В перспективе можно обеспечить им атомную энергетику на тысячелетия вперед, сделав ее безотходной, и тогда реакторы на быстрых нейтронах станут своеобразными вечными двигателями, которые будут снабжать потребителей копеечной электроэнергией. Программа «Росатома» предполагает использовать блоки с «быстрыми» реакторами в сочетании с реакторами на тепловых нейтронах. Элементы многоцелевого исследовательского реактора на быстрых нейтронах (МБИР) отправлены из Волгодонска в Димитроград на место постоянной сборки. Выполнены запланированные исследования в обоснование безопасности многоцелевого исследовательского реактора на быстрых нейтронах МБИР и продления сроков эксплуатации БОР-60.
Российские ученые: Реактор БН-800 полностью переведен на МОКС-топливо
Разработка, постановка на производство и промышленное внедрение таких решений позволят Росатому решить стратегическую задачу по переходу к двухкомпонентной ядерной энергетике с реакторами на тепловых и быстрых нейтронах, эксплуатирующихся в замкнутом топливном цикле, где отработавшее ядерное топливо ОЯТ одних установок становится сырьем для производства свежего топлива для других энергоблоков. Решение подобных задач имеет важное значение для повышения экономической эффективности атомной энергетики на жизненном цикле, а также для достижения целей Устойчивого развития ООН в том, что касается рационального использования природных ресурсов и вопросов экологии. Топливо ВВЭР Исторически использование ОЯТ в качестве сырья для производства свежего ядерного топлива связано с изготовлением тепловыделяющих сборок на базе регенерированного урана, восстановленного в процессе переработки облученного топлива. Реализация программы научных исследований позволила оптимизировать логистику обращения с регенерированным сырьем и сократить время обращения с ядерным материалом от переработки ОЯТ до загрузки топлива в реактор. Кроме того, в прогнозном балансе сырья и мощностей Госкорпорации «Росатом» с 2023 по 2035 годы по результатам оценки всех сырьевых источников и потребностей также поставлена задача по поэтапному переводу энергоблоков ВВЭР-1200 и ВВЭР-ТОИ на ядерное топливо из регенерированного урана. Еще больший экономический эффект на всем жизненном цикле атомной станции даст внедрение уран-плутониевого ядерного топлива за счет комплексного подхода к многократному рециклу ядерных материалов, переработке ОЯТ и экологичному обращению с отходами.
Гнались за наработкой оружейного плутония и за вполне мирной целью — электроэнергией на дешёвом природном уране-238 или тории-232. Если в военной области реакторы на быстрых нейтронах были созданы в короткие сроки, то с мирной энергетикой дело не заладилось. В 1971 году президент США Ричард Никсон назвал эту технологию одним из высших приоритетов для научно-исследовательских работ страны.
Первоначальная стоимость проекта оценивалась в 400 млн долларов. Однако в 1983 году из-за различных финансовых злоупотреблений «Клинч Ривер» был закрыт. К этому времени его стоимость оценивалась уже в 8 млрд долларов, причём предела роста расходов в обозримом будущем видно не было. Правительство благоразумно закрыло сию научно-техническую профанацию, справедливо посчитав, что она не имеет ни малейшего шанса на выход практически применимых и окупаемых технологий. Японский реактор «Мондзю» с самого начала преследовали неудачи. В 1995 году на нём после утечки 640 килограммов металлического натрия произошёл грандиозный пожар. Когда после 14-летнего перерыва его вновь пытались запустить в работу, при перегрузке топлива в корпус реактора разрушился очень важный узел загрузочной машины. Сейчас финансирование реактора не производится и судьба его неизвестна.
Единственной страной кроме России, сумевшей запустить реактор на быстрых нейтронах промышленной мощности, оказалась Франция. Реактор «Феникс» был подключён к сети в 1973 году. За время эксплуатации зафиксировано четыре случая внезапного резкого снижения реактивности реактора, то есть нарушения цепной реакции. Выяснить физику этого явления не удалось, что стало одной из причин отказа Франции от дальнейшего развития направления быстрых реакторов. Другой причиной стала невозможность получить от «Феникса» хоть какую-то экономическую эффективность. В 2010 году проект был окончательно закрыт. Сейчас в мире действует около десятка экспериментальных реакторов на быстрых нейтронах мощностью не более 20 МВт. Кто нас догонит?
Первые быстрые реакторы в нашей стране использовались для наработки плутония, который после обогащения превращался в компонент атомной бомбы. Последний реактор для этих целей располагался в Железногорске и был закрыт в 2012 году.
В России создание нового Многоцелевого быстрого исследовательского реактора МБИР ведется в рамках утвержденной правительством Федеральной целевой программы «Ядерные энерготехнологии нового поколения на период 2010-2015 годов и на перспективу до 2020 года». Суть программы заключается в формировании новой технологической платформы ядерной энергетики, в основе которой переход на замкнутый ядерный топливный цикл с реакторами, работающими на быстрых нейтронах. Быстрые реакторы, или реакторы на быстрых нейтронах - это реакторы с жидкометаллическим натрий, свинец, сплав свинца и висмута теплоносителем. Именно быстрые реакторы, в которых есть избыток нейтронов, позволяют одновременно гарантировать исключение тяжелых аварий на АЭС, и окончательное решить проблемы отработавшего топлива ОЯТ путем сжигания минорных актинидов. Основное предназначение МБИРа — в проведении массовых реакторных испытаний инновационных материалов и макетов элементов активных зон для ядерно-энергетических систем «Generation 4» или Поколения 4 , включая реакторы на быстрых нейтронах с замыканием топливного цикла и тепловые реакторы малой и средней мощности.
Сегодня в России успешно работает исследовательский реактор на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем БОР 60, однако его возраст уже перевалил за 45 лет. Принципиальное отличие реактора МБИР от установки БОР 60 заключается в том, что первый проектируется и строится как исследовательская установка. Дизайном МБИР предусмотрено наличие трех независимых петель, которые могут использоваться для испытания различных теплоносителей газ, свинец, раствор солей и, соответственно, проведения материаловедческих исследований в данных средах. Срок ввода МБИРа в эксплуатацию в соответствии с федеральной программой — 2019 г. Мировая тенденция развития быстрых исследовательских реакторов показывает, что к 2025 г.
Более чем 50-кратное увеличение использования добываемого природного урана, и обеспечение атомной энергетики России топливом на длительную перспективу за счёт своего воспроизводства. Утилизация отработанного ядерного топлива с АЭС на тепловых нейтронах. Утилизация радиоактивных отходов путём вовлечения в полезный производственный цикл отвального урана и плутония. Энергообеспечение развития экономики Свердловской области. До октября 2016 года — выполнение обязательств по утилизации оружейного плутония в рамках соглашения [21]. Выполнение обязательств приостановлено на основании Федерального закона от 31. При награждении было отмечено, что данный энергоблок: является самым мощным в мире реактором-размножителем на быстрых нейтронах с жидкометаллическим натриевым теплоносителем является универсальным устройством, пригодным для производства электроэнергии, утилизации плутония, утилизации отработанного ядерного топлива с АЭС на тепловых нейтронах, производства изотопов играет решающую роль в формировании экологически чистого «замкнутого» ядерного топливного цикла, увеличении объёмов производства ядерного топлива, увеличении мощности АЭС и сокращении ядерных отходов Безопасность реакторов типа БН, в частности БН-800[ править править код ] В разделе не хватает ссылок на источники см. Это качество убедительно продемонстрировано в процессе длительной эксплуатации предшествующего реактора БН-600. Принят целый ряд новых решений: они основываются на пассивных принципах. Это означает, что эффективность не зависит от надёжности срабатывания вспомогательных систем и действий человека. Поэтому ресурс натриевого оборудования большой, а количество образующихся в таком реакторе радиоактивных продуктов коррозии намного меньше, чем в других типах реакторов.
«Сделали то, что не успели в СССР». В России запущен вечный ядерный реактор
Это именно та веха, ради которой изначально проектировался БН-800, строился уникальный атомной энергоблок и автоматизированное производство топлива на ГХК», — сказал он. Его применение в десятки раз увеличит топливную базу атомной энергетики. Кроме того, теперь отработавшее ядерное топливо других АЭС можно вместо хранения использовать повторно, в БН-800.
Нейтроны активно захватываются ядрами других элементов, присутствующих в активной зоне: осколками деления, теплоносителем и замедлителем, стержнями управления и защиты, часть нейтронов просто вылетает из активной зоны. Поэтому в современных реакторах на легкой воде, например упомянутых ВВЭР, коэффициент размножения топлива составляет 0,5—0,7. Хотя, что интересно, нужный нам плутоний-239 в них тоже образуется, пусть и не так быстро. Энергоблок БРЕСТ за счет своей конструкции, особого расположения топливных элементов, использования слабо активируемого свинцового теплоносителя позволяет получить коэффициент воспроизводства топлива гораздо выше единицы — по расчетам, до 1,2, что уже очень близко к теоретическому пределу. Основной трудностью в освоении столь привлекательного на бумаге замкнутого ядерного цикла всегда была инженерная сложность реакторов на быстрых нейтронах. Если упростить задачу до максимума, то реактор на быстрых нейтронах — это гораздо более «горячая штучка», чем стандартный энергоблок, использующий медленные, тепловые нейтроны и обычную воду в качестве теплоносителя.
В реакторах на быстрых нейтронах все гораздо напряженнее — разрушительные потоки нейтронов, температуры теплоносителя, быстрота и многогранность реакций в активной зоне.
По сравнению с западноевропейским аналогом уран-плутониевого топлива для легководных реакторов его преимущество в том, что РЕМИКС-топливом можно загрузить активную зону не частично а полностью, а также в возможности многократного рециклирования ОЯТ. Это следующий шаг российской науки в замыкании ядерного топливного цикла, ранее технология МОКС-топлива использовалась только для реактора на быстрых нейтронах БН-800. Как отметил Александр Угрюмов, полученные результаты также будут использованы для опережающей разработки и обоснования МОКС-топлива для перспективного инновационного реактора ВВЭР-С с регулированием спектра нейтронов предполагается, что данные установки смогут работать как в открытом, так и в замкнутом топливном цикле. Топливо для «быстрых» реакторов Внедрение замкнутого топливного цикла осуществляется прежде всего для реакторов на быстрых нейтронах, которые по своей физике изначально более «всеядны» с точки зрения топлива и делящихся материалов. Производство МОКС- и СНУП-топлива позволяет вовлекать в ядерный топливный цикл обедненный уран, постепенно ликвидируя его накопленные на складах запасы. Технологии топлива для «быстрых» реакторов с каждым годом развиваются.
Использование свинца в качестве теплоносителя позволяет направить практически все вылетевшие при делении ядер нейтроны назад — в топливные сборки. Поглощение быстрых нейтронов ураном-238 идет очень легко — он очень «жадный» на захват пролетающих через него частиц с высокой энергией. Захватив нейтрон, уран-238 превращается в изотоп другого химического элемента — в плутоний-239. А это, как мы знаем, тоже ядерное топливо, основа всего ядерного оружия в современном мире. В идеале на каждое разделившееся ядро урана-235 мы можем получить 1,25 ядра нового плутония-239, который чудесным образом возник прямо в реакторе из «бросового» урана-238, непригодного для обычного деления. Конечно, идеальную картинку в реальном реакторе получить невозможно. Нейтроны активно захватываются ядрами других элементов, присутствующих в активной зоне: осколками деления, теплоносителем и замедлителем, стержнями управления и защиты, часть нейтронов просто вылетает из активной зоны.
Уральскую АЭС переводят на отработавшее топливо. Физик-ядерщик объяснил минусы такого подхода
«Росатом» начал возводить в Томской области уникальный реактор на быстрых нейтронах. Единственной страной кроме России, сумевшей запустить реактор на быстрых нейтронах промышленной мощности, оказалась Франция. В Северске началось капитальное строительство линий электропередачи (ЛЭП) для реализации схемы выдачи мощности будущего энергоблока с инновационным реактором на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем БРЕСТ-ОД-300. Целью сооружения МБИР является создание высокопоточного исследовательского реактора на быстрых нейтронах с уникальными потребительскими свойствами для реализации следующих задач: проведение реакторных и послереакторных исследований. Российским решением проблемы минорных актинидов должны стать инновационные реакторы на быстрых нейтронах.
Multi-Purpose Fast Reactor (MBIR)
При выстраивании двухкомпонентной атомной энергетики с замыканием ядерного топливного цикла то, что не знали куда деть, становится ценнейшим сырьем – реакторы на быстрых нейтронах «питаются» тем, что остается после работы обычных реакторов. МБИР — многоцелевой исследовательский реактор на быстрых нейтронах — резко отличается от своих прошлых собратьев тем, что специально задуман как «многоликий». Причина, по которой нет плутониевых реакторов на быстрых нейтронах, впрочем, весьма простая. МБИР — многоцелевой исследовательский реактор на быстрых нейтронах — резко отличается от своих прошлых собратьев тем, что специально задуман как «многоликий». В принципе, реактор на быстрых нейтронах способен работать без дозаправки десятилетиями.
«Росатом» начал строить первый в мире атомный энергоблок с безотходным циклом
Его применение в десятки раз увеличит топливную базу атомной энергетики. Кроме того, теперь отработавшее ядерное топливо других АЭС можно вместо хранения использовать повторно, в БН-800.
Для атомщиков-радиохимиков особенно важны изотопы нептуния, америция и кюрия, поскольку именно они имеют наибольшее значение при переработке отработавшего ядерного топлива ОЯТ и обращении с радиоактивными отходами. Эти элементы обладают высокой радиоактивностью и токсичностью, выделяют много тепла, имеют большой период полураспада и являются наиболее опасными компонентами ядерных отходов. Российским решением проблемы минорных актинидов должны стать инновационные реакторы на быстрых нейтронах. В качестве топлива эти установки могут использовать не только обогащенный природный уран, но и вторичные продукты ядерного топливного цикла — обедненный уран и плутоний. Кроме того, расчеты показали, что минорные актиниды из ОЯТ под действием быстрых нейтронов в реакторе будут делиться на осколки, представляющие собой достаточно широкий спектр радиоактивных и стабильных изотопов, но в целом их потенциальная опасность будет гораздо ниже, чем у исходных минорных актинидов. Процесс трансмутации минорных актинидов также называют дожиганием в реакторе. Внедрение МОКС-топлива позволяет многократно расширить сырьевую базу атомной энергетики за счет обедненного урана и плутония и перерабатывать облученное топливо вместо хранения.
Следующим шагом должно стать строительство быстрых реакторов БН-1200М и БР-1200 уже коммерческого назначения. То есть более мощных и более эффективных, конкурентоспособных в экономическом отношении. Суть двухкомпонентной атомной энергетики в том, чтобы увязать в одну технологическую и производственную цепочку реакторы на быстрых нейтронах с энергетическими реакторами типа ВВЭР на тепловых нейтронах. Так, чтобы плутоний, который накапливается в ядерном топливе легководных ВВЭР, можно было использовать при изготовлении "горючего" для коммерческих реакторов на быстрых нейтронах, да еще сокращать объемы высокоактивных отходов.
И буквально сегодня, 6 декабря, с Горно-химического комбината в городе Железногорск Красноярского края, где уже промышленным способом производят российское МОКС, пришло сообщение о выпуске первой партии такого топлива с включением в него так называемых "минорных актинидов" - трансурановых элементов америций-241 и нептуний-237. Уже весной 2024 года эту партию планируют загрузить в реактор БН-800, где она пройдет опытно-промышленную эксплуатацию. Коллеги в Китае внимательно следят за этими процессами в России и умело перенимают опыт.
Его успешная эксплуатация позволила накопить неоценимый опыт, который нашёл своё развитие в создании более мощных энергетических реакторов. Благодаря общему труду сегодня мы являемся лидирующей страной в области быстрых технологий». Он также зачитал поздравление от имени депутатов Государственной Думы Российской Федерации, адресованное коллективу Физико-энергетического института им. От имени администрации Обнинска к участникам обратился Глава городского самоуправления, Председатель Обнинского городского Собрания Геннадий Артемьев. Он подчеркнул, что вклад ученых Физико-энергетического института оказался решающим в этом историческом событии. Доктор физико-математических наук, профессор, президент ядерного общества Казахстана Владимир Школьник в своем выступлении отметил перспективность технологии быстрых реакторов и актуальность направления по выводу отработавших ядерных установок из эксплуатации. Сочетание быстрых и тепловых реакторов в организации замкнутого цикла и исследования тех лет остаются актуальными, и я очень рад, что в Физико-энергетическом институте данные работы продолжаются, так как они имеют важное значение для будущего развития атомной энергетики.
Эту тему нужно продолжать.
В России появился «вечный» ядерный реактор
Эти элементы обладают высокой радиоактивностью и токсичностью, выделяют много тепла, имеют большой период полураспада и являются наиболее опасными компонентами ядерных отходов. Российским решением проблемы минорных актинидов должны стать инновационные реакторы на быстрых нейтронах. В качестве топлива эти установки могут использовать не только обогащенный природный уран, но и вторичные продукты ядерного топливного цикла — обедненный уран и плутоний. Кроме того, расчеты показали, что минорные актиниды из ОЯТ под действием быстрых нейтронов в реакторе будут делиться на осколки, представляющие собой достаточно широкий спектр радиоактивных и стабильных изотопов, но в целом их потенциальная опасность будет гораздо ниже, чем у исходных минорных актинидов. Процесс трансмутации минорных актинидов также называют дожиганием в реакторе.
Внедрение МОКС-топлива позволяет многократно расширить сырьевую базу атомной энергетики за счет обедненного урана и плутония и перерабатывать облученное топливо вместо хранения. Дожигание минорных актинидов — это следующий шаг в замыкании ядерного топливного цикла, который должен не только уменьшить количество ядерных отходов, подлежащих финальной изоляции, но и значительно снизить их радиоактивность.
В Томской области начато строительство опытно-демонстрационного энергоблока под названием БРЕСТ-300-ОД с реактором на быстрых нейтронах, использующим свинцовый теплоноситель.
По факту нашу «страна-бензоколонка» приступила к созданию технологии замкнутого ядерного цикла. Как же такое стало возможным, и что это означает для отечественной и мировой энергетики? Фото из открытых источников При всем уважении к модной нынче «зеленой» энергетике, полностью заменить собой традиционную она не в состоянии.
Последняя тоже не является панацеей, поскольку запасы ископаемого топлива для нее угля, газа, нефти являются исчерпаемыми. Хорошие перспективы имеются у ядерной энергетики с привычными реакторами на тепловых нейтронах, но для их работы также требуется редкий и дорогой уран U-235. Однако есть вариант с так называемым «замкнутым топливным циклом», где ставка делается на реакторы на быстрых нейтронах, которые могут перерабатывать природный U-238 и торий.
Что же это за технология такая, и почему будущее именно за ней? Во время работы обычного ядерного реактора тяжелое ядро урана, плутония или тория при делении выпускает несколько «лишних» нейтронов, что приводит к эффекту наведенной радиоактивности. В российских ВВЭР это ведет к накоплению в водяном носителе трития, тяжелого изотопа водорода.
Сообщается, что отечественные реакторы на быстрых нейтронах ранее загружались обычным урановым топливом, т. Перевод реактора на МОКС-топливо позволит ответить на целый ряд важных вопросов, а также приблизит создание технологической платформы, в основе которой будет замкнутый ядерный топливный цикл. К слову, успех Белоярской АЭС остался незамеченным для широкой публики, хотя это действительно важный шаг к атомной энергетике будущего. В июне 2022 года в него загрузили последнюю порцию, и уже в сентябре реактор был включён в сеть.
Когда такое ядро рвется, вне «мешка» оказывается несколько частиц-«картошин». Они могут попасть в другие ядра и привести к их разрыву — делению на части. Если новых свободных «картошин» больше одной, то количество «разорванных мешков»-ядер будет лавинообразно расти — это и есть цепная реакция деления. Цепная реакция деления урана, в ходе которой высвобождается огромное количество тепла и рождается 2-3 свободных нейтрона Уран U — самый тяжелый химический элемент в природе.
В нем больше сотни «картошин», то есть нейтронов — электрически нейтральных элементарных частиц. От их точного количества зависит, «картошка» какой «температуры» и на какой скорости должна влететь в ядро, чтобы инициировать реакцию деления. Ядра, различающиеся числом нейтронов, — это изотопы, их обозначают суммой входящих в них протонов и нейтронов. В составе есть и другие изотопы, но для реакции деления они не так важны, как уран-235 и -238. Реактор БН-800. Фото «Росатома» Уран с меньшим количеством нейтронов любит «холодную картошку». Он делится с намного большей вероятностью, если в него влетает «лишний» медленный нейтрон. Такой движется «не спеша» — примерно с той же скоростью, что и молекулы газа например, воздуха при комнатной температуре.
Более тяжелое ядро 238U предпочитает «картошку погорячее», то есть раскалывается быстрым нейтроном, энергия которого сравнима с энергией стремительно движущихся частиц горячего газа. В цепной реакции деления ядер рождаются быстрые нейтроны, а в природе намного больше урана-238, ядра которого любят «горячую картошку». В теории, большинство промышленных реакторов должно работать на быстрых нейтронах и тяжелых изотопах урана.
«Росатом» начал строить первый в мире атомный энергоблок с безотходным циклом
Исследуем, как работают реакторы на быстрых нейтронах и в чем заключается их преимущество в ядерной энергетике. Реакторы на быстрых нейтронах — более безопасные, кроме того, они способны повысить эффективность использования сырья и обращения с отходами, говорится на сайте World Nuclear Association. Физико-энергетический институт остается лидером в разработке и формировании реакторов на быстрых нейтронах. Вообще-то, Россия не является пионером в создании реакторов на быстрых нейтронах, но она стала первой, кто преуспел в этом. Многоцелевой научно-исследовательский реактор на быстрых нейтронах четвертого поколения поможет изучению технологий двухкомпонентной ядерной энергетики и другим научным целям. С моей точки зрения именно реактор на быстрых нейтронах это самое значимое, что создала Россия после перестройки.
АО "ТВЭЛ" представило инновационные решения для замыкания ядерного топливного цикла
| Реактор БН-800 проработал год на топливе из отработавшего ядерного топлива | МБИР — многоцелевой исследовательский реактор на быстрых нейтронах — резко отличается от своих прошлых собратьев тем, что специально задуман как «многоликий». |
| Уникальный реактор обеспечит энергетическое будущее России | Энергоблок №4 с реактором на быстрых нейтронах БН-800 (800 МВт) включен в энергосистему России и уже поставляет электроэнергию. |