Rusland maakte een doorbraak in kernenergie

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-16 16:13

Het "Breakthrough"-project - de Brest-300 kernreactor in aanbouw nabij Tomsk, zal een nieuwe pagina openen in de energiesector van de aarde. Rusland bouwt 's werelds eerste Perpetuum Mobile met een capaciteit van 300 MW - een kerncentrale met een gesloten brandstofcyclus. Het project met de voor zichzelf sprekende naam "Breakthrough" belooft energie zonder gevaar, zonder uraniumwinning en overtreft al tientallen jaren concurrenten …

Drieënveertig hectare grondgebied, grijze monolithische muren, armaturen die overvloedig in de lucht uitsteken, kranen en 600 arbeiders. Drie jaar later, op deze plek, in een gesloten stad Seversk, 25 kilometer van Tomsk, gaat werken de eerste ter wereldPerpetuum Mobile met een vermogen van 300 megawatt is een kerncentrale met een gesloten brandstofkringloop en gesmolten lood als koelmiddel. De onderneming wordt een experimentele onderneming genoemd, omdat de supertechnologieën ervoor tot nu toe alleen op wiskundige modellen zijn berekend. Na ze echter te hebben gecontroleerd op een werkende reactor, zullen onze nucleaire wetenschappers een referentiekerncentrale van een nieuwe generatie ontvangen, decennialang loskomen van concurrenten van Toshiba, Areva en anderen. Het project, dat een voor zichzelf sprekende naam heeft " Doorbraak", belooft energie zonder gevaaren, belangrijker nog, zonder uraniumwinning.

Sceptici en het vreedzame atoom

Een paar woorden voor degenen die het vreedzame atoom als een relikwie beschouwen. De behoefte van de mensheid aan energie verdubbelt elke 20 jaar. Het verbranden van olie en kolen leidt tot de jaarlijkse vorming van ongeveer een half miljard ton zwaveldioxide en stikstofoxiden, dat wil zeggen 70 kilogram schadelijke stoffen voor elke inwoner van de aarde. Het gebruik van kerncentrales lost dit probleem op. Bovendien zijn de oliereserves beperkt, en de energie-intensiteit van één ton uranium-235 is ongeveer gelijk aan de energie-intensiteit van twee miljoen ton benzine.

Kosten zijn ook belangrijk. Bij een waterkrachtcentrale kost een kilowattuur elektriciteit 10-25 kopeken, maar het waterkrachtpotentieel in de ontwikkelde wereld is praktisch uitgeput. Bij kolen- of stookoliestations - 22-40 kopeken, maar er doen zich milieuproblemen voor. Bij industriële wind- en zonne-energiecentrales - 35-150 kopeken, een beetje duur, en die constante wind en de afwezigheid van wolken garandeert. De belangrijkste kosten van atoomenergie zijn 20-50 kopeken, het is stabiel, veroorzaakt veel minder milieuproblemen dan het verbranden van olie en steenkool, het potentieel is onbeperkt.

Ten slotte bleek het Russische vreedzame atoom bijna buiten concurrentie. In 2010, toen veel landen na een koudegolf van 24 jaar weer kerncentrales wilden bouwen, bleken onze reactoren goedkoper en niet slechter dan Japanse, Franse en Amerikaanse prototypes. Bovendien zijn wij, in tegenstelling tot concurrenten, , al die jaren hebben we kerncentrales gebouwd - Rosatom had iets om te laten zien aan een potentiële klant.

Het management van het staatsbedrijf heeft de resulterende handicap vakkundig weggewerkt. Als gevolg hiervan ging vorig jaar Westinghouse Electric failliet. Toshiba, dat eerder Westinghouse Electric uitkocht, is onderweg. Ook de financiële toestand van Areva is niet benijdenswaardig. Anderzijds kwamen er delegaties uit 52 landen naar Atomexpo-2016. 20 van deze landen hebben nog geen kernenergie gehad. Ze verschijnen nu voor het eerst in Egypte, Vietnam, Turkije, Indonesië, Bangladesh - onze Russische kerncentrales.

Diepe hel

Het belangrijkste probleem van kernenergie is tegenwoordig: brandstof … Er is 6, 3 miljoen ton economisch winbaar uranium op aarde. Als rekening wordt gehouden met de consumptiegroei, duurt deze ongeveer 50 jaar. De kosten bedragen vandaag ongeveer $ 50 per kilogram erts, maar aangezien er minder winstgevende afzettingen bij de winning betrokken zijn, zal het stijgen tot $ 130 per kilogram en meer. Er zijn natuurlijk gedolven reserves, en geen kleine, maar ze zijn niet voor altijd.

Uranium is moeilijk te ontginnen of heel moeilijk … In het gesteente van uraniumerts bevindt zich ongeveer 0,1-1 procent, plus of min. Erts komt voor op een diepte van ongeveer een kilometer. De temperaturen in de mijnen liggen boven de 60 graden Celsius. Het gewonnen gesteente moet worden opgelost in zuur, vaker zwavelzuur, om uraniumerts uit de oplossing te isoleren. In sommige afzettingen wordt zwavelzuur direct de grond in gepompt, zodat het later met het opgeloste uranium kan worden meegenomen. Er zijn echter uraniumgesteenten die niet oplossen in zwavelzuur …

Tot slot, alleen in gezuiverd uranium 0,72 procent de benodigde isotoop is uranium-235. Dezelfde waarop kernreactoren werken. Om het te markeren is een aparte hoofdpijn. Uranium wordt omgezet in gas (uraniumhexafluoride) en door cascades van centrifuges geleid die met een snelheid van ongeveer tweeduizend omwentelingen per seconde draaien, waar de lichte fractie van de zware wordt gescheiden. De stortplaats - uranium-238, met een resterend uranium-235-gehalte van 0,2-0,3 procent, werd in de jaren 50 gewoon weggegooid. Maar toen begonnen ze het op te slaan in de vorm van vast uraniumfluoride in speciale containers onder de blote hemel. Gedurende 60 jaar heeft de aarde ongeveer twee miljoen ton uranium-238 fluoride … Waarom wordt het bewaard? Dan kan dat uranium-238 brandstof worden voor snelle kernreactoren, waarmee kernwetenschappers tot nu toe een moeizame relatie hadden.

In totaal werden er in de wereld 11 industriële snelle neutronenreactoren gebouwd: drie in Duitsland, twee in Frankrijk, twee in Rusland, elk één in Kazachstan, Japan, Groot-Brittannië en de Verenigde Staten. Een daarvan, de SNR-300 in Duitsland, is nooit gelanceerd. Acht anderen worden gestopt. Twee arbeiders over … Waar denk je? Dat klopt, op Beloyarsk kerncentrale.

Enerzijds zijn snelle reactoren veiliger dan conventionele thermische reactoren. Er zit geen hoge druk in, er is geen risico op een stoom-zirkoniumreactie, enzovoort. Anderzijds is de intensiteit van de neutronenvelden en de temperatuur in het werkgebied hoger; staal, dat onder beide parameters zijn eigenschappen zou behouden, is moeilijker en duurder te vervaardigen. Bovendien kan water in een snelle reactor niet als koelmiddel worden gebruikt. Resten: kwik, natrium en lood. Kwik wordt geëlimineerd vanwege zijn hoge corrosiviteit. Lood moet in gesmolten toestand worden gehouden - de smelttemperatuur is 327 graden. Het smeltpunt van natrium is 98 graden, dus alle snelle reactoren zijn tot nu toe gemaakt met een natriumkoelmiddel. Maar natrium reageert te heftig met water. Als het circuit beschadigd was… Zoals het gebeurde in de Japanse reactor "Monju" in 1995. Over het algemeen bleken de snelle te moeilijk.

Maak je geen zorgen, het bevriest niet

"Maak je geen zorgen, het lood in onze Brest-300-reactor zal niet alleen nooit stollen, maar het zal ook nooit onder de 350 graden afkoelen", zegt het hoofd van het BREST-OD-300-project tegen Lente.ru Andrey Nikolaev … - Hiervoor zijn speciale regelingen en systemen verantwoordelijk. Dit is een compleet nieuw project dat niets te maken heeft met de lood-bismutreactoren die zich op de onderzeeërs bevonden. Alles is hier ontwikkeld rekening houdend met de laatste ontwikkelingen, technologieën en prestaties. Het zal zo zijn 's werelds eerste loodgekoelde snelle reactor … Het wordt niet voor niets "Doorbraak" genoemd. Voordat u een onderneming van de toekomst is - een kerncentrale van de vierde generatie met gesloten brandstof cyclus.

Ik mocht niet op de bouwplaats klimmen - dit is geheime informatie. Ze mochten ook geen foto's maken, dus de foto's zijn niet van mij. Ze zijn gemaakt door een persoon die van tevoren is uitgelegd vanuit welke hoeken het mogelijk is om een object vast te leggen, en vanuit welke hoeken het onmogelijk is. Maar Andrey Nikolaev legde in detail uit waarom en in welke volgorde de drie Proryv-centrales worden gebouwd en hoe een kerncentrale kan werken zonder uranium.

De onderneming zal bestaan uit: drie fabrieken:: splijtstoffabriek, reactor zelf en splijtstofopwerkingsfabriek. De brandstofproductiefabriek zal een volledig nieuwe samenstelling van splijtstofelementen vervaardigen, die geen analoog had in de wereld. Dit is een gemengde nitride uranium-plutonium brandstof - MNUP. De splijtstof in de nieuwe reactor wordt plutonium … En uranium-238, dat zelf niet splijtbaar is, zal worden bestraald met thermische neutronen en veranderen in plutonium-239. Dat wil zeggen, de Brest-300-reactor zal warmte, elektriciteit en bovendien , bereid brandstof voor jezelf voor.

Twee vliegen in een klap

In de wereld van vandaag werken 449 vreedzame industriële kernreactoren en 60 andere zijn in aanbouw. Tijdens de werking van deze reactoren, in het verleden en in de toekomst, doet zich een gepland probleem voor - verbruikte splijtstofassemblages. Eerst worden ze in speciale baden gedaan, waar ze een aantal jaren "afkoelen". Vervolgens worden de "gekoelde" splijtstofelementen opgeslagen in "droge" opslagfaciliteiten, waar ze in grote hoeveelheden worden verzameld. De capaciteit om afvalsamenstellingen te verwerken is meerdere malen minder dan nodig. Waarom? Omdat het erg moeilijk en duur is.

Het Breakthrough-project zal een eigen brandstofverwerkingsfabriek bouwen. Zoals je zou kunnen raden, Deze fabriek zal niet alleen verbrande brandstof vernietigen, maar ook grondstoffen vrijgeven voor nieuwe assemblages … De oude splijtstofstaven worden opgelost in zuur, mogelijk zwavelzuur, en vervolgens in de fabriek, met behulp van complexe chemische technologieën, wordt de oplossing element voor element gescheiden. Het overbodige wordt geconditioneerd en begraven, het noodzakelijke wordt gebruikt. Naast grondstoffen voor de nieuwe brandstof, zal de onderneming uit oude samenstellingen de zeldzaamste isotopen van zware elementen halen waar veel vraag naar is in de geneeskunde, de wetenschap en de industrie.

Het reactorvermogen van 300 megawatt is overigens niet toevallig gekozen. Bij dit vermogen zal het evenveel plutonium produceren als het verbruikt. Dezelfde reactor met een hoger vermogen zal meer brandstof produceren dan hij verbruikt. Dus, eenmaal geladen, zal de Brest-reactor werken als een gewone Perpetuum Mobile. Er is slechts een kleine voorraad verarmd uranium nodig. Welnu, en uranium-238, zoals ik al zei, wordt in zo'n hoeveelheid door de nucleaire industrie verzameld dat zal eeuwig duren.

Grote steelpan

- Zodat je je een reactor kunt voorstellen, - gaat Andrei Nikolaev verder. - Dit is een pan van 17 meter hoog en 26 meter in doorsnee. Brandstofassemblages worden erin neergelaten. Een warmtewisselaar - gesmolten lood zal er doorheen circuleren. Alle apparatuur van en naar uitsluitend Russische productie. Het wordt een volkomen veilige reactor met een reactiviteitsmarge van minder dan één. Dat wil zeggen, in overeenstemming met de wetten van de fysica, heeft het gewoon niet genoeg reactiviteit om te versnellen. Grootschalige ongevallen daarop zijn niet mogelijk. Evacuatie van de bevolking zal nooit nodig zijn. Elke mislukking, als die zich voordoet, zal niet verder gaan dan de grenzen van het bedrijfsgebouw. Zelfs emissies naar de atmosfeer als gevolg van een hypothetisch ongeval zullen niet plaatsvinden.

In de Brest-300-reactor wordt automatische reiniging van het koelmiddel ingevoerd. De koelvloeistof van de nieuwe reactor, dat wil zeggen lood, hoeft nooit vervangen te worden. Dit elimineert een andere problematische verspilling van traditionele kernenergie - LRW.

Onderweg worden problemen opgelost

De auteurs van het Brest-300-project zijn NIKIET genoemd naar Dollezhal. Het geld is op tijd toegewezen, de bouw vordert in het geplande tempo, de brandstoffabriek zal als eerste in bedrijf gaan. De lancering van de reactor staat gepland voor 2024 … Daarna wordt de brandstofopwerkingsmodule voltooid. Parallel met de bouw gaan de R&D-werkzaamheden door. Als gevolg van deze werken worden er periodiek wijzigingen in de constructie aangebracht, dus het definitieve definitieve tijdstip wordt niet genoemd.

Het Brest-project heeft tegenstanders in academische kringen. Begrijpelijk, het project won de wedstrijd, waaraan nog een aantal vooraanstaande instituten deelnamen. Critici zeggen dat de technologieën die in Brest worden gebruikt, onvoltooid zijn. Ze zetten met name vraagtekens bij het gebruik van loodsmelt als warmtedrager, enzovoort, enzovoort. We zullen niet in details treden, ze zijn te complex en dubbelzinnig. Aan de andere kant, waarom zouden we onze atoomwetenschappers niet vertrouwen? Alle projecten die de USSR, en daarna Rusland deed in de nucleaire industrie, waren hun westerse en oostelijke tegenhangers een stap voor. Dus welke reden hebben we om te geloven dat het deze keer anders zal lopen? Het lijkt mij dat je gewoon blij moet zijn voor Rosatom en TVEL en tegelijkertijd voor jezelf, want dit is ons corporatie.