La Russia ha fatto un passo avanti nel nucleare

2024 Autore: Seth Attwood | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-16 16:08

Il progetto "Breakthrough" - il reattore nucleare Brest-300 in costruzione vicino a Tomsk, aprirà una nuova pagina nel settore energetico della Terra. La Russia sta creando il primo Perpetuum Mobile al mondo con una capacità di 300 MW, una centrale nucleare a ciclo chiuso del combustibile. Il progetto con il nome autoesplicativo "Breakthrough" promette energia senza pericolo, senza estrazione di uranio e supera i concorrenti per decenni …

Quarantatre ettari di territorio, grigi muri monolitici, arredi che spuntano abbondantemente nel cielo, gru e 600 operai. Tre anni dopo, in questo luogo, in una città chiusa Seversk, a 25 chilometri da Tomsk, inizierà a funzionare il primo al mondoPerpetuum Mobile con una capacità di 300 megawatt è una centrale nucleare con un ciclo di combustibile chiuso e piombo fuso come refrigerante. L'impresa è chiamata sperimentale, poiché le supertecnologie per essa sono finora calcolate solo su modelli matematici. Tuttavia, dopo averli verificati su un reattore in funzione, i nostri scienziati nucleari riceveranno una centrale nucleare di riferimento di nuova generazione, staccandosi dai concorrenti di Toshiba, Areva e altri per decenni. Il progetto, che ha un nome autoesplicativo" Svolta", Promette energia senza pericoloe, soprattutto, senza miniere di uranio.

Gli scettici e l'atomo pacifico

Poche parole per chi considera l'atomo pacifico una reliquia. Il fabbisogno energetico dell'umanità raddoppia ogni 20 anni. La combustione di petrolio e carbone porta alla formazione annuale di circa mezzo miliardo di tonnellate di anidride solforosa e ossidi di azoto, cioè 70 chilogrammi di sostanze nocive per ogni abitante della terra. L'uso delle centrali nucleari elimina questo problema. Inoltre, le riserve di petrolio sono limitate e l'intensità energetica di una tonnellata di uranio-235 è approssimativamente uguale all'intensità energetica di due milioni di tonnellate di benzina.

Anche il costo è importante. In una centrale idroelettrica, un kilowattora di elettricità costa 10-25 copechi, ma il potenziale idroelettrico nel mondo sviluppato è praticamente esaurito. Nelle stazioni di carbone o olio combustibile - 22-40 copechi, ma sorgono problemi ambientali. Nelle centrali eoliche e solari industriali - 35-150 copechi, un po' caro, e che garantisce vento costante e assenza di nuvole. Il costo principale dell'energia atomica è di 20-50 copechi, è stabile, crea molti meno problemi ambientali rispetto alla combustione di petrolio e carbone, il suo potenziale è illimitato.

Alla fine, l'atomo pacifico russo si è rivelato quasi fuori competizione. Nel 2010, quando, dopo un'ondata di freddo di 24 anni, molti paesi volevano di nuovo costruire centrali nucleari, i nostri reattori si sono rivelati più economici e non peggiori dei prototipi giapponesi, francesi e americani. Inoltre noi, a differenza dei concorrenti , in tutti questi anni abbiamo costruito centrali nucleari - Rosatom aveva qualcosa da mostrare a un potenziale cliente.

La direzione dell'ente statale ha smaltito con competenza l'handicap risultante. Di conseguenza, Westinghouse Electric è fallita lo scorso anno. Toshiba, che in precedenza aveva rilevato la Westinghouse Electric, sta arrivando. Anche la situazione finanziaria di Areva non è invidiabile. Ad Atomexpo-2016 sono invece venute delegazioni da 52 paesi. 20 di questi paesi non hanno ancora avuto l'energia nucleare. Ora appariranno per la prima volta in Egitto, Vietnam, Turchia, Indonesia, Bangladesh: le nostre centrali nucleari russe.

inferno profondo

Il problema principale dell'energia nucleare oggi è carburante … Sulla terra ci sono 6, 3 milioni di tonnellate di uranio economicamente recuperabile. Se si tiene conto della crescita dei consumi, essa durerà per circa 50 anni. Il costo è di circa $ 50 per chilogrammo di minerale oggi, ma poiché nell'estrazione sono coinvolti depositi meno redditizi, salirà a $ 130 per chilogrammo e oltre. Ci sono, ovviamente, riserve estratte, e non piccole, ma non sono per sempre.

L'uranio è difficile da estrarre o molto difficile … Nella roccia del minerale di uranio c'è circa 0,1-1 percento, più o meno. Il minerale si trova a una profondità di circa un chilometro. Le temperature nelle miniere superano i 60 gradi Celsius. La roccia estratta deve essere sciolta in acido, più spesso acido solforico, per isolare il minerale di uranio dalla soluzione. In alcuni giacimenti l'acido solforico viene immediatamente pompato nel terreno, per poi essere prelevato insieme all'uranio disciolto. Tuttavia, ci sono rocce di uranio che non si dissolvono nell'acido solforico…

Infine, solo nell'uranio purificato 0,72 percento l'isotopo richiesto è l'uranio-235. Lo stesso su cui funzionano i reattori nucleari. Per evidenziarlo è un mal di testa separato. L'uranio viene convertito in gas (esafluoruro di uranio) e fatto passare attraverso cascate di centrifughe rotanti ad una velocità di circa duemila giri al secondo, dove la frazione leggera viene separata da quella pesante. La discarica - uranio-238, con un contenuto residuo di uranio-235 dello 0,2-0,3 percento, è stata semplicemente buttata via negli anni '50. Ma poi hanno iniziato a immagazzinarlo sotto forma di fluoruro di uranio solido in contenitori speciali a cielo aperto. Per 60 anni, la terra ha accumulato circa due milioni di tonnellate di fluoruro di uranio-238 … Perché è tenuto? Quindi, quell'uranio-238 può diventare combustibile per reattori nucleari veloci, con i quali fino ad ora gli scienziati nucleari hanno avuto un rapporto difficile.

In totale, nel mondo sono stati costruiti 11 reattori industriali a neutroni veloci: tre in Germania, due in Francia, due in Russia, uno ciascuno in Kazakistan, Giappone, Gran Bretagna e Stati Uniti. Uno di questi, l'SNR-300 in Germania, non è mai stato lanciato. Altri otto vengono fermati. Due operai se ne sono andati … Dove pensi? Esatto, su Centrale nucleare di Belojarsk.

Da un lato, i reattori veloci sono più sicuri dei reattori termici convenzionali. Non c'è alta pressione in essi, non c'è rischio di una reazione vapore-zirconio e così via. D'altra parte, l'intensità dei campi di neutroni e la temperatura nell'area di lavoro sono maggiori; l'acciaio, che manterrebbe le sue proprietà in entrambi i parametri, è più difficile e più costoso da produrre. Inoltre, l'acqua non può essere utilizzata come refrigerante in un reattore veloce. Resti: mercurio, sodio e piombo. Il mercurio viene eliminato a causa della sua elevata corrosività. Il piombo deve essere mantenuto allo stato fuso: la temperatura di fusione è di 327 gradi. Il punto di fusione del sodio è di 98 gradi, quindi tutti i reattori veloci sono stati finora realizzati con un refrigerante al sodio. Ma il sodio reagisce troppo violentemente con l'acqua. Se il circuito fosse danneggiato… Come accadde al reattore giapponese "Monju" nel 1995. In generale, quelli veloci si sono rivelati troppo difficili.

Non preoccuparti non si congelerà

"Non preoccuparti, il piombo nel nostro reattore Brest-300 non solo non si solidificherà mai, ma non si raffredderà mai sotto i 350 gradi", dice a Lente.ru il capo del progetto BREST-OD-300 Andrey Nikolaev … - Schemi e sistemi speciali sono responsabili di questo. Questo è un progetto completamente nuovo che non ha nulla a che fare con i reattori al piombo-bismuto che erano sui sottomarini. Tutto qui è stato sviluppato tenendo conto degli ultimi sviluppi, tecnologie e risultati. Sarà il primo reattore veloce al mondo raffreddato a piombo … Non per niente si chiama "Breakthrough". Prima di te c'è un'impresa del futuro: una centrale nucleare di quarta generazione con Chiuso ciclo del carburante.

Non mi è stato permesso di arrampicarmi sul cantiere - questa è un'informazione riservata. Non erano nemmeno autorizzati a fare foto, quindi le foto non sono mie. Sono stati realizzati da una persona a cui è stato spiegato in anticipo da quali angolazioni è possibile catturare un oggetto e da quali angolazioni è impossibile. Ma Andrey Nikolaev ha spiegato in dettaglio perché e in quale ordine vengono costruite le tre centrali Proryv e come una centrale nucleare può funzionare senza uranio.

L'impresa sarà composta da tre fabbriche: impianto di produzione del combustibile, reattore stesso e impianto di ritrattamento del combustibile. L'impianto di produzione di carburante produrrà una composizione completamente nuova di elementi di carburante, che non aveva analoghi al mondo. Questo è un combustibile misto nitruro di uranio-plutonio - MNUP. Il materiale fissile nel nuovo reattore sarà plutonio … E l'uranio-238, di per sé non fissile, sarà irradiato con neutroni termici e si trasformerà in plutonio-239. Cioè, il reattore Brest-300 genererà calore, elettricità e inoltre , prepara il carburante per te stesso.

due piccioni con una fava

Nel mondo oggi stanno lavorando 449 pacifici reattori nucleari industriali e altri 60 sono in costruzione. Durante il funzionamento di questi reattori, passato e futuro, sorge un problema pianificato: i gruppi di combustibile esaurito. In primo luogo, vengono messi in bagni speciali, dove si "raffreddano" per diversi anni. Quindi, gli elementi di combustibile "raffreddati" vengono stoccati in impianti di stoccaggio "a secco", dove vengono accumulati in grandi quantità. La capacità di elaborare gli assemblaggi di scarto è molte volte inferiore al necessario. Come mai? Perché è molto difficile e costoso.

Il progetto Breakthrough costruirà il proprio impianto di lavorazione del carburante. Come puoi immaginare, Questo impianto non solo distruggerà il combustibile bruciato, ma fornirà materie prime per nuovi assemblaggi … Le vecchie barre di combustibile verranno sciolte in acido, possibilmente solforico, poi in stabilimento, utilizzando complesse tecnologie chimiche, la soluzione verrà separata elemento per elemento. Il superfluo viene condizionato e sepolto, il necessario viene utilizzato. Oltre alle materie prime per il nuovo combustibile, l'impresa estrarrà dai vecchi assemblaggi gli isotopi più rari degli elementi pesanti richiesti dalla medicina, dalla scienza e dall'industria.

A proposito, la potenza del reattore di 300 megawatt non è stata scelta a caso. A questa potenza, produrrà tanto plutonio quanto ne consumerà. Lo stesso reattore con una potenza maggiore produrrà più carburante di quello che consumerà. Quindi, una volta caricato, il reattore di Brest funzionerà come un normale Perpetuum Mobile. Sarà necessaria solo una piccola scorta di uranio impoverito. Bene, e l'uranio-238, come ho già detto, è accumulato dall'industria nucleare in una tale quantità che durerà per sempre.

Pentola grande

- In modo che tu possa immaginare un reattore, - continua Andrei Nikolaev. - Questa è una padella alta 17 metri e di 26 metri di diametro. I gruppi di carburante verranno abbassati al suo interno. Uno scambiatore di calore - il piombo fuso circolerà attraverso di esso. Tutta l'attrezzatura da e per la sola produzione russa. Sarà un reattore completamente sicuro con un margine di reattività inferiore all'unità. Cioè, in accordo con le leggi della fisica, semplicemente non ha abbastanza reattività per accelerare. Non sono possibili incidenti su larga scala. L'evacuazione della popolazione non sarà mai richiesta. Qualsiasi fallimento, se si verifica, non andrà oltre i confini dell'edificio aziendale. Non si verificheranno nemmeno emissioni in atmosfera a seguito di un ipotetico incidente.

La pulizia automatica del liquido di raffreddamento sarà introdotta nel reattore Brest-300. Il refrigerante del nuovo reattore, cioè il piombo, non avrà mai bisogno di essere sostituito. Questo elimina un altro spreco problematico dell'energia nucleare tradizionale - LRW.

I problemi si risolvono strada facendo

Gli autori del progetto Brest-300 sono NIKIET che prendono il nome da Dollezhal. I soldi vengono assegnati in tempo, la costruzione procede al ritmo pianificato, l'impianto di fabbricazione del carburante sarà il primo ad entrare in funzione. Il lancio del reattore è previsto per il 2024 … Quindi il modulo di ritrattamento del carburante sarà completato. Parallelamente alla costruzione, continua il lavoro di ricerca e sviluppo. Come risultato di questi lavori, vengono periodicamente apportate modifiche alla costruzione, quindi il momento finale finale non è nominato.

Il progetto Brest ha detrattori negli ambienti accademici. Questo è comprensibile, il progetto ha vinto il concorso, a cui hanno partecipato diversi istituti più eminenti. I critici dicono che le tecnologie utilizzate a Brest sono incompiute. In particolare, mettono in discussione l'uso del piombo fuso come vettore di calore, e così via. Non entreremo nei dettagli, sono troppo complessi e ambigui. D'altra parte, perché non dovremmo fidarci dei nostri scienziati atomici? Tutti i progetti che l'URSS, e dopo di essa la Russia ha fatto nell'industria nucleare, erano un passo avanti rispetto alle loro controparti occidentali e orientali. Quindi quale ragione abbiamo per credere che le cose andranno diversamente questa volta? Mi sembra che dovresti solo essere felice per Rosatom e TVEL e allo stesso tempo per te stesso, perché questo è nostro società.