तेज़ न्यूट्रॉन के लिए रिकॉर्ड धारक। तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टर मानवता की आशा हैं

न्यूट्रॉन?

न्यूट्रॉन ऐसे कण हैं जो प्रोटॉन के साथ-साथ अधिकांश परमाणु नाभिक का हिस्सा होते हैं। परमाणु विखंडन प्रतिक्रिया के दौरान, यूरेनियम नाभिक दो भागों में विभाजित हो जाता है और इसके अलावा कई न्यूट्रॉन उत्सर्जित करता है। वे अन्य परमाणुओं में प्रवेश कर सकते हैं और एक या अधिक विखंडन प्रतिक्रियाओं को ट्रिगर कर सकते हैं। यदि यूरेनियम नाभिक के क्षय के दौरान छोड़ा गया प्रत्येक न्यूट्रॉन पड़ोसी परमाणुओं से टकराता है, तो अधिक से अधिक ऊर्जा की रिहाई के साथ प्रतिक्रियाओं की एक हिमस्खलन जैसी श्रृंखला शुरू हो जाएगी। यदि कोई निवारक नहीं हैं, तो परमाणु विस्फोट होगा।

लेकिन में परमाणु भट्टीकुछ न्यूट्रॉन या तो बाहर आ जाते हैं या विशेष अवशोषक द्वारा अवशोषित कर लिए जाते हैं। इसलिए, विखंडन प्रतिक्रियाओं की संख्या हर समय समान रहती है, बिल्कुल वही जो ऊर्जा प्राप्त करने के लिए आवश्यक है। रेडियोधर्मी क्षय प्रतिक्रिया से ऊर्जा गर्मी पैदा करती है, जिसका उपयोग बिजली संयंत्र की टरबाइन को चलाने के लिए भाप उत्पन्न करने के लिए किया जाता है।

परमाणु प्रतिक्रिया को स्थिर रखने वाले न्यूट्रॉन में अलग-अलग ऊर्जा हो सकती है। ऊर्जा के आधार पर, उन्हें थर्मल या तेज़ कहा जाता है (ठंडे भी होते हैं, लेकिन वे परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए उपयुक्त नहीं होते हैं)। दुनिया में अधिकांश रिएक्टर थर्मल न्यूट्रॉन के उपयोग पर आधारित हैं, लेकिन बेलोयार्स्क एनपीपी में एक तेज़ रिएक्टर है। क्यों?

फायदे क्या हैं?

एक तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टर में, पारंपरिक रिएक्टरों की तरह, न्यूट्रॉन ऊर्जा का एक हिस्सा परमाणु ईंधन के मुख्य घटक, यूरेनियम-235 की विखंडन प्रतिक्रिया को बनाए रखने के लिए जाता है। और ऊर्जा का कुछ भाग यूरेनियम-238 या थोरियम-232 से बने शेल द्वारा अवशोषित किया जाता है। ये तत्व पारंपरिक रिएक्टरों के लिए बेकार हैं। जब न्यूट्रॉन अपने नाभिक से टकराते हैं, तो वे परमाणु ऊर्जा में ईंधन के रूप में उपयोग के लिए उपयुक्त आइसोटोप में बदल जाते हैं: प्लूटोनियम-239 या यूरेनियम-233।

संवर्धित यूरेनियम. खर्च किए गए परमाणु ईंधन के विपरीत, यूरेनियम लगभग इतना रेडियोधर्मी नहीं है कि इसे केवल रोबोट द्वारा नियंत्रित किया जाना चाहिए। आप इसे मोटे दस्ताने पहनकर अपने हाथों से भी थोड़ी देर के लिए पकड़ सकते हैं। फोटो: अमेरिकी ऊर्जा विभाग

इस प्रकार, तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टरों का उपयोग न केवल शहरों और कारखानों को ऊर्जा की आपूर्ति करने के लिए किया जा सकता है, बल्कि अपेक्षाकृत सस्ते कच्चे माल से नए परमाणु ईंधन का उत्पादन करने के लिए भी किया जा सकता है। निम्नलिखित तथ्य आर्थिक लाभ के पक्ष में बोलते हैं: अयस्क से गलाए गए एक किलोग्राम यूरेनियम की कीमत लगभग पचास डॉलर है, इसमें केवल दो ग्राम यूरेनियम -235 होता है, और बाकी यूरेनियम -238 होता है।

हालाँकि, दुनिया में तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टरों का व्यावहारिक रूप से उपयोग नहीं किया जाता है। बीएन-600 को अद्वितीय माना जा सकता है। न तो जापानी मोंजू, न ही फ्रेंच फीनिक्स, न ही संयुक्त राज्य अमेरिका और ग्रेट ब्रिटेन में कई प्रायोगिक रिएक्टर वर्तमान में काम कर रहे हैं: थर्मल न्यूट्रॉन रिएक्टरों का निर्माण और संचालन आसान हो गया है। परमाणु ईंधन उत्पादन के साथ ऊर्जा उत्पादन को संयोजित करने वाले रिएक्टरों के रास्ते में कई बाधाएँ हैं। और 35 वर्षों तक इसके सफल संचालन को देखते हुए, बीएन-600 के डिजाइनर कम से कम कुछ बाधाओं को पार करने में सक्षम थे।

समस्या क्या है?

सोडियम में. किसी भी परमाणु रिएक्टर में कई घटक और तत्व होने चाहिए: परमाणु ईंधन के साथ ईंधन संयोजन, परमाणु प्रतिक्रिया को नियंत्रित करने के लिए तत्व, और एक शीतलक जो डिवाइस में उत्पन्न गर्मी को अवशोषित करता है। इन घटकों का डिज़ाइन, ईंधन और शीतलक की संरचना भिन्न हो सकती है, लेकिन उनके बिना रिएक्टर परिभाषा के अनुसार असंभव है।

एक तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टर में, शीतलक के रूप में एक ऐसी सामग्री का उपयोग करना आवश्यक होता है जो न्यूट्रॉन को बरकरार नहीं रखती है, अन्यथा वे तेज़ से धीमी, थर्मल में बदल जाएंगे। सुबह में परमाणु ऊर्जाडिजाइनरों ने पारे का उपयोग करने की कोशिश की, लेकिन इसने रिएक्टर के अंदर के पाइपों को भंग कर दिया और रिसाव शुरू हो गया। गर्म जहरीली धातु, जो विकिरण के प्रभाव में रेडियोधर्मी भी हो गई, ने इतनी परेशानी पैदा की कि पारा रिएक्टर परियोजना को तुरंत छोड़ दिया गया।

सोडियम के टुकड़े आमतौर पर मिट्टी के तेल की एक परत के नीचे जमा किये जाते हैं। यद्यपि यह तरल ज्वलनशील है, यह सोडियम के साथ प्रतिक्रिया नहीं करता है और हवा से जल वाष्प नहीं छोड़ता है। फोटो: सुपरप्लस/विकिपीडिया

बीएन-600 तरल सोडियम का उपयोग करता है। पहली नज़र में, सोडियम पारे से थोड़ा बेहतर है: यह रासायनिक रूप से बेहद सक्रिय है, पानी के साथ हिंसक प्रतिक्रिया करता है (दूसरे शब्दों में, पानी में फेंकने पर यह फट जाता है) और कंक्रीट में मौजूद पदार्थों के साथ भी प्रतिक्रिया करता है। हालाँकि, यह न्यूट्रॉन के साथ हस्तक्षेप नहीं करता है, और निर्माण कार्य के उचित स्तर और उसके बाद के रखरखाव के साथ, रिसाव का जोखिम उतना बड़ा नहीं है। इसके अलावा, जल वाष्प के विपरीत, सोडियम को सामान्य दबाव पर पंप किया जा सकता है। सैकड़ों वायुमंडल के दबाव में टूटी हुई भाप लाइन से भाप का एक जेट धातु को काटता है, इसलिए इस अर्थ में सोडियम अधिक सुरक्षित है। जहां तक ​​रासायनिक गतिविधि की बात है तो इसका उपयोग अच्छे कार्यों के लिए भी किया जा सकता है। किसी दुर्घटना की स्थिति में सोडियम न केवल कंक्रीट के साथ, बल्कि कंक्रीट के साथ भी प्रतिक्रिया करता है रेडियोधर्मी आयोडीन. सोडियम आयोडाइड अब परमाणु ऊर्जा संयंत्र की इमारत से बाहर नहीं निकलता है, जबकि फुकुशिमा में परमाणु ऊर्जा संयंत्र में दुर्घटना के दौरान उत्सर्जन का लगभग आधा हिस्सा गैसीय आयोडीन था।

तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टर विकसित करने वाले सोवियत इंजीनियरों ने पहले प्रायोगिक BR-2 (पारा के साथ वही असफल रिएक्टर) बनाया, और फिर पारा के बजाय सोडियम के साथ प्रायोगिक BR-5 और BOR-60 का निर्माण किया। उनसे प्राप्त आंकड़ों ने पहले औद्योगिक "तेज" रिएक्टर बीएन-350 को डिजाइन करना संभव बना दिया, जिसका उपयोग एक अद्वितीय परमाणु रसायन और ऊर्जा संयंत्र में किया गया था - एक समुद्री जल अलवणीकरण संयंत्र के साथ संयुक्त परमाणु ऊर्जा संयंत्र। बेलोयार्स्क एनपीपी में, बीएन प्रकार का दूसरा रिएक्टर - "फास्ट, सोडियम" - बनाया गया था।

बीएन-600 के लॉन्च होने के समय तक प्राप्त अनुभव के बावजूद, पहले वर्ष तरल सोडियम रिसाव की एक श्रृंखला के कारण खराब हो गए थे। इनमें से किसी भी घटना ने आबादी के लिए विकिरण का खतरा पैदा नहीं किया या संयंत्र कर्मियों के गंभीर जोखिम का कारण नहीं बना, और 1990 के दशक की शुरुआत से, सोडियम रिसाव पूरी तरह से बंद हो गया है। इसे वैश्विक संदर्भ में कहें तो, जापान के मोनजू को 1995 में तरल सोडियम के गंभीर रिसाव का सामना करना पड़ा, जिसके कारण आग लग गई और संयंत्र 15 वर्षों के लिए बंद हो गया। केवल सोवियत डिजाइनर ही तेज न्यूट्रॉन रिएक्टर के विचार को प्रायोगिक उपकरण के बजाय एक औद्योगिक उपकरण में बदलने में सफल रहे, जिनके अनुभव ने रूसी परमाणु वैज्ञानिकों को अगली पीढ़ी के रिएक्टर - बीएन-800 को विकसित करने और बनाने की अनुमति दी।

बीएन-800 पहले ही बनाया जा चुका है। 27 जून 2014 को, रिएक्टर ने न्यूनतम बिजली पर काम करना शुरू कर दिया, और 2015 में बिजली शुरू होने की उम्मीद है। चूंकि परमाणु रिएक्टर शुरू करना एक बहुत ही जटिल प्रक्रिया है, विशेषज्ञ भौतिक स्टार्ट-अप (आत्मनिर्भर श्रृंखला प्रतिक्रिया की शुरुआत) और ऊर्जा स्टार्ट-अप को अलग करते हैं, जिसके दौरान बिजली इकाई पहले मेगावाट बिजली की आपूर्ति शुरू करती है। संजाल।

बेलोयार्स्क एनपीपी, नियंत्रण कक्ष। फोटो आधिकारिक वेबसाइट से: http://www.belnpp.rosenergoatom.ru

बीएन-800 में, डिजाइनरों ने कई महत्वपूर्ण सुधार लागू किए, जिनमें, उदाहरण के लिए, रिएक्टर के लिए एक आपातकालीन वायु शीतलन प्रणाली शामिल है। डेवलपर्स का कहना है कि इसका लाभ ऊर्जा स्रोतों से स्वतंत्रता है। यदि, फुकुशिमा की तरह, परमाणु ऊर्जा संयंत्र में बिजली गायब हो जाती है, तो शीतलन रिएक्टर का प्रवाह अभी भी गायब नहीं होगा - परिसंचरण बनाए रखा जाएगा सहज रूप में, संवहन के कारण गर्म हवा का बढ़ना। और यदि कोर अचानक पिघल जाए, तो रेडियोधर्मी पिघल बाहर नहीं, बल्कि एक विशेष जाल में चला जाएगा। अंत में, ओवरहीटिंग के खिलाफ सुरक्षा सोडियम की एक बड़ी आपूर्ति है, जो किसी दुर्घटना की स्थिति में उत्पन्न गर्मी को अवशोषित कर सकती है, भले ही सभी शीतलन प्रणाली पूरी तरह से विफल हो जाएं।

बीएन-800 के बाद, इससे भी अधिक शक्ति वाला बीएन-1200 रिएक्टर बनाने की योजना है। डेवलपर्स को उम्मीद है कि उनके दिमाग की उपज एक सीरियल रिएक्टर बन जाएगी और इसका उपयोग न केवल बेलोयार्स्क एनपीपी में, बल्कि अन्य स्टेशनों पर भी किया जाएगा। हालाँकि, ये अभी केवल तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टरों में बड़े पैमाने पर संक्रमण की योजनाएँ हैं, कई समस्याओं को अभी भी हल करने की आवश्यकता है।

बेलोयार्स्क एनपीपी, एक नई बिजली इकाई का निर्माण स्थल। फोटो आधिकारिक वेबसाइट से: http://www.belnpp.rosenergoatom.ru

समस्या क्या है?

ईंधन के अर्थशास्त्र और पारिस्थितिकी में। फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर समृद्ध यूरेनियम ऑक्साइड और प्लूटोनियम ऑक्साइड के मिश्रण पर काम करते हैं - यह तथाकथित मोक्स ईंधन है। सैद्धांतिक रूप से, यह पारंपरिक ईंधन से सस्ता हो सकता है क्योंकि यह सस्ते यूरेनियम -238 से प्लूटोनियम या यूरेनियम -233 या अन्य रिएक्टरों में विकिरणित थोरियम का उपयोग करता है, लेकिन अभी तक मोक्स ईंधन पारंपरिक ईंधन की कीमत से कम है। यह एक प्रकार का दुष्चक्र बन गया है जिसे तोड़ना इतना आसान नहीं है: रिएक्टरों के निर्माण, रिएक्टर में विकिरणित सामग्री से प्लूटोनियम और यूरेनियम के निष्कर्षण की तकनीक को ठीक करना और नियंत्रण सुनिश्चित करना आवश्यक है। उच्च स्तरीय सामग्रियों का अप्रसार। कुछ पारिस्थितिकीविज्ञानी, उदाहरण के लिए गैर-लाभकारी केंद्र बेलोना के प्रतिनिधि, विकिरणित सामग्री के प्रसंस्करण के दौरान उत्पन्न होने वाले कचरे की बड़ी मात्रा की ओर इशारा करते हैं, क्योंकि एक तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टर में मूल्यवान आइसोटोप के साथ, रेडियोन्यूक्लाइड की एक महत्वपूर्ण मात्रा बनती है कहीं दफनाने की जरूरत है.

दूसरे शब्दों में, एक तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टर का सफल संचालन भी अपने आप में परमाणु ऊर्जा में क्रांति की गारंटी नहीं देता है। यूरेनियम-235 के सीमित भंडार से कहीं अधिक सुलभ यूरेनियम-238 और थोरियम-232 की ओर बढ़ने के लिए यह एक आवश्यक, लेकिन पर्याप्त शर्त नहीं है। परमाणु ईंधन पुनर्प्रसंस्करण और परमाणु अपशिष्ट निपटान की प्रक्रियाओं में शामिल प्रौद्योगिकीविद् अपने कार्यों का सामना करने में सक्षम होंगे या नहीं यह एक अलग कहानी का विषय है।

अपने वादे के कारण परमाणु ऊर्जा पर हमेशा अधिक ध्यान दिया गया है। दुनिया में, लगभग बीस प्रतिशत बिजली परमाणु रिएक्टरों का उपयोग करके प्राप्त की जाती है, और विकसित देशों में परमाणु ऊर्जा के उत्पाद का यह आंकड़ा और भी अधिक है - सभी बिजली के एक तिहाई से अधिक। हालाँकि, मुख्य प्रकार के रिएक्टर थर्मल वाले ही रहते हैं, जैसे LWR और VVER। वैज्ञानिकों का मानना ​​है कि निकट भविष्य में इन रिएक्टरों की मुख्य समस्याओं में से एक विखंडन श्रृंखला प्रतिक्रिया को अंजाम देने के लिए आवश्यक प्राकृतिक ईंधन, यूरेनियम और इसके आइसोटोप 238 की कमी होगी। थर्मल रिएक्टरों के लिए इस प्राकृतिक ईंधन सामग्री के संसाधनों की संभावित कमी के आधार पर, परमाणु ऊर्जा के विकास पर प्रतिबंध लगाए गए हैं। तेज़ न्यूट्रॉन का उपयोग करने वाले परमाणु रिएक्टरों का उपयोग, जिसमें ईंधन प्रजनन संभव है, अधिक आशाजनक माना जाता है।

विकास का इतिहास

सदी की शुरुआत में रूसी संघ के परमाणु उद्योग मंत्रालय के कार्यक्रम के आधार पर, परमाणु ऊर्जा परिसरों, एक नए प्रकार के आधुनिक परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के सुरक्षित संचालन को बनाने और सुनिश्चित करने के लिए कार्य निर्धारित किए गए थे। इन सुविधाओं में से एक बेलोयार्स्क परमाणु ऊर्जा संयंत्र था, जो स्वेर्दलोव्स्क (एकाटेरिनबर्ग) के पास 50 किलोमीटर की दूरी पर स्थित था। इसे बनाने का निर्णय 1957 में किया गया था, और 1964 में पहली इकाई को परिचालन में लाया गया था।

इसके दो ब्लॉक थर्मल परमाणु रिएक्टर संचालित करते थे, जिनके संसाधन पिछली शताब्दी के 80-90 के दशक तक समाप्त हो गए थे। तीसरे ब्लॉक में दुनिया में पहली बार बीएन-600 फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर का परीक्षण किया गया। उनके काम के दौरान, डेवलपर्स द्वारा नियोजित परिणाम प्राप्त हुए। प्रक्रिया की सुरक्षा भी उत्कृष्ट थी. परियोजना अवधि के दौरान, जो 2010 में समाप्त हुई, कोई गंभीर उल्लंघन या विचलन नहीं हुआ। इसका अंतिम कार्यकाल 2025 तक समाप्त हो रहा है। यह पहले से ही कहा जा सकता है कि तेज़ न्यूट्रॉन परमाणु रिएक्टरों, जिनमें बीएन-600 और इसके उत्तराधिकारी, बीएन-800 शामिल हैं, का भविष्य बहुत अच्छा है।

नए बीएन-800 का लॉन्च

ओकेबीएम वैज्ञानिक गोर्की (वर्तमान निज़नी नोवगोरोड) के अफ़्रीकांतोव ने 1983 में बेलोयार्स्क एनपीपी की चौथी बिजली इकाई के लिए एक परियोजना तैयार की। 1987 में चेरनोबिल में हुई दुर्घटना और 1993 में नए सुरक्षा मानकों के लागू होने के कारण काम रोक दिया गया और प्रक्षेपण अनिश्चित काल के लिए स्थगित कर दिया गया। केवल 1997 में, गोसाटोम्नाडज़ोर से 880 मेगावाट की क्षमता वाले बीएन-800 रिएक्टर के साथ यूनिट नंबर 4 के निर्माण के लिए लाइसेंस प्राप्त करने के बाद, प्रक्रिया फिर से शुरू हुई।

25 दिसंबर 2013 को, शीतलक के आगे प्रवेश के लिए रिएक्टर को गर्म करना शुरू हुआ। चौदहवें जून में, योजना के अनुसार, न्यूनतम श्रृंखला प्रतिक्रिया करने के लिए पर्याप्त द्रव्यमान घटित हुआ। फिर चीजें रुक गईं. यूनिट 3 में प्रयुक्त ईंधन के समान, यूरेनियम और प्लूटोनियम के विखंडनीय ऑक्साइड से बना एमओएक्स ईंधन तैयार नहीं था। यह वही है जो डेवलपर्स नए रिएक्टर में उपयोग करना चाहते थे। मुझे गठबंधन करना पड़ा और नए विकल्प तलाशने पड़े। परिणामस्वरूप, बिजली इकाई के प्रक्षेपण को स्थगित न करने के लिए, उन्होंने असेंबली के हिस्से में यूरेनियम ईंधन का उपयोग करने का निर्णय लिया। बीएन-800 परमाणु रिएक्टर और यूनिट नंबर 4 का प्रक्षेपण 10 दिसंबर 2015 को हुआ।

प्रक्रिया विवरण

तेज़ न्यूट्रॉन वाले रिएक्टर में ऑपरेशन के दौरान, विखंडन प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप द्वितीयक तत्व बनते हैं, जो यूरेनियम द्रव्यमान द्वारा अवशोषित होने पर, नव निर्मित परमाणु सामग्री प्लूटोनियम -239 बनाते हैं, जो आगे विखंडन की प्रक्रिया को जारी रखने में सक्षम होते हैं। इस प्रतिक्रिया का मुख्य लाभ प्लूटोनियम से न्यूट्रॉन का उत्पादन है, जिसका उपयोग परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में परमाणु रिएक्टरों के लिए ईंधन के रूप में किया जाता है। इसकी उपस्थिति यूरेनियम के उत्पादन को कम करना संभव बनाती है, जिसके भंडार सीमित हैं। एक किलोग्राम यूरेनियम-235 से आप एक किलोग्राम से थोड़ा अधिक प्लूटोनियम-239 प्राप्त कर सकते हैं, जिससे ईंधन प्रजनन सुनिश्चित होता है।

परिणामस्वरूप, दुर्लभ यूरेनियम की न्यूनतम खपत और उत्पादन पर कोई प्रतिबंध नहीं होने से परमाणु ऊर्जा इकाइयों में ऊर्जा उत्पादन सैकड़ों गुना बढ़ जाएगा। यह अनुमान लगाया गया है कि इस मामले में, यूरेनियम भंडार कई दसियों शताब्दियों तक मानवता के लिए रहेगा। न्यूनतम यूरेनियम खपत के संदर्भ में संतुलन बनाए रखने के लिए परमाणु ऊर्जा में इष्टतम विकल्प 4 से 1 का अनुपात होगा, जहां प्रत्येक चार थर्मल रिएक्टरों के लिए तेज़ न्यूट्रॉन पर काम करने वाले एक का उपयोग किया जाएगा।

बीएन-800 लक्ष्य

बेलोयार्स्क एनपीपी की बिजली इकाई संख्या 4 में इसके परिचालन जीवन के दौरान, परमाणु रिएक्टर को कुछ कार्य सौंपे गए थे। बीएन-800 रिएक्टर को एमओएक्स ईंधन पर चलना चाहिए। काम की शुरुआत में हुई एक छोटी सी रुकावट ने रचनाकारों की योजनाओं को नहीं बदला। बेलोयार्स्क एनपीपी के निदेशक, श्री सिदोरोव के अनुसार, एमओएक्स ईंधन में पूर्ण परिवर्तन 2019 में किया जाएगा। यदि यह सच हो जाता है, तो स्थानीय फास्ट न्यूट्रॉन परमाणु रिएक्टर पूरी तरह से ऐसे ईंधन से संचालित होने वाला दुनिया का पहला रिएक्टर बन जाएगा। इसे तरल धातु शीतलक के साथ भविष्य के समान तेज रिएक्टरों के लिए एक प्रोटोटाइप बनना चाहिए, जो अधिक उत्पादक और सुरक्षित हो। इसके आधार पर, बीएन-800 परिचालन स्थितियों के तहत नवीन उपकरणों का परीक्षण कर रहा है, नई प्रौद्योगिकियों के सही अनुप्रयोग की जांच कर रहा है जो बिजली इकाई की विश्वसनीयता और दक्षता को प्रभावित करते हैं।

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जाँच कार्य नई प्रणालीईंधन चक्र.

लंबे जीवनकाल वाले रेडियोधर्मी कचरे को जलाने के परीक्षण।

बड़ी मात्रा में संचित हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम का निपटान।

बीएन-800, अपने पूर्ववर्ती बीएन-600 की तरह, रूसी डेवलपर्स के लिए तेज रिएक्टरों के निर्माण और संचालन में अमूल्य अनुभव संचय करने के लिए एक प्रारंभिक बिंदु बनना चाहिए।

तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टर के लाभ

परमाणु ऊर्जा में बीएन-800 और इसी तरह के परमाणु रिएक्टरों के उपयोग की अनुमति है

यूरेनियम संसाधन भंडार के जीवन में उल्लेखनीय वृद्धि होती है, जिससे प्राप्त ऊर्जा की मात्रा में उल्लेखनीय वृद्धि होती है।

रेडियोधर्मी विखंडन उत्पादों के जीवनकाल को न्यूनतम (कई हजार वर्ष से तीन सौ तक) तक कम करने की क्षमता।

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की सुरक्षा बढ़ाएँ। तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टर का उपयोग कोर पिघलने की संभावना को न्यूनतम स्तर तक ले जाने की अनुमति देता है, सुविधा के आत्म-सुरक्षा के स्तर को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ा सकता है, और प्रसंस्करण के दौरान प्लूटोनियम रिलीज को समाप्त कर सकता है। इस प्रकार के रिएक्टरों में सोडियम शीतलक होता है बढ़ा हुआ स्तरसुरक्षा।

17 अगस्त 2016 को, बेलोयार्स्क एनपीपी की बिजली इकाई नंबर 4 100% बिजली संचालन पर पहुंच गई। पिछले साल दिसंबर से, एकीकृत यूराल प्रणाली को तेज़ रिएक्टर से उत्पन्न ऊर्जा प्राप्त हो रही है।

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1955 में दुनिया के पहले परमाणु ऊर्जा संयंत्र के प्रक्षेपण और सफल संचालन के बाद, आई. कुरचटोव की पहल पर, यूराल में एक चैनल-प्रकार के दबावयुक्त जल रिएक्टर के साथ एक औद्योगिक परमाणु ऊर्जा संयंत्र बनाने का निर्णय लिया गया। इस प्रकार के रिएक्टर की विशेषताओं में सीधे कोर में उच्च मापदंडों तक भाप का सुपरहीटिंग शामिल है, जिससे सीरियल टरबाइन उपकरण का उपयोग करने की संभावना खुल गई है।

1958 में, रूस के केंद्र में, यूराल प्रकृति के सबसे सुरम्य कोनों में से एक में, बेलोयार्स्क परमाणु ऊर्जा संयंत्र का निर्माण शुरू हुआ। इंस्टॉलरों के लिए, यह स्टेशन 1957 में शुरू हुआ था, और चूंकि उन दिनों परमाणु ऊर्जा संयंत्रों का विषय बंद था, पत्राचार और जीवन में इसे बेलोयार्स्क राज्य जिला पावर प्लांट कहा जाता था। इस स्टेशन की शुरुआत यूरालेनर्गोमोंटाज़ ट्रस्ट के कर्मचारियों द्वारा की गई थी। उनके प्रयासों से, 1959 में, पानी और भाप पाइपलाइनों (रिएक्टर का 1 सर्किट) के उत्पादन के लिए एक कार्यशाला के साथ एक आधार बनाया गया, ज़ेरेचनी गांव में तीन आवासीय भवन बनाए गए, और मुख्य भवन का निर्माण शुरू हुआ।

1959 में, त्सेंट्रोएनर्जोमोंटाज़ ट्रस्ट के कार्यकर्ता निर्माण स्थल पर उपस्थित हुए और उन्हें रिएक्टर स्थापित करने का काम सौंपा गया। 1959 के अंत में, परमाणु ऊर्जा संयंत्र के निर्माण के लिए साइट को डोरोगोबुज़, स्मोलेंस्क क्षेत्र से स्थानांतरित कर दिया गया था, और स्थापना कार्य का नेतृत्व बेलोयार्स्क एनपीपी के भावी निदेशक वी. नेवस्की ने किया था। थर्मल मैकेनिकल उपकरणों की स्थापना पर सारा काम पूरी तरह से सेंट्रोएनर्जोमोंटाज़ ट्रस्ट को हस्तांतरित कर दिया गया था।

बेलोयार्स्क एनपीपी के निर्माण की गहन अवधि 1960 में शुरू हुई। इस समय, इंस्टॉलरों को, निर्माण कार्य के साथ, स्टेनलेस पाइपलाइनों की स्थापना, विशेष कमरों की लाइनिंग और रेडियोधर्मी अपशिष्ट भंडारण सुविधाओं, रिएक्टर संरचनाओं की स्थापना, ग्रेफाइट चिनाई, स्वचालित वेल्डिंग आदि के लिए नई तकनीकों में महारत हासिल करनी थी। हमने उन विशेषज्ञों से तुरंत सीखा जो पहले ही परमाणु सुविधाओं के निर्माण में भाग ले चुके थे। थर्मल पावर प्लांटों की स्थापना की तकनीक से परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए उपकरणों की स्थापना की ओर बढ़ने के बाद, त्सेंट्रोएनर्जोमोंटाज़ के श्रमिकों ने सफलतापूर्वक अपना कार्य पूरा किया, और 26 अप्रैल, 1964 को एएमबी-100 के साथ बेलोयार्स्क एनपीपी की पहली बिजली इकाई स्थापित की गई। रिएक्टर ने स्वेर्दलोव्स्क ऊर्जा प्रणाली को पहली धारा की आपूर्ति की। नोवोवोरोनज़ एनपीपी की पहली बिजली इकाई के चालू होने के साथ-साथ इस घटना का मतलब देश के बड़े परमाणु ऊर्जा उद्योग का जन्म था।

एएमबी-100 रिएक्टर ओबनिंस्क में विश्व के पहले परमाणु ऊर्जा संयंत्र के रिएक्टर डिजाइन में एक और सुधार था। यह कोर की उच्च तापीय विशेषताओं वाला एक चैनल-प्रकार का रिएक्टर था। परमाणु अति ताप के कारण उच्च मापदंडों की भाप को सीधे रिएक्टर में प्राप्त करना परमाणु ऊर्जा के विकास में एक बड़ा कदम था। रिएक्टर 100 मेगावाट टर्बोजेनेरेटर के साथ एक इकाई में संचालित होता है।

संरचनात्मक रूप से, बेलोयार्स्क एनपीपी की पहली बिजली इकाई का रिएक्टर इस मायने में दिलचस्प निकला कि इसे वस्तुतः बिना फ्रेम के बनाया गया था, यानी, रिएक्टर में भारी, बहु-टन, टिकाऊ शरीर नहीं था, जैसे, कहें, ए 11-12 मीटर लंबी बॉडी, 3-3.5 मीटर व्यास, दीवार और नीचे की मोटाई 100-150 मिमी या अधिक के साथ समान शक्ति का वाटर-कूल्ड वीवीईआर रिएक्टर। ओपन-चैनल रिएक्टरों के साथ परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के निर्माण की संभावना बहुत आकर्षक निकली, क्योंकि इसने भारी इंजीनियरिंग संयंत्रों को 200-500 टन वजन वाले स्टील उत्पादों के निर्माण की आवश्यकता से मुक्त कर दिया, लेकिन सीधे रिएक्टर में परमाणु ओवरहीटिंग का कार्यान्वयन संभव हो गया प्रक्रिया को विनियमित करने में प्रसिद्ध कठिनाइयों से जुड़ा होना, विशेष रूप से इसकी प्रगति की निगरानी के संदर्भ में, कई उपकरणों के सटीक संचालन की आवश्यकता, उच्च दबाव में विभिन्न आकारों के बड़ी संख्या में पाइपों की उपस्थिति आदि।

बेलोयार्स्क एनपीपी की पहली इकाई अपनी पूर्ण डिजाइन क्षमता तक पहुंच गई, हालांकि, इकाई की अपेक्षाकृत छोटी स्थापित क्षमता (100 मेगावाट), इसके तकनीकी चैनलों की जटिलता और इसलिए, उच्च लागत, 1 किलोवाट बिजली की लागत के कारण यूराल में थर्मल स्टेशनों की तुलना में काफी अधिक निकला।

एएमबी-200 रिएक्टर के साथ बेलोयार्स्क एनपीपी की दूसरी इकाई तेजी से बनाई गई थी, काम में बहुत अधिक तनाव के बिना, क्योंकि निर्माण और स्थापना टीम पहले से ही तैयार थी। रिएक्टर स्थापना में उल्लेखनीय सुधार किया गया है। इसमें सिंगल-सर्किट कूलिंग सर्किट था, जिसने पूरे परमाणु ऊर्जा संयंत्र के तकनीकी डिजाइन को सरल बना दिया। बिल्कुल पहली बिजली इकाई की तरह, मुख्य विशेषता AMB-200 रिएक्टर टरबाइन में सीधे उच्च-पैरामीटर भाप पैदा करता है। 31 दिसंबर, 1967 को, बिजली इकाई नंबर 2 को नेटवर्क से जोड़ा गया - इससे स्टेशन के पहले चरण का निर्माण पूरा हुआ।

बीएनपीपी के पहले चरण के संचालन के इतिहास का एक महत्वपूर्ण हिस्सा रोमांस और नाटक से भरा था, जो हर नई चीज की विशेषता थी। यह ब्लॉक विकास की अवधि के दौरान विशेष रूप से सच था। यह माना जाता था कि इसमें कोई समस्या नहीं होनी चाहिए - प्लूटोनियम उत्पादन के लिए एएम "फर्स्ट इन द वर्ल्ड" रिएक्टर से लेकर औद्योगिक रिएक्टरों तक के प्रोटोटाइप थे, जिन पर बुनियादी अवधारणाएं, प्रौद्योगिकियां, डिजाइन समाधान, कई प्रकार के उपकरण और सिस्टम, और यहां तक ​​कि तकनीकी व्यवस्थाओं के एक महत्वपूर्ण हिस्से का भी परीक्षण किया गया। हालाँकि, यह पता चला कि औद्योगिक परमाणु ऊर्जा संयंत्र और उसके पूर्ववर्तियों के बीच अंतर इतना बड़ा और अनोखा है कि नई, पहले से अज्ञात समस्याएं पैदा हुईं।

उनमें से सबसे बड़ा और सबसे स्पष्ट वाष्पीकरण और सुपरहीटिंग चैनलों की असंतोषजनक विश्वसनीयता थी। उनके संचालन की एक छोटी अवधि के बाद, रिएक्टरों की ग्रेफाइट चिनाई, तकनीकी संचालन और मरम्मत मोड, कर्मियों और पर्यावरण पर विकिरण जोखिम के लिए अस्वीकार्य परिणामों के साथ ईंधन तत्वों का गैस अवसादन या शीतलक रिसाव दिखाई दिया। उस समय के वैज्ञानिक सिद्धांतों और गणना मानकों के अनुसार ऐसा नहीं होना चाहिए था। इस नई घटना के गहन अध्ययन ने हमें पाइपों में पानी उबालने के मूलभूत नियमों के बारे में स्थापित विचारों पर पुनर्विचार करने के लिए मजबूर किया, क्योंकि कम गर्मी प्रवाह घनत्व के साथ भी, पहले से अज्ञात प्रकार का गर्मी हस्तांतरण संकट उत्पन्न हुआ था, जिसे 1979 में खोजा गया था। वी.ई. डोरोशचुक (वीटीआई) और बाद में इसे "दूसरी तरह का गर्मी हस्तांतरण संकट" कहा गया।

1968 में, बेलोयार्स्क एनपीपी - बीएन-600 में एक तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टर के साथ तीसरी बिजली इकाई बनाने का निर्णय लिया गया था। वैज्ञानिक मार्गदर्शनबीएन-600 का निर्माण भौतिकी और पावर इंजीनियरिंग संस्थान द्वारा किया गया था, रिएक्टर प्लांट का डिजाइन प्रायोगिक मैकेनिकल इंजीनियरिंग डिजाइन ब्यूरो द्वारा किया गया था, और यूनिट का सामान्य डिजाइन लेनिनग्राद शाखा द्वारा किया गया था। एटोमइलेक्ट्रोप्रोएक्ट। ब्लॉक का निर्माण एक सामान्य ठेकेदार - यूरालेनर्गोस्ट्रॉय ट्रस्ट द्वारा किया गया था।

इसे डिजाइन करते समय शेवचेंको में बीएन-350 रिएक्टर और बीओआर-60 रिएक्टर के संचालन अनुभव को ध्यान में रखा गया। बीएन-600 के लिए, प्राथमिक सर्किट का अधिक किफायती और संरचनात्मक रूप से सफल अभिन्न लेआउट अपनाया गया, जिसके अनुसार रिएक्टर कोर, पंप और मध्यवर्ती हीट एक्सचेंजर्स एक आवास में स्थित हैं। 12.8 मीटर के व्यास और 12.5 मीटर की ऊंचाई वाले रिएक्टर पोत को रिएक्टर शाफ्ट की बेस प्लेट पर लगे रोलर सपोर्ट पर स्थापित किया गया था। इकट्ठे रिएक्टर का द्रव्यमान 3900 टन था, और स्थापना में सोडियम की कुल मात्रा 1900 टन से अधिक थी। जैविक सुरक्षास्टील बेलनाकार स्क्रीन, स्टील ब्लैंक और ग्रेफाइट भराव वाले पाइप से बना था।

बीएन-600 के लिए स्थापना और वेल्डिंग कार्य के लिए गुणवत्ता की आवश्यकताएं पहले की तुलना में बहुत अधिक थीं, और स्थापना टीम को तत्काल कर्मियों को फिर से प्रशिक्षित करना पड़ा और नई प्रौद्योगिकियों में महारत हासिल करनी पड़ी। इसलिए 1972 में, ऑस्टेनिटिक स्टील्स से एक रिएक्टर पोत को असेंबल करते समय, बड़े वेल्ड के ट्रांसमिशन को नियंत्रित करने के लिए पहली बार बीटाट्रॉन का उपयोग किया गया था।

इसके अलावा, बीएन-600 रिएक्टर के आंतरिक उपकरणों की स्थापना के दौरान, सफाई के लिए विशेष आवश्यकताएं लगाई गईं, और इंट्रा-रिएक्टर स्थान से लाए और निकाले गए सभी हिस्सों को रिकॉर्ड किया गया। यह रिएक्टर और पाइपलाइनों को सोडियम शीतलक के साथ आगे फ्लश करने की असंभवता के कारण था।

रिएक्टर स्थापना प्रौद्योगिकी के विकास में निकोलाई मुरावियोव ने प्रमुख भूमिका निभाई, जिन्हें काम करने के लिए आमंत्रित किया गया था निज़नी नावोगरट, जहां उन्होंने पहले डिज़ाइन ब्यूरो में काम किया था। वह बीएन-600 रिएक्टर परियोजना के डेवलपर्स में से एक थे, और उस समय तक वह पहले ही सेवानिवृत्त हो चुके थे।

इंस्टॉलेशन टीम ने फास्ट न्यूट्रॉन यूनिट को स्थापित करने के निर्धारित कार्यों को सफलतापूर्वक पूरा किया। रिएक्टर को सोडियम से भरने से पता चला कि सर्किट की शुद्धता आवश्यकता से भी अधिक बनी हुई थी, क्योंकि सोडियम का डालना बिंदु, जो तरल धातु में विदेशी संदूषकों और ऑक्साइड की उपस्थिति पर निर्भर करता है, उस दौरान प्राप्त शुद्धता से कम निकला। यूएसएसआर में बीएन-350, बीओआर-60 रिएक्टरों और फ्रांस में परमाणु ऊर्जा संयंत्र "फीनिक्स" की स्थापना।

बेलोयार्स्क एनपीपी के निर्माण में स्थापना टीमों की सफलता काफी हद तक प्रबंधकों पर निर्भर थी। सबसे पहले यह पावेल रयाबुखा था, फिर युवा ऊर्जावान व्लादिमीर नेवस्की आए, फिर उनकी जगह वाजेन काज़रोव ने ले ली। वी. नेवस्की ने इंस्टॉलरों की एक टीम के गठन के लिए बहुत कुछ किया। 1963 में, उन्हें बेलोयार्स्क परमाणु ऊर्जा संयंत्र का निदेशक नियुक्त किया गया, और बाद में उन्होंने ग्लैवाटोमेनर्गो का नेतृत्व किया, जहाँ उन्होंने देश के परमाणु ऊर्जा उद्योग को विकसित करने के लिए कड़ी मेहनत की।

अंततः, 8 अप्रैल, 1980 को बीएन-600 फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर के साथ बेलोयार्स्क एनपीपी की बिजली इकाई नंबर 3 की पावर स्टार्ट-अप हुई। बीएन-600 की कुछ डिज़ाइन विशेषताएँ:

• विद्युत शक्ति - 600 मेगावाट;
• थर्मल पावर - 1470 मेगावाट;
• भाप का तापमान - 505 o C;
• भाप का दबाव - 13.7 एमपीए;
• सकल थर्मोडायनामिक दक्षता - 40.59%।

शीतलक के रूप में सोडियम को संभालने के अनुभव पर विशेष ध्यान दिया जाना चाहिए। इसमें अच्छे थर्मोफिजिकल और संतोषजनक परमाणु भौतिक गुण हैं, और यह स्टेनलेस स्टील्स, यूरेनियम और प्लूटोनियम डाइऑक्साइड के साथ अच्छी तरह से संगत है। अंततः, यह दुर्लभ और अपेक्षाकृत सस्ता नहीं है। हालाँकि, यह रासायनिक रूप से बहुत सक्रिय है, यही कारण है कि इसके उपयोग के लिए कम से कम दो गंभीर समस्याओं के समाधान की आवश्यकता होती है: परिसंचरण सर्किट से सोडियम रिसाव और भाप जनरेटर में इंटरसर्किट लीक की संभावना को कम करना और प्रभावी स्थानीयकरण सुनिश्चित करना और घटना में सोडियम दहन की समाप्ति सुनिश्चित करना। एक रिसाव का.

उपकरण और पाइपलाइन परियोजनाओं के विकास के चरण में पहला कार्य आम तौर पर काफी सफलतापूर्वक हल किया गया था। रिएक्टर का अभिन्न लेआउट बहुत सफल रहा, जिसमें रेडियोधर्मी सोडियम के साथ पहले सर्किट के सभी मुख्य उपकरण और पाइपलाइन रिएक्टर पोत के अंदर "छिपे हुए" थे, और इसलिए इसका रिसाव, सिद्धांत रूप में, केवल एक से ही संभव था कुछ सहायक प्रणालियाँ।

और यद्यपि बीएन-600 आज दुनिया में तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टर वाली सबसे बड़ी बिजली इकाई है, बेलोयार्स्क एनपीपी बड़ी स्थापित क्षमता वाले परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में से एक नहीं है। इसके अंतर और फायदे उत्पादन, उसके लक्ष्यों, प्रौद्योगिकी और उपकरणों की नवीनता और विशिष्टता से निर्धारित होते हैं। बेलएनपीपी के सभी रिएक्टर इंस्टॉलेशन का उद्देश्य डिजाइनरों और निर्माणकर्ताओं द्वारा निर्धारित तकनीकी विचारों और समाधानों की पायलट औद्योगिक पुष्टि या खंडन, तकनीकी व्यवस्थाओं, संरचनात्मक सामग्रियों, ईंधन तत्वों, नियंत्रण और सुरक्षात्मक प्रणालियों का अनुसंधान करना था।

तीनों बिजली इकाइयों का हमारे देश या विदेश में कोई प्रत्यक्ष एनालॉग नहीं है। उन्होंने परमाणु ऊर्जा के भविष्य के विकास के लिए कई विचारों को मूर्त रूप दिया:

• औद्योगिक पैमाने के चैनल जल-ग्रेफाइट रिएक्टरों वाली बिजली इकाइयाँ बनाई और चालू की गईं;
• 36 से 42% तक थर्मल पावर चक्र दक्षता के साथ उच्च मापदंडों वाली सीरियल टर्बो इकाइयों का उपयोग किया गया था, जो दुनिया में किसी भी परमाणु ऊर्जा संयंत्र के पास नहीं है;
• ईंधन असेंबलियों का उपयोग किया गया था, जिसके डिज़ाइन में ईंधन की छड़ें नष्ट होने पर भी शीतलक में विखंडन गतिविधि की संभावना शामिल नहीं है;
• दूसरी इकाई के रिएक्टर के प्राथमिक सर्किट में कार्बन स्टील का उपयोग किया जाता है;
• तरल धातु शीतलक का उपयोग करने और संभालने की तकनीक में काफी हद तक महारत हासिल कर ली गई है;

बेलोयार्स्क एनपीपी रूस में पहला परमाणु ऊर्जा संयंत्र था जिसे खर्च किए गए रिएक्टर संयंत्रों को बंद करने की समस्या को हल करने की आवश्यकता का सामना करना पड़ा। गतिविधि के इस क्षेत्र का विकास, जो संपूर्ण परमाणु ऊर्जा उद्योग के लिए बहुत प्रासंगिक है, एक संगठनात्मक और नियामक दस्तावेज़ आधार की कमी और वित्तीय सहायता के अनसुलझे मुद्दे के कारण एक लंबी ऊष्मायन अवधि थी।

बेलोयार्स्क एनपीपी के संचालन की 50 से अधिक वर्षों की अवधि में तीन बिल्कुल अलग चरण हैं, जिनमें से प्रत्येक की गतिविधि के अपने क्षेत्र, इसके कार्यान्वयन में विशिष्ट कठिनाइयाँ, सफलताएँ और निराशाएँ थीं।

पहला चरण (1964 से 70 के दशक के मध्य तक) पूरी तरह से पहले चरण की बिजली इकाइयों की शक्ति के डिजाइन स्तर के लॉन्च, विकास और उपलब्धि, बहुत सारे पुनर्निर्माण कार्य और इकाइयों के अपूर्ण डिजाइन से जुड़ी समस्याओं को हल करने से जुड़ा था। तकनीकी व्यवस्थाएं और ईंधन चैनलों का सतत संचालन सुनिश्चित करना। इस सब के लिए स्टेशन के कर्मचारियों से भारी शारीरिक और बौद्धिक प्रयासों की आवश्यकता थी, जो दुर्भाग्य से, भाप के परमाणु सुपरहीटिंग के साथ यूरेनियम-ग्रेफाइट रिएक्टरों को चुनने की शुद्धता और संभावनाओं में विश्वास के साथ ताज पहनाया नहीं गया था। इससे आगे का विकासपरमाणु ऊर्जा। हालाँकि, पहले चरण के संचित परिचालन अनुभव का सबसे महत्वपूर्ण हिस्सा अगली पीढ़ी के यूरेनियम-ग्रेफाइट रिएक्टर बनाते समय डिजाइनरों और निर्माणकर्ताओं द्वारा ध्यान में रखा गया था।

70 के दशक की शुरुआत देश की परमाणु ऊर्जा के आगे विकास के लिए एक नई दिशा की पसंद से जुड़ी थी - तेजी से न्यूट्रॉन रिएक्टर संयंत्र, जिसके बाद मिश्रित यूरेनियम-प्लूटोनियम ईंधन का उपयोग करके ब्रीडर रिएक्टरों के साथ कई बिजली इकाइयों के निर्माण की संभावना थी। तेज़ न्यूट्रॉन का उपयोग करके पहली पायलट औद्योगिक इकाई के निर्माण के लिए स्थान का निर्धारण करते समय, विकल्प बेलोयार्स्क एनपीपी पर गिर गया। इस अनूठी बिजली इकाई को ठीक से बनाने और बाद में इसके विश्वसनीय संचालन को सुनिश्चित करने के लिए निर्माण टीमों, इंस्टॉलरों और संयंत्र कर्मियों की क्षमता की मान्यता से यह विकल्प काफी प्रभावित हुआ।

इस निर्णय ने बेलोयार्स्क एनपीपी के विकास में दूसरे चरण को चिह्नित किया, जो कि अधिकांश भाग के लिए "उत्कृष्ट" रेटिंग के साथ बीएन-600 रिएक्टर के साथ बिजली इकाई के पूर्ण निर्माण को स्वीकार करने के राज्य आयोग के निर्णय के साथ पूरा हुआ। व्यवहार में शायद ही कभी उपयोग किया जाता है।

इस स्तर पर कार्य की गुणवत्ता सुनिश्चित करने का दायित्व सौंपा गया सर्वोत्तम विशेषज्ञनिर्माण और स्थापना ठेकेदारों और स्टेशन संचालन कर्मियों दोनों से। संयंत्र कर्मियों ने परमाणु ऊर्जा संयंत्र उपकरणों की स्थापना और महारत हासिल करने में व्यापक अनुभव प्राप्त किया, जिसका उपयोग चेरनोबिल और कुर्स्क परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में कमीशनिंग कार्य के दौरान सक्रिय रूप से और फलदायी रूप से किया गया था। बिलिबिनो एनपीपी का विशेष उल्लेख किया जाना चाहिए, जहां, कमीशनिंग कार्य के अलावा, परियोजना का गहन विश्लेषण किया गया था, जिसके आधार पर कई महत्वपूर्ण सुधार किए गए थे।

तीसरे ब्लॉक के चालू होने के साथ, स्टेशन के अस्तित्व का तीसरा चरण शुरू हुआ, जो 35 वर्षों से अधिक समय से चल रहा है। इस चरण का लक्ष्य यूनिट के डिजाइन मापदंडों को प्राप्त करना, व्यवहार में डिजाइन समाधानों की व्यवहार्यता की पुष्टि करना और ब्रीडर रिएक्टर के साथ एक सीरियल यूनिट के डिजाइन में बाद के विचार के लिए परिचालन अनुभव प्राप्त करना था। ये सभी लक्ष्य अब सफलतापूर्वक प्राप्त कर लिये गये हैं।

यूनिट डिज़ाइन में निर्धारित सुरक्षा अवधारणाओं की आम तौर पर पुष्टि की गई थी। चूँकि सोडियम का क्वथनांक लगभग 300 o C से अधिक होता है परिचालन तापमान, बीएन-600 रिएक्टर रिएक्टर पोत में लगभग बिना दबाव के संचालित होता है, जिसे अत्यधिक प्लास्टिक स्टील से बनाया जा सकता है। इससे तेजी से विकसित होने वाली दरारों की संभावना वस्तुतः समाप्त हो जाती है। और प्रत्येक बाद के सर्किट में दबाव में वृद्धि के साथ रिएक्टर कोर से गर्मी हस्तांतरण की तीन-सर्किट योजना पहले सर्किट से रेडियोधर्मी सोडियम के दूसरे (गैर-रेडियोधर्मी) सर्किट में प्रवेश करने की संभावना को पूरी तरह से समाप्त कर देती है, और इससे भी अधिक। भाप-पानी तीसरा सर्किट।

बीएन-600 की प्राप्त उच्च स्तर की सुरक्षा और विश्वसनीयता की पुष्टि चेरनोबिल परमाणु ऊर्जा संयंत्र में दुर्घटना के बाद किया गया सुरक्षा विश्लेषण है, जिसने किसी भी तत्काल तकनीकी सुधार की आवश्यकता को प्रकट नहीं किया। आपातकालीन सुरक्षा की सक्रियता, आपातकालीन शटडाउन, परिचालन शक्ति में अनियोजित कटौती और अन्य विफलताओं के आंकड़े बताते हैं कि बीएन-6OO रिएक्टर दुनिया की कम से कम 25% सर्वश्रेष्ठ परमाणु इकाइयों में से एक है।

वार्षिक प्रतियोगिता के परिणामों के अनुसार, 1994, 1995, 1997 और 2001 में बेलोयार्स्क एनपीपी। "रूस में सर्वश्रेष्ठ एनपीपी" की उपाधि से सम्मानित किया गया।

तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टर बीएन-800 के साथ पावर यूनिट नंबर 4 प्री-स्टार्टअप चरण में है। 880 मेगावाट की क्षमता वाली बीएन-800 रिएक्टर वाली नई चौथी बिजली इकाई को 27 जून 2014 को न्यूनतम नियंत्रित बिजली स्तर पर लाया गया था। बिजली इकाई को परमाणु ऊर्जा के ईंधन आधार का महत्वपूर्ण रूप से विस्तार करने और एक बंद परमाणु ईंधन चक्र के संगठन के माध्यम से रेडियोधर्मी कचरे को कम करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

1200 मेगावाट की क्षमता वाले तेज रिएक्टर के साथ बिजली इकाई संख्या 5 के साथ बेलोयार्स्क एनपीपी के और विस्तार की संभावना पर विचार किया जा रहा है, जो धारावाहिक निर्माण के लिए मुख्य वाणिज्यिक बिजली इकाई है।

उदाहरण के लिए, जब हमें बताया जाता है कि "1200 मेगावाट की क्षमता वाला सौर पैनलों पर एक बिजली संयंत्र बनाया गया है," इसका मतलब यह बिल्कुल नहीं है कि यह सौर ऊर्जा संयंत्र वीवीईआर-1200 के समान ही बिजली प्रदान करेगा। परमाणु रिएक्टर प्रदान करता है. सौर पैनल रात में काम नहीं कर सकते - इसलिए, यदि मौसमों का औसत निकाला जाए, तो वे दिन के आधे समय के लिए निष्क्रिय रहते हैं, और इससे क्षमता कारक पहले से ही आधे से कम हो जाता है। सौर पैनल, यहां तक ​​​​कि नवीनतम किस्में, बादल के मौसम में बहुत खराब काम करती हैं, और यहां औसत मूल्य भी उत्साहजनक नहीं हैं - बारिश और बर्फ के साथ बादल, कोहरे क्षमता कारक को आधे से कम कर देते हैं। "1200 मेगावाट की क्षमता वाला एसपीपी" बजता हुआ लगता है, लेकिन हमें 25% का आंकड़ा ध्यान में रखना चाहिए - इस क्षमता का तकनीकी रूप से केवल ¼ द्वारा उपयोग किया जा सकता है।

परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के विपरीत, सौर पैनल 60-80 वर्षों तक नहीं, बल्कि 3-4 वर्षों तक काम करते हैं, जिससे रूपांतरण की संभावना समाप्त हो जाती है। सूरज की रोशनीविद्युत धारा में. बेशक, आप किसी प्रकार की "सस्ती पीढ़ी" के बारे में बात कर सकते हैं, लेकिन यह सरासर धोखा है। सौर ऊर्जा संयंत्रों को बड़े क्षेत्र की आवश्यकता होती है; अब तक किसी ने भी कहीं भी प्रयुक्त सौर पैनलों के निपटान की समस्याओं से नहीं निपटा है। पुनर्चक्रण के लिए काफी गंभीर प्रौद्योगिकियों के विकास की आवश्यकता होगी, जिससे पर्यावरण को खुश करने की संभावना नहीं है। यदि हम पवन का उपयोग करने वाले बिजली संयंत्रों के बारे में बात करते हैं, तो शब्दों का उपयोग लगभग समान होगा, क्योंकि इस मामले में क्षमता कारक स्थापित क्षमता का लगभग एक चौथाई है। कभी-कभी हवा की जगह शांति होती है, कभी-कभी हवा इतनी तेज़ होती है कि यह "मिलों" को रुकने पर मजबूर कर देती है, क्योंकि इससे उनकी संरचना की अखंडता को ख़तरा होता है।

नवीकरणीय ऊर्जा ऊर्जा की मौसम संबंधी अनिश्चितताएँ

नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों की दूसरी "अकिलीज़ हील" से कोई बच नहीं सकता है। उन पर आधारित बिजली संयंत्र तब काम नहीं करते जब उनके द्वारा उत्पन्न बिजली की उपभोक्ताओं को आवश्यकता होती है, बल्कि तब काम करते हैं जब बाहर का मौसम धूप वाला होता है या हवा उपयुक्त ताकत की होती है। हाँ, ऐसे बिजली संयंत्र बिजली पैदा कर सकते हैं, लेकिन क्या होगा यदि बिजली पारेषण नेटवर्क इसे प्राप्त करने में सक्षम नहीं हैं? रात में हवा चली, आप पवन ऊर्जा संयंत्र (बिजली संयंत्र) चालू कर सकते हैं, लेकिन रात में आप और मैं सोते हैं, और उद्यम काम नहीं करते हैं। हां, नवीकरणीय संसाधनों पर आधारित ऐसे पारंपरिक बिजली संयंत्र, जैसे जलविद्युत बिजली स्टेशन, पानी के निष्क्रिय निर्वहन ("टरबाइन के पीछे") को बढ़ाकर या बस अपने जलाशयों में पानी की आपूर्ति जमा करके इस समस्या से निपटने में सक्षम हैं, लेकिन बाढ़ की स्थिति में उनके लिए यह इतना आसान नहीं है. और सौर और पवन ऊर्जा संयंत्रों के लिए, ऊर्जा भंडारण प्रौद्योगिकियां इतनी विकसित नहीं हैं कि ग्रिड की खपत बढ़ने पर उत्पन्न बिजली को "भंडारित" किया जा सके।

सिक्के का दूसरा पहलू भी है. क्या कोई निवेशक ऐसे क्षेत्र में गैस बिजली संयंत्र के निर्माण में निवेश करेगा जहां बड़ी मात्रा में सौर पैनल स्थापित हैं? यदि "आपका" बिजली संयंत्र आधे समय तक काम नहीं करता है तो आप निवेश किए गए पैसे की भरपाई कैसे कर सकते हैं? लौटाने की अवधि, बैंक ब्याज... “ओह, मुझे इसकी आवश्यकता क्यों है सिरदर्द!» - सतर्क पूंजीपति घोषित करता है और कुछ भी नहीं बनाता है। और यहां हमारे पास मौसम की विसंगति है, एक सप्ताह तक पूरी शांति के साथ बारिश हुई। और अपने सामने के लॉन में डीजल जनरेटर चलाने के लिए मजबूर नाराज उपभोक्ताओं की चीखें गड़गड़ाहट में बदल जाती हैं। आप निवेशकों को राज्य से लाभ और सब्सिडी के बिना थर्मल पावर प्लांट बनाने के लिए मजबूर नहीं कर सकते, वे जोखिम नहीं लेंगे; और यह, किसी भी मामले में, राज्य के बजट पर एक अतिरिक्त बोझ बन जाता है, साथ ही उस स्थिति में भी जब राज्य, अनुकूल निवेशक नहीं मिलने पर, अपने दम पर थर्मल पावर प्लांट बनाता है।

हम इस बारे में बहुत सुनते हैं कि जर्मनी में कितने सौर पैनलों का उपयोग किया जाता है, है ना? लेकिन साथ ही, देश में स्थानीय भूरे कोयले पर चलने वाले बिजली संयंत्रों की संख्या बढ़ रही है, जो निर्दयतापूर्वक वातावरण में उसी "ई-टू" का उत्सर्जन कर रहे हैं, जिसका 2015 के पेरिस समझौते की शर्तों को पूरा करने के लिए मुकाबला किया जाना चाहिए। "ब्राउन पावर प्लांट" को जर्मनी की संघीय सरकार, संघीय राज्यों के शासी निकाय बनाने के लिए मजबूर किया जाता है - उनके पास कोई अन्य विकल्प नहीं है, अन्यथा "हरित ऊर्जा" के वही प्रशंसक इस तथ्य के कारण विरोध करने के लिए सड़कों पर उतरेंगे। उनके सॉकेट में करंट नहीं है, जिससे शाम को टॉर्च के पास बैठना पड़ता है।

बेशक, हम अतिशयोक्ति करते हैं, लेकिन केवल स्थिति की बेतुकीता को और अधिक स्पष्ट करने के लिए। यदि बिजली का उत्पादन वस्तुतः मौसम पर निर्भर करता है, तो यह पता चलता है कि सूरज और हवा का उपयोग करके बिजली की बुनियादी जरूरतों को पूरा करना तकनीकी रूप से असंभव है। हां, सैद्धांतिक रूप से, पूरे यूरोप को अफ्रीका के साथ अतिरिक्त बिजली लाइनों (बिजली लाइनों) से जोड़ना संभव है ताकि धूप वाले सहारा से करंट उत्तरी सागर के उदास तट पर खड़े घरों तक पहुंचे, लेकिन इसमें बिल्कुल अविश्वसनीय पैसा खर्च होता है , जिसकी भुगतान अवधि अनंत के करीब है। क्या प्रत्येक सौर ऊर्जा संयंत्र के बगल में कोयला या गैस संचालित स्टेशन होना चाहिए? आइए दोहराएँ, लेकिन बिजली संयंत्रों में हाइड्रोकार्बन ऊर्जा संसाधनों के दहन से CO2 उत्सर्जन को कम करने पर पेरिस समझौते के प्रावधानों को पूरी तरह से लागू करना संभव नहीं हो पाता है।

"हरित ऊर्जा" के आधार के रूप में परमाणु ऊर्जा संयंत्र

गतिरोध? उन देशों के लिए जिन्होंने परमाणु ऊर्जा से छुटकारा पाने का फैसला किया है, यही बात है। बेशक, वे इससे बाहर निकलने का रास्ता तलाश रहे हैं। वे कोयला और गैस दहन प्रणालियों में सुधार कर रहे हैं, ईंधन तेल बिजली संयंत्रों को छोड़ रहे हैं, भट्टियों, भाप जनरेटर और बॉयलर की दक्षता बढ़ाने के प्रयास कर रहे हैं, और ऊर्जा-बचत प्रौद्योगिकियों का उपयोग करने के प्रयासों को बढ़ा रहे हैं। यह अच्छा है, यह उपयोगी है, यह अवश्य करना चाहिए। लेकिन रूस और उसके रोसाटोमवे एक अधिक क्रांतिकारी विकल्प का प्रस्ताव करते हैं - परमाणु ऊर्जा संयंत्र बनाने का।

परमाणु ऊर्जा संयंत्र का निर्माण, फोटो: rusatom-overseas.com

क्या यह विधि आपको विरोधाभासी लगती है? आइए इसे तार्किक दृष्टिकोण से देखें। सबसे पहले, परमाणु रिएक्टरों से कोई CO2 उत्सर्जन नहीं होता है - ऐसा नहीं होता है रासायनिक प्रतिक्रिएं, उनमें ज्वाला प्रचंड रूप से नहीं गरजती। नतीजतन, पेरिस समझौते की शर्तों की पूर्ति "होती है।" दूसरा बिंदु परमाणु ऊर्जा संयंत्रों में बिजली उत्पादन का पैमाना है। ज्यादातर मामलों में, परमाणु ऊर्जा संयंत्र साइटों में कम से कम दो, या यहां तक ​​कि सभी चार, रिएक्टर होते हैं; उनकी कुल स्थापित क्षमता बहुत अधिक होती है, और क्षमता कारक लगातार 80% से अधिक होता है। बिजली की यह "सफलता" न केवल एक शहर, बल्कि पूरे क्षेत्र की जरूरतों को पूरा करने के लिए पर्याप्त है। लेकिन परमाणु रिएक्टरों को "पसंद नहीं आता" जब उनकी शक्ति बदल दी जाती है। क्षमा करें, अब यह स्पष्ट करने के लिए कुछ तकनीकी विवरण होंगे कि हमारा क्या मतलब है।

परमाणु रिएक्टरों के लिए नियंत्रण और सुरक्षा प्रणालियाँ

पावर रिएक्टर के संचालन का सिद्धांत योजनाबद्ध रूप से इतना जटिल नहीं है। परमाणु नाभिक की ऊर्जा शीतलक की तापीय ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है, तापीय ऊर्जा विद्युत जनरेटर रोटर की यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है, जो बदले में विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है।

परमाणु-तापीय-यांत्रिक-विद्युत, यह एक प्रकार का ऊर्जा चक्र है।

अंततः, रिएक्टर की विद्युत शक्ति परमाणु ईंधन के विखंडन की नियंत्रित, नियंत्रित परमाणु श्रृंखला प्रतिक्रिया की शक्ति पर निर्भर करती है। हम जोर देते हैं - नियंत्रित और प्रबंधनीय। दुर्भाग्य से, हम 1986 से अच्छी तरह से जानते हैं कि यदि कोई श्रृंखला प्रतिक्रिया नियंत्रण और प्रबंधन से बाहर हो जाती है तो क्या होता है।

श्रृंखला प्रतिक्रिया के पाठ्यक्रम की निगरानी और नियंत्रण कैसे किया जाता है, यह सुनिश्चित करने के लिए क्या किया जाना चाहिए कि प्रतिक्रिया तुरंत "परमाणु कड़ाही" में निहित यूरेनियम की पूरी मात्रा में न फैल जाए? आइए हम परमाणु भौतिकी के वैज्ञानिक विवरण में गए बिना स्कूल की सच्चाइयों को याद करें - यह काफी होगा।

"उंगलियों पर" एक श्रृंखला प्रतिक्रिया क्या है, अगर कोई भूल गया है: एक न्यूट्रॉन आया, दो न्यूट्रॉन को खटखटाया, दो न्यूट्रॉन ने चार को खटखटाया, और इसी तरह। यदि इन मुक्त न्यूट्रॉनों की संख्या बहुत अधिक हो जाती है, तो विखंडन प्रतिक्रिया यूरेनियम की पूरी मात्रा में फैल जाएगी, जिससे "बड़े धमाके" में विकसित होने का खतरा होगा। हाँ यकीनन, परमाणु विस्फोटऐसा नहीं होगा, इसके लिए आवश्यक है कि ईंधन में यूरेनियम-235 आइसोटोप की सामग्री 60% से अधिक हो, और बिजली रिएक्टरों में ईंधन संवर्धन 5% से अधिक न हो। लेकिन बिना भी परमाणु विस्फोटसमस्याएँ आपके सिर पर होंगी। शीतलक ज़्यादा गरम हो जाएगा, पाइपलाइनों में इसका दबाव अत्यधिक बढ़ जाएगा, उनके टूटने के बाद, ईंधन असेंबलियों की अखंडता से समझौता हो सकता है और सभी रेडियोधर्मी पदार्थ रिएक्टर के बाहर निकल जाएंगे, जिससे आसपास के क्षेत्र अत्यधिक प्रदूषित हो जाएंगे और वायुमंडल में फट जाएंगे। हालाँकि, चेरनोबिल परमाणु ऊर्जा संयंत्र आपदा का विवरण सभी को पता है, हम उन्हें नहीं दोहराएंगे।

चेरनोबिल परमाणु ऊर्जा संयंत्र में दुर्घटना, फोटो: meduza.io

किसी भी परमाणु रिएक्टर का एक मुख्य घटक नियंत्रण और सुरक्षा प्रणाली है। मुक्त न्यूट्रॉन एक कठोर गणना मूल्य से अधिक नहीं होने चाहिए, लेकिन वे इस मूल्य से कम नहीं होने चाहिए - इससे श्रृंखला प्रतिक्रिया क्षीण हो जाएगी, परमाणु ऊर्जा संयंत्र बस "बंद" हो जाएगा। रिएक्टर के अंदर एक ऐसा पदार्थ होना चाहिए जो अतिरिक्त न्यूट्रॉन को अवशोषित करता हो, लेकिन इतनी मात्रा में कि श्रृंखला प्रतिक्रिया जारी रह सके। परमाणु भौतिकविदों ने लंबे समय से यह पता लगाया है कि कौन सा पदार्थ सबसे अच्छा काम करता है - बोरॉन -10 आइसोटोप, इसलिए नियंत्रण और सुरक्षा प्रणाली को बस "बोरॉन" भी कहा जाता है।

बोरोन वाली छड़ें ग्रेफाइट और जल मॉडरेटर वाले रिएक्टरों के डिजाइन में शामिल हैं; उनके लिए ईंधन छड़ों और ईंधन तत्वों के समान ही तकनीकी चैनल हैं; रिएक्टर में न्यूट्रॉन काउंटर लगातार काम करते हैं, स्वचालित रूप से बोरान छड़ों को नियंत्रित करने वाले सिस्टम को आदेश देते हैं, जो छड़ों को घुमाता है, उन्हें रिएक्टर में डुबोता है या हटा देता है। ईंधन सत्र की शुरुआत में, रिएक्टर में बहुत अधिक यूरेनियम होता है - बोरॉन की छड़ें गहराई में डूबी होती हैं। समय बीतता है, यूरेनियम जलता है, और बोरान की छड़ें धीरे-धीरे हटाई जाने लगती हैं - मुक्त न्यूट्रॉन की संख्या स्थिर रहनी चाहिए। हाँ, हम ध्यान दें कि रिएक्टर के ऊपर "आपातकालीन" बोरान छड़ें भी "लटकी हुई" हैं। ऐसे उल्लंघनों के मामले में जो संभावित रूप से श्रृंखला प्रतिक्रिया को नियंत्रण से बाहर कर सकते हैं, वे तुरंत रिएक्टर में डूब जाते हैं, जिससे श्रृंखला प्रतिक्रिया शुरू में ही नष्ट हो जाती है। एक पाइपलाइन फट गई है, एक शीतलक रिसाव हुआ है - इससे अधिक गर्मी का खतरा है, आपातकालीन बोरान छड़ें तुरंत चालू हो जाती हैं। आइए प्रतिक्रिया को रोकें और धीरे-धीरे पता लगाएं कि वास्तव में क्या हुआ और समस्या को कैसे ठीक किया जाए, और जोखिम को शून्य कर दिया जाना चाहिए।

न्यूट्रॉन अलग-अलग हैं, लेकिन बोरॉन एक ही है

जैसा कि आप देख रहे हैं, सरल तर्क से पता चलता है कि परमाणु रिएक्टर की ऊर्जा शक्ति को बढ़ाना और घटाना - "पावर पैंतरेबाज़ी", जैसा कि बिजली इंजीनियरों का कहना है - एक बहुत कठिन काम है, जो परमाणु भौतिकी और क्वांटम यांत्रिकी पर आधारित है। प्रक्रिया में थोड़ा और गहराई तक जाएँ, बहुत दूर नहीं, डरें नहीं। यूरेनियम ईंधन की किसी भी विखंडन प्रतिक्रिया में, माध्यमिक मुक्त न्यूट्रॉन बनते हैं - वही जो स्कूल सूत्र में "दो न्यूट्रॉन को नष्ट कर देते हैं"। एक पावर रिएक्टर में, दो माध्यमिक न्यूट्रॉन बहुत अधिक होते हैं और प्रतिक्रिया की नियंत्रणीयता के लिए 1.02 के गुणांक की आवश्यकता होती है। 100 न्यूट्रॉन आ गए, 200 न्यूट्रॉन नष्ट हो गए, और इन 200 द्वितीयक न्यूट्रॉनों में से 98 को "खाना" चाहिए, उसी बोरान-10 को अवशोषित करना चाहिए। बोरोन अत्यधिक गतिविधि को दबा देता है, हम आपको यह निश्चित रूप से बता सकते हैं।

लेकिन याद रखें कि यदि आप किसी बच्चे को एक बाल्टी आइसक्रीम खिलाते हैं तो क्या होता है - वह पहले 5-6 सर्विंग खुशी से खाएगा, और फिर चला जाएगा क्योंकि वह "और नहीं खा सकता।" मनुष्य परमाणुओं से बना है, और इसलिए परमाणुओं का चरित्र हमसे भिन्न नहीं है। बोरोन-10 न्यूट्रॉन खा सकता है, लेकिन अनंत संख्या में नहीं, वही "अब फिट नहीं हो सकता" निश्चित रूप से आएगा। परमाणु ऊर्जा संयंत्र में सफेद कोट में दाढ़ी वाले लोगों को संदेह है कि कई लोगों को एहसास है कि परमाणु वैज्ञानिक दिल से जिज्ञासु बच्चे बने रहते हैं, इसलिए वे यथासंभव "परिपक्व" शब्दावली का उपयोग करने का प्रयास करते हैं। उनकी शब्दावली में बोरॉन "न्यूट्रॉन द्वारा खाया" नहीं जाता है, बल्कि "जला दिया जाता है" - यह बहुत अधिक सम्मानजनक लगता है, आप सहमत होंगे। एक तरह से या किसी अन्य, पावर ग्रिड से "रिएक्टर को बंद करने" की हर मांग से बोरॉन सुरक्षा और नियंत्रण प्रणाली का अधिक तीव्र बर्नआउट होता है और अतिरिक्त कठिनाइयों का कारण बनता है।

तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टर का मॉडल, फोटो:topwar.ru

1.02 के गुणांक के साथ, सब कुछ इतना सरल नहीं है, क्योंकि विखंडन प्रतिक्रिया के तुरंत बाद दिखाई देने वाले त्वरित माध्यमिक न्यूट्रॉन के अलावा, विलंबित न्यूट्रॉन भी होते हैं। विखंडन के बाद यूरेनियम परमाणु टूटकर गिर जाता है और इन टुकड़ों से न्यूट्रॉन भी उड़ जाते हैं, लेकिन कुछ माइक्रोसेकंड के बाद। तत्काल वाले की तुलना में उनमें से कुछ हैं, केवल 1% के बारे में, लेकिन 1.02 के गुणांक के साथ वे बहुत महत्वपूर्ण हैं, क्योंकि 1.02 केवल 2% की वृद्धि है। इसलिए, बोरॉन की मात्रा की गणना सटीक सटीकता के साथ की जानी चाहिए, लगातार "प्रतिक्रिया नियंत्रण से बाहर हो रही है - रिएक्टर का एक अनिर्धारित शटडाउन" की बारीक रेखा पर संतुलन बनाए रखना चाहिए। इसलिए, हर मांग के जवाब में, "गैस चालू करें!" या "धीरे करो, तुम इतने उत्साहित क्यों हो!" परमाणु ऊर्जा संयंत्र ड्यूटी शिफ्ट की एक श्रृंखला प्रतिक्रिया शुरू होती है, जब प्रत्येक परमाणु कर्मचारी अपने कर्मचारियों पर बड़ी संख्या में मुहावरेदार अभिव्यक्तियाँ पेश करता है...

और एक बार फिर "हरित ऊर्जा" के आधार के रूप में परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के बारे में

अब आइए वहीं लौटते हैं जहां हमने छोड़ा था - उच्च विद्युत उत्पादन क्षमता, परमाणु ऊर्जा संयंत्रों द्वारा संचालित एक बड़े क्षेत्र पर। क्षेत्र जितना बड़ा होगा, आरईएस द्वारा संचालित आरईएस को स्थापित करने के उतने ही अधिक अवसर होंगे। इस तरह के ईएस जितने अधिक होंगे, संभावना उतनी ही अधिक होगी कि चरम खपत उनकी सबसे बड़ी पीढ़ी की अवधि के साथ मेल खाएगी। यहीं से सौर पैनलों से बिजली आएगी, यहीं से पवन ऊर्जा आएगी, यही वह जगह है जहां ज्वार की लहर सफलतापूर्वक किनारे से टकराएगी, और सभी मिलकर चरम भार को सुचारू कर देंगे, जिससे परमाणु श्रमिकों को अनुमति मिलेगी परमाणु ऊर्जा संयंत्र शांति से चाय पीने के लिए, नीरसता से, बिना किसी रुकावट के काम कर रहे न्यूट्रॉन काउंटरों को देखते हुए।

नवीकरणीय ऊर्जा, hsto.org

परमाणु ऊर्जा संयंत्र में स्थिति जितनी शांत होगी, बर्गर उतने ही मोटे हो सकते हैं, क्योंकि वे बिना किसी समस्या के अपने सॉसेज को ग्रिल पर गर्म करना जारी रख सकते हैं। जैसा कि आप देख सकते हैं, आधार के रूप में नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों और परमाणु उत्पादन के संयोजन में कुछ भी विरोधाभासी नहीं है, सब कुछ बिल्कुल विपरीत है - ऐसा संयोजन, अगर दुनिया ने गंभीरता से सीओ 2 उत्सर्जन से लड़ने का फैसला किया है, तो यह इष्टतम तरीका है स्थिति के बारे में, किसी भी तरह से थर्मल पावर प्लांटों के आधुनिकीकरण और सुधार के सभी विकल्पों को पार किए बिना, जिनके बारे में हमने बात की थी।

"कंगारू शैली" को जारी रखते हुए, हम इस लेख के पहले वाक्य में "कूदने" का सुझाव देते हैं - ग्रह पृथ्वी पर किसी भी पारंपरिक ऊर्जा संसाधनों की सीमितता के बारे में। इस वजह से, ऊर्जा विकास की मुख्य, रणनीतिक दिशा थर्मोन्यूक्लियर प्रतिक्रिया की विजय है, लेकिन इसकी तकनीक अविश्वसनीय रूप से जटिल है और इसके लिए सभी देशों के वैज्ञानिकों और डिजाइनरों के समन्वित, संयुक्त प्रयासों, गंभीर निवेश और कई वर्षों की कड़ी मेहनत की आवश्यकता होती है। इसमें कितना समय लगेगा, इसका अनुमान अब कॉफी ग्राउंड या पक्षी अंतड़ियों का उपयोग करके लगाया जा सकता है, लेकिन आपको निश्चित रूप से सबसे निराशावादी परिदृश्य के लिए योजना बनाने की आवश्यकता है। हमें ऐसे ईंधन की तलाश करनी होगी जो यथासंभव लंबे समय तक वही बुनियादी पीढ़ी प्रदान कर सके। ऐसा प्रतीत होता है कि प्रचुर मात्रा में तेल और गैस है, लेकिन ग्रह की जनसंख्या भी बढ़ रही है, और अधिक से अधिक राज्य-राज्य "गोल्डन बिलियन" देशों के समान खपत के लिए प्रयास कर रहे हैं। भूवैज्ञानिकों के अनुसार, पृथ्वी पर 100-150 साल का जीवाश्म हाइड्रोकार्बन ईंधन बचा हुआ है, जब तक कि खपत वर्तमान की तुलना में तेज़ दर से न बढ़े। और ऐसा लगता है कि जनसंख्या के बाद से ऐसा ही होगा विकासशील देशआराम के स्तर में वृद्धि चाहता है...

तेज़ रिएक्टर

रूसी परमाणु परियोजना द्वारा प्रस्तावित इस स्थिति से बाहर निकलने का रास्ता परमाणु ब्रीडर रिएक्टरों और तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टरों को शामिल करके परमाणु ईंधन चक्र को बंद करना है; ब्रीडर एक रिएक्टर है जिसमें, ईंधन सत्र के परिणामस्वरूप, परमाणु ईंधन का उत्पादन शुरू में लोड किए गए से अधिक होता है, एक ब्रीडर रिएक्टर। जो लोग अभी तक स्कूली भौतिकी पाठ्यक्रम को पूरी तरह से नहीं भूले हैं, वे यह प्रश्न पूछ सकते हैं: क्षमा करें, लेकिन द्रव्यमान के संरक्षण के नियम के बारे में क्या? उत्तर सरल है - बिलकुल नहीं, क्योंकि परमाणु रिएक्टर में दोनों प्रक्रियाएँ परमाणु होती हैं और द्रव्यमान के संरक्षण का नियम अपने शास्त्रीय रूप में लागू नहीं होता है।

सौ साल से भी अधिक पहले, अल्बर्ट आइंस्टीन ने सापेक्षता के अपने विशेष सिद्धांत में द्रव्यमान और ऊर्जा को एक साथ जोड़ा था, और परमाणु रिएक्टरों में यह सिद्धांत सख्ती से व्यावहारिक है। ऊर्जा की कुल मात्रा संरक्षित है, लेकिन इस मामले में द्रव्यमान की कुल मात्रा के संरक्षण का कोई सवाल ही नहीं है। ऊर्जा का एक बड़ा भंडार परमाणु ईंधन के परमाणुओं में "सोता" है, जो विखंडन प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप जारी होता है, इस भंडार का एक हिस्सा हम अपने लाभ के लिए उपयोग करते हैं, और दूसरा हिस्सा चमत्कारिक रूप से यूरेनियम -238 परमाणुओं को परमाणुओं के मिश्रण में बदल देता है; प्लूटोनियम समस्थानिकों का. तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टर, और केवल वे, यूरेनियम अयस्क के मुख्य घटक - यूरेनियम -238 - को ईंधन संसाधन में परिवर्तित करना संभव बनाते हैं। थर्मल न्यूट्रॉन परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के संचालन के दौरान जमा हुए यूरेनियम -235 के भंडार, जिनकी सामग्री समाप्त हो गई है और थर्मल परमाणु रिएक्टरों में उपयोग नहीं किया जाता है, की मात्रा सैकड़ों हजारों टन है, जिसे अब खदानों से निकालने की आवश्यकता नहीं है, जिसकी अब आवश्यकता नहीं है। अपशिष्ट चट्टान से "एक्सफ़ोलीएट" होना - संवर्धन संयंत्रों में यूरेनियम की अविश्वसनीय मात्रा है।

आपकी उंगलियों पर MOX ईंधन

सैद्धांतिक रूप से यह समझ में आता है, लेकिन पूरी तरह से नहीं, तो आइए इसे "अपनी उंगलियों पर" फिर से आज़माएँ। "MOX ईंधन" नाम केवल स्लाव वर्णमाला के अक्षरों में लिखा गया एक अंग्रेजी संक्षिप्त नाम है, जिसे MOX के रूप में लिखा जाता है। स्पष्टीकरण - मिश्रित-ऑक्साइड ईंधन, मुफ्त अनुवाद - "मिश्रित ऑक्साइड से बना ईंधन"। मूल रूप से, यह शब्द प्लूटोनियम ऑक्साइड और यूरेनियम ऑक्साइड के मिश्रण को संदर्भित करता है, लेकिन यह केवल मूल रूप से है। चूंकि हमारे सम्मानित अमेरिकी साझेदार हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम से एमओएक्स ईंधन के उत्पादन की तकनीक में महारत हासिल करने में असमर्थ थे, इसलिए रूस ने भी इस विकल्प को छोड़ दिया। लेकिन हमने जो प्लांट बनाया था, उसे सार्वभौमिक होने के लिए पहले से डिजाइन किया गया था - यह थर्मल रिएक्टरों से खर्च किए गए ईंधन से एमओएक्स ईंधन का उत्पादन करने में सक्षम है। यदि किसी ने लेख पढ़ा है जियोएनर्जेटिक्स.ruइस संबंध में, उन्हें याद है कि खर्च किए गए ईंधन में प्लूटोनियम 239, 240 और 241 के आइसोटोप पहले से ही "मिश्रित" हैं - उनमें से प्रत्येक में 1/3 हैं, इसलिए खर्च किए गए ईंधन से बने एमओएक्स ईंधन में प्लूटोनियम का मिश्रण होता है, ए मिश्रण के अंदर एक प्रकार का मिश्रण।

मुख्य मिश्रण का दूसरा भाग क्षीण यूरेनियम है। अतिशयोक्ति करने के लिए: हम PUREX प्रक्रिया का उपयोग करके खर्च किए गए परमाणु ईंधन से निकाले गए प्लूटोनियम ऑक्साइड का मिश्रण लेते हैं, मालिकाना यूरेनियम -238 जोड़ते हैं और MOX ईंधन प्राप्त करते हैं। इस मामले में, यूरेनियम-238 श्रृंखला प्रतिक्रिया में भाग नहीं लेता है; केवल मिश्रित प्लूटोनियम आइसोटोप "जलते हैं"। लेकिन यूरेनियम-238 सिर्फ "मौजूद" नहीं है - कभी-कभी, अनिच्छा से, समय-समय पर यह एक न्यूट्रॉन लेता है, प्लूटोनियम-239 में बदल जाता है। इस नए प्लूटोनियम में से कुछ तुरंत "जल जाता है", जबकि कुछ के पास ईंधन सत्र के अंत से पहले ऐसा करने का समय नहीं होता है। वास्तव में, यही पूरा रहस्य है।

संख्याएँ मनमानी हैं, केवल स्पष्टता के लिए, हवा से निकाली गई हैं। MOX ईंधन की प्रारंभिक संरचना 100 किलोग्राम प्लूटोनियम ऑक्साइड और 900 किलोग्राम यूरेनियम-238 है। जबकि प्लूटोनियम "जल रहा था", 300 किलो यूरेनियम -238 अतिरिक्त प्लूटोनियम में बदल गया, जिसमें से 150 किलो तुरंत "जल गया", और 150 किलो के पास समय नहीं था। उन्होंने ईंधन असेंबली को बाहर निकाला और उसमें से प्लूटोनियम को "हिला" दिया, लेकिन यह मूल रूप से 50 किलो अधिक निकला। खैर, या वही बात, लेकिन लकड़ी के साथ: आपने फायरबॉक्स में 2 लकड़ियाँ फेंकी, आपका स्टोव पूरी रात गर्म रहा, और सुबह आपने बाहर निकाला... तीन लकड़ियाँ। 900 किलोग्राम बेकार यूरेनियम-238 से, जो श्रृंखला प्रतिक्रिया में भाग नहीं लेता है, जब एमओएक्स ईंधन के हिस्से के रूप में उपयोग किया जाता है, तो हमें 150 किलोग्राम ईंधन प्राप्त हुआ, जो हमारे लाभ के लिए तुरंत "जल गया", और 150 किलोग्राम आगे के लिए छोड़ दिया गया। उपयोग। और इस कचरे में से 300 किलो कम है बेकार यूरेनियम-238, जो बुरा भी नहीं है.

एमओएक्स ईंधन में घटे हुए यूरेनियम-238 और प्लूटोनियम का वास्तविक अनुपात निश्चित रूप से भिन्न है, क्योंकि एमओएक्स ईंधन में 7% प्लूटोनियम के साथ मिश्रण यूरेनियम-235 में लगभग 5% संवर्धन के साथ पारंपरिक यूरेनियम ईंधन के समान ही व्यवहार करता है। लेकिन जो आंकड़े हम लेकर आए हैं वे बताते हैं मुख्य सिद्धांत MOX ईंधन - बेकार यूरेनियम-238 को परमाणु ईंधन में परिवर्तित किया जाता है, इसका विशाल भंडार ऊर्जा संसाधन बन जाता है। मोटे अनुमान के अनुसार, अगर हम मान लें कि पृथ्वी पर हम बिजली पैदा करने के लिए हाइड्रोकार्बन ईंधन का उपयोग बंद कर दें और केवल यूरेनियम-238 का उपयोग शुरू कर दें, तो यह 2,500 - 3,000 वर्षों तक हमारे पास रहेगा। नियंत्रित थर्मोन्यूक्लियर संलयन की तकनीक में महारत हासिल करने के लिए काफी अच्छा समय है।

एमओएक्स ईंधन हमें एक साथ एक और समस्या को हल करने की अनुमति देता है - "परमाणु क्लब" के सभी सदस्य देशों में जमा खर्च किए गए ईंधन के भंडार को कम करने के लिए, और खर्च किए गए ईंधन में जमा रेडियोधर्मी कचरे की मात्रा को कम करने के लिए। यहां मुद्दा एमओएक्स ईंधन के कुछ चमत्कारी गुणों के बारे में नहीं है, सब कुछ अधिक नीरस है। यदि खर्च किए गए परमाणु ईंधन का उपयोग नहीं किया जाता है और हम इसे शाश्वत भूवैज्ञानिक दफन के लिए भेजने का प्रयास करते हैं, तो इसमें मौजूद सभी उच्च-स्तरीय कचरे को इसके साथ निपटान के लिए भेजना होगा। लेकिन इससे प्लूटोनियम निकालने के लिए खर्च किए गए परमाणु ईंधन के पुन: प्रसंस्करण के लिए प्रौद्योगिकियों का उपयोग हमें इस रेडियोधर्मी कचरे की मात्रा को कम करने के लिए मजबूर करता है। प्लूटोनियम के उपयोग के संघर्ष में, हम बस रेडियोधर्मी कचरे को नष्ट करने के लिए मजबूर हैं, लेकिन साथ ही इस तरह के विनाश की प्रक्रिया बहुत कम महंगी हो जाती है - आखिरकार, प्लूटोनियम का उपयोग किया जाता है।

एमओएक्स ईंधन एक महंगा आनंद है जिसे सस्ता बनाने की जरूरत है

उसी समय, रूस में MOX ईंधन का उत्पादन हाल ही में शुरू हुआ, यहां तक ​​​​कि नवीनतम, सबसे तकनीकी रूप से उन्नत फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर - BN-800 के साथ, MOX ईंधन के 100% उपयोग में परिवर्तन ऑनलाइन होता है, और अभी तक पूरा नहीं हुआ है . यह बिल्कुल स्वाभाविक है कि वर्तमान में MOX ईंधन का उत्पादन पारंपरिक यूरेनियम ईंधन के उत्पादन से अधिक महंगा है। किसी भी अन्य उद्योग की तरह, उत्पादन की लागत को कम करना, सबसे पहले, बड़े पैमाने पर, "कन्वेयर" उत्पादन के माध्यम से संभव है।

नतीजतन, परमाणु ईंधन चक्र को आर्थिक दृष्टिकोण से संभव बनाने के लिए, रूस को बड़ी संख्या में तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टरों की आवश्यकता है, यह परमाणु ऊर्जा के विकास के लिए एक रणनीतिक रेखा बननी चाहिए; अधिक रिएक्टर - अच्छे और भिन्न!

साथ ही, यह आवश्यक है कि VVER रिएक्टरों के लिए ईंधन के रूप में MOX ईंधन के उपयोग की दूसरी संभावना को नज़रअंदाज़ न किया जाए। तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टर प्लूटोनियम की इतनी अतिरिक्त मात्रा बनाते हैं कि वे स्वयं वास्तव में इसका उपयोग नहीं कर सकते - उन्हें बस इतनी अधिक आवश्यकता नहीं है, वीवीईआर रिएक्टरों के लिए पर्याप्त प्लूटोनियम है। हम पहले ही ऊपर लिख चुके हैं कि MOX ईंधन, जिसमें 93% क्षीण यूरेनियम-238 और 7% प्लूटोनियम होता है, लगभग पारंपरिक यूरेनियम ईंधन के समान ही व्यवहार करता है। लेकिन थर्मल रिएक्टरों में एमओएक्स ईंधन के उपयोग से वीवीईआर में उपयोग किए जाने वाले न्यूट्रॉन अवशोषक की दक्षता में कमी आती है। इसका कारण यह है कि बोरॉन-10 तेज़ न्यूट्रॉन को बहुत खराब तरीके से अवशोषित करता है - ये इसके भौतिक गुण हैं, जिन्हें हम किसी भी तरह से प्रभावित नहीं कर सकते हैं। आपातकालीन बोरॉन छड़ों के साथ भी यही समस्या उत्पन्न होती है, जिसका उद्देश्य आपातकालीन स्थितियों के मामले में श्रृंखला प्रतिक्रिया को तुरंत रोकना है।

एक उचित समाधान वीवीईआर में एमओएक्स ईंधन की मात्रा को 30-50% तक कम करना है, जिसे फ्रांस, जापान और अन्य देशों में कुछ हल्के पानी रिएक्टरों में पहले से ही लागू किया जा रहा है। लेकिन इस मामले में भी, थर्मल रिएक्टरों में एमओएक्स ईंधन के उपयोग के लिए लाइसेंस प्राप्त करने के लिए बोरॉन प्रणाली को आधुनिक बनाना और सभी आवश्यक सुरक्षा औचित्य, आईएईए पर्यवेक्षी अधिकारियों के साथ सहयोग करना आवश्यक हो सकता है। या, संक्षेप में, बोरान छड़ों की संख्या बढ़ानी होगी, वे दोनों जो नियंत्रण के लिए हैं और जो आपातकालीन स्थिति में "भंडारित" हैं। लेकिन केवल इन प्रौद्योगिकियों के विकास से ही इस प्रकार के ईंधन के बड़े पैमाने पर उत्पादन की ओर बढ़ना और इसके उत्पादन की लागत को कम करना संभव हो सकेगा। साथ ही, इससे खर्च किए गए परमाणु ईंधन की मात्रा को कम करने और घटते यूरेनियम भंडार का अधिक सक्रिय रूप से उपयोग करने की समस्या को अधिक सक्रिय रूप से हल करना संभव हो जाएगा।

संभावनाएँ करीब हैं, लेकिन राह आसान नहीं है

ऊर्जावान प्लूटोनियम - तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टरों के लिए ब्रीडर रिएक्टरों के निर्माण के साथ संयोजन में इस तकनीक का विकास रूस को न केवल परमाणु ईंधन चक्र को बंद करने की अनुमति देगा, बल्कि इसे आर्थिक रूप से आकर्षक भी बनाएगा। एसएनयूपी ईंधन (मिश्रित नाइट्राइड यूरेनियम-प्लूटोनियम ईंधन) के उपयोग की भी काफी संभावनाएं हैं। 2016 में बीएन-600 रिएक्टर में विकिरणित प्रायोगिक ईंधन असेंबलियों ने रिएक्टर परीक्षणों के दौरान और रिएक्टर के बाद के अध्ययनों के परिणामों के आधार पर पहले ही अपनी प्रभावशीलता साबित कर दी है। प्राप्त परिणाम सेवरस्क में बनाए जा रहे प्रायोगिक प्रदर्शन परिसर में एसएनयूपी ईंधन के उत्पादन के लिए BREST-300 रिएक्टर संयंत्र और ऑन-साइट मॉड्यूल के निर्माण में एसएनयूपी ईंधन के उपयोग को उचित ठहराने के लिए काम जारी रखने का प्रावधान करते हैं। BREST-300 हमें परमाणु ईंधन चक्र को पूरी तरह से बंद करने के लिए आवश्यक प्रौद्योगिकियों को विकसित करना जारी रखने, खर्च किए गए परमाणु ईंधन और रेडियोधर्मी कचरे की समस्याओं का अधिक संपूर्ण समाधान प्रदान करने और "जितनी रेडियोधर्मिता थी उतनी प्रकृति में लौटने" की विचारधारा को लागू करने की अनुमति देगा। निकाला गया।" BREST-300 रिएक्टर, BN रिएक्टरों की तरह, एक तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टर है, जो केवल परमाणु ऊर्जा विकास की रणनीतिक दिशा की शुद्धता पर जोर देता है - दबावयुक्त जल रिएक्टरों और तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टरों का संयोजन।

बीएन-800 पर एमओएक्स ईंधन के 100% उपयोग की तकनीक में महारत हासिल करने से बीएन-1200 रिएक्टर बनाने का अवसर भी मिलता है - न केवल अधिक शक्तिशाली, बल्कि अधिक आर्थिक रूप से लाभदायक भी। रूस में बीएन-1200 रिएक्टर बनाने का निर्णय लिया गया है, जिसका अर्थ है कि परमाणु विशेषज्ञों द्वारा अनुसंधान कार्य की गति को केवल बढ़ाना होगा, और 2020 के लिए निर्धारित एमबीआईआर का निर्माण सभी समस्याओं को हल करने में काफी मदद कर सकता है। , पूर्ण ईंधन समापन परमाणु चक्र की तकनीक में महारत हासिल करने में। रूस एकमात्र ऐसा देश था और रहेगा जिसने तेज़ न्यूट्रॉन ऊर्जा रिएक्टर बनाए हैं, जिससे परमाणु ऊर्जा के इस सबसे महत्वपूर्ण क्षेत्र में हमारा विश्व नेतृत्व सुनिश्चित हुआ है।

बेशक, जो कुछ भी कहा गया है वह तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टरों की विशेषताओं के साथ पहला परिचित है, लेकिन हम जारी रखने की कोशिश करेंगे, क्योंकि यह विषय महत्वपूर्ण है और, जैसा कि यह हमें लगता है, काफी दिलचस्प है।

के साथ संपर्क में

येकातेरिनबर्ग से 40 किमी दूर, सबसे खूबसूरत यूराल जंगलों के बीच में, ज़ेरेचनी शहर है। 1964 में, पहला सोवियत औद्योगिक परमाणु ऊर्जा संयंत्र, बेलोयार्स्काया, यहां लॉन्च किया गया था (100 मेगावाट की क्षमता वाले AMB-100 रिएक्टर के साथ)। अब बेलोयार्स्क एनपीपी दुनिया में एकमात्र ऐसा है जहां एक औद्योगिक फास्ट न्यूट्रॉन पावर रिएक्टर, बीएन-600 संचालित होता है।

एक बॉयलर की कल्पना करें जो पानी को वाष्पित करता है, और परिणामस्वरूप भाप एक टर्बोजेनरेटर को घुमाता है जो बिजली उत्पन्न करता है। में कुछ इस तरह सामान्य रूपरेखाऔर एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र बनाया गया था। केवल "बॉयलर" ही परमाणु क्षय की ऊर्जा है। पावर रिएक्टरों के डिज़ाइन अलग-अलग हो सकते हैं, लेकिन ऑपरेटिंग सिद्धांत के अनुसार उन्हें दो समूहों में विभाजित किया जा सकता है - थर्मल न्यूट्रॉन रिएक्टर और फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर।

किसी भी रिएक्टर का आधार न्यूट्रॉन के प्रभाव में भारी नाभिक का विखंडन होता है। सच है, महत्वपूर्ण अंतर हैं। थर्मल रिएक्टरों में, यूरेनियम-235 को कम ऊर्जा वाले थर्मल न्यूट्रॉन द्वारा विखंडित किया जाता है, जिससे विखंडन टुकड़े और नए उच्च-ऊर्जा न्यूट्रॉन (जिन्हें फास्ट न्यूट्रॉन कहा जाता है) का उत्पादन होता है। यूरेनियम-235 नाभिक (बाद में विखंडन के साथ) द्वारा थर्मल न्यूट्रॉन को अवशोषित करने की संभावना तेज़ न्यूट्रॉन की तुलना में बहुत अधिक है, इसलिए न्यूट्रॉन को धीमा करने की आवश्यकता है। यह मॉडरेटर-पदार्थों की मदद से किया जाता है, जो नाभिक से टकराने पर न्यूट्रॉन ऊर्जा खो देते हैं। थर्मल रिएक्टरों के लिए ईंधन आमतौर पर कम-संवर्द्धन यूरेनियम होता है, ग्रेफाइट, हल्के या भारी पानी को मॉडरेटर के रूप में उपयोग किया जाता है, और शीतलक होता है सादा पानी. अधिकांश संचालित परमाणु ऊर्जा संयंत्रों का निर्माण इनमें से किसी एक योजना के अनुसार किया जाता है।

मजबूर परमाणु विखंडन के परिणामस्वरूप उत्पन्न तेज़ न्यूट्रॉन का उपयोग बिना किसी संयम के किया जा सकता है। योजना इस प्रकार है: यूरेनियम-235 या प्लूटोनियम-239 नाभिक के विखंडन के दौरान उत्पन्न तेज़ न्यूट्रॉन यूरेनियम-238 द्वारा अवशोषित होकर (दो बीटा क्षय के बाद) प्लूटोनियम-239 बनाते हैं। इसके अलावा, प्रत्येक 100 विखंडित यूरेनियम-235 या प्लूटोनियम-239 नाभिक के लिए, 120−140 प्लूटोनियम-239 नाभिक बनते हैं। सच है, चूंकि तेज न्यूट्रॉन द्वारा परमाणु विखंडन की संभावना थर्मल वाले की तुलना में कम है, इसलिए थर्मल रिएक्टरों की तुलना में ईंधन को अधिक हद तक समृद्ध किया जाना चाहिए। इसके अलावा, यहां पानी का उपयोग करके गर्मी को दूर करना असंभव है (पानी एक मॉडरेटर है), इसलिए अन्य शीतलक का उपयोग करना पड़ता है: आम तौर पर ये तरल धातु और मिश्र धातु होते हैं, पारा जैसे बहुत ही विदेशी विकल्पों से (इस तरह के शीतलक का उपयोग किया जाता था) पहला अमेरिकी प्रायोगिक रिएक्टर क्लेमेंटाइन) या सीसा - बिस्मथ मिश्र धातु (पनडुब्बियों के लिए कुछ रिएक्टरों में उपयोग किया जाता है - विशेष रूप से, सोवियत प्रोजेक्ट 705 पनडुब्बियों में) तरल सोडियम (औद्योगिक बिजली रिएक्टरों में सबसे आम विकल्प)। इस योजना के अनुसार काम करने वाले रिएक्टरों को फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर कहा जाता है। ऐसे रिएक्टर का विचार 1942 में एनरिको फर्मी द्वारा प्रस्तावित किया गया था। बेशक, सेना ने इस योजना में सबसे गहरी दिलचस्पी दिखाई: ऑपरेशन के दौरान तेज़ रिएक्टर न केवल ऊर्जा पैदा करते हैं, बल्कि परमाणु हथियारों के लिए प्लूटोनियम भी पैदा करते हैं। इस कारण से, तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टरों को ब्रीडर (अंग्रेजी ब्रीडर - निर्माता से) भी कहा जाता है।

उसके अंदर क्या है

तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टर का सक्रिय क्षेत्र परतों में प्याज की तरह संरचित होता है। 370 ईंधन असेंबलियाँ यूरेनियम-235 के विभिन्न संवर्धन के साथ तीन जोन बनाती हैं - 17, 21 और 26% (शुरुआत में केवल दो जोन थे, लेकिन ऊर्जा रिलीज को बराबर करने के लिए, तीन बनाए गए थे)। वे साइड स्क्रीन (कंबल), या प्रजनन क्षेत्रों से घिरे हुए हैं, जहां क्षीण या प्राकृतिक यूरेनियम युक्त असेंबली, जिसमें मुख्य रूप से 238 आइसोटोप शामिल हैं, कोर के ऊपर और नीचे ईंधन छड़ के सिरों पर भी स्थित हैं यूरेनियम, जो अंत स्क्रीन (क्षेत्र प्रजनन) बनाते हैं। बीएन-600 रिएक्टर एक गुणक (ब्रीडर) है, यानी कोर में विभाजित 100 यूरेनियम-235 नाभिकों के लिए, साइड और एंड स्क्रीन में 120-140 प्लूटोनियम नाभिक उत्पन्न होते हैं, जो परमाणु ईंधन के विस्तारित पुनरुत्पादन को संभव बनाता है। . ईंधन असेंबली (एफए) एक आवास में इकट्ठे ईंधन तत्वों (ईंधन छड़) का एक सेट है - विभिन्न संवर्द्धन के साथ यूरेनियम ऑक्साइड छर्रों से भरे विशेष स्टील ट्यूब। ताकि ईंधन की छड़ें एक-दूसरे के संपर्क में न आएं और शीतलक उनके बीच प्रसारित हो सके, ट्यूबों पर पतला तार लपेट दिया जाता है। सोडियम निचले थ्रॉटलिंग छिद्रों के माध्यम से ईंधन असेंबली में प्रवेश करता है और ऊपरी हिस्से में खिड़कियों के माध्यम से बाहर निकलता है। ईंधन असेंबली के निचले भाग में एक शैंक होता है जिसे कम्यूटेटर सॉकेट में डाला जाता है, शीर्ष पर एक हेड भाग होता है, जिसके द्वारा असेंबली को ओवरलोड के दौरान पकड़ लिया जाता है। विभिन्न संवर्धनों की ईंधन असेंबलियों में अलग-अलग माउंटिंग स्थान होते हैं, इसलिए असेंबली को गलत स्थान पर स्थापित करना असंभव है। रिएक्टर को नियंत्रित करने के लिए, ईंधन जलने की भरपाई के लिए बोरॉन (एक न्यूट्रॉन अवशोषक) युक्त 19 क्षतिपूर्ति छड़ें, 2 स्वचालित नियंत्रण छड़ें (दी गई शक्ति को बनाए रखने के लिए), और 6 सक्रिय सुरक्षा छड़ें का उपयोग किया जाता है। चूंकि यूरेनियम की अपनी न्यूट्रॉन पृष्ठभूमि कम है, रिएक्टर के नियंत्रित स्टार्टअप (और कम बिजली के स्तर पर नियंत्रण) के लिए एक "रोशनी" का उपयोग किया जाता है - एक फोटोन्यूट्रॉन स्रोत (गामा उत्सर्जक प्लस बेरिलियम)।

इतिहास के ज़िगज़ैग

यह दिलचस्प है कि विश्व परमाणु ऊर्जा का इतिहास ठीक तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टर से शुरू हुआ। 20 दिसंबर, 1951 को, दुनिया का पहला तेज़ न्यूट्रॉन पावर रिएक्टर, EBR-I (प्रायोगिक ब्रीडर रिएक्टर), केवल 0.2 मेगावाट की विद्युत शक्ति के साथ, इडाहो में लॉन्च किया गया था। बाद में, 1963 में, डेट्रॉइट के पास फर्मी फास्ट न्यूट्रॉन रिएक्टर के साथ एक परमाणु ऊर्जा संयंत्र लॉन्च किया गया था - पहले से ही लगभग 100 मेगावाट की क्षमता के साथ (1966 में कोर के हिस्से के पिघलने के साथ एक गंभीर दुर्घटना हुई थी, लेकिन बिना किसी परिणाम के) पर्यावरणया लोग)।

यूएसएसआर में, 1940 के दशक के उत्तरार्ध से, अलेक्जेंडर लेपुनस्की इस विषय पर काम कर रहे हैं, जिनके नेतृत्व में ओबनिंस्क इंस्टीट्यूट ऑफ फिजिक्स एंड एनर्जी (एफईआई) में तेज रिएक्टरों के सिद्धांत की नींव विकसित की गई और कई प्रायोगिक स्टैंड बनाए गए, जो प्रक्रिया की भौतिकी का अध्ययन करना संभव हो गया। शोध के परिणामस्वरूप, 1972 में, पहला सोवियत फास्ट न्यूट्रॉन परमाणु ऊर्जा संयंत्र बीएन-350 रिएक्टर (मूल रूप से नामित बीएन-250) के साथ शेवचेंको (अब अक्टौ, कजाकिस्तान) शहर में परिचालन में आया। इसने न केवल बिजली पैदा की, बल्कि पानी का अलवणीकरण करने के लिए गर्मी का भी उपयोग किया। शीघ्र ही तेज़ रिएक्टर फेनिक्स (1973) के साथ फ्रांसीसी परमाणु ऊर्जा संयंत्र और पीएफआर (1974) के साथ ब्रिटिश परमाणु ऊर्जा संयंत्र, दोनों 250 मेगावाट की क्षमता के साथ लॉन्च किए गए।

हालाँकि, 1970 के दशक में, थर्मल न्यूट्रॉन रिएक्टरों ने परमाणु ऊर्जा उद्योग पर हावी होना शुरू कर दिया। ऐसा विभिन्न कारणों से हुआ। उदाहरण के लिए, तथ्य यह है कि तेज़ रिएक्टर प्लूटोनियम का उत्पादन कर सकते हैं, जिसका अर्थ है कि इससे परमाणु हथियारों के अप्रसार पर कानून का उल्लंघन हो सकता है। हालाँकि, संभवतः मुख्य कारक यह था कि थर्मल रिएक्टर सरल और सस्ते थे, उनका डिज़ाइन पनडुब्बियों के लिए सैन्य रिएक्टरों पर विकसित किया गया था, और यूरेनियम स्वयं बहुत सस्ता था। 1980 के बाद दुनिया भर में प्रचालन में आए औद्योगिक फास्ट न्यूट्रॉन पावर रिएक्टरों को उंगलियों पर गिना जा सकता है: ये हैं सुपरफेनिक्स (फ्रांस, 1985−1997), मोनजू (जापान, 1994−1995) और बीएन-600 (बेलोयार्स्क) एनपीपी, 1980), जो वर्तमान में दुनिया में एकमात्र सक्रिय औद्योगिक बिजली रिएक्टर है।

वे वापस आ रहे हैं

हालाँकि, वर्तमान में, विशेषज्ञों और जनता का ध्यान फिर से तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टरों वाले परमाणु ऊर्जा संयंत्रों पर केंद्रित है। 2005 में अंतर्राष्ट्रीय परमाणु ऊर्जा एजेंसी (IAEA) द्वारा लगाए गए अनुमान के अनुसार, यूरेनियम के सिद्ध भंडार की कुल मात्रा, जिसकी निष्कर्षण लागत 130 डॉलर प्रति किलोग्राम से अधिक नहीं है, लगभग 4.7 मिलियन टन है। IAEA के अनुमान के अनुसार, ये भंडार 85 वर्षों तक रहेंगे (2004 के स्तर पर बिजली उत्पादन के लिए यूरेनियम की मांग के आधार पर)। प्राकृतिक यूरेनियम में 235 आइसोटोप की सामग्री, जो थर्मल रिएक्टरों में "जला" जाती है, केवल 0.72% है, बाकी यूरेनियम -238 है, जो थर्मल रिएक्टरों के लिए "बेकार" है। हालाँकि, अगर हम यूरेनियम-238 को "जलाने" में सक्षम तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टरों का उपयोग करने लगते हैं, तो ये वही भंडार 2500 से अधिक वर्षों तक चलेगा!

रिएक्टर असेंबली शॉप, जहां एसकेडी विधि का उपयोग करके रिएक्टर के अलग-अलग हिस्सों को अलग-अलग हिस्सों से इकट्ठा किया जाता है

इसके अलावा, तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टर एक बंद ईंधन चक्र को लागू करना संभव बनाते हैं (यह वर्तमान में बीएन-600 में लागू नहीं है)। चूँकि केवल यूरेनियम-238 को "जलाया" जाता है, प्रसंस्करण के बाद (विखंडन उत्पादों को हटाना और यूरेनियम-238 के नए हिस्से जोड़ना), ईंधन को रिएक्टर में फिर से लोड किया जा सकता है। और चूंकि यूरेनियम-प्लूटोनियम चक्र क्षय की तुलना में अधिक प्लूटोनियम का उत्पादन करता है, अतिरिक्त ईंधन का उपयोग नए रिएक्टरों के लिए किया जा सकता है।

इसके अलावा, इस विधि का उपयोग पारंपरिक थर्मल रिएक्टरों से खर्च किए गए ईंधन से निकाले गए अतिरिक्त हथियार-ग्रेड प्लूटोनियम, साथ ही प्लूटोनियम और मामूली एक्टिनाइड्स (नेप्च्यूनियम, अमेरिकियम, क्यूरियम) को संसाधित करने के लिए किया जा सकता है (मामूली एक्टिनाइड्स वर्तमान में रेडियोधर्मी कचरे का एक बहुत ही खतरनाक हिस्सा प्रतिनिधित्व करते हैं) . साथ ही, थर्मल रिएक्टरों की तुलना में रेडियोधर्मी कचरे की मात्रा बीस गुना से भी कम हो जाती है।

आँख बंद करके रीबूट करें

थर्मल रिएक्टरों के विपरीत, बीएन-600 रिएक्टर में असेंबलियाँ तरल सोडियम की एक परत के नीचे स्थित होती हैं, इसलिए खर्च किए गए असेंबलियों को हटाना और उनके स्थान पर नए सिरे से स्थापित करना (इस प्रक्रिया को पुनः लोड करना कहा जाता है) पूरी तरह से बंद मोड में होता है। रिएक्टर के ऊपरी भाग में बड़े और छोटे रोटरी प्लग होते हैं (एक दूसरे के सापेक्ष विलक्षण, यानी, उनके घूर्णन की धुरी मेल नहीं खाती है)। नियंत्रण और सुरक्षा प्रणालियों वाला एक स्तंभ, साथ ही कोलेट-प्रकार ग्रिपर के साथ एक अधिभार तंत्र, एक छोटे रोटरी प्लग पर लगाया जाता है। रोटरी तंत्र एक विशेष कम पिघलने वाले मिश्र धातु से बने "हाइड्रोलिक सील" से सुसज्जित है। अपनी सामान्य अवस्था में यह ठोस होता है, लेकिन रिबूट करने के लिए इसे पिघलने बिंदु तक गर्म किया जाता है, जबकि रिएक्टर पूरी तरह से सील रहता है, ताकि रेडियोधर्मी गैसों का उत्सर्जन व्यावहारिक रूप से समाप्त हो जाए। पुनः लोड करने की प्रक्रिया कई चरणों को बंद कर देती है। सबसे पहले, ग्रिपर को खर्च की गई असेंबलियों के इन-रिएक्टर स्टोरेज में स्थित असेंबलियों में से एक में लाया जाता है, इसे हटा दिया जाता है और अनलोडिंग एलिवेटर में स्थानांतरित कर दिया जाता है। फिर इसे ट्रांसफर बॉक्स में उठा लिया जाता है और खर्च किए गए असेंबली ड्रम में रखा जाता है, जहां से, भाप (सोडियम से) से साफ होने के बाद, यह खर्च किए गए ईंधन पूल में प्रवेश करता है। अगले चरण में, तंत्र कोर असेंबली में से एक को हटा देता है और इसे इन-रिएक्टर स्टोरेज सुविधा में ले जाता है। इसके बाद, आवश्यक को फ्रेश असेंबली ड्रम (जिसमें फैक्ट्री से आए ईंधन असेंबलियों को पहले से स्थापित किया जाता है) से हटा दिया जाता है और फ्रेश असेंबली एलेवेटर में स्थापित किया जाता है, जो इसे पुनः लोडिंग तंत्र में आपूर्ति करता है। अंतिम चरण खाली सेल में ईंधन असेंबलियों की स्थापना है। उसी समय, सुरक्षा कारणों से तंत्र के संचालन पर कुछ प्रतिबंध लगाए जाते हैं: उदाहरण के लिए, दो आसन्न कोशिकाओं को एक साथ छोड़ना असंभव है, इसके अलावा, अधिभार के दौरान, सभी नियंत्रण और सुरक्षा छड़ें सक्रिय क्षेत्र में होनी चाहिए। एक असेंबली को पुनः लोड करने की प्रक्रिया में एक घंटे तक का समय लगता है, कोर के एक तिहाई (लगभग 120 ईंधन असेंबलियों) को पुनः लोड करने में लगभग एक सप्ताह (तीन शिफ्ट में) लगता है, यह प्रक्रिया प्रत्येक सूक्ष्म-अभियान (160 प्रभावी दिन, पूर्ण गणना) में की जाती है शक्ति)। सच है, अब ईंधन बर्नअप बढ़ गया है, और केवल एक चौथाई कोर अतिभारित है (लगभग 90 ईंधन असेंबलियाँ)। इस मामले में, ऑपरेटर के पास प्रत्यक्ष दृश्य नहीं है प्रतिक्रिया, और केवल कॉलम रोटेशन कोण सेंसर और ग्रिपर (स्थिति सटीकता - 0.01 डिग्री से कम), निष्कर्षण और स्थापना बलों के संकेतक द्वारा निर्देशित होता है।

रीबूट प्रक्रिया में कई चरण शामिल हैं, यह एक विशेष तंत्र का उपयोग करके किया जाता है और "15" गेम जैसा दिखता है। अंतिम लक्ष्य संबंधित ड्रम से वांछित स्लॉट में ताजा असेंबली प्राप्त करना है, और खर्च किए गए लोगों को अपने स्वयं के ड्रम में लाना है, जहां से, भाप (सोडियम से) से साफ होने के बाद, वे शीतलन पूल में गिर जाएंगे।

सिर्फ कागज़ पर चिकनाई

क्यों, अपने सभी फायदों के बावजूद, तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टर व्यापक नहीं हो पाए हैं? यह मुख्य रूप से उनके डिज़ाइन की ख़ासियत के कारण है। जैसा कि ऊपर बताया गया है, पानी का उपयोग शीतलक के रूप में नहीं किया जा सकता, क्योंकि यह एक न्यूट्रॉन मॉडरेटर है। इसलिए, तेज़ रिएक्टर मुख्य रूप से तरल अवस्था में धातुओं का उपयोग करते हैं - विदेशी सीसा-बिस्मथ मिश्र धातुओं से लेकर तरल सोडियम (परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के लिए सबसे आम विकल्प) तक।

पीएम बताते हैं, "तेज़ न्यूट्रॉन रिएक्टरों में, थर्मल और विकिरण भार थर्मल रिएक्टरों की तुलना में बहुत अधिक होता है।" मुख्य अभियन्ताबेलोयार्स्क एनपीपी मिखाइल बाकानोव। “इससे रिएक्टर पोत और इन-रिएक्टर सिस्टम के लिए विशेष संरचनात्मक सामग्रियों का उपयोग करने की आवश्यकता होती है। ईंधन छड़ों और ईंधन असेंबलियों के आवास थर्मल रिएक्टरों की तरह जिरकोनियम मिश्रधातु से नहीं, बल्कि विशेष मिश्रधातु क्रोमियम स्टील से बने होते हैं, जो विकिरण 'सूजन' के प्रति कम संवेदनशील होते हैं। दूसरी ओर, उदाहरण के लिए, रिएक्टर पोत में ऐसा नहीं होता है से जुड़े भार के अधीन आंतरिक दबाव, "यह वायुमंडलीय से थोड़ा ही ऊपर है।"

मिखाइल बाकानोव के अनुसार, ऑपरेशन के पहले वर्षों में मुख्य कठिनाइयाँ विकिरण सूजन और ईंधन के टूटने से जुड़ी थीं। हालाँकि, इन समस्याओं को जल्द ही हल कर लिया गया, नई सामग्री विकसित की गई - ईंधन और ईंधन रॉड हाउसिंग दोनों के लिए। लेकिन अब भी, अभियान ईंधन बर्नअप (जो बीएन-600 पर 11% तक पहुंच जाता है) तक सीमित नहीं हैं, बल्कि उन सामग्रियों के संसाधन जीवन से सीमित हैं जिनसे ईंधन, ईंधन छड़ें और ईंधन असेंबली बनाई जाती हैं। आगे की परिचालन समस्याएं मुख्य रूप से द्वितीयक सर्किट में सोडियम के रिसाव से जुड़ी थीं, एक रासायनिक रूप से सक्रिय और अग्नि-खतरनाक धातु जो हवा और पानी के संपर्क में हिंसक प्रतिक्रिया करती है: "केवल रूस और फ्रांस के पास औद्योगिक फास्ट न्यूट्रॉन पावर रिएक्टरों के संचालन में दीर्घकालिक अनुभव है . हम और फ्रांसीसी विशेषज्ञों दोनों को शुरू से ही समान समस्याओं का सामना करना पड़ा। हमने शुरू से ही पूर्वानुमान लगाकर उन्हें सफलतापूर्वक हल किया विशेष साधनसर्किट की जकड़न की निगरानी करना, सोडियम रिसाव का स्थानीयकरण और दमन करना। लेकिन फ्रांसीसी परियोजना ऐसी परेशानियों के लिए कम तैयार थी, परिणामस्वरूप, फेनिक्स रिएक्टर को अंततः 2009 में बंद कर दिया गया।

बेलोयार्स्क एनपीपी के निदेशक निकोलाई ओशकानोव कहते हैं, "समस्याएं वास्तव में वही थीं," लेकिन उन्हें यहां और फ्रांस में हल किया गया था। विभिन्न तरीके. उदाहरण के लिए, जब फेनिक्स में असेंबली में से एक का प्रमुख इसे पकड़ने और उतारने के लिए झुका, तो फ्रांसीसी विशेषज्ञों ने सोडियम की एक परत के माध्यम से "देखने" के लिए एक जटिल और महंगी प्रणाली विकसित की और जब हमारे पास एक ही समस्या थी हमारे इंजीनियरों ने एक वीडियो कैमरा का उपयोग करने का सुझाव दिया, जिसे एक डाइविंग बेल की तरह एक सरल संरचना में रखा गया था - ऊपर से उड़ने वाले आर्गन के साथ नीचे एक पाइप खुला हुआ था, जब सोडियम पिघला हुआ था, तो ऑपरेटर, वीडियो संचार का उपयोग करके, कैप्चर करने में सक्षम थे तंत्र और मुड़ी हुई असेंबली को सफलतापूर्वक हटा दिया गया।

तेज़ भविष्य

निकोलाई ओशकानोव कहते हैं, "अगर हमारे बीएन-600 का सफल दीर्घकालिक संचालन नहीं होता तो दुनिया में फास्ट रिएक्टर तकनीक में इतनी दिलचस्पी नहीं होती।" मेरी राय में, परमाणु ऊर्जा का विकास मुख्य रूप से जुड़ा हुआ है तीव्र रिएक्टरों के क्रमिक उत्पादन और संचालन के साथ। केवल वे ही ईंधन चक्र में सभी प्राकृतिक यूरेनियम को शामिल करना संभव बनाते हैं और इस प्रकार दक्षता बढ़ाते हैं, साथ ही रेडियोधर्मी कचरे की मात्रा को दसियों गुना कम कर देते हैं। इस मामले में, परमाणु ऊर्जा का भविष्य वास्तव में उज्ज्वल होगा।