اكتشفنا في المقالات السابقة أنه لا الطاقة الشمسية ستكون قادرة على تلبية احتياجات البشرية (بسبب الانهيار السريع للبطاريات وتكلفتها)، ولا الطاقة النووية الحرارية (لأنه حتى بعد تحقيق إنتاج طاقة إيجابي في المفاعلات التجريبية، كمية رائعة تظل مشاكل في طريق الاستخدام التجاري). ماذا تبقى؟

لأكثر من مائة عام، وعلى الرغم من كل التقدم الذي أحرزته البشرية، يتم الحصول على الجزء الأكبر من الكهرباء من الاحتراق العادي للفحم (الذي لا يزال مصدر الطاقة لـ 40.7٪ من قدرة التوليد في العالم)، والغاز (21.2٪)، المنتجات البترولية (5.5٪) والطاقة الكهرومائية (16.2٪ أخرى، في المجموع كل هذا 83.5٪).

وما تبقى هو الطاقة النووية، مع مفاعلات نيوترونية حرارية تقليدية (تتطلب اليورانيوم 235 النادر والمكلف) ومفاعلات مزودة بـ النيوترونات السريعة(والتي يمكنها معالجة اليورانيوم 238 الطبيعي والثوريوم في "دورة وقود مغلقة").

ما هي "دورة الوقود المغلقة" الأسطورية هذه، ما هي الاختلافات بين مفاعلات النيوترونات السريعة والحرارية، ما هي التصاميم الموجودة، متى يمكننا أن نتوقع السعادة من كل هذا وبالطبع - مسألة السلامة - تحت الخفض.

حول النيوترونات واليورانيوم

لقد قيل لنا جميعًا في المدرسة أن اليورانيوم 235، عندما يضربه نيوترون، ينقسم ويطلق الطاقة، ويتم إطلاق 2-3 نيوترونات أخرى. في الواقع، بالطبع، كل شيء أكثر تعقيدًا إلى حد ما، وتعتمد هذه العملية بشدة على طاقة هذا النيوترون الأولي. دعونا نلقي نظرة على الرسوم البيانية للمقطع العرضي (=الاحتمال) لتفاعل التقاط النيوترونات (U-238 + n -> U-239 وU-235 + n -> U-236)، وتفاعل الانشطار لليورانيوم-235 واليورانيوم 238 اعتمادًا على طاقة (=سرعة) النيوترونات:

كما نرى، فإن احتمالية التقاط نيوترون بالانشطار لـ U-235 تزداد مع انخفاض طاقة النيوترونات، لأنه في المفاعلات النووية التقليدية يتم "إبطاء" النيوترونات في الجرافيت/الماء إلى الحد الذي تصبح فيه سرعتها بنفس الترتيب كما هو الحال في المفاعلات النووية التقليدية. سرعة الاهتزاز الحراري للذرات في الشبكة البلورية (ومن هنا جاء الاسم - النيوترونات الحرارية). واحتمال انشطار اليورانيوم 238 بواسطة النيوترونات الحرارية أقل بـ 10 ملايين مرة من اليورانيوم 235، ولهذا السبب من الضروري معالجة أطنان من اليورانيوم الطبيعي من أجل التقاط اليورانيوم 235.

قد يقول شخص ينظر إلى الرسم البياني السفلي: أوه، فكرة عظيمة! ودعنا نقلي U-238 الرخيص باستخدام 10 نيوترونات MeV - يجب أن يؤدي ذلك إلى تفاعل متسلسل، لأنه هناك يرتفع الرسم البياني للمقطع العرضي للانشطار! ولكن هناك مشكلة - فالنيوترونات المنطلقة نتيجة للتفاعل لها طاقة تبلغ 2 ميغا إلكترون فولت فقط أو أقل (في المتوسط ​​~1.25)، وهذا لا يكفي لإطلاق تفاعل مستدام ذاتيًا على النيوترونات السريعة في اليورانيوم 238. (إما أن هناك حاجة إلى المزيد من الطاقة، أو أن المزيد من النيوترونات تنطلق من كل قسم). آه، الإنسانية سيئة الحظ في هذا الكون..

ومع ذلك، إذا كان التفاعل الذاتي على النيوترونات السريعة في اليورانيوم 238 بهذه البساطة، لكان هناك مفاعلات نووية طبيعية، كما كان الحال مع اليورانيوم 235 في أوكلو، وبالتالي لن يتم العثور على اليورانيوم 238 في الطبيعة في العالم. شكل من الودائع الكبيرة.

وأخيرا، إذا تخلينا عن طبيعة التفاعل "المستدامة ذاتيا"، فلا يزال من الممكن تقسيم اليورانيوم -238 مباشرة لإنتاج الطاقة. يُستخدم هذا، على سبيل المثال، في القنابل النووية الحرارية - حيث تقسم النيوترونات ذات 14.1 ميجا فولت من تفاعل D+T اليورانيوم -238 في غلاف القنبلة - وبالتالي يمكن زيادة قوة الانفجار مجانًا تقريبًا. وفي ظل ظروف خاضعة للرقابة، لا تزال هناك إمكانية نظرية للجمع مفاعل الاندماجوغطاء (قشرة) من اليورانيوم 238 - لزيادة طاقة الاندماج النووي الحراري بمقدار 10-50 مرة تقريبًا بسبب تفاعل الانشطار.

ولكن كيف يمكن فصل اليورانيوم 238 والثوريوم في تفاعل مستدام ذاتيًا؟

دورة وقود مغلقة

الفكرة هي كما يلي: دعونا لا ننظر إلى المقطع العرضي للانشطار، بل إلى المقطع العرضي للالتقاط: باستخدام طاقة نيوترونية مناسبة (ليست منخفضة جدًا، وليست عالية جدًا)، يستطيع U-238 التقاط نيوترون، وبعد 2 اضمحلال يمكن أن يصبح بلوتونيوم 239:

يمكن عزل البلوتونيوم كيميائيًا من الوقود المستهلك لصنع وقود MOX (خليط من البلوتونيوم وأكاسيد اليورانيوم) الذي يمكن حرقه في المفاعلات السريعة وفي المفاعلات الحرارية التقليدية. يمكن أن تكون عملية إعادة المعالجة الكيميائية للوقود المستهلك صعبة للغاية بسبب نشاطها الإشعاعي العالي، ولم يتم حلها بالكامل بعد ولم يتم حلها عمليا (ولكن العمل جار).

بالنسبة للثوريوم الطبيعي - وهي عملية مماثلة، يلتقط الثوريوم نيوترونًا، وبعد الانشطار التلقائي، يصبح اليورانيوم 233، الذي ينقسم تقريبًا بنفس طريقة اليورانيوم 235 ويتم إطلاقه من الوقود المستهلك كيميائيًا:

تحدث هذه التفاعلات، بالطبع، أيضًا في المفاعلات الحرارية التقليدية - ولكن بسبب الوسيط (الذي يقلل بشكل كبير من فرصة احتجاز النيوترونات) وقضبان التحكم (التي تمتص بعض النيوترونات)، فإن كمية البلوتونيوم المتولدة أقل من كمية البلوتونيوم المتولدة. اليورانيوم 235 الذي يحترق. من أجل توليد مواد انشطارية أكثر مما يتم حرقه، تحتاج إلى فقدان أقل عدد ممكن من النيوترونات الموجودة على قضبان التحكم (على سبيل المثال، استخدام قضبان التحكم المصنوعة من اليورانيوم العادي)، والهيكل، والمبرد (المزيد حول هذا أدناه) وبشكل كامل التخلص من الوسيط النيوتروني (الجرافيت أو الماء).

نظرًا لأن المقطع العرضي الانشطاري للنيوترونات السريعة أصغر من الحراري، فمن الضروري زيادة تركيز المواد الانشطارية (U-235، U-233، Pu-239) في قلب المفاعل من 2-4 إلى 20% وما فوق. ويتم إنتاج الوقود الجديد في أشرطة تحتوي على الثوريوم/اليورانيوم الطبيعي الموجود حول هذا القلب.

ولحسن الحظ، إذا كان الانشطار ناتجًا عن نيوترون سريع وليس حراري، فإن التفاعل ينتج نيوترونات أكثر بمقدار 1.5 مرة تقريبًا مما في حالة الانشطار بواسطة النيوترونات الحرارية - مما يجعل التفاعل أكثر واقعية:

هذه الزيادة في عدد النيوترونات المتولدة هي التي تجعل من الممكن إنتاج كمية أكبر من الوقود عما كان متاحًا في الأصل. وبطبيعة الحال، فإن الوقود الجديد لا يؤخذ من الهواء الرقيق، بل يتم إنتاجه من اليورانيوم 238 "عديم الفائدة" والثوريوم.

حول المبرد

كما اكتشفنا أعلاه، لا يمكن استخدام الماء في مفاعل سريع، فهو يبطئ النيوترونات بشكل فعال للغاية. ما الذي يمكن أن يحل محله؟

غازات:يمكنك تبريد المفاعل بالهيليوم. ولكن بسبب قدرتها الحرارية الصغيرة، فمن الصعب تبريد المفاعلات القوية بهذه الطريقة.

المعادن السائلة: الصوديوم، البوتاسيوم- يستخدم على نطاق واسع في المفاعلات السريعة حول العالم. المزايا هي نقطة انصهار منخفضة وتعمل عند ضغط جوي قريب، لكن هذه المعادن تحترق بشكل جيد للغاية وتتفاعل مع الماء. مفاعل الطاقة الوحيد العامل في العالم، BN-600، يعمل على مبرد الصوديوم.

الرصاص، البزموت- يستخدم في مفاعلات BREST وSVBR التي يتم تطويرها حاليًا في روسيا. من العيوب الواضحة - إذا تم تبريد المفاعل إلى ما دون نقطة تجمد الرصاص/البزموت - فإن تسخينه يكون صعبًا للغاية ويستغرق وقتًا طويلاً (يمكنك القراءة عن العيوب غير الواضحة على الرابط الموجود في الويكي). بشكل عام، لا تزال العديد من القضايا التكنولوجية في طريقها إلى التنفيذ.

الزئبق- كان هناك مفاعل BR-2 مزود بمبرد الزئبق، ولكن كما اتضح، فإن الزئبق يذيب المواد الهيكلية للمفاعل بسرعة نسبية - لذلك لم يتم بناء المزيد من مفاعلات الزئبق.

غَرِيب:فئة منفصلة - مفاعلات الملح المنصهر - LFTR - تعمل خيارات مختلفةفلوريدات المواد الانشطارية (اليورانيوم والثوريوم والبلوتونيوم). تم بناء مفاعلين “مختبريين” في الولايات المتحدة الأمريكية في مختبر أوك ريدج الوطني في الستينيات، ومنذ ذلك الحين لم يتم تنفيذ أي مفاعلات أخرى، رغم وجود العديد من المشاريع.

مفاعلات عاملة ومشاريع مثيرة للاهتمام

الروسية بور-60- مفاعل النيوترونات السريع التجريبي، يعمل منذ عام 1969. على وجه الخصوص، يتم استخدامه لاختبار العناصر الهيكلية لمفاعلات النيوترونات السريعة الجديدة.

الروسية BN-600، BN-800: كما ذكرنا أعلاه، فإن BN-600 هو مفاعل الطاقة النيوترونية السريعة الوحيد في العالم. يعمل منذ عام 1980، ولا يزال يستخدم اليورانيوم 235.

وفي عام 2014، من المخطط إطلاق BN-800 الأكثر قوة. ومن المخطط بالفعل البدء في استخدام وقود MOX (مع البلوتونيوم)، والبدء في تطوير دورة وقود مغلقة (مع معالجة وحرق البلوتونيوم المنتج). ثم قد يكون هناك مسلسل BN-1200، ولكن لم يتم اتخاذ القرار بشأن بنائه بعد. ومن حيث الخبرة في البناء والتشغيل الصناعي لمفاعلات النيوترونات السريعة، فقد تقدمت روسيا أكثر بكثير من أي دولة أخرى، وتستمر في التطور بنشاط.

هناك أيضًا مفاعلات بحثية سريعة صغيرة قيد التشغيل في اليابان (Jōyō) والهند (FBTR) والصين (المفاعل السريع التجريبي الصيني).

مفاعل مونجو الياباني- المفاعل الأسوأ حظا في العالم. تم بناؤه عام 1995، وفي نفس العام حدث تسرب لعدة مئات من الكيلوجرامات من الصوديوم، حاولت الشركة إخفاء حجم الحادثة (مرحبا فوكوشيما)، وتم إغلاق المفاعل لمدة 15 عاما. في مايو 2010، تم تشغيل المفاعل أخيرًا بطاقة منخفضة، ولكن في أغسطس، أثناء عملية نقل الوقود، تم إسقاط رافعة زنتها 3.3 طن في المفاعل، الذي غرق على الفور في الصوديوم السائل. ولم يكن من الممكن الحصول على الرافعة إلا في يونيو 2011. وفي 29 مايو 2013 سيتم اتخاذ قرار بإغلاق المفاعل إلى الأبد.

مفاعل الموجة المتنقلة: من بين المشاريع المعروفة غير المحققة "مفاعل الموجة المتنقلة" - مفاعل الموجة المتنقلة من شركة TerraPower. تم الترويج لهذا المشروع بواسطة بيل جيتس - فكتبوا عنه مرتين في حبري: , . وكانت الفكرة هي أن "قلب" المفاعل يتكون من اليورانيوم المخصب، ومن حوله كانت هناك أشرطة U-238/الثوريوم التي سيتم من خلالها إنتاج الوقود في المستقبل. بعد ذلك، يقوم الروبوت بتحريك هذه الأشرطة بالقرب من المركز - وسيستمر التفاعل. لكن في الواقع، من الصعب جدًا تنفيذ كل هذا دون معالجة كيميائية، ولم ينطلق المشروع أبدًا.

بشأن سلامة الطاقة النووية

كيف يمكنني أن أقول إن البشرية يمكنها الاعتماد على الطاقة النووية – وهذا بعد فوكوشيما؟

الحقيقة هي أن أي طاقة خطيرة. لنتذكر الحادث الذي وقع في سد بانكياو في الصين، والذي تم بناؤه، من بين أمور أخرى، لغرض توليد الكهرباء - ثم مات 26 ألف شخص. ما يصل إلى 171 ألف بشر. حادث على سايانو-شوشينسكايا HPP- مات 75 شخصا. وفي الصين وحدها، يموت 6000 من عمال المناجم كل عام أثناء استخراج الفحم، وهذا لا يشمل العواقب الصحية الناجمة عن استنشاق العادم من محطات الطاقة الحرارية.

عدد الحوادث في محطات الطاقة النووية لا يعتمد على عدد وحدات الطاقة، لأن كل حادث لا يمكن أن يحدث إلا مرة واحدة في السلسلة. بعد كل حادثة يتم تحليل الأسباب والقضاء عليها في جميع الوحدات. لذلك، بعد حادث تشيرنوبيل، تم تعديل جميع الوحدات، وبعد فوكوشيما، تم سحب الطاقة النووية من اليابانيين تمامًا (ومع ذلك، هناك أيضًا نظريات مؤامرة هنا - من المتوقع أن يكون لدى الولايات المتحدة وحلفائها نقص في اليورانيوم) -235 في 5-10 سنوات القادمة).

يتم حل مشكلة الوقود المستهلك مباشرة بواسطة مفاعلات النيوترونات السريعة، لأن بالإضافة إلى تحسين تكنولوجيا معالجة النفايات، يتم توليد نفايات أقل: يتم أيضًا "حرق" منتجات التفاعل الثقيلة (الأكتينيدات) طويلة العمر بواسطة النيوترونات السريعة.

خاتمة

تتمتع المفاعلات السريعة بالميزة الرئيسية التي يتوقعها الجميع من المفاعلات النووية الحرارية - فالوقود المخصص لها سوف يكفي البشرية لآلاف وعشرات الآلاف من السنين. لا تحتاج حتى إلى استخراجه - لقد تم تعدينه بالفعل وهو موجود

الأكاديمي ف. ميتينكوف، المدير العلمي للمؤسسة الفيدرالية الحكومية الوحدوية "مكتب التصميم التجريبي للهندسة الميكانيكية" الذي سمي على اسمه. I. I. Afrikantova (نيجني نوفغورود).

حصل الأكاديمي فيودور ميخائيلوفيتش ميتنكوف على جائزة الطاقة العالمية في عام 2004 لتطوير الأساسيات الفيزيائية والتقنية وإنشاء مفاعلات الطاقة النيوترونية السريعة (انظر العلوم والحياة رقم 8، 2004). إن الأبحاث التي أجراها الحائز على الجائزة وتنفيذها العملي في محطات المفاعلات العاملة BN-350، وBN-600، وBN-800 قيد الإنشاء، وBN-1800 قيد التصميم، تفتح أشياء جديدة للإنسانية، اتجاه واعدتطوير الطاقة النووية.

محطة الطاقة النووية في بيلويارسك بمفاعل BN-600.

الأكاديمي إف إم ميتينكوف في حفل توزيع جوائز الطاقة العالمية في يونيو 2004.

العلم والحياة // الرسوم التوضيحية

العلم والحياة // الرسوم التوضيحية

رسم تخطيطىمفاعل النيوترون السريع BN-350.

رسم تخطيطي لمفاعل الطاقة السريع BN-600.

القاعة المركزية للمفاعل BN-600.

ويتمتع مفاعل النيوترونات السريعة BN-800 بقدرة كهربائية تبلغ 880 ميجاوات وطاقة حرارية تبلغ 1.47 جيجاوات. وفي الوقت نفسه، يضمن تصميمه السلامة الكاملة أثناء التشغيل العادي وفي أي حادث يمكن تصوره.

العلم والحياة // الرسوم التوضيحية

استهلاك الطاقة - المؤشر الأكثر أهميةالذي يحدد إلى حد كبير مستوى التنمية الاقتصادية والأمن القومي ورفاهية سكان أي بلد. لقد رافق نمو استهلاك الطاقة دائما تطور المجتمع البشري، ولكنه كان سريعا بشكل خاص خلال القرن العشرين: فقد زاد استهلاك الطاقة نحو 15 مرة، فبلغت قيمته المطلقة نحو 9.5 مليار طن من معادل النفط بحلول نهايته. يوفر احتراق الفحم والنفط والغاز الطبيعي حوالي 80% من الاستهلاك العالمي للطاقة. وفي القرن الحادي والعشرين، سيستمر نموها بلا شك، وخاصة في البلدان النامية النمو الإقتصاديوتحسين نوعية حياة السكان يرتبط حتما بزيادة كبيرة في كمية الطاقة المستهلكة، في المقام الأول النوع الأكثر عالمية - الكهرباء. وبحلول منتصف القرن الحادي والعشرين، من المتوقع أن يتضاعف الاستهلاك العالمي للطاقة وأن يتضاعف استهلاك الكهرباء ثلاث مرات.

إن الاتجاه العام للنمو في استهلاك الطاقة يزيد من اعتماد معظم الدول على استيراد النفط والغاز الطبيعي، ويزيد من حدة المنافسة على الوصول إلى موارد الطاقة، ويخلق تهديدا للأمن العالمي. وفي الوقت نفسه، يتزايد القلق بشأن العواقب البيئية لإنتاج الطاقة، ويرجع ذلك في المقام الأول إلى خطر تلوث الهواء غير المقبول الناجم عن انبعاثات منتجات احتراق الوقود الهيدروكربوني.

لذلك، في المستقبل غير البعيد، ستضطر البشرية إلى التحول إلى استخدام تقنيات إنتاج الطاقة البديلة "الخالية من الكربون" والتي ستلبي بشكل موثوق احتياجات الطاقة المتزايدة لفترة طويلة دون عواقب بيئية غير مقبولة. ومع ذلك، علينا أن نعترف بأن مصادر الطاقة المتجددة المعروفة حاليًا - الرياح والطاقة الشمسية والطاقة الحرارية الأرضية والمد والجزر وما إلى ذلك - نظرًا لقدراتها المحتملة لا يمكن استخدامها لإنتاج الطاقة على نطاق واسع (انظر "العلم والحياة" رقم 10، 2002 - ملحوظة إد.). والتكنولوجيا الواعدة للغاية للاندماج النووي الحراري الخاضع للرقابة لا تزال في مرحلة البحث وإنشاء مفاعل نووي تجريبي (انظر "العلم والحياة" رقم 8، 2001، رقم 9، 2001 - ملحوظة إد.).

وفقا للعديد من الخبراء، بما في ذلك مؤلف هذا المقال، فإن خيار الطاقة الحقيقي للبشرية في القرن الحادي والعشرين سيكون الاستخدام الواسع النطاق للطاقة النووية على أساس المفاعلات الانشطارية. ويمكن للطاقة النووية الآن أن تستحوذ على جزء كبير من الزيادة في الطلب العالمي على الوقود والطاقة. وهي توفر اليوم حوالي 6% من استهلاك الطاقة العالمي، وخاصة الكهربائية، حيث تبلغ حصتها حوالي 18% (في روسيا - حوالي 16%).

هناك عدة شروط ضرورية لكي يصبح الاستخدام الأوسع للطاقة النووية هو المصدر الرئيسي للطاقة في القرن الحالي. بادئ ذي بدء، يجب أن تلبي الطاقة النووية متطلبات السلامة المضمونة للسكان والبيئة، ويجب أن تضمن الموارد الطبيعية لإنتاج الوقود النووي عمل الطاقة النووية "الكبيرة" لعدة قرون على الأقل. وبالإضافة إلى ذلك، من حيث المؤشرات الفنية والاقتصادية، لا ينبغي أن تكون الطاقة النووية أقل شأنا من أفضل مصادر الطاقة التي تستخدم الوقود الهيدروكربوني.

دعونا نرى كيف تلبي الطاقة النووية الحديثة هذه المتطلبات.

بشأن ضمان سلامة الطاقة النووية

منذ نشأتها، تمت دراسة قضايا سلامة الطاقة النووية وحلها بشكل فعال للغاية بشكل منهجي وعلى أساس علمي. ومع ذلك، خلال فترة تشكيلها، نشأت حالات طوارئ مع إطلاقات غير مقبولة للنشاط الإشعاعي، بما في ذلك حادثين واسع النطاق: في محطة ثري مايل آيلاند للطاقة النووية (الولايات المتحدة الأمريكية) في عام 1979 وفي محطة تشيرنوبيل للطاقة النووية(الاتحاد السوفييتي) عام 1986. وفي هذا الصدد، وضع المجتمع العالمي للعلماء والمتخصصين النوويين، تحت رعاية الوكالة الدولية للطاقة الذرية، توصيات، يؤدي الامتثال لها إلى القضاء فعليًا على الآثار غير المقبولة على البيئة والسكان في حالة حدوث أي ضرر مادي ممكن. الحوادث في محطات الطاقة النووية. وهي تنص، على وجه الخصوص، على ما يلي: إذا كان التصميم لا يثبت بشكل موثوق أنه تم استبعاد انصهار قلب المفاعل، فيجب أن يؤخذ في الاعتبار احتمال وقوع مثل هذا الحادث ويجب إثبات أن الحواجز المادية المنصوص عليها في تصميم المفاعل مضمونة لاستبعاد العواقب غير المقبولة على البيئة. وشملت توصيات الوكالة الدولية للطاقة الذرية جزء لا يتجزأفي معايير السلامة النووية الوطنية في العديد من البلدان حول العالم. بعض الحلول الهندسية التي تضمن التشغيل الآمن للمفاعلات الحديثة موضحة أدناه باستخدام مثال مفاعلات BN-600 وBN-800.

قاعدة الموارد لإنتاج الوقود النووي

ويعلم المتخصصون النوويون أن تكنولوجيا الطاقة النووية الحالية، القائمة على ما يسمى بالمفاعلات النووية "الحرارية" المزودة بمهدئ نيوتروني مائي أو جرافيت، لا يمكنها ضمان تطوير طاقة نووية واسعة النطاق. ويرجع ذلك إلى انخفاض كفاءة استخدام اليورانيوم الطبيعي في مثل هذه المفاعلات: حيث يتم استخدام نظير اليورانيوم 235 فقط، والذي يبلغ محتواه في اليورانيوم الطبيعي 0.72٪ فقط. ولذلك، فإن الاستراتيجية طويلة المدى لتطوير الطاقة النووية "الكبيرة" تنطوي على الانتقال إلى تكنولوجيا دورة الوقود المغلقة المتقدمة القائمة على استخدام ما يسمى بالسرعة. المفاعلات النوويةوإعادة معالجة الوقود الذي تم تفريغه من مفاعلات محطات الطاقة النووية من أجل العودة اللاحقة للنظائر الانشطارية غير المحترقة والمتكونة حديثًا إلى دورة الطاقة.

في المفاعل "السريع"، تحدث معظم أحداث انشطار الوقود النووي بسبب النيوترونات السريعة التي تزيد طاقتها عن 0.1 ميجا فولت (ومن هنا جاء اسم المفاعل "السريع"). في الوقت نفسه، يحدث الانشطار في المفاعل ليس فقط للنظير النادر جدًا U-235، ولكن أيضًا للنظير U-238، المكون الرئيسي لليورانيوم الطبيعي (~99.3%)، واحتمال انشطاره موجود في طيف النيوترونات. "المفاعل الحراري" منخفض جدًا. من المهم بشكل أساسي أنه في المفاعل "السريع"، مع كل حدث انشطار نووي، يتم إنتاج عدد أكبر من النيوترونات، والتي يمكن استخدامها للتحويل المكثف لليورانيوم 238 إلى النظير الانشطاري للبلوتونيوم Pu-239. يحدث هذا التحول نتيجة لذلك التفاعل النووي:

الخصائص النيوترونية الفيزيائية للمفاعل السريع هي أن عملية تكوين البلوتونيوم فيه يمكن أن يكون لها طابع التكاثر الممتد، عندما يتم تكوين كمية من البلوتونيوم الثانوي في المفاعل أكبر من الكمية التي تم تحميلها في البداية. تسمى عملية تكوين كمية زائدة من النظائر الانشطارية في مفاعل نووي "بالتكاثر" (من السلالة الإنجليزية - للتكاثر). يرتبط هذا المصطلح بالاسم المقبول دوليًا للمفاعلات السريعة التي تعمل بوقود البلوتونيوم - المفاعلات المولدة، أو المضاعفات.

إن التنفيذ العملي لعملية التربية له أهمية أساسية بالنسبة لمستقبل الطاقة النووية. والحقيقة هي أن مثل هذه العملية تجعل من الممكن استخدام اليورانيوم الطبيعي بشكل كامل تقريبًا وبالتالي زيادة "إنتاج" الطاقة من كل طن من اليورانيوم الطبيعي المستخرج بما يقرب من مائة مرة. وهذا يفتح الطريق أمام موارد الوقود التي لا تنضب تقريبا للطاقة النووية لمنظور تاريخي طويل. ولذلك، فمن المقبول عموما أن استخدام المربين هو شرط ضروريإنشاء وتشغيل الطاقة النووية على نطاق واسع.

بعد أن تحققت الإمكانية الأساسية لإنشاء مفاعلات توليد سريعة في أواخر الأربعينيات، بدأت الأبحاث المكثفة حول خصائصها النيوترونية والبحث عن الحلول الهندسية المناسبة في جميع أنحاء العالم. في بلدنا، كان البادئ بالبحث والتطوير في مجال المفاعلات السريعة هو الأكاديمي في أكاديمية العلوم الأوكرانية ألكسندر إيليتش ليبونسكي، الذي كان حتى وفاته عام 1972 المشرف العلميمعهد أوبنينسك للفيزياء والطاقة (PEI).

ترتبط الصعوبات الهندسية لإنشاء مفاعلات سريعة بعدد من الميزات المتأصلة. وتشمل هذه: كثافة الطاقة العالية للوقود؛ الحاجة إلى ضمان التبريد المكثف؛ درجات حرارة تشغيل عالية لسائل التبريد والعناصر والمعدات الهيكلية للمفاعل؛ الضرر الإشعاعي للمواد الإنشائية الناجم عن التشعيع المكثف بالنيوترونات السريعة. لحل هذه المشاكل العلمية والتقنية الجديدة وتطوير تكنولوجيا المفاعلات السريعة، كان من الضروري تطوير قاعدة بحثية وتجريبية واسعة النطاق بمواقف فريدة، بالإضافة إلى إنشاء عدد من التجارب والبيانات في الستينيات والثمانينيات من القرن الماضي. مفاعلات الطاقة من هذا النوع موجودة في روسيا والولايات المتحدة وفرنسا والمملكة المتحدة وألمانيا. ومن الجدير بالذكر أنه في جميع البلدان تم اختيار الصوديوم كوسيلة تبريد - مبرد - للمفاعلات السريعة، على الرغم من أنه يتفاعل بشكل نشط مع الماء والبخار. تتمثل المزايا الحاسمة للصوديوم كمبرد في خواصه الفيزيائية الحرارية الجيدة بشكل استثنائي (الموصلية الحرارية العالية، والقدرة الحرارية العالية، ونقطة الغليان العالية)، وانخفاض استهلاك الطاقة للتدوير، وانخفاض تأثير التآكل على المواد الهيكلية للمفاعل، والسهولة النسبية لعملية التبريد. تنظيفه أثناء التشغيل.

تم تشغيل أول مفاعل محلي للطاقة النيوترونية السريعة BN-350 بقدرة حرارية تبلغ 1000 ميجاوات في عام 1973 على الساحل الشرقي لبحر قزوين (انظر "العلم والحياة" رقم 11 ، 1976 - ملحوظة إد.). كان لديه نظام نقل الحرارة الحلقي التقليدي للطاقة النووية ومجمع توربين بخاري لتحويل الطاقة الحرارية. تم استخدام جزء من الطاقة الحرارية للمفاعل لتوليد الكهرباء، وتم استخدام الباقي لتحلية المياه مياه البحر. واحد من السمات المميزةالرسوم البيانية لهذا المفاعل وتركيبات المفاعل اللاحقة مع مبرد الصوديوم - وجود دائرة نقل حرارة متوسطة بين المفاعل ودائرة البخار والماء، والتي تمليها اعتبارات السلامة.

محطة المفاعل BN-350، على الرغم من تعقيد مخططها التكنولوجي، تم تشغيلها بنجاح من عام 1973 إلى عام 1988 (خمس سنوات أطول من وقت التصميم) كجزء من محطة مانجيشلاك للطاقة ومحطة تحلية مياه البحر في شيفتشينكو (أكتاو، كازاخستان الآن) .

تسبب التفرع الكبير لدوائر الصوديوم في مفاعل BN-350 في إثارة القلق، لأنه في حالة انخفاض الضغط الطارئ، قد يحدث حريق. لذلك، دون انتظار إطلاق مفاعل BN-350، بدأ اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية في تصميم مفاعل سريع أكثر قوة BN-600 ذو تصميم متكامل، حيث لم تكن هناك خطوط أنابيب صوديوم ذات قطر كبير وتقريباً كل الصوديوم المشع في تم تركيز الدائرة الأولية في وعاء المفاعل. هذا جعل من الممكن القضاء بشكل كامل تقريبًا على خطر انخفاض الضغط في دائرة الصوديوم الأولى، وتقليل خطر الحريق في التركيب، وزيادة مستوى الأمان الإشعاعي وموثوقية المفاعل.

تعمل محطة المفاعل BN-600 بشكل موثوق منذ عام 1980 كجزء من وحدة الطاقة الثالثة في محطة Beloyarsk للطاقة النووية. وهو اليوم أقوى مفاعل نيوتروني سريع يعمل في العالم، وهو بمثابة مصدر للخبرة التشغيلية الفريدة وأساس للاختبار الشامل للمواد الإنشائية المتقدمة والوقود.

تستخدم جميع المشاريع اللاحقة لهذا النوع من المفاعلات في روسيا، بالإضافة إلى معظم مشاريع المفاعلات السريعة التجارية التي تم تطويرها في الخارج، تصميمًا متكاملاً.

التأكد من سلامة المفاعلات السريعة

بالفعل أثناء تصميم أول مفاعلات الطاقة النيوترونية السريعة اهتمام كبيرالاهتمام بقضايا السلامة أثناء التشغيل العادي وأثناء التشغيل حالات طارئة. تم تحديد اتجاهات البحث عن حلول التصميم المناسبة من خلال متطلبات استبعاد التأثيرات غير المقبولة على البيئة والسكان من خلال الحماية الذاتية الداخلية للمفاعل واستخدام أنظمة فعالة لتحديد موقع الحوادث المحتملة التي تحد من عواقبها.

يعتمد الدفاع عن النفس للمفاعل في المقام الأول على الفعل السلبي تعليقاستقرار عملية انشطار الوقود النووي مع زيادة درجة حرارة وقوة المفاعل، وكذلك على خواص المواد المستخدمة في المفاعل. لتوضيح السلامة المتأصلة في المفاعلات السريعة، سنشير إلى بعض ميزاتها المرتبطة باستخدام مبرد الصوديوم فيها. حرارةتتيح نقطة غليان الصوديوم (883 درجة مئوية في الظروف الفيزيائية العادية) الحفاظ على ضغط قريب من الضغط الجوي في وعاء المفاعل. وهذا يبسط تصميم المفاعل ويزيد من موثوقيته. لا يتعرض وعاء المفاعل لأحمال ميكانيكية كبيرة أثناء التشغيل، لذا فإن احتمال تمزقه أقل مما هو عليه في مفاعلات الماء المضغوط الموجودة، حيث ينتمي إلى الفئة الافتراضية. ولكن حتى مثل هذا الحادث في مفاعل سريع لا يشكل خطرا من وجهة نظر التبريد الموثوق للوقود النووي، حيث أن السفينة محاطة بغطاء أمان مغلق، وحجم تسرب الصوديوم المحتمل فيه ضئيل. كما أن خفض ضغط خطوط الأنابيب باستخدام مبرد الصوديوم في مفاعل سريع ذو تصميم متكامل لا يؤدي أيضًا إلى ذلك حالة خطيرة. نظرًا لأن السعة الحرارية للصوديوم عالية جدًا، حتى مع التوقف التام لإزالة الحرارة في دائرة البخار والماء، فإن درجة حرارة سائل التبريد في المفاعل ستزيد بمعدل 30 درجة تقريبًا في الساعة. أثناء التشغيل العادي، تبلغ درجة حرارة سائل التبريد عند مخرج المفاعل 540 درجة مئوية. يوفر هامش كبير من درجة الحرارة قبل غليان الصوديوم احتياطيًا من الوقت يكفي لاتخاذ تدابير للحد من عواقب مثل هذا الحادث غير المحتمل.

وفي تصميم مفاعل BN-800، الذي يستخدم الحلول الهندسية الأساسية للمفاعل BN-600، تم اتخاذ تدابير إضافية لضمان الحفاظ على سلامة المفاعل وعدم وجود أي آثار غير مقبولة على البيئة، حتى في حالة حدوث ذلك. لحادث افتراضي غير مرجح للغاية يتضمن انهيار قلب المفاعل.

لوحة التحكم للمفاعل BN-600.

وقد أكد التشغيل طويل الأمد للمفاعلات السريعة مدى كفاية وفعالية تدابير السلامة المقدمة. على مدار 25 عامًا من تشغيل مفاعل BN-600، لم تكن هناك حوادث مع إطلاقات زائدة للنشاط الإشعاعي، ولم يتعرض الموظفون، وخاصة السكان المحليين. وقد أظهرت المفاعلات السريعة استقرارًا تشغيليًا عاليًا ويسهل التحكم فيها. لقد تم إتقان تكنولوجيا التبريد بالصوديوم، والتي تعمل بشكل فعال على تحييد خطر الحريق. يكتشف الموظفون بثقة التسربات واحتراق الصوديوم، ويتخلصون من عواقبها بشكل موثوق. في السنوات الاخيرةالمزيد والمزيد تطبيق واسعفي مشاريع المفاعلات السريعة، تم العثور على أنظمة وأجهزة يمكنها نقل المفاعل إلى حالة آمنة دون تدخل الأفراد أو إمدادات الطاقة الخارجية.

المؤشرات الفنية والاقتصادية للمفاعلات السريعة

أصبحت ميزات تكنولوجيا الصوديوم، وزيادة تدابير السلامة، والاختيار المحافظ لحلول التصميم للمفاعلات الأولى - BN-350 وBN-600 - هي الأسباب وراء ارتفاع تكلفتها مقارنة بالمفاعلات المبردة بالماء. ومع ذلك، فقد تم إنشاؤها بشكل أساسي لاختبار أداء وسلامة وموثوقية المفاعلات السريعة. تم حل هذه المشكلة من خلال عمليتهم الناجحة. عند إنشاء تركيب المفاعل التالي - BN-800، المخصص لذلك الاستخدام الشاملفي الطاقة النووية، تم إيلاء المزيد من الاهتمام للخصائص التقنية والاقتصادية، ونتيجة لذلك، من حيث تكاليف رأس المال المحددة، كان من الممكن الاقتراب بشكل كبير من VVER-1000 - النوع الرئيسي من مفاعلات الطاقة النيوترونية البطيئة المحلية.

حتى الآن يمكن اعتبار أن المفاعلات السريعة التي تحتوي على مبرد الصوديوم لديها إمكانات كبيرة لمزيد من التحسين الفني والاقتصادي. تشمل الاتجاهات الرئيسية لتحسين خصائصها الاقتصادية مع زيادة مستوى الأمان في نفس الوقت ما يلي: زيادة قوة وحدة المفاعل والمكونات الرئيسية لوحدة الطاقة، وتحسين تصميم المعدات الرئيسية، والتحول إلى معلمات البخار فوق الحرجة من أجل زيادة الكفاءة الديناميكية الحرارية لدورة تحويل الطاقة الحرارية، وتحسين نظام التعامل مع الوقود الطازج والمستهلك، وزيادة احتراق الوقود النووي، وإنشاء نواة عالية معامل داخليمعدل التكاثر (CR) - ما يصل إلى 1، مما يزيد من عمر الخدمة إلى 60 عامًا أو أكثر.

تحسين الأنواع الفرديةيمكن أن يكون للمعدات، كما هو موضح في دراسات التصميم التي تم إجراؤها في OKBM، تأثير كبير جدًا على تحسين المؤشرات الفنية والاقتصادية لكل من محطة المفاعل ووحدة الطاقة ككل. على سبيل المثال، أظهرت الدراسات التي أجريت لتحسين نظام التزود بالوقود في المفاعل الواعد BN-1800 إمكانية تقليل استهلاك المعدن بشكل كبير في هذا النظام. يمكن أن يؤدي استبدال مولدات البخار المعيارية بأخرى ذات تصميم أصلي إلى تقليل تكلفتها بشكل كبير، فضلاً عن المساحة والحجم واستهلاك المواد لحجرة مولد البخار بوحدة الطاقة.

يمكن رؤية تأثير طاقة المفاعل والتحسين التكنولوجي للمعدات على استهلاك المعادن ومستوى تكاليف رأس المال من الجدول.

ومن الطبيعي أن يتطلب تحسين المفاعلات السريعة بعض الجهد من جانبنا المؤسسات الصناعيةوالمنظمات العلمية والتصميمية. وبالتالي، لزيادة احتراق الوقود النووي، من الضروري تطوير وإتقان إنتاج المواد الهيكلية لقلب المفاعل التي تكون أكثر مقاومة للإشعاع النيوتروني. العمل في هذا الاتجاه جار حاليا.

يمكن استخدام المفاعلات السريعة لأكثر من مجرد طاقة. إن تدفقات النيوترونات عالية الطاقة قادرة على "حرق" أخطر النويدات المشعة طويلة العمر التي تتشكل في الوقود النووي المستهلك. وهذا أمر ذو أهمية أساسية لحل مشكلة إدارة النفايات المشعة الناتجة عن الطاقة النووية. والحقيقة هي أن عمر النصف لبعض النويدات المشعة (الأكتينيدات) يتجاوز بكثير فترات الاستقرار العلمية للتكوينات الجيولوجية، والتي تعتبر مواقع التخلص النهائي من النفايات المشعة. لذلك، باستخدام دورة الوقود المغلقة مع حرق الأكتينيدات وتحويل المنتجات الانشطارية طويلة العمر إلى منتجات قصيرة العمر، من الممكن حل مشكلة تحييد نفايات الطاقة النووية بشكل جذري وتقليل حجم النفايات المشعة المراد دفنها بشكل كبير.

إن نقل الطاقة النووية، إلى جانب المفاعلات "الحرارية"، إلى مفاعلات التوليد السريع، وكذلك إلى دورة الوقود المغلقة، سيجعل من الممكن إنشاء تكنولوجيا طاقة آمنة تلبي بالكامل متطلبات التنمية المستدامة للمجتمع البشري.

يعتقد العديد من الخبراء اليوم أن مفاعلات النيوترونات السريعة هي مستقبل الطاقة النووية. ومن الدول الرائدة في تطوير هذه التكنولوجيا روسيا، حيث يعمل مفاعل النيوترونات السريعة BN-600 في محطة بيلويارسك للطاقة النووية منذ 30 عاما دون وقوع حوادث خطيرة، ويجري بناء مفاعل BN-800 هناك، وإنشاء محطة للطاقة النووية. ومن المقرر إنشاء مفاعل تجاري BN-1200. تتمتع فرنسا واليابان بخبرة في تشغيل محطات الطاقة النووية النيوترونية السريعة، ويجري النظر في خطط لبناء محطات طاقة نووية نيوترونية سريعة في الهند والصين. السؤال الذي يطرح نفسه: لماذا لا توجد برامج عملية لتطوير طاقة النيوترونات السريعة في بلد يتمتع بصناعة طاقة نووية متطورة للغاية - الولايات المتحدة الأمريكية؟

في الواقع، كان هناك مثل هذا المشروع في الولايات المتحدة. نحن نتحدث عن مشروع Clinch River Breeder Reactor (باللغة الإنجليزية - The Clinch River Breeder Reactor، والمختصر بـ CRBRP). كان الهدف من هذا المشروع هو تصميم وبناء مفاعل سريع الصوديوم، والذي كان من المقرر أن يكون نموذجًا أوليًا توضيحيًا للفئة التالية من المفاعلات الأمريكية المماثلة التي تسمى LMFBR (اختصار للمفاعلات المعدنية السائلة السريعة المولدة). وفي الوقت نفسه، تم تصميم مفاعل نهر كلينش كخطوة مهمة نحو تطوير تكنولوجيا المفاعلات السريعة المصنوعة من المعدن السائل لغرض استخدامها التجاري في صناعة الطاقة الكهربائية. وكان من المقرر أن يكون موقع مفاعل نهر كلينتش بمساحة 6 كيلومتر مربع، وهو جزء إداريًا من مدينة أوك ريدج بولاية تينيسي.

وكان من المفترض أن يتمتع المفاعل بقدرة حرارية 1000 ميجاوات وطاقة كهربائية في حدود 350-380 ميجاوات. كان الوقود المخصص لها عبارة عن 198 مجموعة سداسية مجمعة على شكل أسطوانة مع منطقتين لتخصيب الوقود. وكان من المقرر أن يتكون الجزء الداخلي من المفاعل من 108 مجموعة تحتوي على البلوتونيوم المخصب بنسبة 18%. كان من المقرر أن تكون محاطة بمنطقة خارجية تتكون من 90 مجموعة من البلوتونيوم المخصب بنسبة 24٪. يجب أن يوفر هذا التكوين أفضل الظروفلتبديد الحرارة.

تم تقديم المشروع لأول مرة في عام 1970. وفي عام 1971، أنشأ الرئيس الأمريكي ريتشارد نيكسون هذه التكنولوجيا باعتبارها واحدة من أهم أولويات البحث والتطوير في البلاد.

ما الذي منع تنفيذه؟

وكان أحد أسباب هذا القرار هو التصاعد المستمر لتكاليف المشروع. وفي عام 1971، قررت هيئة الطاقة الذرية الأمريكية أن المشروع سيكلف حوالي 400 مليون دولار. وتعهد القطاع الخاص بتمويل معظم المشروع، حيث تعهد بمبلغ 257 مليون دولار. ولكن في السنوات اللاحقة، قفزت تكلفة المشروع إلى 700 مليون دولار، واعتبارًا من عام 1981، تم بالفعل إنفاق مليار دولار من أموال الميزانية، على الرغم من أن تكلفة المشروع كانت تقدر في ذلك الوقت بنحو 3 - 3.2 مليار دولار. دولار، دون احتساب مليار آخر، وهو أمر ضروري لبناء مصنع لإنتاج الوقود المتولد. وفي عام 1981، كشفت لجنة تابعة للكونجرس عن حالات من الانتهاكات المختلفة، مما أدى إلى زيادة تكلفة المشروع.

وقبل قرار الإغلاق، كانت تكلفة المشروع تقدر بنحو 8 مليارات دولار.

والسبب الآخر هو التكلفة العالية لبناء وتشغيل مفاعل التوليد نفسه لإنتاج الكهرباء. في عام 1981، قُدر أن تكلفة بناء مفاعل سريع ستكون ضعف تكلفة مفاعل الماء الخفيف القياسي بنفس الطاقة. وتشير التقديرات أيضًا إلى أنه لكي يتمكن المولد من المنافسة اقتصاديًا مع مفاعلات الماء الخفيف التقليدية، يجب أن يكون سعر اليورانيوم 165 دولارًا للرطل، بينما كان السعر في الواقع 25 دولارًا للرطل. ولم ترغب شركات التوليد الخاصة في الاستثمار في مثل هذه التكنولوجيا المحفوفة بالمخاطر.

كان التهديد سببًا خطيرًا آخر لتقليص برنامج المربي انتهاك محتملنظام عدم الانتشار، لأن هذه التكنولوجيا تنتج البلوتونيوم، والذي يمكن استخدامه أيضًا لإنتاج الأسلحة النووية. بسبب المخاوف الدولية بشأن قضايا الانتشار النووي، في أبريل 1977، دعا الرئيس الأمريكي جيمي كارتر إلى تأخير غير محدد في بناء المفاعلات السريعة التجارية.

كان الرئيس كارتر عمومًا معارضًا ثابتًا لمشروع نهر كلينش. في نوفمبر 1977، بعد الاعتراض على مشروع قانون لمواصلة التمويل، قال كارتر إنه سيكون "باهظ التكلفة" و"سيصبح عفا عليه الزمن من الناحية الفنية وغير مجدي اقتصاديًا بمجرد اكتماله". بالإضافة إلى ذلك، ذكر أن تكنولوجيا المفاعلات السريعة بشكل عام غير مجدية. وبدلاً من ضخ الموارد في المشروع التجريبي السريع للنيوترونات، اقترح كارتر بدلاً من ذلك «إنفاق الأموال على تحسين سلامة التقنيات النووية الحالية».

تم استئناف مشروع نهر كلينش بعد أن تولى رونالد ريغان منصبه في عام 1981. وعلى الرغم من المعارضة المتزايدة من الكونجرس، فقد ألغى الحظر الذي فرضه سلفه واستؤنف البناء. ومع ذلك، في 26 أكتوبر 1983، على الرغم من التقدم الناجح في أعمال البناء، دعا مجلس الشيوخ الأمريكي بأغلبية (56 مقابل 40) إلى عدم تقديم أي تمويل إضافي للبناء وتم التخلي عن الموقع.

مرة أخرى، تم تذكر ذلك مؤخرًا، عندما بدأ تطوير مشروع مفاعل mPower منخفض الطاقة في الولايات المتحدة الأمريكية. يعتبر موقع البناء المخطط لمحطة كلينتش ريفر للطاقة النووية موقعًا لبنائه.

مفاعل نيوتروني سريع.

في هيكل الطاقة النووية واسعة النطاق دور مهممخصصة لمفاعلات النيوترونات السريعة ذات دورة الوقود المغلقة. إنها تجعل من الممكن زيادة كفاءة استخدام اليورانيوم الطبيعي بما يقرب من 100 مرة، وبالتالي إزالة القيود المفروضة على تطوير الطاقة النووية من الخارج الموارد الطبيعيةوقود نووي.
ويوجد حاليًا حوالي 440 مفاعلًا نوويًا عاملاً في 30 دولة حول العالم، توفر حوالي 17% من إجمالي الكهرباء المولدة في العالم. وفي البلدان الصناعية، تبلغ حصة الكهرباء "النووية" عادة 30% على الأقل، وهي في ازدياد مضطرد. ومع ذلك، وفقًا للعلماء، فإن صناعة الطاقة النووية سريعة النمو، القائمة على المفاعلات النووية "الحرارية" الحديثة المستخدمة في محطات الطاقة النووية العاملة وتحت الإنشاء (معظمها مزودة بمفاعلات من النوع VVER وLWR)، سوف تشهد حتماً بالفعل في القرن الحالي وتواجه المحطات نقصاً في المواد الخام لليورانيوم نظراً لأن العنصر الانشطاري في وقود هذه المحطات هو النظير النادر اليورانيوم 235.
في مفاعل النيوترونات السريعة (BN)، ينتج تفاعل الانشطار النووي كمية زائدة من النيوترونات الثانوية، والتي يؤدي امتصاصها في الجزء الأكبر من اليورانيوم، الذي يتكون من اليورانيوم 238، إلى تكوين مكثف لمادة انشطارية نووية جديدة بلوتونيوم 239. . ونتيجة لذلك، فمن الممكن الحصول من كل كيلوغرام من اليورانيوم-235، إلى جانب توليد الطاقة، على أكثر من كيلوغرام واحد من البلوتونيوم-239، والذي يمكن استخدامه كوقود في أي مفاعلات في محطات الطاقة النووية بدلاً من اليورانيوم-235 النادر. هذا العملية الجسدية، الذي يسمى إعادة إنتاج الوقود، سيسمح لجميع اليورانيوم الطبيعي، بما في ذلك الجزء الرئيسي منه - نظير اليورانيوم 238 (99.3٪ من إجمالي كتلة اليورانيوم الأحفوري)، بالمشاركة في صناعة الطاقة النووية. هذا النظير الموجود في محطات الطاقة النووية النيوترونية الحرارية الحديثة لا يشارك عمليا في إنتاج الطاقة. ونتيجة لذلك، يمكن زيادة إنتاج الطاقة باستخدام موارد اليورانيوم الحالية وبأقل قدر من التأثير على الطبيعة بما يقرب من 100 مرة. في هذه الحالة، ستكون الطاقة الذرية كافية للبشرية لعدة آلاف السنين.
وبحسب العلماء، فإن التشغيل المشترك للمفاعلات “الحرارية” و”السريعة” بنسبة تقارب 80:20% سيوفر للطاقة النووية أكبر قدر من الطاقة. الاستخدام الفعالموارد اليورانيوم. وبهذه النسبة، ستنتج المفاعلات السريعة ما يكفي من البلوتونيوم 239 لتشغيل محطات الطاقة النووية ذات المفاعلات الحرارية.
من المزايا الإضافية لتكنولوجيا المفاعلات السريعة التي تحتوي على كمية زائدة من النيوترونات الثانوية القدرة على "حرق" منتجات الانشطار المشعة طويلة العمر (مع فترة اضمحلال تصل إلى آلاف ومئات الآلاف من السنين)، وتحويلها إلى قصيرة العمر مع نصف عمر لا يزيد عن 200-300 سنة. ويمكن دفن هذه النفايات المشعة المحولة بشكل آمن في مرافق تخزين خاصة دون الإخلال بتوازن الإشعاع الطبيعي للأرض.

بدأ العمل في مجال المفاعلات النووية النيوترونية السريعة في عام 1960 بتصميم أول مفاعل طاقة صناعي تجريبي BN-350. تم إطلاق هذا المفاعل عام 1973 وتم تشغيله بنجاح حتى عام 1998.
في عام 1980، في محطة الطاقة النووية بيلويارسك كجزء من وحدة الطاقة رقم 3، تم تشغيل مفاعل الطاقة التالي الأكثر قوة BN-600 (600 ميجاوات (e)) والذي يستمر في العمل بشكل موثوق حتى يومنا هذا، كونه أكبر مفاعل تشغيل مفاعل من هذا النوع في العالم. وفي أبريل 2010، أكمل المفاعل عمر الخدمة التصميمي الذي بلغ 30 عامًا بمؤشرات موثوقية وأمان عالية. على مدى فترة طويلة من التشغيل، يتم الحفاظ على القدرة الاستيعابية لوحدة الطاقة عند مستوى مستقر مستوى عال- حوالي 80%. خسائر غير مخطط لها أقل من 1.5%.
على مدى السنوات العشر الماضية من تشغيل وحدة الطاقة، لم تكن هناك حالة واحدة من الإغلاق الطارئ للمفاعل.
لا يوجد أي إطلاق للنويدات المشعة للأيروسول الغازي طويلة العمر في البيئة. إن إنتاج الغازات المشعة الخاملة لا يكاد يذكر حاليًا ويبلغ<1% от допустимого по санитарным нормам.
أظهر تشغيل المفاعل بشكل مقنع موثوقية تدابير التصميم لمنع واحتواء تسرب الصوديوم.
من حيث الموثوقية والسلامة، تبين أن مفاعل BN-600 قادر على المنافسة مع مفاعلات النيوترونات الحرارية التسلسلية (VVER).

الشكل 1. قاعة المفاعل (المركزية) BN-600

في عام 1983، وعلى أساس BN-600، قامت الشركة بتطوير مشروع لمفاعل BN-800 محسن لوحدة طاقة بقدرة 880 ميجاوات. في عام 1984، بدأ العمل في بناء مفاعلين من طراز BN-800 في محطات الطاقة النووية في بيلويارسك وجنوب الأورال الجديدة. وتم استخدام التأخير اللاحق في بناء هذه المفاعلات لتحسين التصميم من أجل زيادة تحسين سلامتها وتحسين المؤشرات الفنية والاقتصادية. تم استئناف العمل في بناء BN-800 في عام 2006 في محطة Beloyarsk NPP (وحدة الطاقة الرابعة) ومن المقرر أن يكتمل في عام 2013.

الشكل 2. مفاعل النيوترون السريع BN-800 (القسم الرأسي)

الشكل 3. نموذج للمفاعل BN-800

يقوم مفاعل BN-800 قيد الإنشاء بالمهام الهامة التالية:

• ضمان التشغيل على وقود MOX.
• عرض تجريبي للمكونات الرئيسية لدورة الوقود المغلقة.
• الاختبار في ظل ظروف التشغيل الحقيقية لأنواع جديدة من المعدات والحلول التقنية المحسنة المقدمة لتحسين الكفاءة والموثوقية والسلامة.
• تطوير تقنيات مبتكرة لمفاعلات النيوترونات السريعة المستقبلية ذات المبرد المعدني السائل:
• اختبار وإصدار الشهادات للوقود المتقدم والمواد الإنشائية؛
• عرض لتكنولوجيا حرق الأكتينيدات البسيطة وتحويل المنتجات الانشطارية طويلة العمر، والتي تشكل الجزء الأكثر خطورة من النفايات المشعة الناتجة عن الطاقة النووية.

تقوم شركة JSC "Afrikantov OKBM" بتطوير مشروع مفاعل تجاري محسن BN-1200 بقدرة 1220 ميجاوات.

الشكل 3. مفاعل BN-1200 (القسم الرأسي)

تم التخطيط للبرنامج التالي لتنفيذ هذا المشروع:

• 2010...2016 - تطوير التصميم الفني لمحطة المفاعل وتنفيذ برنامج البحث والتطوير.
• 2020 - تشغيل وحدة الطاقة الرئيسية باستخدام وقود MOX وتنظيم إنتاجها المركزي.
• 2023…2030 - تشغيل سلسلة من وحدات الطاقة بقدرة إجمالية تبلغ حوالي 11 جيجاوات.

إلى جانب الحلول التي أكدتها تجربة التشغيل الإيجابية للطائرة BN-600 والمتضمنة في مشروع BN-800، يستخدم مشروع BN-1200 حلولاً جديدة تهدف إلى زيادة تحسين المؤشرات الفنية والاقتصادية وزيادة السلامة.
حسب المؤشرات الفنية والاقتصادية:

• زيادة عامل استغلال القدرة المركبة من القيمة المخططة البالغة 0.85 لـ BN-800 إلى 0.9؛
• زيادة تدريجية في احتراق وقود MOX من المستوى الذي تم تحقيقه في مجمعات الوقود التجريبية بنسبة 11.8% سنويًا. تصل إلى مستوى 20% ر. (متوسط ​​الحرق ~ 140 ميجاوات يوم/كجم)؛
• زيادة عامل التكاثر إلى ~1.2 في وقود أكسيد اليورانيوم والبلوتونيوم وإلى ~1.45 في وقود النتريد المختلط؛
• انخفاض في مؤشرات استهلاك المعادن المحددة بمقدار 1.7 مرة تقريبًا مقارنة بـ BN-800
• زيادة العمر التشغيلي للمفاعل من 45 عامًا (BN-800) إلى 60 عامًا.

للسلامة:

• يجب أن يكون احتمال حدوث أضرار جسيمة في القلب أقل من متطلبات الوثائق التنظيمية ؛
• يجب أن تقع منطقة الحماية الصحية داخل حدود موقع محطة الطاقة النووية في حالة حدوث أي حوادث تتعلق بالتصميم؛
• يجب أن تتطابق حدود منطقة التدابير الوقائية مع حدود موقع محطة الطاقة النووية في حالة وقوع حوادث خطيرة خارج نطاق التصميم، والتي لا يتجاوز احتمال وقوعها 10-7 لكل مفاعل في السنة.

إن الجمع الأمثل بين الحلول المرجعية والجديدة وإمكانية إعادة إنتاج الوقود بشكل موسع يجعل من الممكن تصنيف هذا المشروع على أنه تكنولوجيا نووية من الجيل الرابع.

تشارك شركة JSC "Afrikantov OKBM" بنشاط في التعاون الدولي في مجال المفاعلات السريعة. لقد كانت الشركة المطورة لمشروع مفاعل النيوترونات السريعة التجريبي الصيني CEFR والمقاول الرئيسي لتصنيع المعدات الرئيسية للمفاعل، وشاركت في بدء التشغيل المادي والطاقة للمفاعل في عام 2011 وتساعد في تطوير قوته. حاليًا، يتم الإعداد لاتفاقية حكومية دولية لبناء مفاعل سريع تجريبي مبرد بالصوديوم (CDFR) في الصين على أساس مشروع BN-800 بمشاركة OKBM وغيرها من الشركات التابعة لشركة Rosatom الحكومية.

بعد الإطلاق والتشغيل الناجح لأول محطة للطاقة النووية في العالم في عام 1955، بمبادرة من I. Kurchatov، تم اتخاذ قرار ببناء محطة للطاقة النووية الصناعية بمفاعل الماء المضغوط من نوع القناة في جبال الأورال. تشمل ميزات هذا النوع من المفاعلات التسخين الزائد للبخار إلى معلمات عالية مباشرة في القلب، مما فتح إمكانية استخدام معدات التوربينات التسلسلية.

في عام 1958، في وسط روسيا، في واحدة من أجمل زوايا طبيعة الأورال، بدأ بناء محطة بيلويارسك للطاقة النووية. بالنسبة للقائمين بالتركيب، بدأت هذه المحطة في عام 1957، وبما أنه تم إغلاق موضوع محطات الطاقة النووية في تلك الأيام، فقد كانت تسمى في المراسلات والحياة محطة توليد الكهرباء في منطقة بيلويارسك الحكومية. تم إنشاء هذه المحطة من قبل موظفي Uralenergomontazh Trust. ومن خلال جهودهم، في عام 1959، تم إنشاء قاعدة مع ورشة عمل لإنتاج خطوط أنابيب المياه والبخار (دائرة واحدة للمفاعل)، وتم بناء ثلاثة مباني سكنية في قرية زاريتشني، وبدأ تشييد المبنى الرئيسي.

في عام 1959، ظهر عمال من شركة Tsentroenergomontazh Trust في موقع البناء وتم تكليفهم بتركيب المفاعل. في نهاية عام 1959، تم نقل موقع بناء محطة الطاقة النووية من دوروغوبوز بمنطقة سمولينسك، وترأس أعمال التركيب ف. نيفسكي، المدير المستقبلي لمحطة الطاقة النووية في بيلويارسك. تم نقل جميع الأعمال المتعلقة بتركيب المعدات الميكانيكية الحرارية بالكامل إلى صندوق Tsentroenergomontazh.

بدأت الفترة المكثفة لبناء محطة بيلويارسك للطاقة النووية في عام 1960. في هذا الوقت، كان على القائمين بالتركيب، إلى جانب أعمال البناء، إتقان التقنيات الجديدة لتركيب خطوط الأنابيب غير القابلة للصدأ، وبطانات الغرف الخاصة ومرافق تخزين النفايات المشعة، وتركيب هياكل المفاعلات، والبناء الجرافيت، واللحام الآلي، وما إلى ذلك. لقد تعلمنا بسرعة من المتخصصين الذين شاركوا بالفعل في بناء المنشآت النووية. بعد الانتقال من تكنولوجيا تركيب محطات الطاقة الحرارية إلى تركيب معدات محطات الطاقة النووية، أكمل عمال Tsentroenergomontazh مهامهم بنجاح، وفي 26 أبريل 1964، تم إنشاء أول وحدة طاقة لمحطة Beloyarsk NPP مع AMB-100 قام المفاعل بتزويد التيار الأول لنظام الطاقة في سفيردلوفسك. كان هذا الحدث، إلى جانب تشغيل وحدة الطاقة الأولى في محطة نوفوفورونيج للطاقة النووية، بمثابة ولادة صناعة الطاقة النووية الكبيرة في البلاد.

كان مفاعل AMB-100 بمثابة تحسين إضافي في تصميم مفاعل أول محطة للطاقة النووية في العالم في أوبنينسك. لقد كان مفاعلًا من نوع القناة يتمتع بخصائص حرارية أعلى للقلب. كان الحصول على بخار ذي معايير عالية بسبب ارتفاع درجة الحرارة النووية مباشرة في المفاعل خطوة كبيرة إلى الأمام في تطوير الطاقة النووية. تم تشغيل المفاعل في وحدة واحدة بمولد توربيني بقدرة 100 ميجاوات.

من الناحية الهيكلية، تبين أن مفاعل وحدة الطاقة الأولى في Beloyarsk NPP مثير للاهتمام لأنه تم إنشاؤه تقريبًا بدون إطار، أي أن المفاعل لم يكن لديه جسم ثقيل ومتعدد الأطنان ومتين، مثل، على سبيل المثال، مفاعل VVER مبرد بالماء ذو ​​طاقة مماثلة بجسم يتراوح طوله بين 11 و12 مترًا، وقطره من 3 إلى 3.5 مترًا، وسمك جداره وقاعه 100-150 ملم أو أكثر. تبين أن إمكانية بناء محطات طاقة نووية بمفاعلات ذات قناة مفتوحة كانت مغرية للغاية، لأنها حررت محطات الهندسة الثقيلة من الحاجة إلى تصنيع منتجات الصلب التي يتراوح وزنها بين 200 و 500 طن. ولكن تنفيذ التسخين النووي المباشر في المفاعل تبين أنه لم ينجح. لارتباطها بصعوبات معروفة في تنظيم العملية، خاصة فيما يتعلق بمراقبة تقدمها، مع اشتراط دقة تشغيل العديد من الأجهزة، ووجود عدد كبير من الأنابيب ذات الأحجام المختلفة تحت ضغط مرتفع، وما إلى ذلك.

وصلت الوحدة الأولى من محطة Beloyarsk NPP إلى طاقتها التصميمية الكاملة، وذلك بسبب السعة المركبة الصغيرة نسبيًا للوحدة (100 ميجاوات)، وتعقيد قنواتها التكنولوجية، وبالتالي التكلفة العالية، تكلفة 1 كيلووات ساعة من الكهرباء تبين أنها أعلى بكثير من تلك الموجودة في المحطات الحرارية في جبال الأورال.

تم بناء الوحدة الثانية من محطة Beloyarsk NPP مع مفاعل AMB-200 بشكل أسرع، دون ضغط كبير في العمل، حيث كان فريق البناء والتركيب جاهزًا بالفعل. تم تحسين تركيب المفاعل بشكل ملحوظ. وكان يحتوي على دائرة تبريد أحادية الدائرة، مما أدى إلى تبسيط التصميم التكنولوجي لمحطة الطاقة النووية بأكملها. تمامًا كما هو الحال في وحدة الطاقة الأولى، فإن الميزة الرئيسية لمفاعل AMB-200 هي توصيل البخار عالي المعلمة مباشرة إلى التوربين. في 31 ديسمبر 1967، تم توصيل وحدة الطاقة رقم 2 بالشبكة، مما أدى إلى الانتهاء من بناء المرحلة الأولى من المحطة.

كان جزء كبير من تاريخ تشغيل المرحلة الأولى من BNPP مليئًا بالرومانسية والدراما المميزة لكل ما هو جديد. كان هذا صحيحًا بشكل خاص خلال فترة تطوير الكتلة. كان من المعتقد أنه لا ينبغي أن تكون هناك مشاكل في هذا - فقد كانت هناك نماذج أولية من مفاعل AM "الأول في العالم" للمفاعلات الصناعية لإنتاج البلوتونيوم، والتي تعتمد عليها المفاهيم الأساسية والتقنيات وحلول التصميم وأنواع عديدة من المعدات والأنظمة، و حتى أن جزءًا كبيرًا من الأنظمة التكنولوجية تم اختباره. ومع ذلك، اتضح أن الفرق بين محطة الطاقة النووية الصناعية وأسلافها كبير جدًا وفريد ​​من نوعه، مما أدى إلى ظهور مشاكل جديدة لم تكن معروفة من قبل.

وكان أكبرها وأكثرها وضوحًا هو الموثوقية غير المرضية لقنوات التبخر والتسخين الزائد. بعد فترة قصيرة من تشغيلها، ظهر انخفاض ضغط الغاز في عناصر الوقود أو تسرب سائل التبريد مع عواقب غير مقبولة على بناء المفاعلات الجرافيتية، وأنماط التشغيل والإصلاح التكنولوجية، والتعرض للإشعاع على الموظفين والبيئة. وفقا للشرائع العلمية ومعايير الحساب في ذلك الوقت، لا ينبغي أن يحدث هذا. أجبرتنا الدراسات المتعمقة لهذه الظاهرة الجديدة على إعادة النظر في الأفكار الراسخة حول القوانين الأساسية لغليان الماء في الأنابيب، لأنه حتى مع كثافة تدفق الحرارة المنخفضة، نشأ نوع غير معروف سابقًا من أزمة نقل الحرارة، والذي تم اكتشافه في عام 1979 بواسطة V. E. Doroshchuk (VTI) وأطلق عليها فيما بعد "أزمة نقل الحرارة من النوع الثاني".

في عام 1968، تم اتخاذ قرار ببناء وحدة طاقة ثالثة بمفاعل نيوتروني سريع في محطة الطاقة النووية بيلويارسك - بي إن-600. تم الإشراف العلمي على إنشاء BN-600 من قبل معهد الفيزياء وهندسة الطاقة، وتم تنفيذ تصميم محطة المفاعل من قبل مكتب تصميم الهندسة الميكانيكية التجريبية، وتم تنفيذ التصميم العام للوحدة من قبل فرع لينينغراد من Atomelectroproekt. تم بناء الكتلة من قبل المقاول العام - Uralenergostroy Trust.

عند تصميمه، تم أخذ الخبرة التشغيلية لمفاعلات BN-350 في شيفتشينكو ومفاعل BOR-60 بعين الاعتبار. بالنسبة إلى BN-600، تم اعتماد تخطيط متكامل أكثر اقتصادا ونجاحا من الناحية الهيكلية للدائرة الأولية، والذي بموجبه يقع قلب المفاعل والمضخات والمبادلات الحرارية الوسيطة في غلاف واحد. تم تركيب وعاء المفاعل، الذي يبلغ قطره 12.8 مترًا وارتفاعه 12.5 مترًا، على دعامات أسطوانية مثبتة على اللوحة الأساسية لعمود المفاعل. وبلغت كتلة المفاعل المجمع 3900 طن، وتجاوزت كمية الصوديوم الإجمالية في المنشأة 1900 طن. تم إجراء الحماية البيولوجية من خلال شاشات أسطوانية فولاذية وفراغات فولاذية وأنابيب مع حشو الجرافيت.

تبين أن متطلبات الجودة لأعمال التركيب واللحام لجهاز BN-600 أعلى بكثير من تلك التي تم تحقيقها سابقًا، وكان على فريق التثبيت إعادة تدريب الموظفين بشكل عاجل وإتقان التقنيات الجديدة. لذلك في عام 1972، عند تجميع وعاء مفاعل من الفولاذ الأوستنيتي، تم استخدام البيتاترون لأول مرة للتحكم في نقل اللحامات الكبيرة.

بالإضافة إلى ذلك، أثناء تركيب الأجهزة الداخلية للمفاعل BN-600، تم فرض متطلبات خاصة للنظافة، وتم تسجيل جميع الأجزاء التي يتم إدخالها وإزالتها من المساحة داخل المفاعل. كان هذا بسبب استحالة شطف المفاعل وخطوط الأنابيب بمبرد الصوديوم.

لعب نيكولاي مورافيوف، الذي تمكن من دعوته للعمل من نيجني نوفغورود، حيث كان يعمل سابقًا في مكتب التصميم، دورًا رئيسيًا في تطوير تكنولوجيا تركيب المفاعلات. لقد كان أحد مطوري مشروع مفاعل BN-600، وبحلول ذلك الوقت كان قد تقاعد بالفعل.

وأنهى فريق التثبيت بنجاح المهام الموكلة إليه وهي تركيب وحدة النيوترونات السريعة. أظهر ملء المفاعل بالصوديوم أنه تم الحفاظ على نقاء الدائرة أعلى من المطلوب، حيث تبين أن نقطة صب الصوديوم، التي تعتمد في المعدن السائل على وجود ملوثات وأكاسيد أجنبية، أقل من تلك التي تم تحقيقها خلال تركيب مفاعلات BN-350 وBOR-60 في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ومحطات الطاقة النووية "فينيكس" في فرنسا.

يعتمد نجاح فرق التركيب في بناء محطة Beloyarsk NPP إلى حد كبير على المديرين. في البداية كان بافيل ريابوخا، ثم جاء الشاب النشيط فلاديمير نيفسكي، ثم تم استبداله بفازجين كازاروف. لقد فعل V. Nevsky الكثير لتشكيل فريق من التركيبات. وفي عام 1963، تم تعيينه مديرًا لمحطة بيلويارسك للطاقة النووية، ثم ترأس لاحقًا شركة جلافاتومينيرغو، حيث عمل جاهدًا على تطوير صناعة الطاقة النووية في البلاد.

أخيرًا، في 8 أبريل 1980، تم بدء تشغيل وحدة الطاقة رقم 3 في محطة بيلويارسك للطاقة النووية باستخدام مفاعل النيوترونات السريع BN-600. بعض خصائص تصميم BN-600:

• الطاقة الكهربائية – 600 ميغاواط؛
• الطاقة الحرارية – 1470 ميجاوات؛
• درجة حرارة البخار – 505 درجة مئوية؛
• ضغط البخار – 13.7 ميجا باسكال؛
• إجمالي الكفاءة الديناميكية الحرارية – 40.59%.

يجب إيلاء اهتمام خاص لتجربة التعامل مع الصوديوم كمبرد. يتمتع بخصائص فيزيائية حرارية جيدة وخصائص فيزيائية نووية مرضية، وهو متوافق جيدًا مع الفولاذ المقاوم للصدأ واليورانيوم وثاني أكسيد البلوتونيوم. وأخيرا، فهي ليست نادرة وغير مكلفة نسبيا. ومع ذلك، فهو نشط كيميائيًا للغاية، ولهذا السبب يتطلب استخدامه حل مشكلتين خطيرتين على الأقل: تقليل احتمالية تسرب الصوديوم من دوائر الدوران والتسربات بين الدوائر في مولدات البخار وضمان تحديد الموقع الفعال وإنهاء احتراق الصوديوم في حالة حدوث ذلك. من تسرب.

تم حل المهمة الأولى بنجاح كبير بشكل عام في مرحلة تطوير مشاريع المعدات وخطوط الأنابيب. تبين أن التصميم المتكامل للمفاعل كان ناجحًا للغاية، حيث تم "إخفاء" جميع المعدات وخطوط الأنابيب الرئيسية للدائرة الأولى التي تحتوي على الصوديوم المشع داخل وعاء المفاعل، وبالتالي لم يكن تسربها، من حيث المبدأ، ممكنًا إلا من خلال عدد قليل من الأنظمة المساعدة.

وعلى الرغم من أن BN-600 هي اليوم أكبر وحدة طاقة تحتوي على مفاعل نيوتروني سريع في العالم، إلا أن محطة Beloyarsk NPP ليست واحدة من محطات الطاقة النووية ذات القدرة المركبة الكبيرة. يتم تحديد اختلافاتها ومزاياها من خلال حداثة الإنتاج وتفرده وأهدافه وتقنياته ومعداته. كانت جميع منشآت مفاعل BelNPP مخصصة للتأكيد الصناعي التجريبي أو رفض الأفكار والحلول التقنية التي وضعها المصممون والبناؤون، وأبحاث الأنظمة التكنولوجية، والمواد الهيكلية، وعناصر الوقود، وأنظمة التحكم والحماية.

جميع وحدات الطاقة الثلاث ليس لها نظائرها المباشرة سواء في بلدنا أو في الخارج. لقد جسدوا العديد من الأفكار للتطوير المستقبلي للطاقة النووية:

• تم بناء وتشغيل وحدات الطاقة بمفاعلات المياه والجرافيت ذات القنوات الصناعية؛
• تم استخدام وحدات توربينية تسلسلية ذات معلمات عالية مع كفاءة دورة الطاقة الحرارية من 36 إلى 42%، وهو ما لا تمتلكه أي محطة للطاقة النووية في العالم؛
• تم استخدام مجموعات الوقود، والتي يستبعد تصميمها إمكانية دخول نشاط التجزئة إلى المبرد حتى عند تدمير قضبان الوقود؛
• يتم استخدام الفولاذ الكربوني في الدائرة الأولية لمفاعل الوحدة الثانية؛
• لقد تم إتقان تكنولوجيا استخدام ومعالجة مبرد المعدن السائل إلى حد كبير؛

كانت محطة Beloyarsk NPP أول محطة للطاقة النووية في روسيا تواجه عمليًا الحاجة إلى حل مشكلة إيقاف تشغيل محطات المفاعلات المستهلكة. إن تطوير مجال النشاط هذا، وهو أمر وثيق الصلة بصناعة الطاقة النووية بأكملها، كان له فترة حضانة طويلة بسبب عدم وجود قاعدة وثائق تنظيمية وتنظيمية ومسألة الدعم المالي التي لم يتم حلها.

تتكون فترة تشغيل محطة Beloyarsk NPP التي تزيد عن 50 عامًا من ثلاث مراحل متميزة إلى حد ما، وكان لكل منها مجالات نشاطها الخاصة، وصعوبات محددة في تنفيذها، ونجاحاتها وخيبات الأمل.

ارتبطت المرحلة الأولى (من عام 1964 إلى منتصف السبعينيات) تمامًا بإطلاق وتطوير وتحقيق مستوى تصميم قوة وحدات طاقة المرحلة الأولى، والكثير من أعمال إعادة الإعمار وحل المشكلات المرتبطة بالتصميمات غير الكاملة للوحدات، الأنظمة التكنولوجية وضمان التشغيل المستدام لقنوات الوقود. كل هذا يتطلب جهودا جسدية وفكرية ضخمة من موظفي المحطة، والتي، لسوء الحظ، لم تتوج بالثقة في صحة وآفاق اختيار مفاعلات اليورانيوم والجرافيت مع البخار النووي المسخن لمواصلة تطوير الطاقة النووية. ومع ذلك، فإن الجزء الأكثر أهمية من الخبرة التشغيلية المتراكمة للمرحلة الأولى قد أخذ في الاعتبار من قبل المصممين والمصممين عند إنشاء مفاعلات اليورانيوم والجرافيت من الجيل التالي.

ارتبطت بداية السبعينيات باختيار اتجاه جديد لمواصلة تطوير الطاقة النووية في البلاد - محطات مفاعل النيوترونات السريعة مع احتمال لاحق لبناء عدة وحدات طاقة بمفاعلات مولدة تستخدم وقود اليورانيوم والبلوتونيوم المختلط. عند تحديد موقع بناء أول وحدة صناعية تجريبية باستخدام النيوترونات السريعة، وقع الاختيار على محطة الطاقة النووية في بيلويارسك. وقد تأثر هذا الاختيار بشكل كبير بالاعتراف بقدرة فرق البناء والقائمين بالتركيب وموظفي المصنع على بناء وحدة الطاقة الفريدة هذه بشكل صحيح وبالتالي ضمان تشغيلها الموثوق.

يمثل هذا القرار المرحلة الثانية في تطوير محطة بيلويارسك للطاقة النووية، والتي اكتملت في معظمها بقرار لجنة الدولة بقبول البناء المكتمل لوحدة الطاقة بمفاعل بي إن-600 بتصنيف "ممتاز"، نادرا ما تستخدم في الممارسة العملية.

وقد عُهد بالتأكد من جودة العمل في هذه المرحلة إلى أفضل المتخصصين من مقاولي البناء والتركيب والعاملين في المحطة. اكتسب موظفو المصنع خبرة واسعة في إنشاء وإتقان معدات محطات الطاقة النووية، والتي تم استخدامها بشكل فعال ومثمر أثناء أعمال التشغيل في محطتي تشيرنوبيل وكورسك للطاقة النووية. وتجدر الإشارة بشكل خاص إلى محطة بيليبينو للطاقة النووية، حيث، بالإضافة إلى أعمال التكليف، تم إجراء تحليل متعمق للمشروع، والذي تم على أساسه إجراء عدد من التحسينات المهمة.

ومع تشغيل الكتلة الثالثة، بدأت المرحلة الثالثة من إنشاء المحطة، والتي تستمر منذ أكثر من 35 عاماً. كانت أهداف هذه المرحلة هي تحقيق معايير تصميم الوحدة، والتأكيد عمليًا على جدوى حلول التصميم واكتساب خبرة تشغيلية للنظر فيها لاحقًا في تصميم وحدة تسلسلية بمفاعل مولد. وقد تم الآن تحقيق كل هذه الأهداف بنجاح.

تم تأكيد مفاهيم السلامة المنصوص عليها في تصميم الوحدة بشكل عام. ونظرًا لأن نقطة غليان الصوديوم أعلى بحوالي 300 درجة مئوية من درجة حرارة التشغيل، فإن مفاعل BN-600 يعمل تقريبًا بدون ضغط في وعاء المفاعل، والذي يمكن تصنيعه من الفولاذ عالي اللدونة. هذا يلغي عمليا إمكانية التطور السريع للشقوق. ونظام ثلاثي الدوائر لنقل الحرارة من قلب المفاعل مع زيادة الضغط في كل دائرة لاحقة يلغي تمامًا إمكانية دخول الصوديوم المشع من الدائرة الأولى إلى الدائرة الثانية (غير المشعة)، وحتى أكثر من ذلك في الدائرة الثانية الدائرة الثالثة بخار الماء.

تأكيد المستوى العالي من الأمان والموثوقية الذي تم تحقيقه لـ BN-600 هو تحليل السلامة الذي تم إجراؤه بعد الحادث الذي وقع في محطة تشيرنوبيل للطاقة النووية، والذي لم يكشف عن الحاجة إلى أي تحسينات فنية عاجلة. تُظهر الإحصائيات المتعلقة بتفعيل الحماية في حالات الطوارئ، وإيقاف التشغيل في حالات الطوارئ، والتخفيضات غير المخطط لها في طاقة التشغيل وغيرها من حالات الفشل، أن مفاعل BN-6OO يعد على الأقل من بين 25٪ من أفضل الوحدات النووية في العالم.

وفقًا لنتائج المسابقة السنوية لـ Beloyarsk NPP في الأعوام 1994 و 1995 و 1997 و 2001. حصل على لقب "أفضل محطة طاقة نووية في روسيا".

وحدة الطاقة رقم 4 بمفاعل النيوترون السريع BN-800 في مرحلة ما قبل التشغيل. تم الوصول بوحدة الطاقة الرابعة الجديدة بمفاعل BN-800 بقدرة 880 ميجاوات إلى الحد الأدنى لمستوى الطاقة الخاضع للرقابة في 27 يونيو 2014. تم تصميم وحدة الطاقة لتوسيع قاعدة الوقود للطاقة النووية بشكل كبير وتقليل النفايات المشعة من خلال تنظيم دورة وقود نووي مغلقة.

يتم النظر في إمكانية توسيع محطة Beloyarsk NPP بوحدة الطاقة رقم 5 بمفاعل سريع بسعة 1200 ميجاوات - وحدة الطاقة التجارية الرئيسية للبناء التسلسلي.