إغلاق الدورة النووية: مفاعل الجيل الرابع الروسي BREST-OD-300
مفاعل BREST-OD-300. المصدر: youtube.com
مفاعل يحتوي على "يورانيوم مستنفد"
إن الكميات المتزايدة باستمرار من الوقود النووي المستهلك تجبر مناطق شاسعة على التنفير من أجل التخلص منها. تراكم ما لا يقل عن 350 ألف طن من المواد المشعة على الأرض في الوقت الحالي. تحاول القوى التي لديها محطات طاقة نووية أن تجد على الأقل بعض الاستخدامات للمواد الخطرة. في الآونة الأخيرة ، كان هناك حديث عن ذخائر محشوة باليورانيوم المنضب المنتج من الوقود المستهلك. الأصداف لطيفة ، لكنها نادراً ما تستخدم للغرض المقصود منها. لذلك ، فهي ليست مناسبة كمستخدم رئيسي للوقود النووي.
لماذا نحتاج إلى مفاعل نيوتروني سريع على الإطلاق؟ ما الخطأ في الطريقة التقليدية القائمة على النيوترونات المعدلة صناعياً؟
بادئ ذي بدء ، يتعلق الأمر بالوقود. محطة طاقة نووية كلاسيكية ، مثل محطة Akkuyu التركية ، التي تبنيها روسيا حاليًا لتركيا ، تستهلك نظير اليورانيوم 235 كوقود. لا يوجد الكثير منه في خام اليورانيوم ، فهو غالي الثمن ، ويجب أن تنفد الاحتياطيات في غضون مائة عام.
مفاعلات النيوترون السريعة "تتغذى" على نظائر اليورانيوم 238. يبدو أن الاختلاف هو ثلاث وحدات فقط ، لكن هناك فجوة حقيقية بين هذه النظائر. 99 في المائة من كل اليورانيوم في الخام هو نفس النظير 238. أي أن هناك الكثير منه ، وهو رخيص نسبيًا. وهي مناسبة فقط لمحطات الطاقة النووية على النيوترونات السريعة.
المكافأة الرئيسية للجميع قصص - يتولد اليورانيوم 238 كوقود مستهلك في مفاعلات النيوترون البطيئة التقليدية.
موقع في Seversk ، حيث يتم بناء BREST-OD-300. المصدر: youtube.com
دعنا نعود إلى Akkuyu التركي ، الذي لم يكتمل بعد ، لكنه استقبل بالفعل الدفعة الأولى من حبيبات اليورانيوم من نوفوسيبيرسك.
حالما يتم إطلاق محطة الطاقة النووية ، وفي غضون عامين ، يظهر الوقود المستهلك ، سيتم إزالته من قبل العلماء النوويين الروس لاستخدامه في مفاعلات النيوترونات السريعة. هذه هي دورة اليورانيوم في الطبيعة.
ولكن هذا ليس كل شيء.
بمجرد إطلاق اليورانيوم 238 في مفاعل نيوتروني سريع ، فإنه لا يطلق الحرارة أثناء التفاعل النووي فحسب ، بل يولد أيضًا نظيرًا جديدًا - البلوتونيوم 239. اتضح بالفعل أنه وقود جديد مختلط وعالمي ، يسمى "وقود موكس". هذا منتج جيد - يشتريه اليابانيون والأوروبيون لمحطات الطاقة النووية الخاصة بهم على النيوترونات البطيئة أو الحرارية.
لتلخيص المقدمة ، تنتج محطات الطاقة النووية التقليدية الكثير من النفايات مع نسبة عالية من اليورانيوم 235 ، والذي يستخدم في مفاعلات النيوترونات السريعة. وتترك المفاعلات "السريعة" بدورها "وقود موكس" جاهزًا عمليًا بعد التشغيل. يمكن إعادة هذه النفايات إلى محطات الطاقة النووية التقليدية. تنتهي الدورة وتختفي تلقائيًا الحاجة إلى "تخضير" صناعة الطاقة العالمية.
تعلم كيفية استخدام الذرة الهادئة بشكل صحيح ، ولن تحتاج إلى طواحين الهواء المتقلبة أو الألواح الشمسية أو غيرها من الرتوش. في أيدي الحضارة الآن قاعدة وقود لا نهاية لها ، والتي ستستمر لعدة آلاف من السنين. في هذا السيناريو ، حتى الاندماج النووي الحراري شبه الأسطوري يبدو غير ضروري.
كل شيء على ما يرام في هذه القصة ، لكن روسيا فقط هي التي لديها الأولوية للتقنيات في مجال الطاقة النووية الخالية من النفايات. وشركاؤنا السابقون في الغرب لا يحبون هذا كثيرًا.
في وقت من الأوقات ، كانوا يشاركون بنشاط في تقنيات "النيوترونات السريعة" في الخارج ، ولكن بسبب التكلفة العالية وعدم الربحية الواضحة ، تم إغلاق جميع المشاريع. في الولايات المتحدة ، توقف مفاعل EBR-II في عام 1994 ، وفي المملكة المتحدة تم إيقاف DFR مرة أخرى في عام 1977 ، وتم إغلاق Superphenix الفرنسي في عام 1998.
واصلت روسيا العمل مع المفاعلات النيوترونية السريعة ، الوحيدة في العالم. يجب أن يتذكر ذلك كل من يواصل الحديث عن إبرة النفط والغاز ، التي يفترض أن بلادنا جلس عليها أخيرًا وبلا رجعة.
مشروع "اختراق"
من الناحية النظرية ، ليس من الصعب تحويل مفاعل نيوتروني بطيء عادي إلى مفاعل "سريع" - لذلك يكفي استبدال الماء في القلب بمادة أخرى. الحقيقة هي أن الماء ، وبخار الماء ، وبعض المواد العضوية وثاني أكسيد الكربون يحبس ويبطئ النيوترونات ، وبالتالي يوقف تطور التفاعل النووي.
إذا أراد العميل جهازًا يعتمد على النيوترونات السريعة ، فيجب عندئذٍ تحميل المعادن منخفضة الذوبان ، مثل الصوديوم ، في المنطقة الساخنة للمفاعل كمبرد. إن الصوديوم المنصهر هو الذي ينقل الحرارة من قضبان اليورانيوم إلى مولد البخار في مفاعل النيوترون السريع BN-800 الروسي. تم إطلاقها في عام 2015 في Beloyarsk NPP ، وهي الآن الوحدة الوحيدة من نوعها في العالم - مفاعلات النيوترونات البطيئة الكلاسيكية تحكم العالم.
ربما يكون العيب الرئيسي لـ BN-800 هو المبرد المثير للجدل. من المحتمل أن يعرف أي شخص مطلع على دورة الكيمياء المدرسية أن الصوديوم نشط جدًا ومستعد للاشتعال في الهواء ، ناهيك عن ملامسته للماء. هناك مضاعفات كافية مع سترة الصوديوم الحرارية. على سبيل المثال ، من الضروري إعادة تحميل الوقود من مفاعل في غرف التفريغ.
ومع ذلك ، فإن المشاكل قابلة للحل ، وإلا لما قامت Rosatom ببناء مفاعل سريع ثانٍ أكثر قوة BN-1200. تم التخطيط لإطلاقه في 2030s مع عمر خدمة تقديري يصل إلى 2090.
لكن سلسلة BN لم تعد تنتمي إلى التيار التكنولوجي الروسي السائد - تكنولوجيا نقل الحرارة باستخدام الرصاص السائل هي الآن في المقدمة. يدور مشروع Proryv حول هذا ، والعنصر الرئيسي فيه هو المفاعل التجريبي BREST-OD-300 (مفاعل سريع آمن طبيعي مبرد بالرصاص).
ولدت فكرة بناء مفاعل نيوتروني سريع مع الرصاص في الدائرة الأولية في أوائل الثمانينيات ، لكنها لم تصل إلى التنفيذ العملي إلا في عام 80. يتم بناء BREST في مدينة Seversk في منطقة Tomsk وهم يعدون بوضعه قيد التشغيل التجريبي بحلول نهاية العقد.
ليس من السهل المجيء ومشاهدة بناء مفاعل فريد: سيفيرسك مدينة مغلقة ، مشغولة بالكامل بالإنتاج والبحث النوويين. تم اختيار الموقع من قبل شركة Siberian Chemical Combine ، أحد منتجي الوقود الرئيسيين لشركة Rosatom.
لم يتم استخدام الرصاص أبدًا كمبرد في المفاعلات النووية. المصدر: youtube.com
الرصاص للعلماء النوويين هو مبرد فريد. في الهواء وعند ملامسته للماء ، لا يشتعل ، بل يتجمد فقط. يمتص بشكل ضعيف النيوترونات ولا يبطئها ، والإشعاع المؤين ، على العكس من ذلك ، يؤخر جيدًا. نتيجة لذلك ، فإن BREST وغيرها من الأجهزة المماثلة ستصدر إشعاعات بالكاد أكثر من الثلاجة المنزلية.
السؤال الطبيعي هو لماذا يتم تصنيف BREST-OD-300 كمفاعل من الجيل الرابع؟ بخلاف الرصاص ، هل هو في الأساس لا يختلف عن الجيل السابق من مفاعلات النيوترونات السريعة؟
يتضمن الجيل الرابع من المفاعلات النووية مجموعة كاملة من المعلمات ، من بينها السلامة والملاءمة البيئية وتكلفة الكهرباء عند الإنتاج في المقدمة.
بريست- OD-300. المصدر: ippe.ru
تشتهر شركة بريست بعدد من الحلول غير التافهة.
بادئ ذي بدء ، يعد تصنيع الوقود النووي أمرًا مكلفًا وصعبًا. اسمها الرسمي هو وقود نيتريد يورانيوم - بلوتونيوم مختلط أو وقود MNUP ، يتم تصنيعه بالقرب من مفاعل قائم في متاجر شركة Siberian Chemical Combine. تتحدث إحدى الحقائق ببلاغة عن مدى تعقيد المنتج الجديد - فهو مصنوع في جو غاز خامل.
يعتبر وقود SNP آمنًا جدًا بسبب الحد الأدنى من التفاعل. إذا كان الأمر بسيطًا جدًا ، فمن المستحيل تشتيته إلى حدود كارثية ، كما حدث في تشيرنوبيل. وفقًا لـ Rosatom ، يجب أن يصبح مشروع Breakthrough في Seversk
"مجموعة من التقنيات النووية في المستقبل ، بما في ذلك ثلاث منشآت مترابطة لا مثيل لها في العالم: وحدة لإنتاج (تصنيع / إعادة تصنيع) وقود اليورانيوم والبلوتونيوم النووي ؛ وحدة الطاقة BREST-OD-300 ؛ فضلا عن وحدة لإعادة معالجة الوقود المشع ".
من الناحية النظرية ، سوف يزود بريستول نفسه بالبلوتونيوم 239 كمكون رئيسي للوقود ، ببساطة عن طريق حرق "التعدين" من المفاعلات الأخرى ، المكونة من اليورانيوم 238.
عناصر مشروع "اختراق". المصدر: youtube.com
الآن فإن آفاق مشروع Proryv بشكل عام ومفاعل BREST على وجه الخصوص محدودة بعدد كبير من "لكن".
بادئ ذي بدء ، حتى يتم تشغيل هذا المجمع المكلف والمعقد ، سيكون من المستحيل التحدث عن نهضة عالمية للطاقة النووية الروسية.
الآن يخاف الجميع من احتمال تكرار فوكوشيما وتشرنوبيل ، الأمر الذي يجبرنا على العمل مع مفاعلات الماء المضغوط التقليدية على النيوترونات البطيئة. والذي ، بالمناسبة ، أفضل ما بناه الروس. لكن هذا يؤدي إلى زيادة لا هوادة فيها في النفايات النووية واستنفاد تدريجي لخامات اليورانيوم.
سوف يستغرق الأمر من 10 إلى 15 عامًا ، أو حتى عدة عقود ، قبل أن تأخذ معدات فئة BREST-OD-300 مكانها في أوليمبوس للطاقة العالمية. لا يمكن فعل أي شيء - هذه هي شروط الثورات التكنولوجية في الذرة المدنية.
معلومات