В России ведутся работы по созданию революционного ядерного реактора, относящегося к четвертому поколению. Речь идет о реакторе «БРЕСТ», над которым сегодня работают предприятия, входящие в госкорпорацию «Росатом». Данный перспективный реактор создается в рамках реализации проекта «Прорыв». «БРЕСТ» — это проект реакторов на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем, двухконтурной схемой отвода тепла к турбине, а также закритическими параметрами пара. Проект разрабатывается в нашей стране еще с конца 1980-х годов. Главным разработчиком данного реактора является НИКИЭТ имени Н. А. Доллежаля (научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники).
Сегодня атомные электростанции дают России 18% вырабатываемой электроэнергии. Очень большое значение атомная энергетика имеет в европейской части нашей страны, особенно на северо-западе, где на ее долю приходится 42% выработки электроэнергии. В настоящее время в России работает 10 АЭС, на которых эксплуатируется 34 энергоблока. На большинстве из них в качестве топлива используется низкообогащенный уран с содержанием изотопа урана-235 на уровне 2-5%. При этом топливо на АЭС расходуется не полностью, что ведет к образованию радиоактивных отходов.
В России набралось уже 18 тысяч тонн отработанного урана и с каждым годом эта цифра увеличивается на 670 тонн. А всего в мире насчитывается 345 тысяч тонн данных отходов, из которых 110 тысяч тонн приходятся на США. Проблему с переработкой данных отходов мог бы решить реактор нового типа, который действовал бы по замкнутому циклу. Создание такого реактора помогло бы справиться и с утечкой военных ядерных технологий. Такие реакторы можно было бы смело поставлять любым странам мира, так как на них в принципе невозможно было бы получить сырье, необходимое для создания ядерного оружия. Но основным их плюсом стала бы безопасность. Такие реакторы можно было бы запустить даже на старом, отработанном ядерном топливе. По словам доктора физико-математических наук А. Крюкова, даже довольно грубые расчеты говорят нам о том, что накопленных за 60 лет работы атомной отрасли запасов отработанного урана хватит на несколько сотен лет генерации энергии.
Революционным проектом в данном направлении и являются реакторы «БРЕСТ». Данный реактор хорошо вписывается в контекст выступления Владимира Путина на «саммите тысячелетия» в ООН в сентябре 2000 года. В рамках своего доклада российский президент пообещал миру новую ядерную энергетику: безопасную, чистую, исключающую оружейное применение. С момента того выступления работы по воплощению проекта «Прорыв» в жизнь и создания реактора «БРЕСТ» существенно продвинулись вперед.
Общий вид реактора БРЕСТ-300
Изначально проектировалась установка «БРЕСТ», которая обеспечивала бы в составе энергоблока мощность 300 МВт, но позднее появился проект с увеличенной до 1200 МВт мощностью. При этом на данный момент времени разработчики сосредоточили все свои усилия на менее мощном реакторе БРЕСТ-ОД-300 (опытный демонстрационный) в связи с отработкой большого объема новых конструкторских решений и планах их проверки на относительно небольшом и дешевом в реализации проекте. Помимо этого выбранная мощность 300 МВт (электрическая) и 700 МВт (тепловая) — этом минимально необходимая мощность для получения коэффициента воспроизводства топлива в активной зоне реактора, равного единице.
В настоящее время проект «Прорыв» реализуется на площадке предприятия государственной корпорации «Росатом» Сибирского химического комбината (СХК) на территории закрытого территориального образования (ЗАТО) Северск (Томская область). Данный проект предполагает отработку технологий замыкания ядерного топливного цикла, которые будут востребованы в атомной энергетике будущего. Реализация данного проекта на практике предусматривает создание опытно-демонстрационного энергокомплекса в составе: БРЕСТ-ОД-300 — реактора на быстрых нейтронах со свинцовым жидкометаллическим теплоносителем с пристанционным ядерным топливным циклом и специального модуля фабрикации/рефабрикации топлива для данного реактора, а также модуля переработки его отработавшего топлива. Планируется запустить реактор БРЕСТ-ОД-300 в 2020 году.
Генеральным проектировщиком опытно-демонстрационного энергетического комплекса выступает санкт-петербургский ВНИПИЭТ. Реактор создается НИКИЭТ (Москва). Ранее сообщалось, что разработка реактора БРЕСТ оценивается в 17,7 миллиарда рублей, постройка модуля переработки отработавшего ядерного топлива — 19,6 миллиарда рублей, модуля фабрикации и пускового комплекса рефабрикации топлива — 26,6 миллиарда рублей. Главной задачей создаваемого энергетического комплекса должна стать отработка технологии эксплуатации нового реактора, производства нового топлива и технологии переработки отработавшего ядерного топлива. По этой причине решение о запуске реактора БРЕСТ-ОД-300 в энергетическом режиме с целью выработки электрической энергии будет приниматься только после завершения всех исследовательских работ по проекту.
Строительная площадка энергокомплекса БРЕСТ-300 находится в районе радиохимического завода Сибирского химического комбината. Работы на этой площадке начались в августе 2014 года. По словам гендиректора СХК Сергея Точилина, здесь уже была проведена вертикальная планировка с выемкой миллиона кубометров грунта, проложены кабели, смонтированы трубопроводы технической воды, выполнены иные строительные работы. В настоящее время подрядная организация «Ява-строй» и северский субподрядчик «Спецтеплохиммонтаж» продолжают комплекс работ, относящихся к подготовительному периоду. Сегодня на строительной площадке трудится 400 человек, с наращиванием темпов работ на объекте количество строителей вырастет до 600-700 человек. Государственные инвестиции в данный проект ориентировочно оцениваются в 100 миллиардов рублей, сообщает пресс-служба Сибирского химического комбината.
Опытно-демонстрационный энергетический комплекс в крупнейшем в нашей стране ЗАТО возводится поэтапно. Первым строится завод по выпуску нитридного топлива, ввод его в эксплуатацию запланирован на 2017-2018 год. Произведенное на данном заводе топливо в будущем поступит в опытно-демонстрационный реактор БРЕСТ-300, работы над постройкой которого начнутся в 2016 году, а завершатся в 2020 году, это станет завершением второго этапа реализации проекта. Третий этап работ предусматривает постройку еще одного завода — по переработке отработанного топлива. В полном объеме проект «Прорыв» должен будет заработать к 2023 году. Благодаря реализации данного амбициозного проекта, в городе Северске должно появиться порядка 1,5 тысячи новых рабочих мест. Непосредственно в постройке установки БРЕСТ-300 будет участвовать 6-8 тысяч рабочих.
Как рассказал глава проекта по созданию реактора БРЕСТ-300 Андрей Николаев, в состав опытно-демонстрационного энергетического комплекса в городе Северске войдет реакторная установка БРЕСТ-ОД-300 с пристанционным ядерным топливным циклом, а также комплекс по производству «атомного топлива будущего». Речь идет о нитридном топливе для реакторов на быстрых нейтронах. Предполагается, что именно на данном виде топливе, начиная с 20-х годов XXI века, будет функционировать вся атомная энергетика. Планируется, что опытный реактор БРЕСТ-300 станет первым на планете реактором на быстрых нейтронах с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем. Согласно проекту отработанное ядерное топливо в реакторе БРЕСТ-300 будет перерабатываться, после чего загружаться в реактор заново. Для стартовой загрузки реактора потребуется в общей сложности 28 тонн топлива. В настоящее время осуществляется анализ отработанного ядерного топлива из хранилищ Сибирского химического комбината — возможно, какое-то количество продуктов с плутониевым элементом получится использовать при выпуске топлива для опытного реактора БРЕСТ.
Реактор БРЕСТ-300 будет иметь ряд существенных преимуществ в области безопасности работы перед любым работающим в наши дни реактором. Данный реактор сможет самостоятельно заглушаться при отклонении любых параметров. Помимо этого, в реакторе на быстрых нейтронах используется топливо с меньшим запасом реактивности, разгон на мгновенных нейтронах и последующая вероятность взрыва попросту исключены. Свинец, в отличие от применяемого сегодня в качестве теплоносителя натрия, является пассивным, да и с точки зрения химической активности свинец безопаснее натрия. Плотное нитридное топливо легче переносит температурные режимы и механические дефекты, оно надежнее оксидного. Даже самые предельные аварии диверсионного характера с разрушением внешних барьеров (крышки корпуса, здания реактора и др.) не смогут привести к радиоактивным выбросам, которые потребовали бы проведения эвакуации населения и последующего длительного отчуждения земли, как это произошли при аварии на ЧАЭС в 1986 году.
К достоинствам реактора БРЕСТ относят:
— естественную радиационную безопасность при всевозможных авариях по внешним и внутренним причинам, включая диверсии, не требующую проведения эвакуации населения;
— долговременную (почти неограниченную во времени) обеспеченность топливом за счет эффективного использования природного урана;
— нераспространение на планете ядерного оружия за счет исключения наработки в ходе эксплуатации плутония оружейного качества и реализации пристанционной технологии сухой переработки топлива без разделения плутония и урана;
— экологичность производства энергии и последующей утилизации отходов за счет замкнутого топливного цикла с трансмутацией долгоживущих продуктов деления, трансмутацией и сжиганием в реакторе актиноидов, очисткой радиоактивных отходов от актиноидов, выдержкой и захоронением РАО без нарушения радиационного природного равновесия;
— экономическую конкурентоспособность, которая достигается за счет естественной безопасности АЭС и технологии реализованного топливного цикла, подпитки реактора только 238U, отказа от сложных инженерных систем безопасности, высоких параметров свинца, которые обеспечивают достижение закритических параметров паротурбинного контура и высокий КПД термодинамического цикла, сокращения стоимости строительства.
Проектное изображение комплекса БРЕСТ. 1 — реактор, 2-машзал с турбиной, 3 — модуль переработки ОЯТ, 4 — модуль фабрикации свежего топлива.
Сочетание мононитридного топлива, природных качеств свинцового теплоносителя, конструкторских решений активной зоны и контуров охлаждения, физических характеристик быстрого реактора выводит реактор БРЕСТ на качественно новый уровень естественной безопасности и позволяет обеспечить устойчивость без срабатывания активных средств аварийной защиты при очень тяжелых авариях, которые являются непреодолимыми для любого из существующих и проектируемых в мире реакторов:
— самоход всех имеющихся органов регулирования;
— отключение (заклинивание) всех насосов 1-го контура реактора;
— отключение (заклинивание) всех насосов 2-го контура реактора;
— разгерметизация корпуса ректора;
— разрыв трубок парогенератора или трубопроводов второго контура по любому сечению;
— наложение разнообразных аварий;
— неограниченное по времени расхолаживание при полном отключении питания.
Реализуемый «Росатомом» проект «Прорыв» направлен на создание новой технологической платформы атомной отрасли России с замкнутым топливным циклом и решением проблемы отработанного ядерного топлива и радиоактивных отходов (РАО). Результатом реализации данного амбициозного проекта должно стать создание конкурентоспособного продукта, который позволит обеспечить российским технологиям лидерство в мировой атомной энергетики, да и в целом в глобальной энергосистеме на ближайшие 30-50 лет.
Источники информации:
http://www.rosatom.ru
http://atomsib.ru
http://publicatom.ru/blog/atomsib/5854.html
http://sdelano-u-nas.livejournal.com/360656.html
Материалы из свободных источников
