Hızlı nötron reaktörleri, Rus bilim adamlarının benzersiz bir gelişimi ve tüm nükleer enerji endüstrisinin geleceği.

Barışçıl atom, dünya enerjisinin temellerinden biridir ve bu olmadan modern toplum imkansızdır. Mevcut nükleer santrallerin tüm avantajlarına rağmen, ana kusur, kullanılmış nükleer yakıtın elden çıkarılması olmuştur ve öyle kalmaktadır.

Görünüşe göre bu sorun da çözülecek gibi görünüyor - Rusya'nın, hızlı nötronlar kullanan nükleer reaktörlerde uygulanması mümkün olan kapalı bir nükleer yakıt döngüsünün benzersiz gelişimi sayesinde.

Modern nükleer enerjinin sorunu nedir

Bu yüzden barışçıl atom, bir düzineden fazla yıldır dünya genelinde elektrik üretmek için insanlığa hizmet ediyor. Ama çok ciddi bir sorun var. Doğal uranyumun tamamı nükleer reaktörler için yakıt olarak uygun değildir.

Uranyum-238 doğada yaygındır (92 proton, 146 nötron) ve dünya rezervlerindeki payı Dünya'daki toplam uranyumun% 99,3'üdür. Ancak yakıt olarak nükleer reaktörler için uygun değildir.

Dünya arzının sadece uranyum-235 (92 proton, 143 nötron) biçimindeki geri kalan% 0,7'si yakıt görevi görebilir. Ancak uranyumun kalan bu kısmı bile basitçe alınıp reaktöre yüklenemez. Önceden zenginleştirilmeli ve uranyum-235'in toplam uranyum-238 kütlesindeki payı yaklaşık 700 kat artmalıdır.

Görünüşe göre dev dünya rezervlerine rağmen yakıt için gerçekten uygun olan uranyum ortalama hesaplamalara göre sadece 50 yıl yetecek.

Her şey ilk bakışta göründüğü kadar kasvetli değil. Uranyum-238 hala nükleer reaktörler için uyarlanabilir. Doğru, bunun için uranyum-238'i plütonyum-239'a dönüştürmek gerekir ve bu işlem yalnızca hızlı nötronlara maruz kaldığında mümkündür.

Görünüşe göre bu dönüşüm kolay değil. Sonuçta, modern reaktörlerin çoğu, uranyum-235 hızlı nötronlarla "iletişim kurmak istemediğinden", kasıtlı olarak yavaşlatılan "yavaş" nötronlar üzerinde çalışır. Ancak uranyum-238, tersine, yavaş nötronlarda dönüşüm sürecine dahil değildir.

Uranyum-238'in plütonyum-239'a dönüşümünü ayrı olarak gerçekleştirmek ekonomik olarak mümkün değildir. Bunun için bozunma reaksiyonu sırasında oluşan ekstra nötronları kullanmak çok daha etkilidir. Bu nedenle, modern reaktörlerde, emiciler kullanılarak özel olarak çıkarılırlar.

Bu yüzden "hurda" uranyum-238 ve "doğru" uranyum-235'i tek bir yerde - atomik bir reaktörde birleştirmemiz gerekiyor. Ve sonra hem elektrik üretmek hem de "gereksiz" uranyum-238'i reaktörler için yeni nükleer yakıta dönüştürmek mümkün olacak. Ancak bunun ön koşulu, reaktörün hızlı nötronlar üzerinde çalışması gerektiğidir.

Ancak, gerçekten çalışan bu kadar hızlı bir nötron reaktörü yaratmak birçok mühendis için büyük bir sorun haline geldi. Ve sadece Rus mühendis-bilim adamları görevle başa çıktı.

Hızlı nötron reaktörleri, özellikleri nedir

Yani uranyum-235 ile çalışan bir reaktöre ihtiyacımız var ve aynı zamanda hızlı nötronlar üzerinde çalışmasını sağlamalıyız. Bunun mümkün olması için, nötron akısının yoğunluğunu önemli ölçüde artırmak gerekir (böylece uranyum-235, hızlı nötronlarla etkileşime girmeye daha istekli hale gelir).

Bu, daha zenginleştirilmiş bir yakıtın kullanılması gerektiği anlamına gelirken, sıcaklık rejimi ve nötron akıları çok daha zor olacak - daha kararlı malzemeler gerekecek.

Ayrıca nötronları yavaşlatacak maddelerden de kaçınılmalıdır. Yani, klasik versiyon - su - nötronları mükemmel şekilde yavaşlattığı için bu durumda uygun değildir.

Bu nedenle cıva, hızlı reaktörlerin geliştirilmesinin ilk aşamalarında soğutucu olarak kullanıldı, ancak bu seçenek, metalin yüksek toksisitesi nedeniyle hızla terk edildi.

Deneylerin sonraki aşamalarında kurşun, bizmut ve sodyum gibi metalleri denediler.

En umut verici malzemelerin sodyum ve kurşun olduğu bulundu. Ve ilk aşamada, Sovyet mühendisleri sodyumu "evcilleştirmeyi" başardılar.

İlk ticari, tam işlevsel hızlı nötron reaktörü Sovyet BN-600 reaktörüydü. Rosatom, 2015 yılında BN-800 (sodyum) reaktörünü piyasaya sürdü. Bu, tamamen kapalı bir yetiştirme döngüsüyle plütonyum yakıtla çalışacak şekilde uyarlanmış, türünün benzersiz bir reaktördür.

Hızlı reaktörlerin avantajı nedir

Ön hesaplamalar, bu teknoloji sayesinde, reaktörlere uygun nükleer yakıt yüzdesinin mütevazı bir% 0,7'den% 30'a keskin bir şekilde yükseldiğini gösteriyor.

Sonuç olarak, efektif yakıt rezervleri yaklaşık 43 kat artacaktır, bu da yaklaşık 50 yıl için değil iki bin yıldan fazla bir süre için yeterli olması gerektiği anlamına gelir. Çok kaba bir hesaplamayla bile bir fark olduğunu düşünüyorum.

Ek olarak, bu tür reaktörler kullanılmış nükleer yakıtla "yavaş" dan tam olarak çalışabilir. Ekolojistlerin en büyük baş ağrısına çözüm vaat eden reaktörler - kullanılmış nükleerden nasıl kurtulunur yakıt.

Ayrıca, bu tür reaktörler çok daha güvenlidir. Sonuçta, yüksek basınç altında ısıtılmış su yerine sodyum kullanıyorlar. Sodyum 100 derecede sıvı hale gelir ve sadece 900 derecede kaynama aşamasına geçer.

Soğutma sisteminin "geleneksel" nükleer reaktörlerde nasıl çalıştığını hatırlayalım. Orada, muazzam basınç altındaki su, bir soğutucu görevi görür. Açıktır ki, yüksek basınç, yüksek bir basınçsızlaştırma ve kaza riskidir.

Sodyum ile ilgili böyle bir sorun yoktur. Kaynama noktası yüksek olduğu için normal basınçta tutulabilir, bu da herhangi bir kırılma ve kaza şansı olmadığı anlamına gelir.

Anormal bir durumda bile, sodyumun reaktivitesi de güvenlik lehine oynayacaktır. Atmosferdeki oksijen ve nem buharı ile etkileşime girdiğinde, sodyum kalıcı kimyasala bağlanacaktır. istasyonun topraklarında kalan ve ilçe çevresine dağılmayan bileşikler radyoaktif kirlilik.

Rusya diğerlerinin önünde

Çeşitli ülkelerin sayısız girişimine rağmen, sadece Rusya ve özellikle Rosatom, hızlı bir nötron reaktörünün tam teşekküllü bir ticari versiyonuna sahiptir.

Sonuçta, Fransızlar bile ("Phoenix reaktörünün" umut verici gelişimi ile) koruma sistemlerinin periyodik çalışması sorunuyla baş edemediler ve projeyi 2010 yılında durdurdular.

Japonlar kendi versiyonlarını da test ettiler - Monju reaktörü, ancak bir dizi kazadan sonra onu sökmeye karar verdiler.

Kızılderililer de kendi hızlı nötron reaktörlerini yaratmak istediler, ancak hiçbir şey olmadı.

Rusya'da teknoloji sorunsuz bir şekilde gelişiyor ve erimiş kurşunun soğutucu olarak kullanıldığı BN-1200 hızlı reaktör projesi üzerinde çalışmalar şimdiden devam ediyor. Plana göre 2030 yılına kadar tam anlamıyla faaliyete geçecek.

Rusya'nın gerçekten nükleer enerji üretebilen tek ülke olduğu ortaya çıktı benzersiz tasarım sayesinde verimli ve gerçekten güvenli - hızlı bir nötron reaktörü.