Энергетическое будущее —безотходный быстрый реактор-размножитель

Российские инженеры на прошлой неделе на Урале запустили реакцию деления ядра на быстром реакторе-размножителе BН-800. Как надеется правительство, это означает начало новой эры ядерной энергетики в стране. Данный реактор – один из нескольких, функционирующих на территории России, но он представляет собой новый шаг в области ядерной энергетики, – даже когда страна заявляет широкомасштабное производство природного газа в качестве главного источника национальных доходов. Быстрый реактор-размножитель не требует дорогостоящего тяжелого водного замедлителя для начала ядерной реакции, и так как реактор может работать без тяжеловесной конструкции, он не вырабатывает отходов. Российские ученые подсчитали, что реактор BН-800 мощностью 800 мегаватт может обеспечить энергией более чем 3 миллиона семей. Также уже в скором времени появится следующая еще более мощная модель - BН-1200. 

Чтобы понять главные преимущества быстрого реактора-размножителя, нам необходимо провести разбор по частям его названия. «Быстрый», в данном случае, относится к нейтронам, которые производят расщепление атома, которое приводит к делению ядра. В обычных реакторах (которые называются «реакторами на тепловых нейтронах»), энергия нейтронов должна быть снижена, пока они передвигаются от одного материала к другому, так как в противном случае они не воздействуют на делящийся атом и не начинают ядерную реакцию. «Быстрые» ядерные реакторы преодолевают эту проблему при помощи специальных или более обогащенных проб топлива, которые собирают делящиеся атомы ближе друг к другу. Это решает проблему со сложностями на стадии производства, а не при горении топлива. 

Другое ключевое слово - «размножитель» - является еще более важным. Не углубляясь в детали, скажем, что когда реактор-размножитель использует топливо, он в действительности производит достаточно нейтронов для «размножения» топлива в количестве, превышающем потребности самого реактора. В основном, это связано с тем, что достаточное количество атомов ударяются с нейтронами, которые в установленный период времени, присоединяются к атомам, а не взрывают их. В современных конструкциях зона воспроизводства неделящегося урана-238 окружает ядро, чтобы поймать избыточные нейтроны и стать делящимся плутонием-239 с остатком некоторого количества урана внутри ядра.

Быстрый реактор-размножитель BН-800, как и все современные устройства такого типа, использует жидкий натрий в качестве теплоносителя. Вода бы впитала слишком много драгоценных нейтронов, а жидкий натрий позволяет им проходить сквозь без потери энергии. Жидкий металл (не будем забывать, что натрий – это металл) обладает также высокой теплоемкостью, которая позволяет избежать перегрева. А еще лучше, что его не надо прессовать, поэтому сам реактор целиком может быть проще и безопаснее в пользовании. С другой стороны, нагретый жидкий натрий очень хорошо реагирует с кислородом, помимо других веществ, что может привести к возгораниям, если не были соблюдены правила безопасности. Натрий сам по себе может также стать радиоактивным, когда сквозь него проходят нейтроны, хотя период полураспада этого «активированного натрия» занимает менее одного дня.

Россия возлагает большие надежды на ядерную энергетику. И пока что у нее получается добиваться этой цели: данный план стартовал в 2003 году, к 2020 планируется удвоить использование ядерной энергии и уменьшить потребление природного газа. Частично это делается, чтобы высвободить дополнительные объемы природного газа для продаж по всему миру: в свете все развивающегося кризиса в Украине отказ России в поставке электроэнергии является проблемой крайней важности. Все восемь реакторов BN-1200 (мощностью 1200 мегаватт) планируется запустить к 2030 году, что сделает Россию единственной державой, которая поставила все на ядерную энергетику. Насколько хорошо азартная игра будет окупаться как внутри страны, так и в целом мире, мы увидим в ближайшие годы. 

По материалам ExtremeTech.

Анастасия Полянская