vòng tròn nguyên tử
Theo dõi các sự kiện trong/ở Ukraine và xem cuộc chiến khốc liệt giữa lệnh trừng phạt của phương Tây và thực tế Nga tuột dốc tin tức, ý nghĩa và tầm quan trọng của nó có thể là lớn nhất trong thế kỷ 21. Nếu mọi thứ thành công và công việc bắt đầu, sau 10 năm nữa, Nga sẽ nhận được một nguồn năng lượng hầu như không có hạn chế. Chúng ta đang nói về điều gì vậy?
Không, tiếc là nó không nói về năng lượng nhiệt hạch. Mặc dù công việc theo hướng này đang được tiến hành, nhưng cho đến nay mọi thứ vẫn đang ở giai đoạn nguyên mẫu. Chúng ta đang nói về một chu trình hạt nhân khép kín - nó cho phép bạn khai thác năng lượng từ chất thải hạt nhân, đồng thời sản xuất nhiên liệu hạt nhân khác.
Hãy để chúng tôi giải thích ngắn gọn vấn đề là gì: tất cả các nhà máy điện hạt nhân ngày nay đều hoạt động bằng uranium-235 (U-235), đây là một trong những đồng vị không ổn định của uranium. Nó được sử dụng bởi các lò phản ứng neutron chậm, cái gọi là "nhiệt". U-235 trong tự nhiên rất khan hiếm, quá trình chiết xuất rất tốn công, cần được tách thành đồng vị và làm giàu đến nồng độ 3-5%. Ở dạng này, nó phù hợp để sử dụng trong lò phản ứng. Do hoạt động của lò phản ứng, U-235 tạo ra các đồng vị nặng hơn U-239, U-238 và một số sản phẩm phân hạch khác. Đó là tất cả về cơ bản lãng phí. Chất thải rất đắt tiền, chúng cần được lưu trữ ở đâu đó, được bảo vệ khỏi bức xạ, v.v. Theo các nhà khoa học, ngành điện hạt nhân đang phát triển nhanh chóng, dựa trên các lò phản ứng hạt nhân “nhiệt” hiện đại được sử dụng tại các nhà máy điện hạt nhân hiện có và đang được xây dựng (đa số là lò VVER và LWR), chắc chắn sẽ phải đối mặt với tình trạng thiếu nguyên liệu uranium hiện nay. kỷ do nguyên tố nhiên liệu phân hạch cho các trạm này là đồng vị hiếm uranium-235.
Ngoài ra còn có các lò phản ứng thuộc loại khác - trên neutron nhanh. Trong lò phản ứng neutron nhanh (FN), trong quá trình phản ứng phân hạch hạt nhân, một lượng neutron thứ cấp dư thừa được sinh ra, sự hấp thụ của chúng trong phần lớn uranium, bao gồm uranium-238, dẫn đến sự hình thành mạnh mẽ của một phân hạch hạt nhân mới vật chất, plutonium-239. Kết quả là từ mỗi kg uranium-235, cùng với việc sản xuất năng lượng, có thể thu được hơn một kg plutonium-239, có thể được sử dụng làm nhiên liệu trong bất kỳ lò phản ứng nào của nhà máy điện hạt nhân thay vì uranium-235 hiếm. Quá trình vật lý này, được gọi là tái tạo nhiên liệu, sẽ cho phép tất cả uranium tự nhiên tham gia vào ngành năng lượng hạt nhân, bao gồm cả phần chính của nó, đồng vị uranium-238 (99,3% tổng khối lượng uranium hóa thạch). Đồng vị này trong các nhà máy điện hạt nhân hiện đại trên neutron nhiệt thực tế không tham gia sản xuất năng lượng.
Theo các nhà khoa học, việc vận hành chung các lò phản ứng "nhiệt" và "nhanh" theo tỷ lệ xấp xỉ 80:20% sẽ đảm bảo sử dụng hiệu quả nhất nguồn uranium trong năng lượng hạt nhân. Với tỷ lệ này, các lò phản ứng nhanh sẽ sản xuất đủ plutonium-239 để vận hành các nhà máy điện hạt nhân có lò phản ứng neutron nhiệt.
Một lợi thế nữa của công nghệ lò phản ứng nhanh với số lượng neutron thứ cấp vượt quá là khả năng "đốt cháy" các sản phẩm phân hạch phóng xạ tồn tại lâu dài (với thời gian phân rã lên tới hàng nghìn và hàng trăm nghìn năm), biến chúng thành những cái tồn tại trong thời gian ngắn với chu kỳ bán rã không quá 200-300 năm. Chất thải phóng xạ đã chuyển đổi như vậy có thể được chôn cất an toàn trong các cơ sở lưu trữ đặc biệt mà không làm xáo trộn sự cân bằng bức xạ tự nhiên của Trái đất.
Công việc trong lĩnh vực lò phản ứng hạt nhân neutron nhanh bắt đầu vào năm 1960 với thiết kế lò phản ứng năng lượng công nghiệp thử nghiệm đầu tiên BN-350. Lò phản ứng này được khởi động vào năm 1973 và vận hành thành công cho đến năm 1998.
Sảnh lò phản ứng BN-600
Năm 1980, lò phản ứng năng lượng BN-3 tiếp theo, mạnh hơn (600 MW(e)) đã được đưa vào vận hành tại Nhà máy điện hạt nhân Beloyarsk như một phần của tổ máy điện số 600, tiếp tục hoạt động ổn định cho đến ngày nay, là lò lớn nhất trong số lò phản ứng loại này hiện có trên thế giới. Vào tháng 2010 năm 30, lò phản ứng đã hoàn thành đầy đủ tuổi thọ thiết kế trong 80 năm với các chỉ số an toàn và độ tin cậy cao. Trong thời gian dài vận hành, hệ số công suất của tổ máy luôn được duy trì ở mức cao - khoảng 1,5%. Tổn thất ngoài kế hoạch dưới 10%. Trong hơn XNUMX năm vận hành tổ máy, chưa có một trường hợp nào phải dừng lò phản ứng khẩn cấp.
Không có sự giải phóng các hạt nhân phóng xạ khí sol khí tồn tại lâu dài vào môi trường. Sản lượng khí phóng xạ trơ hiện nay không đáng kể. Hoạt động của lò phản ứng đã chứng minh một cách thuyết phục độ tin cậy của các biện pháp thiết kế để ngăn chặn và kiềm chế rò rỉ natri.
Xét về độ tin cậy và an toàn, lò phản ứng BN-600 tỏ ra cạnh tranh với các lò phản ứng nhiệt nối tiếp dựa trên neutron nhiệt (VVER).
Năm 1983, trên cơ sở BN-600, xí nghiệp đã phát triển dự án lò phản ứng BN-800 cải tiến cho tổ máy có công suất 880 MW(e). Năm 1984, công việc bắt đầu xây dựng hai lò phản ứng BN-800 tại Beloyarsk và NPP Nam Ural mới. Sự chậm trễ sau đó trong việc xây dựng các lò phản ứng này đã được sử dụng để tinh chỉnh thiết kế nhằm cải thiện hơn nữa sự an toàn của nó và cải thiện các chỉ số kỹ thuật và kinh tế. Công việc xây dựng BN-800 đã được nối lại vào năm 2006 tại Nhà máy điện hạt nhân Beloyarsk (đơn vị năng lượng thứ 4) và sẽ hoàn thành vào năm 2013.
Model BN-800
Lò phản ứng BN-800 đang được xây dựng có các nhiệm vụ quan trọng sau:
Đảm bảo hoạt động trên nhiên liệu MOX.
Thí nghiệm chứng minh các thành phần chính của chu trình nhiên liệu kín.
Thử nghiệm trong điều kiện vận hành thực tế các loại thiết bị mới và các giải pháp kỹ thuật cải tiến được đưa ra nhằm nâng cao hiệu quả, độ tin cậy và an toàn.
Phát triển các công nghệ đổi mới cho các lò phản ứng neutron nhanh trong tương lai với chất làm mát kim loại lỏng:
- thử nghiệm và chứng nhận nhiên liệu và vật liệu kết cấu có triển vọng;
- trình diễn công nghệ đốt cháy các loại thuốc tím nhỏ và biến đổi các sản phẩm phân hạch tồn tại lâu dài, là phần nguy hiểm nhất của chất thải phóng xạ từ năng lượng hạt nhân.
Công ty cổ phần "Afrikantov OKBM" đang phát triển dự án lò phản ứng thương mại cải tiến BN-1200 với công suất 1220 MW.
Chương trình sau đây để thực hiện dự án này được lên kế hoạch:
— 2010…2016 — phát triển thiết kế kỹ thuật cho nhà máy lò phản ứng và triển khai chương trình R&D;
— 2020 — vận hành tổ máy chính sử dụng nhiên liệu MOX và tổ chức sản xuất tập trung;
— 2023…2030 — vận hành một loạt tổ máy điện với tổng công suất khoảng 11 GW.
Cùng với các giải pháp được xác nhận bởi trải nghiệm vận hành tích cực của BN-600 và được đưa vào dự án BN-800, dự án BN-1200 sử dụng các giải pháp mới nhằm cải thiện hơn nữa các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và tăng cường độ an toàn.
Theo các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật:
— tăng hệ số sử dụng công suất lắp đặt từ giá trị dự kiến là 0,85 cho BN-800 lên 0,9;
— từng bước tăng lượng đốt cháy nhiên liệu MOX từ mức đạt được trong các tổ hợp nhiên liệu thử nghiệm là 11,8% t.a. lên đến 20% t.a. (đốt cháy trung bình ~140 MW ngày/kg);
— tăng tỷ lệ sinh sản lên ~1,2 đối với nhiên liệu urani-plutonium oxit và lên tới ~1.45 đối với nhiên liệu nitrua hỗn hợp;
— giảm các chỉ số cụ thể về mức tiêu thụ kim loại ~1,7 lần so với BN-800;
— tăng tuổi thọ của lò phản ứng từ 45 năm (BN-800) lên 60 năm.
Bảo vệ:
- xác suất hư hỏng nghiêm trọng đối với lõi phải ở mức độ nhỏ hơn so với yêu cầu của các tài liệu quy định;
— khu vực bảo vệ vệ sinh phải được đặt trong ranh giới của địa điểm NPP đối với bất kỳ sự cố cơ sở thiết kế nào;
— ranh giới của khu vực biện pháp bảo vệ phải trùng với ranh giới của địa điểm NMĐHN đối với các sự cố nghiêm trọng ngoài cơ sở thiết kế, xác suất xảy ra không vượt quá 10-7 mỗi lò phản ứng/năm.
Sự kết hợp tối ưu giữa tham chiếu và các giải pháp mới cũng như khả năng tái sản xuất nhiên liệu mở rộng giúp phân loại dự án này là công nghệ hạt nhân thế hệ IV.
Và bây giờ, bắt đầu từ lý thuyết và thực hành này, hãy chuyển sang những tin tức chính.
Công ty cổ phần Atomproekt đã tổ chức một cuộc họp của các tổ chức tham gia khu vực dự án Đột phá để chuẩn bị tài liệu thiết kế cho mô-đun tái xử lý nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng (SNF) để đệ trình lên Glavgosexpertiza của Nga.
Atomproekt đã trình bày cho các bên quan tâm diện mạo tương lai của mô-đun tái xử lý SNF. Trong khuôn khổ cuộc họp, các giải pháp công nghệ chính về quản lý chất thải phóng xạ, giải pháp bố trí công trình và giải pháp công nghệ xử lý SNF đã được xem xét.
“Các chuyên gia của Atomproekt đã phát triển tài liệu thiết kế cho mô-đun xử lý và mời các bên quan tâm thảo luận về các vấn đề phát sinh trong quá trình chuẩn bị tài liệu. Cuộc họp đã giúp hình thành các giải pháp công nghệ sẽ được hoàn thiện trong dự án, cũng như để tối ưu hóa quá trình phát triển,” Natalia Shafrova, Phó Tổng Giám đốc Công ty Cổ phần Atomproekt, người đứng đầu Trung tâm Trách nhiệm Dự án cho biết.
Đằng sau những dòng tin khô khan này là sự khởi đầu của việc tạo ra một công nghệ công nghiệp của chu trình hạt nhân khép kín với việc cung cấp năng lượng cho đất nước trong vài nghìn năm tới. Tất nhiên, công việc mới chỉ bắt đầu, còn rất nhiều khó khăn phía trước. Nhưng nếu chúng tôi hoàn thành công việc bắt đầu ở Liên Xô này, chúng tôi sẽ không gặp vấn đề gì với việc phát điện. Và chúng ta có thể bình tĩnh chờ đợi sự phát triển của một lò phản ứng nhiệt hạch đang hoạt động.
Vật liệu đã qua sử dụng:
http://maxpark.com/community/6285/content/2473368
http://www.atomic-energy.ru/news/2015/03/17/55516
http://i-russia.ru/nuclear/directions/36/
Video liên quan:
tin tức