روسیه در زمینه انرژی هسته ای پیشرفت کرد

2024 نویسنده: Seth Attwood | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-16 16:03

پروژه "پیشرفت" - راکتور هسته ای برست-300 در حال ساخت در نزدیکی تومسک، صفحه جدیدی را در بخش انرژی زمین باز خواهد کرد. روسیه در حال ایجاد اولین Perpetuum Mobile جهان با ظرفیت 300 مگاوات - یک نیروگاه هسته ای با چرخه سوخت بسته است. این پروژه با نام خود توضیحی "Breakthrough" وعده انرژی بدون خطر، بدون استخراج اورانیوم را می دهد و برای چندین دهه از رقبا پیشی می گیرد …

چهل و سه هکتار قلمرو، دیوارهای یکپارچه خاکستری، یراق آلات به وفور در آسمان، جرثقیل ها و 600 کارگر. سه سال بعد، در این مکان، در شهری بسته Seversk ، 25 کیلومتری تومسک ، شروع به کار خواهد کرد اولین در جهانPerpetuum Mobile با ظرفیت 300 مگاوات یک نیروگاه هسته ای با چرخه سوخت بسته و سرب مذاب به عنوان خنک کننده است. این شرکت آزمایشی نامیده می شود ، زیرا ابر فناوری های آن تاکنون فقط بر روی مدل های ریاضی محاسبه شده است. با این حال، دانشمندان هسته ای ما با بررسی آنها در یک راکتور فعال، یک نیروگاه هسته ای مرجع از نسل جدید دریافت خواهند کرد. جدا شدن از رقبای توشیبا، آروا و دیگران برای چندین دهه.این پروژه که نام خود توضیحی دارد " پیشرفت"، وعده انرژی می دهد بدون خطر و از همه مهمتر بدون استخراج اورانیوم

شکاکان و اتم صلح آمیز

چند کلمه برای کسانی که اتم صلح آمیز را یادگار می دانند. نیاز بشر به انرژی هر 20 سال دو برابر می شود. سوزاندن نفت و زغال سنگ منجر به تشکیل سالانه حدود نیم میلیارد تن دی اکسید گوگرد و اکسیدهای نیتروژن می شود، یعنی 70 کیلوگرم مواد مضر برای هر ساکن زمین. استفاده از نیروگاه های هسته ای این مشکل را برطرف می کند. علاوه بر این، ذخایر نفت محدود است، و شدت انرژی یک تن اورانیوم 235 تقریباً برابر با شدت انرژی دو میلیون تن بنزین است.

هزینه نیز مهم است. در یک نیروگاه برق آبی، یک کیلووات ساعت برق 10 تا 25 کوپک هزینه دارد، اما پتانسیل برق آبی در جهان توسعه یافته عملاً تمام شده است. در ایستگاه های زغال سنگ یا نفت سوخت - 22-40 کوپک، اما مشکلات زیست محیطی ایجاد می شود. در نیروگاه های صنعتی بادی و خورشیدی - 35-150 کوپک، کمی گران است، و چه کسی باد ثابت و عدم وجود ابر را تضمین می کند. هزینه اصلی انرژی اتمی 20-50 کوپک است، پایدار است، مشکلات زیست محیطی بسیار کمتری نسبت به سوزاندن نفت و زغال سنگ ایجاد می کند، پتانسیل آن نامحدود است.

سرانجام، اتم صلح آمیز روسیه تقریباً خارج از رقابت بود. در سال 2010، زمانی که پس از یک سرمای 24 ساله، بسیاری از کشورها دوباره خواستار ساخت نیروگاه های هسته ای شدند، راکتورهای ما ارزان تر بودند و بدتر از نمونه های اولیه ژاپنی، فرانسوی و آمریکایی نبودند. علاوه بر این، ما، بر خلاف رقبا ، در تمام این سال ها در حال ساخت نیروگاه هسته ای بوده ایم - Rosatom چیزی برای نشان دادن به یک مشتری بالقوه داشت.

مدیریت شرکت ایالتی با صلاحیت نقص حاصل را از بین برد. در نتیجه وستینگهاوس الکتریک سال گذشته ورشکست شد. توشیبا که قبلا وستینگهاوس الکتریک را خریداری کرده بود، در راه است. وضعیت مالی آروا نیز رشک برانگیز نیست. از سوی دیگر، هیئت هایی از 52 کشور به اتومکسپو 2016 آمدند. 20 کشور از این تعداد هنوز انرژی هسته ای نداشته اند. آنها اکنون برای اولین بار در اینجا ظاهر می شوند مصر، ویتنام، ترکیه، اندونزی، بنگلادش - نیروگاه های هسته ای روسیه ما.

جهنم عمیق

مشکل اصلی انرژی هسته ای امروز است سوخت … 6.3 میلیون تن اورانیوم قابل بازیابی اقتصادی روی زمین وجود دارد. اگر رشد مصرف در نظر گرفته شود حدود 50 سال ادامه خواهد داشت. هزینه امروز حدود 50 دلار برای هر کیلوگرم سنگ معدن است، اما با توجه به اینکه ذخایر سود کمتری در استخراج وجود دارد، به 130 دلار در هر کیلوگرم و بیشتر خواهد رسید. البته ذخایر معدنی وجود دارد، و نه کوچک، اما برای همیشه نیستند.

استخراج اورانیوم سخت است یا خیلی سخت … در سنگ معدن اورانیوم حدود وجود دارد 0.1-1 درصد، مثبت یا منفیسنگ معدن در عمق حدود یک کیلومتری وجود دارد. دمای معادن بالای 60 درجه سانتیگراد است. سنگ استخراج شده باید در اسید، اغلب اسید سولفوریک، حل شود تا سنگ معدن اورانیوم از محلول جدا شود. در برخی از ذخایر، اسید سولفوریک بلافاصله به داخل زمین پمپ می شود تا بعداً بتوان آن را همراه با اورانیوم محلول برد. با این حال، سنگ های اورانیومی وجود دارند که در اسید سولفوریک حل نمی شوند …

در نهایت، فقط در اورانیوم خالص 0.72 درصد ایزوتوپ مورد نیاز اورانیوم 235 است. همان چیزی که راکتورهای هسته ای روی آن کار می کنند. برای برجسته کردن آن یک سردرد جداگانه است. اورانیوم به گاز (هگزافلوورید اورانیوم) تبدیل می‌شود و از میان آبشارهایی از سانتریفیوژها عبور می‌کند که با سرعت حدود دو هزار دور در ثانیه می‌چرخند، جایی که کسر سبک از کسر سنگین جدا می‌شود. زباله - اورانیوم-238، با محتوای اورانیوم-235 باقیمانده 0.2-0.3 درصد، به سادگی در دهه 50 دور ریخته شد. اما سپس آنها شروع به ذخیره آن به شکل فلوراید اورانیوم جامد در ظروف مخصوص زیر آسمان باز کردند. برای 60 سال، زمین در حدود انباشته شده است دو میلیون تن اورانیوم 238 فلوراید … چرا نگهداری می شود؟ سپس، آن اورانیوم 238 می تواند سوخت راکتورهای سریع هسته ای شود، که تا کنون دانشمندان هسته ای با آنها رابطه دشواری داشته اند.

در مجموع، 11 راکتور صنعتی سریع نوترونی در جهان ساخته شد: سه راکتور در آلمان، دو در فرانسه، دو در روسیه، هر کدام یک در قزاقستان، ژاپن، بریتانیای کبیر و ایالات متحده. یکی از آنها، SNR-300 در آلمان، هرگز به فضا پرتاب نشد. هشت مورد دیگر متوقف شده است. دو کارگر رفتند … به نظر شما کجاست؟ درست است، در نیروگاه بلویارسک

از یک سو، راکتورهای سریع ایمن تر از راکتورهای حرارتی معمولی هستند. فشار بالایی در آنها وجود ندارد، خطر واکنش بخار - زیرکونیوم و غیره وجود ندارد. از سوی دیگر، شدت میدان‌های نوترونی و درجه حرارت در ناحیه کار بیشتر است؛ فولادی که خواص خود را تحت هر دو پارامتر حفظ کند، ساخت آن دشوارتر و گران‌تر است. علاوه بر این، آب را نمی توان به عنوان خنک کننده در یک راکتور سریع استفاده کرد. باقی مانده: جیوه، سدیم و سرب. جیوه به دلیل خورندگی زیاد از بین می رود. سرب باید در حالت مذاب نگهداری شود - دمای ذوب 327 درجه است. نقطه ذوب سدیم 98 درجه است، بنابراین تمام راکتورهای سریع تاکنون با خنک کننده سدیم ساخته شده اند. اما سدیم به شدت با آب واکنش نشان می دهد. اگر مدار آسیب دیده بود … همانطور که در راکتور ژاپنی "مونجو" در سال 1995 اتفاق افتاد. به طور کلی، سریع ها بسیار دشوار بودند.

نگران نباشید یخ نمی زند

رئیس پروژه BREST-OD-300 به Lente.ru می گوید: «نگران نباشید، سرب در راکتور Brest-300 ما نه تنها هرگز جامد نمی شود، بلکه هرگز زیر 350 درجه خنک نمی شود. آندری نیکولایف … - طرح ها و سیستم های خاصی مسئول این امر هستند. این یک پروژه کاملاً جدید است که هیچ ارتباطی با راکتورهای سرب-بیسموتی که روی زیردریایی ها بودند، ندارد. همه چیز در اینجا با در نظر گرفتن آخرین پیشرفت ها، فناوری ها و دستاوردها توسعه یافته است. خواهد بود اولین راکتور سریع سرد شده با سرب در جهان … بی جهت نیست که به آن "دستیابی به موفقیت" می گویند. قبل از شما یک شرکت از آینده است - نسل چهارم نیروگاه هسته ای با بسته چرخه سوخت

من مجاز به صعود در محل ساخت و ساز نبودم - این یک اطلاعات طبقه بندی شده است. اجازه عکس گرفتن هم نداشتند پس عکسها مال من نیست. آنها توسط شخصی ساخته شده اند که از قبل توضیح داده شده است که گرفتن یک شی از چه زوایایی امکان پذیر است و از چه زوایایی غیرممکن است. اما آندری نیکولایف به تفصیل توضیح داد که چرا و به چه ترتیبی سه نیروگاه پروریف ساخته می شوند و چگونه یک نیروگاه هسته ای ساخته می شود. می تواند بدون اورانیوم کار کند.

شرکت متشکل از سه کارخانه: کارخانه تولید سوخت، خود راکتور و کارخانه بازفرآوری سوخت. کارخانه تولید سوخت ترکیب کاملاً جدیدی از عناصر سوختی را تولید خواهد کرد که مشابه آن در جهان وجود ندارد. این یک سوخت مخلوط نیترید اورانیوم-پلوتونیوم - MNUP است. مواد شکافت پذیر در راکتور جدید خواهد بود پلوتونیوم … و اورانیوم 238 که خود شکافت پذیر نیست با نوترون های حرارتی تابش می شود و به پلوتونیوم 239 تبدیل می شود. یعنی راکتور Brest-300 گرما، برق و غیره تولید خواهد کرد برای خودت سوخت آماده کن

یک تیر و دو نشان

در جهان امروز کار می کنند 449 راکتورهای هسته ای صلح آمیز صنعتی و 60 راکتور دیگر در دست ساخت هستند. در طول کار این راکتورها، گذشته و آینده، یک مشکل برنامه ریزی شده ایجاد می شود - مجموعه های سوخت مصرف شده. ابتدا آنها را در حمام های مخصوص قرار می دهند و در آنجا برای چندین سال "خنک می شوند". سپس، عناصر سوخت "خنک شده" در تاسیسات ذخیره سازی "خشک" ذخیره می شوند، جایی که در مقادیر زیادی انباشته می شوند. ظرفیت پردازش مجموعه های زباله چندین برابر کمتر از حد لازم است. چرا؟ چون بسیار سخت و پرهزینه است.

پروژه Breakthrough کارخانه فرآوری سوخت خود را خواهد ساخت. همانطور که ممکن است حدس بزنید، این کارخانه نه تنها سوخت سوخته را از بین می برد، بلکه مواد خام را برای مجموعه های جدید تولید می کند … میله های سوخت قدیمی در اسید، احتمالاً سولفوریک حل می شوند، سپس در کارخانه، با استفاده از فناوری های پیچیده شیمیایی، محلول عنصر به عنصر جدا می شود. غیر ضروری مشروط و دفن می شود، ضروری استفاده می شود. علاوه بر مواد خام برای سوخت جدید، این شرکت از مجموعه های قدیمی کمیاب ترین ایزوتوپ های عناصر سنگین را که در پزشکی، علم و صنعت مورد تقاضا هستند، استخراج خواهد کرد.

به هر حال، قدرت راکتور 300 مگاواتی تصادفی انتخاب نشده است. با این قدرت، به اندازه مصرف پلوتونیوم تولید می کند. همان راکتوری با قدرت بالاتر، سوخت بیشتری نسبت به مصرف خود تولید می کند. بنابراین، پس از بارگیری، راکتور برست مانند یک Perpetuum Mobile معمولی کار خواهد کرد. تنها مقدار کمی از اورانیوم ضعیف شده مورد نیاز خواهد بود. خوب، و اورانیوم 238، همانطور که قبلاً اشاره کردم، در چنین مقداری توسط صنعت هسته ای انباشته شده است. که برای همیشه ادامه خواهد داشت

قابلمه بزرگ

- به طوری که می توانید یک راکتور را تصور کنید، - آندری نیکولایف ادامه می دهد. - تابه ای به ارتفاع 17 متر و قطر 26 متر. مجموعه های سوخت در آن پایین می آیند. یک مبدل حرارتی - سرب مذاب از طریق آن به گردش در می آید. کلیه تجهیزات از و فقط تولید روسیه. این یک راکتور کاملاً ایمن با حاشیه واکنش پذیری کمتر از واحد خواهد بود. یعنی مطابق با قوانین فیزیک، به سادگی واکنش پذیری کافی برای شتاب گرفتن ندارد. تصادفات بزرگ در آن امکان پذیر نیست. تخلیه جمعیت هرگز مورد نیاز نخواهد بود. هر گونه شکست، اگر اتفاق بیفتد، از مرزهای ساختمان شرکت فراتر نخواهد رفت. حتی انتشار گازهای گلخانه ای در جو در نتیجه یک تصادف فرضی رخ نخواهد داد.

تمیز کردن خودکار مایع خنک کننده در راکتور Brest-300 معرفی خواهد شد. خنک کننده راکتور جدید، یعنی سرب، هرگز نیازی به تعویض نخواهد داشت. این دیگر اتلاف مشکل ساز انرژی هسته ای سنتی - LRW را حذف می کند.

مشکلات در طول مسیر حل می شود

نویسندگان پروژه Brest-300 NIKIET به نام Dollezhal هستند. پول به موقع تخصیص داده می شود، ساخت و ساز با سرعت برنامه ریزی شده در حال انجام است، کارخانه تولید سوخت اولین کارخانه ای است که شروع به کار می کند. راه اندازی این راکتور برای سال 2024 برنامه ریزی شده است … سپس ماژول بازفرآوری سوخت تکمیل خواهد شد. به موازات ساخت و ساز، کار تحقیق و توسعه ادامه دارد. در نتیجه این کارها، به صورت دوره ای تغییراتی در ساخت و ساز ایجاد می شود، بنابراین نقطه زمانی نهایی نامگذاری نمی شود.

پروژه برست در محافل دانشگاهی مخالفانی دارد. این قابل درک است، این پروژه برنده مسابقه شد، که در آن چندین موسسه برجسته دیگر شرکت کردند. منتقدان می گویند فناوری های مورد استفاده در برست ناتمام است. به ویژه، آنها استفاده از مذاب سرب به عنوان حامل گرما و غیره و غیره را زیر سوال می برند. ما وارد جزئیات نمی شویم، آنها بسیار پیچیده و مبهم هستند. از سوی دیگر چرا نباید به دانشمندان اتمی خود اعتماد کنیم؟ تمام پروژه هایی که اتحاد جماهیر شوروی و پس از آن روسیه در صنعت هسته ای انجام دادند، یک قدم جلوتر از همتایان غربی و شرقی خود بودند. پس چه دلیلی داریم که باور کنیم این بار اوضاع به گونه ای دیگر رقم خواهد خورد؟ به نظر من شما باید فقط برای Rosatom و TVEL و در عین حال برای خودتان خوشحال باشید، زیرا این ما شرکت.