Nga đột phá về năng lượng hạt nhân

2024 Tác giả: Seth Attwood | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-16 16:20

Dự án "Đột phá" - lò phản ứng hạt nhân Brest-300 đang được xây dựng gần Tomsk, sẽ mở ra một trang mới trong lĩnh vực năng lượng của Trái đất. Nga đang tạo ra Perpetuum Mobile đầu tiên trên thế giới với công suất 300 MW - một nhà máy điện hạt nhân với chu trình nhiên liệu khép kín. Dự án có tên tự giải thích "Đột phá" hứa hẹn năng lượng không nguy hiểm, không khai thác uranium và bỏ xa các đối thủ trong nhiều thập kỷ …

Bốn mươi ba ha lãnh thổ, những bức tường nguyên khối màu xám, phụ kiện nhô ra đầy trời, cần cẩu và 600 công nhân. Ba năm sau, tại nơi này, trong một thành phố đóng cửa Seversk, 25 km từ Tomsk, sẽ bắt đầu hoạt động đầu tiên trên thế giớiPerpetuum Mobile với công suất 300 megawatt là nhà máy điện hạt nhân với chu trình nhiên liệu khép kín và chì nóng chảy làm chất làm mát. Doanh nghiệp được gọi là cơ sở thử nghiệm, vì các siêu công nghệ cho nó cho đến nay chỉ được tính toán trên các mô hình toán học. Tuy nhiên, sau khi kiểm tra chúng trên một lò phản ứng đang hoạt động, các nhà khoa học hạt nhân của chúng tôi sẽ nhận được một nhà máy điện hạt nhân tham chiếu của thế hệ mới, bỏ xa các đối thủ từ Toshiba, Areva và những hãng khác trong nhiều thập kỷ. Dự án, có tên tự giải thích " Đột phá", Hứa hẹn nghị lực không nguy hiểmvà quan trọng nhất, mà không cần khai thác uranium.

Những người hoài nghi và nguyên tử hòa bình

Vài lời dành cho những ai coi nguyên tử hòa bình là một thánh tích. Nhu cầu năng lượng của nhân loại tăng gấp đôi sau mỗi 20 năm. Việc đốt cháy dầu và than đá dẫn đến sự hình thành hàng năm của khoảng nửa tỷ tấn sulfur dioxide và nitơ oxit, tức là 70 kg chất có hại cho mỗi cư dân trên trái đất. Việc sử dụng các nhà máy điện hạt nhân loại bỏ vấn đề này. Hơn nữa, trữ lượng dầu có hạn, và cường độ năng lượng của một tấn uranium-235 xấp xỉ với cường độ năng lượng của hai triệu tấn xăng.

Chi phí cũng rất quan trọng. Tại một nhà máy thủy điện, một kilowatt giờ điện tiêu tốn 10-25 kopecks, nhưng thực tế tiềm năng thủy điện ở các nước phát triển đã cạn kiệt. Tại các trạm than hoặc dầu nhiên liệu - 22-40 kopecks, nhưng các vấn đề môi trường phát sinh. Tại các nhà máy điện gió và năng lượng mặt trời công nghiệp - 35-150 kopecks, hơi đắt, và ai đảm bảo gió ổn định và không có mây. Chi phí cơ bản của năng lượng nguyên tử là 20-50 kopecks, nó ổn định, ít tạo ra các vấn đề môi trường hơn nhiều so với đốt dầu và than, tiềm năng của nó là vô hạn.

Cuối cùng, nguyên tử hòa bình của Nga hóa ra gần như không còn khả năng cạnh tranh. Vào năm 2010, khi sau 24 năm lạnh giá, nhiều nước lại muốn xây dựng nhà máy điện hạt nhân, các lò phản ứng của chúng ta hóa ra rẻ hơn và không kém hơn các nguyên mẫu của Nhật Bản, Pháp và Mỹ. Hơn nữa, chúng tôi, không giống như các đối thủ cạnh tranh , trong suốt những năm qua, chúng tôi đã xây dựng các nhà máy điện hạt nhân - Rosatom có một cái gì đó để hiển thị với khách hàng tiềm năng.

Sự quản lý của tập đoàn nhà nước đã giải quyết một cách thành thạo các khuyết tật do kết quả gây ra. Kết quả là Westinghouse Electric đã phá sản vào năm ngoái. Toshiba, trước đây đã mua lại Westinghouse Electric, đang trên đà phát triển. Điều kiện tài chính của Areva cũng không đáng ghen tị. Mặt khác, các đoàn từ 52 quốc gia đã đến Atomexpo-2016. 20 quốc gia trong số này vẫn chưa có điện hạt nhân. Bây giờ chúng sẽ xuất hiện lần đầu tiên trong Ai Cập, Việt Nam, Thổ Nhĩ Kỳ, Indonesia, Bangladesh - các nhà máy điện hạt nhân của Nga.

Địa ngục sâu

Vấn đề chính của năng lượng hạt nhân ngày nay là nhiên liệu … Có 6, 3 triệu tấn uranium có thể thu hồi được về mặt kinh tế trên trái đất. Nếu tính cả tốc độ tăng trưởng tiêu dùng thì sẽ kéo dài trong khoảng 50 năm. Chi phí vào khoảng $ 50 cho mỗi kg quặng hiện nay, nhưng khi các khoản tiền gửi ít sinh lời hơn được tham gia vào quá trình khai thác, nó sẽ tăng lên $ 130 mỗi kg và hơn thế nữa. Tất nhiên, có trữ lượng được khai thác, và không phải là nhỏ, nhưng chúng không phải là mãi mãi.

Uranium khó khai thác hoặc rất khó … Trong đá quặng uranium có khoảng 0,1-1 phần trăm, cộng hoặc trừ. Quặng xuất hiện ở độ sâu khoảng một km. Nhiệt độ trong các mỏ là trên 60 độ C. Đá khai thác phải được hòa tan trong axit, thường là axit sulfuric, để tách quặng uranium khỏi dung dịch. Trong một số mỏ, axit sulfuric được bơm ngay vào lòng đất, để sau đó nó có thể được đưa cùng với uranium hòa tan. Tuy nhiên, có những loại đá uranium không tan trong axit sulfuric …

Cuối cùng, chỉ trong uranium tinh khiết 0,72 phần trăm đồng vị cần thiết là uranium-235. Cũng giống như một lò phản ứng hạt nhân hoạt động. Để làm nổi bật nó là một vấn đề đau đầu riêng biệt. Uranium được chuyển hóa thành khí (uranium hexafluoride) và đi qua các tầng máy ly tâm quay với tốc độ khoảng 2.000 vòng / giây, ở đó phần nhẹ được tách ra khỏi phần nặng. Bãi thải - uranium-238, với hàm lượng uranium-235 còn lại 0,2-0,3%, chỉ đơn giản là bị vứt bỏ vào những năm 50. Nhưng sau đó, họ bắt đầu lưu trữ nó ở dạng uranium florua rắn trong các thùng chứa đặc biệt dưới bầu trời rộng mở. Trong 60 năm, trái đất đã tích lũy khoảng hai triệu tấn uranium-238 florua … Tại sao nó được giữ? Sau đó, uranium-238 đó có thể trở thành nhiên liệu cho các lò phản ứng hạt nhân nhanh, mà cho đến nay các nhà khoa học hạt nhân vẫn có một mối quan hệ khó khăn.

Tổng cộng, 11 lò phản ứng neutron nhanh công nghiệp đã được xây dựng trên thế giới: ba ở Đức, hai ở Pháp, hai ở Nga, mỗi lò ở Kazakhstan, Nhật Bản, Anh và Hoa Kỳ. Một trong số đó, SNR-300 ở Đức, chưa bao giờ được tung ra thị trường. Tám chiếc nữa bị dừng lại. Hai công nhân còn lại … Bạn nghĩ ở đâu? Đúng vậy, trên NPP Beloyarsk.

Một mặt, các lò phản ứng nhanh an toàn hơn các lò phản ứng nhiệt thông thường. Không có áp suất cao trong chúng, không có nguy cơ xảy ra phản ứng hơi nước-zirconi, v.v. Mặt khác, cường độ của trường neutron và nhiệt độ trong khu vực làm việc cao hơn; thép, sẽ giữ nguyên các đặc tính của nó dưới cả hai thông số, khó sản xuất hơn và đắt hơn. Ngoài ra, nước không thể được sử dụng làm chất làm mát trong lò phản ứng nhanh. Còn lại: thủy ngân, natri và chì. Thủy ngân bị loại bỏ do tính ăn mòn cao. Chì phải được giữ ở trạng thái nóng chảy - nhiệt độ nóng chảy là 327 độ. Điểm nóng chảy của natri là 98 độ, vì vậy tất cả các lò phản ứng nhanh cho đến nay đều được làm bằng chất làm mát natri. Nhưng natri phản ứng quá mạnh với nước. Nếu mạch điện bị hỏng … Như đã từng xảy ra tại lò phản ứng "Monju" của Nhật Bản vào năm 1995. Nói chung, những bài nhanh hóa ra lại quá khó.

Đừng lo lắng sẽ không đóng băng

Người đứng đầu dự án BREST-OD-300 nói với Lente.ru: “Đừng lo lắng, chì trong lò phản ứng Brest-300 của chúng tôi sẽ không những không bao giờ đông đặc mà còn không bao giờ nguội đi dưới 350 độ. Andrey Nikolaev … - Các chương trình và hệ thống đặc biệt chịu trách nhiệm về việc này. Đây là một dự án hoàn toàn mới không liên quan gì đến các lò phản ứng chì-bitm trên tàu ngầm. Mọi thứ ở đây đều được phát triển dựa trên những phát triển, công nghệ và thành tựu mới nhất. Nó sẽ là lò phản ứng nhanh làm mát bằng chì đầu tiên trên thế giới … Nó không phải là cho không có gì mà nó được gọi là "Đột phá". Trước khi bạn là một doanh nghiệp của tương lai - một nhà máy điện hạt nhân thế hệ thứ tư với đóng cửa chu kỳ nhiên liệu.

Tôi không được phép trèo lên công trường - đây là thông tin đã được phân loại. Họ cũng không được phép chụp ảnh, vì vậy những bức ảnh không phải của tôi. Chúng được tạo ra bởi một người đã được giải thích trước về những góc độ nào có thể chụp một đối tượng và những góc độ nào là không thể. Nhưng Andrey Nikolaev đã giải thích chi tiết lý do tại sao và theo trình tự nào mà ba nhà máy Proryv đang được xây dựng và cách một nhà máy điện hạt nhân có thể hoạt động mà không cần uranium.

Doanh nghiệp sẽ bao gồm ba nhà máy: nhà máy sản xuất nhiên liệu, chính lò phản ứng và nhà máy tái chế nhiên liệu. Nhà máy sản xuất nhiên liệu sẽ sản xuất một thành phần hoàn toàn mới của các nguyên tố nhiên liệu, chưa từng có trên thế giới. Đây là nhiên liệu hỗn hợp nitride uranium-plutonium - MNUP. Vật liệu phân hạch trong lò phản ứng mới sẽ là plutonium … Và uranium-238, bản thân nó không phân hạch, sẽ được chiếu xạ với neutron nhiệt và biến thành plutonium-239. Tức là lò phản ứng Brest-300 sẽ tạo ra nhiệt, điện và bên cạnh đó , chuẩn bị nhiên liệu cho mình.

Hai con chim với một đá

Trên thế giới ngày nay đang làm việc 449 Lò phản ứng hạt nhân công nghiệp hòa bình và 60 lò khác đang được xây dựng. Trong quá trình hoạt động của các lò phản ứng này, trong quá khứ và tương lai, một vấn đề đã được lên kế hoạch phát sinh - các cụm nhiên liệu đã sử dụng. Đầu tiên, chúng được đưa vào các bồn tắm đặc biệt, nơi chúng được "hạ nhiệt" trong vài năm. Sau đó, các phần tử nhiên liệu "làm mát" được lưu trữ trong các cơ sở lưu trữ "khô", nơi chúng được tích tụ với số lượng lớn. Năng lực xử lý các cụm chất thải ít hơn nhiều lần so với mức cần thiết. Tại sao? Vì nó rất khó và tốn kém.

Dự án Đột phá sẽ xây dựng nhà máy chế biến nhiên liệu của riêng mình. Như bạn có thể đoán, Nhà máy này sẽ không chỉ tiêu hủy nhiên liệu đã cháy mà còn cung cấp nguyên liệu thô cho các tổ hợp mới … Các thanh nhiên liệu cũ sẽ được hòa tan trong axit, có thể là sulfuric, sau đó tại nhà máy, sử dụng công nghệ hóa học phức tạp, dung dịch sẽ được tách ra từng nguyên tố. Những gì không cần thiết được điều hòa và chôn vùi, những gì cần thiết được sử dụng. Ngoài nguyên liệu thô cho nhiên liệu mới, doanh nghiệp sẽ chiết xuất từ các tổ hợp cũ các đồng vị hiếm nhất của các nguyên tố nặng đang có nhu cầu trong y học, khoa học và công nghiệp.

Nhân tiện, công suất lò phản ứng 300 megawatt không phải do ngẫu nhiên mà lựa chọn. Với sức mạnh này, nó sẽ tạo ra nhiều plutonium như nó tiêu thụ. Cùng một lò phản ứng có công suất lớn hơn sẽ tạo ra nhiều nhiên liệu hơn mức tiêu thụ. Vì vậy, sau khi được nạp, lò phản ứng Brest sẽ hoạt động giống như một thiết bị di động Perpetuum thông thường. Chỉ một nguồn cung cấp nhỏ uranium đã cạn kiệt sẽ được yêu cầu. Vâng, và uranium-238, như tôi đã đề cập, được tích lũy bởi ngành công nghiệp hạt nhân với một lượng như vậy điều đó sẽ tồn tại mãi mãi.

Chảo lớn

- Để bạn có thể hình dung một lò phản ứng, - Andrei Nikolaev tiếp tục. - Đây là một cái chảo cao 17 mét và đường kính 26 mét. Các cụm nhiên liệu sẽ được hạ thấp vào trong đó. Một bộ trao đổi nhiệt - chì nóng chảy sẽ lưu thông qua nó. Tất cả các thiết bị từ và chỉ sản xuất của Nga. Nó sẽ là một lò phản ứng hoàn toàn an toàn với biên độ phản ứng nhỏ hơn sự thống nhất. Đó là, theo quy luật vật lý, nó chỉ đơn giản là không có đủ khả năng phản ứng để tăng tốc. Tai nạn quy mô lớn trên đó là không thể. Việc sơ tán dân sẽ không bao giờ được yêu cầu. Mọi thất bại, nếu nó xảy ra, sẽ không vượt ra ngoài ranh giới của việc xây dựng doanh nghiệp. Ngay cả khí thải vào khí quyển do một tai nạn giả định sẽ không xảy ra.

Tự động làm sạch chất làm mát sẽ được giới thiệu trong lò phản ứng Brest-300. Chất làm mát của lò phản ứng mới, tức là chì, sẽ không bao giờ cần được thay thế. Điều này giúp loại bỏ một vấn đề lãng phí khác của điện hạt nhân truyền thống - LRW.

Các vấn đề được giải quyết trong quá trình này

Các tác giả của dự án Brest-300 là NIKIET được đặt tên theo Dollezhal. Tiền được phân bổ đúng thời hạn, việc xây dựng đang được tiến hành theo đúng tiến độ kế hoạch, nhà máy chế tạo nhiên liệu sẽ đi vào hoạt động đầu tiên. Dự kiến phóng lò phản ứng vào năm 2024 … Sau đó, mô-đun tái xử lý nhiên liệu sẽ được hoàn thành. Song song với việc xây dựng, công việc R&D vẫn được tiếp tục. Kết quả của những công việc này, các thay đổi được thực hiện theo định kỳ đối với công trình xây dựng, vì vậy thời điểm cuối cùng cuối cùng không được nêu tên.

Dự án Brest có những lời gièm pha trong giới học thuật. Điều này có thể hiểu được, dự án đã chiến thắng trong cuộc thi, trong đó có nhiều viện tiêu biểu hơn tham gia. Các nhà phê bình nói rằng các công nghệ được sử dụng ở Brest vẫn chưa hoàn thiện. Đặc biệt, họ đặt câu hỏi về việc sử dụng chì nấu chảy làm chất dẫn nhiệt, vân vân và vân vân. Chúng tôi sẽ không đi vào chi tiết, chúng quá phức tạp và mơ hồ. Mặt khác, tại sao chúng ta không nên tin tưởng các nhà khoa học nguyên tử của chúng ta? Tất cả các dự án mà Liên Xô, và sau Nga đã thực hiện trong ngành công nghiệp hạt nhân, đều đi trước các đối tác phương Tây và phương Đông một bước. Vậy thì lý do gì để chúng ta tin rằng mọi thứ sẽ diễn biến khác lần này? Đối với tôi, có vẻ như bạn chỉ nên hạnh phúc cho Rosatom và TVEL và đồng thời cho chính bạn, bởi vì đây là của chúng tôi tập đoàn.