриев охлаждащата течност дава възможност за бързо реактор животновъд. 8
За многократна употреба гориво 11 Положителните ефекти от използването на натриев като охладител са ясни. Какви други предимства са характерни за реактора за бързо животновъд? Основното предимство може да произвежда гориво за топлинни реактори. След уран-238 в активната зона на ядрен реактор се превръща в плутоний-239, което е ефективно ядрено гориво. Следователно, е възможно да се облъчва уран-238 в бързо реактора и химически изолира чист плутоний, който, от своя страна, може да произвежда гориво за топлинни реактори. Фигура 6 уран ядрено гориво (уран-235 фракция от 5%) Фигура 7 облъчва уран отработено ядрено гориво (Pu Pu, TD продукти на делене) 9
12 Това е много спешна задача, тъй като по-голямата част на атомни електроцентрали дела е от топлинни неутрони в света. Гориво за тези ниско обогатен уран, в която делът на уран-235 е с няколко процента, а останалата част 238 (фигура 6). След горивото е изпълнено в ядрен реактор с топлинни неутрони, уран-235 има вече малко, но масата на изотоп 238 е достатъчна за повече от 90% (Фигура 7). И ако изберете всички урана, от отработеното ядрено гориво (ОЯГ) химически, за да го ново ядрено гориво направи и облъчен в реактор на бързи неутрони? След това можете да получите плутония, от които можете да направите ядрено гориво за реактор с бавни неутрони. има затворен цикъл (Фигура 8). Няма нужда да се извлече уран от земята и да го почистите от придружаващи вещества вече не е необходимо, за да доведе до увреждане на природата. Ние и така са натрупали доста уран-238 под формата на отработеното ядрено гориво и обеднен уран хексафлуорид (уранов хексафлуорид) "опашки" на съоръженията за преработка. Според неговите оценки ще продължи няколко стотин години. Сега уран все още е доста евтино. От икономическа гледна точка е по-изгодно да го извлече от земята, обогати и употребявани топлинни реактори в света, по-голямата част. Технологията на реактори на бързи вече е добре развита, особено в нашата страна, но тяхната маса строителство все още не е организирано, така че те са сравнително скъпи. В допълнение, там трябва да се организира мащабно производство на радиохимичната разделяне плутоний; Това дава допълнително заплащане. Така че все още не е печеливша. Но експертите твърдят, че до средата на века ще бъде по-трудно да се извлече уран (изчерпано), цената му ще се увеличи значително. Това е, когато ерата на "бърза енергия". 10
13 Фигура 8 11 Кратко горивен цикъл
14 изчезне, ако топлинни реактори? Разбира се, не. Най-вероятно, реакторът ще бъде разположен на същото място на бързи неутрони и няколко топлинни реактори и радиохимична производство. Бързо реактор ще произвежда плутоний за топлина. Но това, което той ще "яде" себе си? И тук е показано друго предимство на реактори на бързи неутрони. Бързо реактор може да произвежда повече гориво, отколкото изразходва! Така че, след като прекара 100 кг изотоп на разпадащи се, можете да получите един килограм свежо ядрено гориво. Поради тази особеност, реактори на бързи наречени животновъди (от английски селекционера -. Родено). Така селекционера произвежда плутоний, не само за своите съседи, които работят по топлинни неутрони, но и за себе си! 12
17 Фигура 11 атомната електроцентрала верига с бърз неутронен реактор BN-600 (Beloyarskaya NPP) Xia, и парата отива към турбината. След това всичко се случва както в обичайните ядрени или топлоелектрическите централи (Фигура 11). Междинно съединение (втори) верига е осигурен, така че водата при всякакви условия, не може да влезе в контакт с радиоактивен натрий, циркулиращ през активната зона на реактора. Средно охлаждащата течност изпълнява ролята на посредник, а не повече. Той е под налягане на радиоактивни натрий на първи контур не може да проникне във втората и след това една трета линия. 15
19 Фигура 12 Енрико Ферми () 17
22 Фигура 14 Захранващият блок с BN-350 BR-5 (физика и енергетиката, Obninsk), най-важните проучвания са проведени в областта на физиката и натриев технология радиоактивни гориво. Необходимостта да се правят такива изследвания е ясно: учените не разполагат с достатъчно информация, за това как да се държат в различни материали реактори, тъй като те ще бъдат надеждни и как да ги използвате, в крайна сметка, за да се справят. БОР-60 (научно-изследователски институт на Атомните реактори, Димитровград) се използва за тестване на ядрено гориво, развитие на нови технологии. След това, за да се натрупа опит, се премества в големи индустриални инсталации: реактор BN-350 (Фигура 14) получава през 1972 г. в Актау (Shevchenko, Казахстан). Тя не само генерира електричество, но също така се използва за обезсоляване на Каспийско море, се превърна в голям мащаб експериментални бази за развитието на натриев технологии, научни изследвания физика и тестване на горивни касети и други основни компоненти. резултати от 20
23 Фигура 15 Beloyarskaya АЕЦ 21
24 от неговата работа са на базата на най-успешният проект в момента мощността на реактора за бързи неутрони реактор BN-600. Този реактор има над 30 години успешен опит на Beloyarsk АЕЦ (Zarechny област Свердловск, Фигура 15); опит от използването му днес е жив интерес на чуждестранни учени и инженери. 22
25 Пътят напред Разбира се, вие сте чували, че глобалната икономика се нуждае от повече и повече енергия, и в най-скоро, човечеството ще се изправи срещу световната енергийна криза. Разработване и производство на терена не е достатъчно услугите на електроснабдяването, икономическият растеж ще се забави и това ще доведе до редица неприятни последствия. "Неизбежността на глобална енергийна криза вече е напълно реализиран, и следователно проблемът енергия за наука и технологии се превърна в проблем номер едно", заяви PL Капица. Част от проблема с недостиг на енергия може да бъде решен чрез разработване на безопасна ядрена енергия, която ефективно да използва земните запаси на уран. Ако се запази сегашната появата на ядрената енергия с топлинни реактори, уранът ще продължи само до края на Фигура CEFR 16 изследователски реактор (Китай) 23
27 Фигура 17 единична строителна площадка с BN-800 (Beloyarskaya NPP) 25
29 Заслужава да се отбележи за вътрешния проект BREST реактора с олово охлаждащата течност. Заедно с SVBR 100 се отнасят до реактори четвърто поколение се характеризират като естествен защитно устройство. Този термин се отнася до използването на такива материали и технически решения, които просто не са първоначално може да доведе до инциденти. Липсата на мащабно внедряване на реактори на бързи не е обяснено толкова в липсата на развитие на технологията, тъй като липсата на производство в големи мащаби за преработка. Както вече споменахме, тези предприятия трябва да се извлече уран и плутоний и двете от горивото; те са важна част от гарантиране на затварянето на цикъла на ядреното гориво. Към днешна дата, търговски преработване се извършва само в четири страни (Франция, Великобритания, Русия и Япония). Главно рециклирано гориВо от топлинни реактори, което екстракт уран и плутоний. Днес, тази фигура 19 Reactor растение MTBF 100 се сглобява в бетонна клетка 27
30 плутоний няма полза, а в действителност това могат да бъдат посочени изгаря в селекционера. Уран екстрахира от отработено ядрено гориво, може да се използва в бързо реактор за производство на нови плутоний. Друга потенциална полза от селекционера: той е мощен инструмент за обработка на ядрени отпадъци. Когато горивото преработване на радиоактивните отпадъци, за които искате да се изгради един доста скъп за съхранение, които могат да гарантират, изолация им от околната среда в продължение на няколко милиона години. И ако такава се облъчва радиоактивни вещества с бързи неутрони, необходимо за тяхното изолиране време, ще падне рязко. И цената е по-малко и в полза на околната среда е на разположение! 28
31 иновативен подход за модернизация на руската икономика, разбира се, ще се отрази на ядрената енергетика. Прилагане на иновативни подходи за проектирането, изграждането и експлоатацията на атомни електроцентрали, е необходимостта от час. Например, развитието на технологията на реактори на бързи неутрони, както казахме, може да реши редица важни задачи, като например осигуряване на ядрената безопасност и ефективно използване на ядрено гориво. Освен това, "бърза енергия" е ключът към редица, свързана с националната сигурност и защитата на натрупани проблеми в индустрията среда ядрена. На първо място, в резултат на по-дълбоко и по-пълно използване на уран в животновъдите намалява необходимостта от неговото производство и поради това въздействието върху околната среда. Допълнителни мерки като цяло ще спрат добива на уран за доста дълго време. Тя ще получи от отработеното ядрено гориво (ОЯГ) и обеднен уран хексафлуорид (уранов хексафлуорид), която поддържа на склад повече от достатъчно. От друга страна, намалява въздействието върху околната среда при работа с радиоактивни отпадъци. Радиоактивните отпадъци изисква скъпо споразумение за съхранение да се осигури изолация им от околната среда за дълго време. Животновъдите драстично да намалят времето, необходимо за да ги изолира и да се намали потенциалната опасност от отпадъци време. Трето, получени чрез преработване на отработено гориво от топлинни реактори плутоний, могат също да бъдат използвани в животновъдите. Противоположният подход (съхранение 29
32 и окончателно погребване на плутоний като ядрени отпадъци) изисква специални мерки за осигуряване на безопасността, а оттам и високи разходи. По този начин, от предимствата на реактори на бързи са очевидни. Те разбират и в чужбина, така че днес за Русия като световен лидер в тази област се отваря нов пазар, който можем да постигнем тези технологии и високотехнологично оборудване. Въпреки това, съществува риск от загуба на състезанието на "бързи" технологии в Китай или Индия, така че трябва да се ускори развитието на тази тенденция в руската ядрена енергетика. Част от заслужена преднина ние нямаме право, а не само от икономическа гледна точка, но от уважение към тези професионалисти, които са го спечелили със своя талант и усилия. Кой знае, може би решаването на тези амбициозни цели ще бъде част от бъдещата си кариера? 30
33 Полезни връзки държавна атомна корпорация Енергия "Росатом" клон на "Росенергоатом Kontserev" Beloyarsk АЕЦ (текущата BN-600, BN-800 в процес на изграждане) федерална държава Единната Enterprise "държава научен център на Руската федерация по физика и енергетика институт кръстен AI Leypunsky "(научно управление на проекти на реактори на бързи неутрони) на" Експериментална Проектантско бюро за машиностроене тях. II Afrikantov "(промишлен дизайн на реактори на бързи неутрони), JSC" Държавен научен център на Научноизследователски институт на атомна реактори "(БОР-60, строителни материали, тестване) на" Поръчка на Ленин Научни изследвания и проектантски институт на захранване към тях. NA Dollezhal "(проект BREST реактор) на" Akme-инженеринг "(ръчна работа по създаването на завод за мощността на реактора MTBF 100) OJSC" ОКБ Gidropress "(проекти на съоръжения реактори MTBF) belnpp.rosenergoatom.ru
36 Информационен център за ядрена енергетика
Свързани статии