Raske nøytronreaktorer er en unik utvikling av russiske forskere og fremtiden for hele kjernekraftindustrien

Det fredelige atomet er en av pilarene i verdensenergien, uten hvilket det moderne samfunn rett og slett er umulig. Til tross for alle fordelene ved eksisterende kjernekraftverk, har hovedfeilen vært og er fortsatt avhending av brukt atombrensel.

Det ser ut til at dette problemet også vil bli løst - takket være den unike russiske utviklingen av en lukket atombrenselsyklus, hvis implementering er mulig i atomreaktorer som bruker raske nøytroner.

Hva er problemet med moderne kjernekraft

Så det fredelige atomet har tjent menneskeheten i mer enn et dusin år for å generere elektrisitet over hele verden. Men det er et veldig alvorlig problem. Ikke alt naturlig uran er egnet som drivstoff for kjernefysiske reaktorer.

Uran-238 er utbredt i naturen (92 protoner, 146 nøytroner), og andelen i verdens reserver er 99,3% av det totale uranet på jorden. Men det er bare ikke egnet for atomreaktorer som drivstoff.

Bare de resterende 0,7% av verdensforsyningen i form av uran-235 (92 protoner, 143 nøytroner) kan tjene som drivstoff. Men selv denne gjenværende delen av uranet kan ikke bare tas og lastes inn i reaktoren. Det må forhåndsberikes og andelen uran-235 i den totale massen av uran-238 økes med rundt 700 ganger.

Det viser seg at, til tross for de enorme verdensreservene, vil uran som virkelig er egnet for drivstoff være nok, ifølge gjennomsnittsberegninger, i bare 50 år.

Alt er ikke så dystert som det virker ved første øyekast. Uranium-238 kan fremdeles tilpasses kjernefysiske reaktorer. Det er sant at for dette er det nødvendig å konvertere uran-238 til plutonium-239, og denne prosessen er bare mulig når den utsettes for raske nøytroner.

Som det viser seg er denne transformasjonen ikke lett. Tross alt opererer de fleste moderne reaktorer på "sakte" nøytroner, som bevisst blir bremset, siden uran-235 "ikke vil kommunisere" med raske nøytroner. Men uran-238 er tvert imot ikke involvert i transformasjonsprosessen på sakte nøytroner.

Det er ikke økonomisk mulig å gjennomføre transformasjonen av uran-238 til plutonium-239 hver for seg. Det er mye mer effektivt å bruke de såkalte ekstra nøytronene, som dannes under forfallreaksjonen. Derfor, i moderne reaktorer, blir de spesielt fjernet ved hjelp av absorbenter.

Så vi må kombinere "søppel" uran-238 og "korrigere" uran-235 på ett sted - en atomreaktor. Og da vil det være mulig å både generere elektrisitet og spesifikt transformere "unødvendig" uran-238 til nytt kjernebrensel for reaktorer. Men en forutsetning for dette er det faktum at den (reaktoren) må operere på raske nøytroner.

Men å skape en virkelig fungerende rask nøytronreaktor viste seg å være et stort problem for mange ingeniører. Og bare russiske ingeniører og forskere taklet oppgaven.

Raske nøytronreaktorer, hva er deres funksjon?

Så vi trenger en reaktor som kjører på uran-235, og samtidig må vi få den til å fungere på raske nøytroner. For at dette skal være mulig, er det nødvendig å øke tettheten til nøytronstrømmen betydelig (slik at uran-235 blir mer villig til å samhandle med raske nøytroner).

Dette betyr at et mer beriket drivstoff må brukes, mens temperaturregimet og nøytronstrømmene vil være mye tøffere - det vil være behov for mer stabile materialer.

I tillegg bør materialer som reduserer nøytroner unngås. Det vil si at den klassiske versjonen - vann - ikke er egnet i dette tilfellet, siden det bremser nøytroner perfekt.

Derfor ble kvikksølv brukt som kjølevæske i de tidlige stadiene av utviklingen av raske reaktorer, men dette alternativet ble raskt oppgitt på grunn av metallets høye toksisitet.

I de neste trinnene av eksperimentene prøvde de metaller som bly, vismut og natrium.

De mest lovende materialene ble funnet å være natrium og bly. Og på første trinn klarte sovjetiske ingeniører å "temme" natrium.

Den første kommersielle, fullt operasjonelle raske nøytronreaktoren var den sovjetiske BN-600-reaktoren. Og allerede i 2015 lanserte Rosatom BN-800 (natrium) reaktoren. Dette er en unik reaktor i sitt slag, som allerede er tilpasset for å operere plutoniumdrivstoff med en fullstendig lukket avlssyklus.

Hva er fordelen med raske reaktorer

Foreløpige beregninger viser at takket være denne teknologien øker prosentandelen kjernebrensel som er egnet for reaktorer kraftig fra beskjedne 0,7% til 30%.

Følgelig vil de effektive reservene av drivstoff øke omtrent 43 ganger, noe som betyr at de ikke skal være tilstrekkelige i omtrent 50 år, men i mer enn to årtusener. Jeg tror det er forskjell selv med en veldig grov beregning.

I tillegg er slike reaktorer i stand til å fungere fullt ut på brukt atombrensel fra "langsom" reaktorer, som lover en løsning på miljøvernernes største hodepine - hvordan avhende brukt atom brensel.

Slike reaktorer er også mye tryggere. Tross alt bruker de natrium i stedet for oppvarmet vann under høyt trykk. Natrium blir flytende ved 100 grader Celsius, og går til koketrinnet bare ved 900 grader.

La oss huske hvordan kjølesystemet fungerer på "konvensjonelle" atomreaktorer. Der fungerer vann under enormt trykk som kjølevæske. Åpenbart er høyt trykk en høy risiko for trykkavlastning og ulykke.

Det er ingen slike problemer med natrium. Siden kokepunktet er høyt, kan det holdes på normalt trykk, noe som betyr at det ikke er noen sjanse for brudd og ulykke.

Selv i tilfelle en unormal situasjon vil reaktiviteten til natrium også spille til fordel for sikkerhet. Når du samhandler med oksygen og fuktdamp i atmosfæren, vil natrium være bundet til vedvarende kjemikalier forbindelser som forblir på stasjonens territorium, og ikke sprer seg rundt området, og sprer seg radioaktivt forurensing.

Russland ligger foran resten

Til tross for mange forsøk fra forskjellige land, er det bare Russland, og spesielt Rosatom, som har en fullverdig kommersiell versjon av en rask nøytronreaktor.

Faktisk klarte ikke franskmennene (med sin lovende utvikling av "Phoenix-reaktoren") å takle problemet med periodisk drift av beskyttelsessystemer, og de stoppet prosjektet i 2010.

Japanerne testet også sin egen versjon - Monju-reaktoren, men etter en rekke ulykker bestemte de seg for å demontere den.

Indianerne ønsket også å lage sin egen raske nøytronreaktor, men ingenting skjedde.

I Russland utvikler teknologien seg jevnt, og arbeidet pågår allerede med BN-1200-hurtigreaktorprosjektet, hvor smeltet bly brukes som kjølevæske. Etter planen skal den settes i full drift innen 2030.

Det viser seg at Russland er det eneste landet som virkelig kan lage kjernekraft effektiv og virkelig trygg på grunn av en unik design - en rask nøytronreaktor.