տուն Ատամի ցավ Արագ նեյտրոնային ռեակտորները և դրանց դերը «մեծ» միջուկային էներգիայի զարգացման գործում. Արագ նեյտրոնների ռեկորդակիր

Արագ նեյտրոնային ռեակտորները և դրանց դերը «մեծ» միջուկային էներգիայի զարգացման գործում. Արագ նեյտրոնների ռեկորդակիր

Նախորդ հոդվածներում մենք պարզեցինք, որ ոչ արևային էներգիան չի կարողանա բավարարել մարդկության կարիքները (մարտկոցների արագ քայքայման և դրանց արժեքի պատճառով), ոչ էլ ջերմամիջուկային էներգիան (քանի որ նույնիսկ փորձարարական ռեակտորներում դրական էներգիա ստանալուց հետո, ա. ֆանտաստիկ գումարը մնում է խնդիրներ առևտրային օգտագործման ճանապարհին): Ի՞նչ է մնում։

Ավելի քան հարյուր տարի, չնայած մարդկության ողջ առաջընթացին, էլեկտրաէներգիայի հիմնական մասը ստացվում է ածխի սովորական այրումից (որը դեռևս էներգիայի աղբյուրն է աշխարհի արտադրող հզորության 40,7%-ի համար), գազը (21,2%), նավթամթերք (5,5%) և հիդրոէներգիա (ևս 16,2%, ընդհանուր առմամբ այս ամենը կազմում է 83,5%)։

Մնում է միջուկային էներգիան՝ սովորական ջերմային նեյտրոնային ռեակտորներով (որոնք պահանջում են հազվագյուտ և թանկարժեք U-235) և ռեակտորներ արագ նեյտրոններ(որը կարող է մշակել բնական U-238-ը և թորիումը «փակ վառելիքի ցիկլում»):

Ո՞րն է այս առասպելական «վառելիքի փակ ցիկլը», ինչպիսի՞ տարբերություններ կան արագ և ջերմային նեյտրոնային ռեակտորների միջև, ինչպիսի ձևավորումներ կան, ե՞րբ կարելի է երջանկություն ակնկալել այս ամենից և, իհարկե, անվտանգության հարցը կտրվածքի տակ:

Նեյտրոնների և ուրանի մասին

Դպրոցում մեզ բոլորիս ասացին, որ U-235-ը, երբ նեյտրոնը հարվածում է դրան, բաժանվում և էներգիա է արձակվում, և ևս 2-3 նեյտրոն ազատվում է: Իրականում, իհարկե, ամեն ինչ մի փոքր ավելի բարդ է, և այս գործընթացը մեծապես կախված է այս սկզբնական նեյտրոնի էներգիայից: Դիտարկենք նեյտրոնների գրավման ռեակցիայի խաչմերուկի (=հավանականության) գրաֆիկները (U-238 + n -> U-239 և U-235 + n -> U-236) և U-235-ի տրոհման ռեակցիան։ և U-238՝ կախված նեյտրոնների էներգիայից (=արագությունից).




Ինչպես տեսնում ենք, U-235-ի համար տրոհմամբ նեյտրոն բռնելու հավանականությունը մեծանում է նեյտրոնային էներգիայի նվազման հետ, քանի որ սովորական միջուկային ռեակտորներում նեյտրոնները գրաֆիտում/ջրում «դանդաղեցնում են» այնքան, որ դրանց արագությունը դառնում է նույն կարգը, ինչ բյուրեղային ցանցում ատոմների ջերմային թրթռման արագությունը (այստեղից էլ անվանումը՝ ջերմային նեյտրոններ)։ Իսկ ջերմային նեյտրոնների միջոցով U-238-ի տրոհման հավանականությունը 10 միլիոն անգամ պակաս է U-235-ից, այդ իսկ պատճառով անհրաժեշտ է մշակել տոննաներով բնական ուրան՝ U-235-ը հանելու համար։

Ինչ-որ մեկը, նայելով ներքևի գրաֆիկին, կարող է ասել. Օ՜, հիանալի գաղափար: Եվ եկեք տապակենք էժան U-238 10 ՄէՎ նեյտրոններով, դա պետք է շղթայական ռեակցիա առաջացնի, քանի որ այնտեղ տրոհման խաչմերուկի գրաֆիկը բարձրանում է: Բայց կա մի խնդիր. ռեակցիայի արդյունքում արձակված նեյտրոններն ունեն ընդամենը 2 ՄէՎ կամ պակաս էներգիա (միջինում ~1,25), և դա բավարար չէ U-238-ում արագ նեյտրոնների վրա ինքնապահպանվող ռեակցիա սկսելու համար։ (կամ ավելի շատ էներգիա է անհրաժեշտ, կամ ավելի շատ նեյտրոններ են թռչում յուրաքանչյուր բաժանումից): Էհ, մարդկությունը դժբախտ է այս տիեզերքում...

Այնուամենայնիվ, եթե U-238-ում արագ նեյտրոնների վրա ինքնապահպանվող ռեակցիան այդքան պարզ լիներ, բնական միջուկային ռեակտորներ կլինեին, ինչպես եղավ Օկլոյում U-235-ի դեպքում, և, համապատասխանաբար, U-238-ը բնության մեջ չէր գտնվի: խոշոր ավանդների ձևը.

Ի վերջո, եթե մենք հրաժարվենք ռեակցիայի «ինքնապահպանվող» բնույթից, դեռևս հնարավոր է ուղղակիորեն բաժանել U-238-ը՝ էներգիա արտադրելու համար: Սա օգտագործվում է, օրինակ, ջերմամիջուկային ռումբերում. D+T ռեակցիայի 14,1 ՄէՎ նեյտրոնները բաժանում են U-238-ը ռումբի պատյանում, և այդպիսով պայթյունի հզորությունը կարող է մեծացվել գրեթե անվճար: Վերահսկվող պայմաններում առկա է համակցման տեսական հնարավորություն fusion ռեակտորև U-238-ի վերմակ (պատյան)՝ տրոհման ռեակցիայի պատճառով ջերմամիջուկային միաձուլման էներգիան ~10-50 անգամ ավելացնելու համար։

Բայց ինչպե՞ս կարելի է առանձնացնել U-238-ը և թորիումը ինքնապահպանվող ռեակցիայի մեջ:

Փակ վառելիքի ցիկլ

Գաղափարը հետևյալն է. եկեք նայենք ոչ թե տրոհման, այլ գրավման խաչմերուկին. համապատասխան նեյտրոնային էներգիայով (ոչ շատ ցածր և ոչ շատ բարձր) U-238-ը կարող է գրավել նեյտրոնը, և 2 քայքայվելուց հետո: այն կարող է դառնալ պլուտոնիում-239:

Օգտագործված վառելիքից պլուտոնիումը կարող է քիմիապես մեկուսացվել, որպեսզի ստացվի MOX վառելիք (պլուտոնիումի և ուրանի օքսիդների խառնուրդ), որը կարող է այրվել ինչպես արագ ռեակտորներում, այնպես էլ սովորական ջերմային ռեակտորներում: Օգտագործված վառելիքի քիմիական վերամշակման գործընթացը կարող է շատ դժվար լինել բարձր ռադիոակտիվության պատճառով և դեռ ամբողջությամբ լուծված չէ և գործնականում մշակված չէ (սակայն աշխատանքներն ընթանում են):

Բնական թորիումի համար՝ նմանատիպ գործընթաց, թորիումը գրավում է նեյտրոնը, և ինքնաբուխ տրոհումից հետո դառնում է ուրան-233, որը բաժանվում է մոտավորապես նույն ձևով, ինչ ուրան-235-ը և քիմիապես ազատվում է օգտագործված վառելիքից.

Այս ռեակցիաները, իհարկե, տեղի են ունենում նաև սովորական ջերմային ռեակտորներում, սակայն մոդերատորի (որը մեծապես նվազեցնում է նեյտրոնների գրավման հնարավորությունը) և հսկիչ ձողերի (որոնք կլանում են նեյտրոնների մի մասը), առաջացած պլուտոնիումի քանակն ավելի քիչ է, քան ուրան-235, որը այրվում է: Որպեսզի ավելի շատ տրոհվող նյութեր առաջացնեք, քան այրվում են, դուք պետք է կորցնեք որքան հնարավոր է քիչ նեյտրոններ կառավարման ձողերի վրա (օրինակ՝ օգտագործելով սովորական ուրանից պատրաստված հսկիչ ձողեր), կառուցվածքը, հովացուցիչ նյութը (այս մասին ավելին ստորև) և ամբողջությամբ։ ազատվել նեյտրոնային մոդերատորից (գրաֆիտ կամ ջուր):

Շնորհիվ այն բանի, որ արագ նեյտրոնների տրոհման խաչմերուկը ավելի փոքր է, քան ջերմայինները, անհրաժեշտ է ռեակտորի միջուկում տրոհվող նյութի (U-235, U-233, Pu-239) կոնցենտրացիան ավելացնել 2-4-ից։ մինչև 20% և ավելի բարձր: Իսկ նոր վառելիքի արտադրությունն իրականացվում է այս միջուկի շուրջ տեղադրված թորիումով/բնական ուրանով ձայներիզներով։

Բախտի բերումով, եթե տրոհումն առաջանում է ոչ թե ջերմային, այլ արագ նեյտրոնով, ռեակցիան արտադրում է 1,5 անգամ ավելի շատ նեյտրոններ, քան ջերմային նեյտրոնների տրոհման դեպքում, ինչը ռեակցիան ավելի իրատեսական է դարձնում.

Հենց առաջացած նեյտրոնների քանակի այս աճն է հնարավորություն տալիս ավելի մեծ քանակությամբ վառելիք արտադրել, քան ի սկզբանե հասանելի էր։ Իհարկե, նոր վառելիքը վերցվում է ոչ թե օդից, այլ արտադրվում է «անպետք» U-238-ից և թորիումից։

Հովացուցիչ նյութի մասին

Ինչպես պարզեցինք վերևում, ջուրը չի կարող օգտագործվել արագ ռեակտորում, այն չափազանց արդյունավետորեն դանդաղեցնում է նեյտրոնները: Ի՞նչը կարող է փոխարինել դրան:

Գազեր:Դուք կարող եք ռեակտորը սառեցնել հելիումով: Բայց նրանց ջերմային փոքր հզորության պատճառով դժվար է հզոր ռեակտորներն այս կերպ սառեցնել։

Հեղուկ մետաղներ՝ նատրիում, կալիում- լայնորեն օգտագործվում է արագ ռեակտորներում ամբողջ աշխարհում: Առավելությունները ցածր հալման ջերմաստիճանն են և աշխատում են մոտ մթնոլորտային ճնշման դեպքում, սակայն այդ մետաղները շատ լավ այրվում են և արձագանքում ջրի հետ: Աշխարհում միակ գործող էներգետիկ ռեակտորը՝ BN-600, աշխատում է նատրիումի հովացուցիչ նյութով:

Կապար, բիսմուտ- օգտագործվում է Ռուսաստանում ներկայումս մշակվող BREST և SVBR ռեակտորներում: Ակնհայտ թերություններից, եթե ռեակտորը սառչել է կապարի/բիսմութի սառեցման կետից ցածր, տաքացումը շատ դժվար է և երկար ժամանակ է պահանջում (ոչ ակնհայտների մասին կարող եք կարդալ վիքիի հղումում)։ Ընդհանուր առմամբ, շատ տեխնոլոգիական խնդիրներ դեռևս իրականացման ճանապարհին են մնում։

Մերկուրի- կար BR-2 ռեակտոր՝ սնդիկի հովացուցիչ նյութով, բայց, ինչպես պարզվեց, սնդիկը համեմատաբար արագ լուծում է ռեակտորի կառուցվածքային նյութերը, ուստի այլևս սնդիկի ռեակտորներ չեն կառուցվել:

Էկզոտիկ:Գործում է առանձին կատեգորիա՝ հալած աղի ռեակտորներ՝ LFTR տարբեր տարբերակներտրոհվող նյութերի ֆտորիդներ (ուրան, թորիում, պլուտոնիում): ԱՄՆ-ում 60-ականներին Oak Ridge ազգային լաբորատորիայում կառուցվել է 2 «լաբորատոր» ռեակտոր, և դրանից հետո այլ ռեակտորներ չեն իրականացվել, չնայած կան բազմաթիվ նախագծեր։

Գործող ռեակտորներ և հետաքրքիր նախագծեր

Ռուսական ԲՈՐ-60- փորձարարական արագ նեյտրոնային ռեակտոր, որը գործում է 1969 թվականից։ Մասնավորապես, այն օգտագործվում է նոր արագ նեյտրոնային ռեակտորների կառուցվածքային տարրերի փորձարկման համար։

Ռուսական БН-600, БН-800Ինչպես նշվեց վերևում, BN-600-ը միակ արագ նեյտրոնային էներգիայի ռեակտորն է աշխարհում: Այն գործում է 1980 թվականից՝ մինչ այժմ օգտագործում է ուրան-235։

2014 թվականին նախատեսվում է արձակել ավելի հզոր BN-800։ Արդեն նախատեսվում է սկսել MOX վառելիքի օգտագործումը (պլուտոնիումով) և սկսել վառելիքի փակ ցիկլը (արտադրված պլուտոնիումի վերամշակմամբ և այրմամբ): Հետո կարող է լինել BN-1200 սերիական, բայց դրա կառուցման մասին որոշումը դեռ կայացված չէ։ Արագ նեյտրոնային ռեակտորների շինարարության և արդյունաբերական շահագործման փորձի առումով Ռուսաստանը շատ ավելի առաջ է գնացել, քան մյուսները և շարունակում է ակտիվորեն զարգանալ:

Կան նաև փոքր գործող հետազոտական ​​արագ ռեակտորներ Ճապոնիայում (Jōyō), Հնդկաստանում (FBTR) և Չինաստանում (Չինաստանի փորձարարական արագ ռեակտոր):

Ճապոնական Monju ռեակտոր- աշխարհի ամենաանհաջող ռեակտորը: Այն կառուցվել է 1995 թվականին, և նույն թվականին տեղի է ունեցել մի քանի հարյուր կիլոգրամ նատրիումի արտահոսք, ընկերությունը փորձել է թաքցնել միջադեպի մասշտաբները (բարև Ֆուկուսիմա), ռեակտորը 15 տարով փակվել է։ 2010 թվականի մայիսին ռեակտորը վերջապես գործարկվեց նվազած հզորությամբ, սակայն օգոստոսին, վառելիքի տեղափոխման ժամանակ, 3,3 տոննա կշռող կռունկը գցվեց ռեակտոր, որն անմիջապես ընկղմվեց հեղուկ նատրիումի մեջ։ Կռունկը հնարավոր է եղել ստանալ միայն 2011 թվականի հունիսին։ 2013 թվականի մայիսի 29-ին որոշում կկայացվի ընդմիշտ փակել ռեակտորը։

Շրջիկ ալիքային ռեակտորՀայտնի չիրականացված նախագծերից է TerraPower ընկերության «շրջող ալիքային ռեակտորը»՝ շրջող ալիքային ռեակտորը։ Այս նախագիծը խթանել է Բիլ Գեյթսը, ուստի նրանք երկու անգամ գրել են դրա մասին Habré-ում. Գաղափարն այն էր, որ ռեակտորի «միջուկը» բաղկացած է հարստացված ուրանից, իսկ շուրջը` U-238/թորիում ձայներիզներ, որոնցում ապագա վառելիքը կարտադրվի: Այնուհետև ռոբոտը այս ձայներիզները կմոտեցներ կենտրոնին, և արձագանքը կշարունակվեր: Բայց իրականում շատ դժվար է այս ամենը գործի դնել առանց քիմիական վերամշակման, և նախագիծն այդպես էլ չաշխատեց։

Միջուկային էներգիայի անվտանգության մասին

Ինչպե՞ս կարող եմ ասել, որ մարդկությունը կարող է հույս դնել միջուկային էներգիայի վրա, և դա Ֆուկուսիմայից հետո:

Փաստն այն է, որ ցանկացած էներգիա վտանգավոր է։ Հիշենք Չինաստանի Բանկիաո ամբարտակի վթարը, որը կառուցվել էր, ի թիվս այլ բաների, էլեկտրաէներգիա արտադրելու նպատակով, այնուհետև զոհվեց 26 հազար մարդ։ մինչեւ 171 հազ Մարդ. Վթար Սայանո-Շուշենսկայա ՀԷԿ- Մահացել է 75 մարդ։ Միայն Չինաստանում ածխի արդյունահանման ժամանակ տարեկան մահանում է 6000 հանքափոր, և դա չի ներառում ՋԷԿ-երից արտանետվող արտանետումների ներշնչման առողջական հետևանքները:

Ատոմակայաններում վթարների թիվը կախված չէ էներգաբլոկների քանակից, քանի որ Յուրաքանչյուր վթար կարող է տեղի ունենալ միայն մեկ անգամ մեկ անգամ: Յուրաքանչյուր միջադեպից հետո բոլոր ստորաբաժանումներում վերլուծվում և վերացվում են պատճառները: Այսպիսով, Չեռնոբիլի վթարից հետո բոլոր ստորաբաժանումները մոդիֆիկացվել են, իսկ Ֆուկուսիմայից հետո ատոմային էներգիան ընդհանրապես խլվել է ճապոնացիներից (սակայն այստեղ կան նաև դավադրության տեսություններ. ԱՄՆ-ը և նրա դաշնակիցները ուրանի պակաս են սպասվում. -235 հաջորդ 5-10 տարիներին):

Օգտագործված վառելիքի խնդիրն ուղղակիորեն լուծում են արագ նեյտրոնային ռեակտորները, քանի որ Բացի թափոնների վերամշակման տեխնոլոգիայի բարելավումից, ավելի քիչ թափոններ են առաջանում. ծանր (ակտինիդներ), երկարատև ռեակցիայի արտադրանքները նույնպես «այրվում են» արագ նեյտրոնների կողմից:

Եզրակացություն

Արագ ռեակտորներն ունեն այն հիմնական առավելությունը, որը բոլորն ակնկալում են ջերմամիջուկային ռեակտորներից՝ նրանց համար վառելիքը մարդկությանը կծառայի հազարավոր և տասնյակ հազարավոր տարիներ: Դուք նույնիսկ կարիք չունեք այն ականապատել, այն արդեն ականապատված է և ընկած է

Անվ. «Մեքենաշինության փորձարարական կոնստրուկտորական բյուրո» դաշնային պետական ​​ունիտար ձեռնարկության գիտական ​​ղեկավար, ակադեմիկոս Ֆ.Միտենկով: I. I. Afrikantova (Նիժնի Նովգորոդ).

Ակադեմիկոս Ֆյոդոր Միխայլովիչ Միտենկովը 2004 թվականին արժանացել է Գլոբալ էներգետիկ մրցանակի՝ ֆիզիկական և տեխնիկական հիմունքների մշակման և արագ նեյտրոնային էներգիայի ռեակտորների ստեղծման համար (տե՛ս Գիտություն և կյանք թիվ 8, 2004 թ.)։ Դափնեկիրի կողմից իրականացված հետազոտությունները և դրանց գործնական իրականացումը գործող ռեակտորային կայաններում՝ BN-350, BN-600, կառուցվող BN-800 և նախագծվող BN-1800, նոր բաներ են բացում մարդկության համար, խոստումնալից ուղղությունատոմային էներգիայի զարգացում։

Բելոյարսկի ԱԷԿ՝ BN-600 ռեակտորով։

Ակադեմիկոս Ֆ.

Գիտություն և կյանք // Նկարազարդումներ

Գիտություն և կյանք // Նկարազարդումներ

Սխեմատիկ դիագրամարագ նեյտրոնային ռեակտոր BN-350.

BN-600 արագ էներգիայի ռեակտորի սխեմատիկ դիագրամ:

BN-600 ռեակտորի կենտրոնական դահլիճը.

BN-800 արագ նեյտրոնային ռեակտորն ունի 880 ՄՎտ էլեկտրական հզորություն և 1,47 ԳՎտ ջերմային հզորություն։ Միևնույն ժամանակ, դրա դիզայնը ապահովում է ամբողջական անվտանգություն ինչպես նորմալ շահագործման, այնպես էլ ցանկացած հնարավոր վթարի ժամանակ:

Գիտություն և կյանք // Նկարազարդումներ

Էլեկտրաէներգիայի սպառում - ամենակարևոր ցուցանիշը, որը մեծապես որոշում է ցանկացած երկրի տնտեսական զարգացման, ազգային անվտանգության ու բնակչության բարեկեցության մակարդակը։ Էներգիայի սպառման աճը միշտ ուղեկցել է մարդկային հասարակության զարգացմանը, սակայն այն հատկապես արագ է եղել քսաներորդ դարում. էներգիայի սպառումն աճել է գրեթե 15 անգամ՝ մինչև վերջ հասնելով մոտ 9,5 միլիարդ տոննա նավթային համարժեքի (մատի) բացարձակ արժեքի։ Ածուխի, նավթի և բնական գազի այրումն ապահովում է համաշխարհային էներգիայի սպառման մոտ 80%-ը։ 21-րդ դարում նրա աճը, անկասկած, կշարունակվի հատկապես զարգացող երկրներում, ինչի համար տնտեսական զարգացումև բնակչության կյանքի որակի բարելավումը անխուսափելիորեն կապված են սպառվող էներգիայի քանակի զգալի աճի հետ, առաջին հերթին դրա ամենահամընդհանուր տեսակի՝ էլեկտրաէներգիայի հետ: Նախատեսվում է, որ 21-րդ դարի կեսերին համաշխարհային էներգիայի սպառումը կկրկնապատկվի, իսկ էլեկտրաէներգիայի սպառումը կեռապատկվի:

Էներգիայի սպառման աճի ընդհանուր միտումը մեծացնում է երկրների մեծ մասի կախվածությունը նավթի և բնական գազի ներմուծումից, ուժեղացնում մրցակցությունը էներգետիկ ռեսուրսների հասանելիության համար և վտանգ է ստեղծում համաշխարհային անվտանգության համար: Միևնույն ժամանակ, աճում է անհանգստությունը էներգիայի արտադրության բնապահպանական հետևանքների վերաբերյալ, առաջին հերթին պայմանավորված ածխաջրածնային վառելիքի այրման արտադրանքի արտանետումներից օդի անընդունելի աղտոտվածության վտանգի պատճառով:

Հետևաբար, ոչ հեռու ապագայում մարդկությունը ստիպված կլինի անցնել այլընտրանքային «առանց ածխածնի» էներգիայի արտադրության տեխնոլոգիաների, որոնք երկար ժամանակ հուսալիորեն կբավարարեն աճող էներգետիկ կարիքները՝ առանց շրջակա միջավայրի անընդունելի հետևանքների: Այնուամենայնիվ, պետք է խոստովանենք, որ ներկայումս հայտնի վերականգնվող էներգիայի աղբյուրները՝ քամին, արևը, երկրաջերմային, մակընթացային և այլն, իրենց պոտենցիալ հնարավորությունների պատճառով չեն կարող օգտագործվել էներգիայի լայնածավալ արտադրության համար (տե՛ս «Գիտություն և կյանք» թիվ 10, 2002 - Նշում խմբ.) Իսկ կառավարվող ջերմամիջուկային միաձուլման շատ խոստումնալից տեխնոլոգիան դեռ հետազոտության և ցուցադրական միջուկային ռեակտորի ստեղծման փուլում է (տես «Գիտություն և կյանք» թիվ 8, 2001 թ., թիվ 9, 2001 թ. Նշում խմբ.).

Բազմաթիվ փորձագետների, այդ թվում՝ այս հոդվածի հեղինակի կարծիքով, 21-րդ դարում մարդկության իրական էներգետիկ ընտրությունը լինելու է միջուկային էներգիայի համատարած օգտագործումը՝ հիմնված տրոհման ռեակտորների վրա։ Միջուկային էներգիան արդեն կարող է ստանձնել վառելիքի և էներգիայի համաշխարհային պահանջարկի զգալի մասը: Այսօր այն ապահովում է համաշխարհային էներգիայի սպառման մոտ 6%-ը, հիմնականում՝ էլեկտրական, որտեղ նրա մասնաբաժինը կազմում է մոտ 18% (Ռուսաստանում՝ մոտ 16%)։

Մի քանի պայմաններ են անհրաժեշտ, որպեսզի միջուկային էներգիայի ավելի լայն օգտագործումը դառնա ներկայիս դարում էներգիայի հիմնական աղբյուրը։ Նախևառաջ, միջուկային էներգիան պետք է բավարարի բնակչության և շրջակա միջավայրի երաշխավորված անվտանգության պահանջները, իսկ միջուկային վառելիքի արտադրության բնական ռեսուրսները պետք է ապահովեն «մեծ» միջուկային էներգիայի գործունեությունը առնվազն մի քանի դար: Եվ, բացի այդ, տեխնիկական և տնտեսական ցուցանիշներով ատոմային էներգիան չպետք է զիջի ածխաջրածնային վառելիք օգտագործող էներգիայի լավագույն աղբյուրներին։

Տեսնենք, թե ինչպես է ժամանակակից միջուկային էներգիան համապատասխանում այս պահանջներին։

Միջուկային էներգիայի երաշխավորված անվտանգության մասին

Իր ստեղծման օրվանից ատոմային էներգիայի անվտանգության խնդիրները դիտարկվել և բավականին արդյունավետ կերպով լուծվել են համակարգված և գիտական ​​հիմունքներով։ Այնուամենայնիվ, դրա ձևավորման ժամանակահատվածում արտակարգ իրավիճակներ են առաջացել ռադիոակտիվության անընդունելի արտանետմամբ, ներառյալ երկու մեծածավալ վթարներ՝ Three Mile Island ատոմակայանում (ԱՄՆ) 1979 թվականին և ժ. Չեռնոբիլի ատոմակայան(ԽՍՀՄ) 1986 թ. Այս կապակցությամբ գիտնականների և միջուկային ոլորտի մասնագետների համաշխարհային հանրությունը՝ Ատոմային էներգիայի միջազգային գործակալության (ՄԱԳԱՏԷ) հովանու ներքո, մշակել է առաջարկություններ, որոնց համապատասխանությունը գործնականում վերացնում է շրջակա միջավայրի և բնակչության վրա անընդունելի ազդեցությունները ֆիզիկապես հնարավոր ցանկացած դեպքում: վթարներ ատոմակայաններում. Դրանք, մասնավորապես, նախատեսում են. եթե նախագիծը հավաստիորեն չի ապացուցում, որ բացառվում է ռեակտորի միջուկի հալվելը, ապա պետք է հաշվի առնել նման վթարի հնարավորությունը և ապացուցել, որ ռեակտորի նախագծով նախատեսված ֆիզիկական խոչընդոտները. երաշխավորված են շրջակա միջավայրի համար անընդունելի հետեւանքների բացառման համար: Ներառված են ՄԱԳԱՏԷ-ի առաջարկությունները անբաժանելի մասն էաշխարհի շատ երկրներում միջուկային անվտանգության ազգային ստանդարտների մեջ: Որոշ ինժեներական լուծումներ, որոնք ապահովում են ժամանակակից ռեակտորների անվտանգ աշխատանքը, նկարագրված են ստորև՝ օգտագործելով BN-600 և BN-800 ռեակտորների օրինակը:

Միջուկային վառելիքի արտադրության ռեսուրսային բազա

Միջուկային ոլորտի մասնագետները գիտեն, որ գոյություն ունեցող միջուկային էներգիայի տեխնոլոգիան, որը հիմնված է այսպես կոչված «ջերմային» միջուկային ռեակտորների վրա՝ ջրի կամ գրաֆիտի նեյտրոնային մոդերատորով, չի կարող ապահովել լայնածավալ միջուկային էներգիայի զարգացում։ Դա պայմանավորված է նման ռեակտորներում բնական ուրանի օգտագործման ցածր արդյունավետությամբ. օգտագործվում է միայն U-235 իզոտոպը, որի պարունակությունը բնական ուրանում կազմում է ընդամենը 0,72%: Հետևաբար, «մեծ» միջուկային էներգիայի զարգացման երկարաժամկետ ռազմավարությունը ներառում է անցում դեպի առաջադեմ փակ վառելիքի ցիկլի տեխնոլոգիայի, որը հիմնված է այսպես կոչված արագ օգտագործման վրա: միջուկային ռեակտորներև ատոմակայանների ռեակտորներից բեռնաթափված վառելիքի վերամշակում՝ չայրված և նոր ձևավորված տրոհվող իզոտոպների էներգիայի ցիկլ վերադարձնելու համար:

«Արագ» ռեակտորում միջուկային վառելիքի տրոհման դեպքերի մեծ մասը պայմանավորված է արագ նեյտրոններով՝ ավելի քան 0,1 ՄՎ էներգիայով (այստեղից էլ կոչվում է «արագ» ռեակտոր)։ Միևնույն ժամանակ, ռեակտորում տրոհում է տեղի ունենում ոչ միայն շատ հազվադեպ U-235 իզոտոպի, այլև U-238-ի՝ բնական ուրանի հիմնական բաղադրիչի (~99,3%), որի տրոհման հավանականությունը նեյտրոնային սպեկտրում։ «Ջերմային ռեակտորի» մակարդակը շատ ցածր է: Սկզբունքորեն կարևոր է, որ «արագ» ռեակտորում միջուկային տրոհման յուրաքանչյուր իրադարձության ժամանակ արտադրվի ավելի մեծ թվով նեյտրոններ, որոնք կարող են օգտագործվել U-238-ի ինտենսիվ փոխակերպման համար պլուտոնիումի Pu-239 տրոհվող իզոտոպի համար: Այս փոխակերպումը տեղի է ունենում արդյունքում միջուկային ռեակցիա:

Արագ ռեակտորի նեյտրոն-ֆիզիկական առանձնահատկություններն այնպիսին են, որ նրանում պլուտոնիումի ձևավորման գործընթացը կարող է ունենալ ընդլայնված բուծման բնույթ, երբ ռեակտորում ձևավորվում է ավելի շատ երկրորդական պլուտոնիում, քան սկզբում բեռնված այրվում է: Միջուկային ռեակտորում տրոհվող իզոտոպների ավելցուկային քանակի առաջացման գործընթացը կոչվում է «բուծում» (անգլիական ցեղից՝ բազմապատկել)։ Այս տերմինը կապված է պլուտոնիումի վառելիքով արագ ռեակտորների միջազգայնորեն ընդունված անվան հետ՝ բուծող ռեակտորներ կամ մուլտիպլիկատորներ:

Սելեկցիոն գործընթացի գործնական իրականացումը հիմնարար նշանակություն ունի ատոմային էներգիայի ապագայի համար։ Փաստն այն է, որ նման գործընթացը հնարավորություն է տալիս գրեթե ամբողջությամբ օգտագործել բնական ուրանը և դրանով իսկ մեծացնել էներգիայի «բերքատվությունը» յուրաքանչյուր տոննա արդյունահանվող բնական ուրանի մոտ հարյուր անգամ: Սա երկար պատմական հեռանկարի համար ճանապարհ է բացում դեպի միջուկային էներգիայի գործնականում անսպառ վառելիքի պաշարներ: Հետեւաբար, ընդհանուր առմամբ ընդունված է, որ բուծողների օգտագործումը անհրաժեշտ պայմանլայնածավալ միջուկային էներգիայի ստեղծում և շահագործում։

Այն բանից հետո, երբ 1940-ականների վերջին իրագործվեց արագ բուծող ռեակտորների ստեղծման հիմնարար հնարավորությունը, ամբողջ աշխարհում սկսվեցին ինտենսիվ հետազոտություններ դրանց նեյտրոնային բնութագրերի և համապատասխան ինժեներական լուծումների որոնումներում: Մեր երկրում արագ ռեակտորների վերաբերյալ հետազոտության և մշակման նախաձեռնողը եղել է Ուկրաինայի գիտությունների ակադեմիայի ակադեմիկոս Ալեքսանդր Իլյիչ Լեյպունսկին, ով մինչև իր մահը՝ 1972 թ. գիտական ​​ղեկավարՕբնինսկի ֆիզիկայի և էներգիայի ինստիտուտ (PEI).

Արագ ռեակտորների ստեղծման ինժեներական դժվարությունները կապված են մի շարք բնորոշ հատկանիշների հետ: Դրանք ներառում են. վառելիքի բարձր էներգիայի խտություն; դրա ինտենսիվ սառեցումն ապահովելու անհրաժեշտությունը. հովացուցիչ նյութի, ռեակտորի կառուցվածքային տարրերի և սարքավորումների բարձր աշխատանքային ջերմաստիճաններ. կառուցվածքային նյութերի ճառագայթային վնասը՝ առաջացած արագ նեյտրոնների ինտենսիվ ճառագայթման հետևանքով: Այս նոր գիտատեխնիկական խնդիրները լուծելու և արագ ռեակտորների տեխնոլոգիան զարգացնելու համար անհրաժեշտ էր ստեղծել լայնածավալ գիտահետազոտական ​​և փորձարարական բազա՝ եզակի ստենդներով, ինչպես նաև 1960-1980-ական թվականներին ստեղծել մի շարք փորձարարական և ցուցադրական: Այս տեսակի էներգետիկ ռեակտորներ Ռուսաստանում, ԱՄՆ-ում, Ֆրանսիայում, Մեծ Բրիտանիայում և Գերմանիայում: Հատկանշական է, որ բոլոր երկրներում նատրիումը ընտրվել է որպես արագ ռեակտորների սառեցման միջոց՝ հովացուցիչ նյութ, չնայած այն հանգամանքին, որ այն ակտիվորեն արձագանքում է ջրի և գոլորշու հետ։ Որպես հովացուցիչ նյութ նատրիումի որոշիչ առավելություններն են նրա բացառիկ լավ ջերմաֆիզիկական հատկությունները (բարձր ջերմահաղորդականություն, բարձր ջերմային հզորություն, բարձր եռման կետ), շրջանառության համար էներգիայի ցածր սպառումը, ռեակտորի կառուցվածքային նյութերի վրա քայքայիչ ազդեցությունը և հարաբերական հեշտությունը: դրա մաքրումը շահագործման ընթացքում.

Առաջին ներքին ցուցադրական արագ նեյտրոնային էներգիայի BN-350 ռեակտորը 1000 ՄՎտ ջերմային հզորությամբ շահագործման է հանձնվել 1973 թվականին Կասպից ծովի արևելյան ափին (տես «Գիտություն և կյանք» թիվ 11, 1976 թ. Նշում խմբ.) Այն ուներ միջուկային էներգիայի համար ավանդական ջերմության փոխանցման հանգույց և ջերմային էներգիան փոխակերպելու շոգետուրբինային համալիր: Ռեակտորի ջերմային էներգիայի մի մասն օգտագործվել է էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար, մնացածը՝ աղազերծման համար ծովի ջուր. Մեկը տարբերակիչ հատկանիշներՆատրիումի հովացուցիչ նյութով այս և հետագա ռեակտորի կայանքների դիագրամները - ռեակտորի և գոլորշու ջրի շղթայի միջև ջերմափոխանակման միջանկյալ շղթայի առկայություն՝ թելադրված անվտանգության նկատառումներով:

BN-350 ռեակտորային կայանը, չնայած իր տեխնոլոգիական սխեմայի բարդությանը, հաջողությամբ գործել է 1973-ից 1988 թվականներին (5 տարի ավելի երկար, քան նախագծման ժամկետը) որպես Մանգիշլակի էներգետիկ կայանի և Շևչենկոյում (այժմ՝ Ակտաու, Ղազախստան) ծովի ջրի աղազերծման կայանի մաս: .

BN-350 ռեակտորում նատրիումի շղթաների մեծ ճյուղավորումը անհանգստություն է առաջացրել, քանի որ արտակարգ դեպրեսիվացման դեպքում կարող է հրդեհ առաջանալ: Հետևաբար, չսպասելով BN-350 ռեակտորի գործարկմանը, ԽՍՀՄ-ը սկսեց նախագծել ավելի հզոր արագ ռեակտոր BN-600 ինտեգրալ դիզայնով, որում չկար մեծ տրամագծով նատրիումի խողովակաշարեր և գրեթե ամբողջ ռադիոակտիվ նատրիումը: առաջնային միացումը կենտրոնացած էր ռեակտորի նավի մեջ: Սա հնարավորություն տվեց գրեթե ամբողջությամբ վերացնել նատրիումի առաջին շղթայի ճնշման վտանգը, նվազեցնել տեղադրման հրդեհային վտանգը և բարձրացնել ռեակտորի ճառագայթային անվտանգության և հուսալիության մակարդակը:

BN-600 ռեակտորային կայանը հուսալիորեն աշխատում է 1980 թվականից՝ որպես Բելոյարսկի ԱԷԿ-ի երրորդ էներգաբլոկի մաս։ Այսօր այն աշխարհում գործող ամենահզոր արագ նեյտրոնային ռեակտորն է, որը ծառայում է որպես եզակի գործառնական փորձի աղբյուր և հիմք՝ առաջադեմ կառուցվածքային նյութերի և վառելիքի լայնածավալ փորձարկման համար։

Ռուսաստանում այս տեսակի ռեակտորի բոլոր հետագա նախագծերը, ինչպես նաև արտասահմանում մշակված արագ ռեակտորների առևտրային նախագծերը, օգտագործում են ինտեգրալ դիզայն:

Արագ ռեակտորների անվտանգության ապահովում

Արդեն առաջին արագ նեյտրոնային էներգիայի ռեակտորների նախագծման ժամանակ մեծ ուշադրությունուշադրություն դարձրեց անվտանգության խնդիրներին ինչպես դրանց բնականոն աշխատանքի ընթացքում, այնպես էլ դրանց ընթացքում արտակարգ իրավիճակներ. Համապատասխան նախագծային լուծումների որոնման ուղղությունները որոշվել են շրջակա միջավայրի և բնակչության վրա անընդունելի ազդեցությունները բացառելու պահանջով` ռեակտորի ներքին ինքնապաշտպանության և դրանց հետևանքները սահմանափակող հնարավոր վթարների տեղայնացման արդյունավետ համակարգերի կիրառմամբ:

Ռեակտորի ինքնապաշտպանությունը հիմնված է հիմնականում բացասականի գործողության վրա հետադարձ կապ, կայունացնելով միջուկային վառելիքի տրոհման գործընթացը ռեակտորի ջերմաստիճանի և հզորության աճով, ինչպես նաև ռեակտորում օգտագործվող նյութերի հատկությունների վրա: Արագ ռեակտորների բնական անվտանգությունը ցույց տալու համար մենք կմատնանշենք դրանց որոշ առանձնահատկություններ՝ կապված դրանցում նատրիումի հովացուցիչ նյութի օգտագործման հետ: ՋերմությունՆատրիումի եռման կետը (883oC նորմալ ֆիզիկական պայմաններում) հնարավորություն է տալիս ռեակտորային անոթում պահպանել մթնոլորտին մոտ ճնշում։ Սա հեշտացնում է ռեակտորի դիզայնը և բարձրացնում նրա հուսալիությունը: Ռեակտորային անոթը շահագործման ընթացքում չի ենթարկվում մեծ մեխանիկական բեռների, ուստի դրա ճեղքումը նույնիսկ ավելի քիչ հավանական է, քան առկա ճնշման տակ գտնվող ջրի ռեակտորներում, որտեղ այն պատկանում է հիպոթետիկ դասին: Բայց նույնիսկ արագ ռեակտորում նման վթարը վտանգ չի ներկայացնում միջուկային վառելիքի հուսալի սառեցման տեսանկյունից, քանի որ նավը շրջապատված է կնքված անվտանգության պատյանով, և դրա մեջ նատրիումի հնարավոր արտահոսքի ծավալը աննշան է: Ինտեգրալ դիզայնի արագ ռեակտորում նատրիումի հովացուցիչ նյութով խողովակաշարերի ճնշումը նույնպես չի հանգեցնում. վտանգավոր իրավիճակ. Քանի որ նատրիումի ջերմային հզորությունը բավականին բարձր է, նույնիսկ գոլորշու ջրի շղթայում ջերմության հեռացման ամբողջական դադարեցման դեպքում, ռեակտորում հովացուցիչ նյութի ջերմաստիճանը կբարձրանա ժամում մոտավորապես 30 աստիճանով: Նորմալ աշխատանքի ժամանակ հովացուցիչ նյութի ջերմաստիճանը ռեակտորի ելքում 540oC է: Ջերմաստիճանի զգալի սահմանը մինչև նատրիումի եռալը ապահովում է ժամանակի պաշար, որը բավարար է նման անհավանական վթարի հետևանքները սահմանափակելու համար միջոցներ ձեռնարկելու համար:

BN-800 ռեակտորի նախագծում, որն օգտագործում է BN-600-ի հիմնական ինժեներական լուծումները, ձեռնարկվել են լրացուցիչ միջոցներ՝ ապահովելու համար, որ ռեակտորի ամբողջականությունը պահպանվի և շրջակա միջավայրի վրա անթույլատրելի ազդեցություններ չլինեն, նույնիսկ այդ դեպքում: հիպոթետիկ, չափազանց անհավանական վթարի մասին, որը կապված է ռեակտորի միջուկի հալման հետ:

BN-600 ռեակտորի կառավարման վահանակ.

Արագ ռեակտորների երկարաժամկետ շահագործումը հաստատել է ապահովված անվտանգության միջոցառումների բավարարությունն ու արդյունավետությունը։ BN-600 ռեակտորի շահագործման 25 տարիների ընթացքում ռադիոակտիվության ավելցուկային արտանետումների, անձնակազմի և հատկապես տեղի բնակչության վթարներ չեն եղել: Արագ ռեակտորները ցուցադրել են բարձր գործառնական կայունություն և հեշտ է կառավարել: Նատրիումի հովացման տեխնոլոգիան յուրացվել է, որն արդյունավետորեն չեզոքացնում է դրա հրդեհային վտանգը: Անձնակազմը վստահորեն հայտնաբերում է արտահոսքերը և նատրիումի այրումը և հուսալիորեն վերացնում դրանց հետևանքները: IN վերջին տարիներըԱվելի ու ավելի լայն կիրառությունարագ ռեակտորային նախագծերում հայտնաբերվում են համակարգեր և սարքեր, որոնք կարող են ռեակտորը տեղափոխել անվտանգ վիճակի առանց անձնակազմի միջամտության կամ արտաքին էներգիայի մատակարարման:

Արագ ռեակտորների տեխնիկական և տնտեսական ցուցանիշները

Նատրիումի տեխնոլոգիայի առանձնահատկությունները, անվտանգության միջոցների բարձրացումը և առաջին ռեակտորների՝ BN-350 և BN-600 նախագծային լուծումների պահպանողական ընտրությունը, դարձան դրանց ավելի բարձր արժեքի պատճառ՝ համեմատած ջրով սառեցված ռեակտորների հետ: Այնուամենայնիվ, դրանք ստեղծվել են հիմնականում արագ ռեակտորների աշխատանքը, անվտանգությունը և հուսալիությունը ստուգելու համար: Այս խնդիրը լուծվեց նրանց հաջող գործողությամբ։ Հաջորդ ռեակտորի տեղադրումը ստեղծելիս՝ BN-800, նախատեսված է զանգվածային օգտագործումըատոմային էներգետիկայում ավելի մեծ ուշադրություն է դարձվել տեխնիկական և տնտեսական բնութագրերին, և արդյունքում, կոնկրետ կապիտալ ծախսերի առումով, հնարավոր եղավ էապես մոտենալ VVER-1000-ին՝ ներքին դանդաղ նեյտրոնային էներգիայի ռեակտորների հիմնական տիպին:

Առայժմ կարելի է հաստատված համարել, որ նատրիումի հովացուցիչ նյութով արագ ռեակտորներն ունեն հետագա տեխնիկական և տնտեսական բարելավման մեծ ներուժ: Դրանց տնտեսական բնութագրերի բարելավման հիմնական ուղղությունները՝ միաժամանակ բարձրացնելով անվտանգության մակարդակը, ներառում են՝ ռեակտորի միավորի հզորության և էներգաբլոկի հիմնական բաղադրիչների ավելացում, հիմնական սարքավորումների դիզայնի բարելավում, գոլորշու գերկրիտիկական պարամետրերին անցնելու համար՝ ավելացնելու համար։ ջերմային էներգիայի փոխակերպման ցիկլի թերմոդինամիկական արդյունավետությունը, օպտիմալացնելով թարմ և սպառված վառելիքի հետ աշխատելու համակարգը, մեծացնելով միջուկային վառելիքի այրումը, ստեղծելով միջուկ ներքին գործակիցվերարտադրման արագությունը (CR) - մինչև 1, ծառայության ժամկետը ավելացնելով մինչև 60 տարի կամ ավելի:

Բարելավում առանձին տեսակներսարքավորումները, ինչպես ցույց են տվել OKBM-ում իրականացված նախագծային ուսումնասիրությունները, կարող են շատ զգալի ազդեցություն ունենալ ինչպես ռեակտորի կայանի, այնպես էլ ամբողջ էներգաբլոկի տեխնիկական և տնտեսական ցուցանիշների բարելավման վրա: Օրինակ, խոստումնալից BN-1800 ռեակտորի վառելիքի լիցքավորման համակարգի կատարելագործման ուսումնասիրությունները ցույց են տվել այս համակարգի մետաղի սպառումը զգալիորեն նվազեցնելու հնարավորությունը: Մոդուլային գոլորշու գեներատորների փոխարինումը օրիգինալ դիզայնի պատյաններով կարող է զգալիորեն նվազեցնել դրանց արժեքը, ինչպես նաև էներգաբլոկի գոլորշու գեներատորի խցիկի տարածքը, ծավալը և նյութի սպառումը:

Ռեակտորի հզորության և սարքավորումների տեխնոլոգիական կատարելագործման ազդեցությունը մետաղի սպառման և կապիտալ ծախսերի մակարդակի վրա կարելի է տեսնել աղյուսակից:

Արագ ռեակտորների բարելավումը, բնականաբար, որոշակի ջանքեր կպահանջի արդյունաբերական ձեռնարկություններ, գիտական ​​և նախագծային կազմակերպություններ։ Այսպիսով, միջուկային վառելիքի այրումը մեծացնելու համար անհրաժեշտ է մշակել և տիրապետել ռեակտորի միջուկի համար կառուցվածքային նյութերի արտադրությանը, որոնք ավելի դիմացկուն են նեյտրոնային ճառագայթմանը: Ներկայումս աշխատանքներ են տարվում այս ուղղությամբ։

Արագ ռեակտորները կարող են օգտագործվել ոչ միայն էներգիայի համար: Բարձր էներգիայի նեյտրոնային հոսքերը կարող են արդյունավետորեն «այրել» ամենավտանգավոր երկարակյաց ռադիոնուկլիդները, որոնք ձևավորվել են օգտագործված միջուկային վառելիքում: Սա հիմնարար նշանակություն ունի միջուկային էներգիայի ռադիոակտիվ թափոնների կառավարման խնդրի լուծման համար։ Փաստն այն է, որ որոշ ռադիոնուկլիդների (ակտինիդների) կիսամյակը զգալիորեն գերազանցում է երկրաբանական կազմավորումների կայունության գիտականորեն հիմնավորված ժամանակաշրջանները, որոնք համարվում են ռադիոակտիվ թափոնների վերջնական հեռացման վայրեր: Հետևաբար, օգտագործելով փակ վառելիքի ցիկլը ակտինիդային այրման և երկարատև տրոհման արտադրանքի կարճատև փոխակերպման միջոցով, հնարավոր է արմատապես լուծել միջուկային էներգիայի թափոնների չեզոքացման խնդիրը և զգալիորեն նվազեցնել թաղվող ռադիոակտիվ թափոնների ծավալը:

Միջուկային էներգիայի փոխանցումը «ջերմային» ռեակտորների հետ արագ աճող ռեակտորներ, ինչպես նաև վառելիքի փակ ցիկլ, հնարավորություն կտա ստեղծել անվտանգ էներգետիկ տեխնոլոգիա, որը լիովին կհամապատասխանի մարդկային հասարակության կայուն զարգացման պահանջներին:

Այսօր շատ փորձագետներ կարծում են, որ արագ նեյտրոնային ռեակտորները միջուկային էներգիայի ապագան են: Այս տեխնոլոգիայի զարգացման առաջամարտիկներից մեկը Ռուսաստանն է, որտեղ Բելոյարսկի ԱԷԿ-ում BN-600 արագ նեյտրոնային ռեակտորը 30 տարի աշխատում է առանց լուրջ միջադեպերի, այնտեղ կառուցվում է BN-800 ռեակտորը և ստեղծվում է նախատեսվում է կոմերցիոն BN-1200 ռեակտոր: Ֆրանսիան և Ճապոնիան ունեն արագ նեյտրոնային ատոմակայանների շահագործման փորձ, և քննարկվում են Հնդկաստանում և Չինաստանում արագ նեյտրոնային ատոմակայաններ կառուցելու ծրագրերը։ Հարց է առաջանում՝ ինչո՞ւ չկան արագ նեյտրոնային էներգիայի զարգացման գործնական ծրագրեր ատոմային էներգիայի շատ բարձր զարգացած արդյունաբերություն ունեցող երկրում՝ ԱՄՆ-ում։

Փաստորեն, նման նախագիծ կար ԱՄՆ-ում. Խոսքը Clinch River Breeder Reactor նախագծի մասին է (անգլերեն՝ The Clinch River Breeder Reactor, կրճատ՝ CRBRP)։ Այս նախագծի նպատակն էր նախագծել և կառուցել նատրիումի արագ ռեակտոր, որը պետք է լինի ցուցադրական նախատիպ LMFBR կոչվող նմանատիպ ամերիկյան ռեակտորների հաջորդ դասի համար (հեղուկ մետաղական արագ աճող ռեակտորների կրճատ): Միևնույն ժամանակ, Clinch River ռեակտորը ընկալվեց որպես նշանակալից քայլ դեպի հեղուկ մետաղների արագ ռեակտորի տեխնոլոգիայի զարգացման՝ էլեկտրաէներգիայի արդյունաբերության մեջ դրանց առևտրային օգտագործման նպատակով: Քլինչ գետի ռեակտորի գտնվելու վայրը պետք է լինի 6 կմ 2 տարածք, որը վարչականորեն մաս է կազմում Թենեսիի Օք Ռիջ քաղաքի:

Ենթադրվում էր, որ ռեակտորը պետք է ունենար 1000 ՄՎտ ջերմային հզորություն և 350-380 ՄՎտ էլեկտրական հզորություն։ Նրա վառելիքը պետք է լինեին 198 վեցանկյուն հավաքույթներ, որոնք հավաքված էին բալոնի տեսքով՝ վառելիքի հարստացման երկու գոտիներով: Ռեակտորի ինտերիերը պետք է բաղկացած լիներ 18% հարստացված պլուտոնիում պարունակող 108 միավորից: Դրանք պետք է շրջապատված լինեին արտաքին գոտիով, որը բաղկացած է 90 միավորից 24% հարստացված պլուտոնիումով: Այս կոնֆիգուրացիան պետք է ապահովի լավագույն պայմաններըջերմության տարածման համար.

Նախագիծն առաջին անգամ ներկայացվել է 1970 թվականին։ 1971թ.-ին ԱՄՆ նախագահ Ռիչարդ Նիքսոնը սահմանեց այս տեխնոլոգիան որպես ազգի հետազոտության և զարգացման առաջնահերթություններից մեկը:

Ի՞նչը խանգարեց դրա իրականացմանը։

Այս որոշման պատճառներից մեկը ծրագրի ծախսերի շարունակական աճն էր: 1971 թվականին ԱՄՆ Ատոմային էներգիայի հանձնաժողովը որոշեց, որ նախագիծը կարժենա մոտ 400 միլիոն դոլար։ Մասնավոր հատվածը պարտավորվել է ֆինանսավորել ծրագրի մեծ մասը՝ հատկացնելով 257 մլն դոլար: Հետագա տարիներին, սակայն, ծրագրի արժեքը ցատկեց մինչև 700 միլիոն: 1981 թվականի դրությամբ արդեն ծախսվել էր մեկ միլիարդ դոլար բյուջետային միջոցներ, չնայած այն հանգամանքին, որ նախագծի արժեքը այն ժամանակ գնահատվում էր 3-3,2 միլիարդ: դոլար՝ չհաշված ևս միլիարդը, որն անհրաժեշտ էր գեներացվող վառելիքի արտադրության գործարան կառուցելու համար։ 1981 թվականին Կոնգրեսի հանձնաժողովը բացահայտեց տարբեր չարաշահումների դեպքեր, որոնք էլ ավելի բարձրացրեցին նախագծի արժեքը:

Մինչ փակման որոշումը, նախագծի արժեքը արդեն գնահատվում էր 8 միլիարդ դոլար։

Մեկ այլ պատճառ էլ էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար բուծող ռեակտորի կառուցման և շահագործման բարձր արժեքն էր: 1981 թվականին հաշվարկվել է, որ արագ ռեակտորի կառուցման արժեքը երկու անգամ գերազանցում է նույն հզորության սովորական թեթև ջրի ռեակտորի արժեքը: Նաև գնահատվում էր, որ սելեկցիոները սովորական թեթև ջրի ռեակտորների հետ տնտեսապես մրցունակ լինելու համար ուրանի գինը պետք է լինի 165 դոլար մեկ ֆունտի դիմաց, մինչդեռ իրականում գինը այն ժամանակ 25 դոլար էր մեկ ֆունտի դիմաց: Մասնավոր արտադրող ընկերությունները չէին ցանկանում ներդրումներ կատարել նման ռիսկային տեխնոլոգիայի մեջ:

Սելեկցիոների ծրագրի կրճատման մեկ այլ լուրջ պատճառ էլ սպառնալիքն էր հնարավոր խախտումչտարածման ռեժիմ, քանի որ այս տեխնոլոգիան արտադրում է պլուտոնիում, որը կարող է օգտագործվել նաև միջուկային զենքի արտադրության համար։ Միջուկային զենքի տարածման հետ կապված միջազգային մտահոգությունների պատճառով 1977 թվականի ապրիլին ԱՄՆ նախագահ Ջիմի Քարթերը կոչ արեց անժամկետ հետաձգել առևտրային արագ ռեակտորների կառուցումը։

Նախագահ Քարթերն ընդհանուր առմամբ Քլինչ գետի նախագծի հետևողական հակառակորդն էր: 1977 թվականի նոյեմբերին, վետո դնելուց հետո ֆինանսավորումը շարունակելու մասին օրինագծի վրա, Քարթերն ասաց, որ այն «արգելողորեն թանկ կլինի» և «ավարտելուց հետո տեխնիկապես հնացած և տնտեսապես անիրագործելի կդառնա»: Բացի այդ, նա հայտարարեց, որ արագ ռեակտորի տեխնոլոգիան ընդհանուր առմամբ ապարդյուն է։ Արագ նեյտրոնների ցուցադրման նախագծի վրա ռեսուրսներ լցնելու փոխարեն Քարթերն առաջարկեց փոխարենը «գումար ծախսել գոյություն ունեցող միջուկային տեխնոլոգիաների անվտանգության բարելավման վրա»:

Clinch River Project-ը վերսկսվեց այն բանից հետո, երբ Ռոնալդ Ռեյգանը ստանձնեց պաշտոնը 1981 թվականին: Չնայած Կոնգրեսի աճող հակառակությանը, նա չեղյալ հայտարարեց իր նախորդի արգելքը և շինարարությունը վերսկսվեց: Այնուամենայնիվ, 1983թ. հոկտեմբերի 26-ին, չնայած շինարարական աշխատանքների հաջող ընթացքին, ԱՄՆ Սենատը մեծամասնությամբ (56-ից 40-ի դիմաց) կոչ արեց հետագա ֆինանսավորում չտալ շինարարության համար, և տարածքը լքվեց:

Եվս մեկ անգամ հիշվեց բոլորովին վերջերս, երբ ԱՄՆ-ում սկսեց մշակվել ցածր էներգիայի mPower ռեակտորի նախագիծը։ Քլինչ գետի ատոմակայանի նախատեսվող շինարարության վայրը դիտարկվում է որպես դրա կառուցման վայր։

Արագ նեյտրոնային ռեակտոր.

Լայնածավալ միջուկային էներգիայի կառուցվածքում կարևոր դերհատկացված է փակ վառելիքի ցիկլով արագ նեյտրոնային ռեակտորներին։ Դրանք հնարավորություն են տալիս գրեթե 100 անգամ բարձրացնել բնական ուրանի օգտագործման արդյունավետությունը և դրանով իսկ վերացնել դրսից միջուկային էներգիայի զարգացման սահմանափակումները։ բնական պաշարներմիջուկային վառելիք.
Ներկայումս աշխարհի 30 երկրներում գործում են մոտ 440 միջուկային ռեակտորներ, որոնք ապահովում են աշխարհում արտադրվող ողջ էլեկտրաէներգիայի մոտ 17%-ը։ Արդյունաբերական երկրներում «միջուկային» էլեկտրաէներգիայի տեսակարար կշիռը, որպես կանոն, կազմում է առնվազն 30% և անշեղորեն աճում է։ Այնուամենայնիվ, ըստ գիտնականների, ատոմային էներգիայի արագ զարգացող արդյունաբերությունը, որը հիմնված է գործող և կառուցվող ատոմակայաններում օգտագործվող ժամանակակից «ջերմային» միջուկային ռեակտորների վրա (դրանց մեծ մասը VVER և LWR տիպի ռեակտորներով), անխուսափելիորեն արդեն ընթացիկ դարում. բախվում են ուրանի հումքի պակասի, քանի որ այդ կայանների համար վառելիքի տրոհվող տարրը հազվագյուտ ուրան-235 իզոտոպն է:
Արագ նեյտրոնային ռեակտորում (BN) միջուկային տրոհման ռեակցիան առաջացնում է ավելորդ քանակությամբ երկրորդական նեյտրոններ, որոնց կլանումը ուրանի մեծ մասում, որը բաղկացած է ուրան-238-ից, հանգեցնում է նոր միջուկային տրոհվող նյութի պլուտոնիում-239-ի ինտենսիվ ձևավորմանը: . Արդյունքում՝ ուրան-235-ի յուրաքանչյուր կիլոգրամից էներգիայի արտադրության հետ մեկտեղ հնարավոր է ստանալ ավելի քան մեկ կգ պլուտոնիում-239, որը կարող է օգտագործվել որպես վառելիք ցանկացած ատոմակայանի ռեակտորներում հազվագյուտ ուրանի-235-ի փոխարեն։ Սա ֆիզիկական գործընթաց, որը կոչվում է վառելիքի վերարտադրություն, թույլ կտա ամբողջ բնական ուրանը, ներառյալ դրա հիմնական մասը՝ ուրան-238 իզոտոպը (հանածո ուրանի ընդհանուր զանգվածի 99,3%-ը), ներգրավվել միջուկային էներգիայի արդյունաբերության մեջ։ Ժամանակակից ջերմային նեյտրոնային ատոմակայաններում այս իզոտոպը գործնականում ներգրավված չէ էներգիայի արտադրության մեջ: Արդյունքում, ուրանի առկա պաշարներով և բնության վրա նվազագույն ազդեցությամբ էներգիայի արտադրությունը կարող է աճել գրեթե 100 անգամ։ Այս դեպքում ատոմային էներգիան մարդկությանը կբավականացնի մի քանի հազարամյակ։
Գիտնականների կարծիքով, «ջերմային» և «արագ» ռեակտորների համատեղ շահագործումը մոտավորապես 80:20% հարաբերակցությամբ կապահովի միջուկային էներգիան առավելագույնը. արդյունավետ օգտագործումըուրանի պաշարներ. Այս հարաբերակցությամբ արագ ռեակտորները կարտադրեն այնքան պլուտոնիում-239, որպեսզի աշխատեն ատոմակայանները ջերմային ռեակտորներով:
Երկրորդային նեյտրոնների ավելցուկային քանակով արագ ռեակտորների տեխնոլոգիայի լրացուցիչ առավելությունն այն է, որ երկարատև (մինչև հազարավոր և հարյուր հազարավոր տարիներ քայքայման ժամանակաշրջանով) ռադիոակտիվ տրոհման արտադրանքները «այրելու» ունակությունն է՝ դրանք վերածելով. կարճատևները, որոնց կես կյանքը չի գերազանցում 200-300 տարի: Նման փոխակերպված ռադիոակտիվ թափոնները կարող են ապահով կերպով թաղվել հատուկ պահեստարաններում՝ առանց խախտելու Երկրի բնական ճառագայթման հավասարակշռությունը։

Արագ նեյտրոնային միջուկային ռեակտորների ոլորտում աշխատանքը սկսվել է 1960 թվականին՝ առաջին փորձնական արդյունաբերական էներգիայի BN-350 ռեակտորի նախագծմամբ։ Այս ռեակտորը գործարկվել է 1973 թվականին և հաջողությամբ շահագործվել մինչև 1998 թվականը։
1980 թվականին Բելոյարսկի ԱԷԿ-ում, որպես թիվ 3 էներգաբլոկի մաս, շահագործման է հանձնվել հաջորդ՝ ավելի հզոր BN-600 (600 ՄՎտ(ե)) էներգետիկ ռեակտորը, որը շարունակում է հուսալիորեն աշխատել մինչ օրս՝ հանդիսանալով այս տեսակի ամենամեծ գործող ռեակտորն աշխարհում: 2010 թվականի ապրիլին ռեակտորն ավարտեց իր նախագծային ծառայության ժամկետը՝ 30 տարի՝ բարձր հուսալիության և անվտանգության ցուցանիշներով: Գործողության երկար ժամանակահատվածում էներգաբլոկի հզորությունը պահպանվում է կայուն մակարդակում բարձր մակարդակ- մոտ 80%: Չպլանավորված կորուստները 1,5%-ից պակաս:
Էներգաբլոկի շահագործման վերջին 10 տարիների ընթացքում ռեակտորի վթարային անջատման դեպք չի գրանցվել։
Չկա երկարատև գազային աերոզոլային ռադիոնուկլիդների արտանետում շրջակա միջավայր: Իներտ ռադիոակտիվ գազերի ելքը ներկայումս չնչին է և կազմում է<1% от допустимого по санитарным нормам.
Ռեակտորի աշխատանքը համոզիչ կերպով ցույց տվեց նատրիումի արտահոսքի կանխարգելման և զսպման նախագծային միջոցառումների հուսալիությունը։
Հուսալիության և անվտանգության առումով BN-600 ռեակտորը մրցունակ է սերիական ջերմային նեյտրոնային ռեակտորների (VVER) հետ։

Նկար 1. BN-600-ի ռեակտորային (կենտրոնական) սրահ

1983 թվականին BN-600-ի հիման վրա ձեռնարկությունը մշակել է 880 ՄՎտ(ե) հզորությամբ էներգաբլոկի համար բարելավված BN-800 ռեակտորի նախագիծ: 1984 թվականին Բելոյարսկում և Հարավային Ուրալի նոր ատոմակայաններում սկսվեցին երկու BN-800 ռեակտորների կառուցման աշխատանքները։ Այս ռեակտորների կառուցման հետագա ձգձգումը օգտագործվել է դիզայնը կատարելագործելու համար՝ դրա անվտանգությունն էլ ավելի բարելավելու և տեխնիկական և տնտեսական ցուցանիշները բարելավելու համար: BN-800-ի կառուցման աշխատանքները վերսկսվել են 2006 թվականին Բելոյարսկի ԱԷԿ-ում (4-րդ էներգաբլոկ) և պետք է ավարտվեն 2013 թվականին։

Նկար 2. Արագ նեյտրոնային ռեակտոր BN-800 (ուղղահայաց հատված)

Նկար 3. BN-800 ռեակտորի մոդելը

Կառուցվող BN-800 ռեակտորն ունի հետևյալ կարևոր խնդիրները.

  • MOX վառելիքի շահագործման ապահովում.
  • Փակ վառելիքի ցիկլի հիմնական բաղադրիչների փորձարարական ցուցադրություն:
  • Նոր տեսակի սարքավորումների իրական շահագործման պայմաններում փորձարկում և բարելավված տեխնիկական լուծումներ, որոնք ներդրվել են արդյունավետությունը, հուսալիությունը և անվտանգությունը բարելավելու համար:
  • Հեղուկ մետաղական հովացուցիչ նյութով ապագա արագ նեյտրոնային ռեակտորների նորարարական տեխնոլոգիաների մշակում.
    • առաջադեմ վառելիքի և կառուցվածքային նյութերի փորձարկում և սերտիֆիկացում.
    • Փոքր ակտինիդների այրման և երկարատև տրոհման արտադրանքի փոխակերպման տեխնոլոգիայի ցուցադրություն, որոնք կազմում են միջուկային էներգիայի ռադիոակտիվ թափոնների ամենավտանգավոր մասը:

«Աֆրիկանտով ՕԿԲՄ» ԲԲԸ-ն մշակում է BN-1200 բարելավված կոմերցիոն ռեակտորի նախագիծը 1220 ՄՎտ հզորությամբ:

Նկար 3. BN-1200 ռեակտոր (ուղղահայաց հատված)

Այս ծրագրի իրականացման համար նախատեսված է հետևյալ ծրագիրը.

  • 2010...2016թ - ռեակտորի կայանի տեխնիկական նախագծման մշակում և գիտահետազոտական ​​և զարգացման ծրագրի իրականացում.
  • 2020թ.՝ MOX վառելիք օգտագործող հիմնական էներգաբլոկի գործարկումը և դրա կենտրոնացված արտադրության կազմակերպումը։
  • 2023…2030 - մոտ 11 ԳՎտ ընդհանուր հզորությամբ մի շարք էներգաբլոկների գործարկում։

BN-600-ի դրական աշխատանքային փորձով հաստատված և BN-800 նախագծում ներառված լուծումների հետ մեկտեղ BN-1200 նախագիծը օգտագործում է նոր լուծումներ, որոնք ուղղված են տեխնիկական և տնտեսական ցուցանիշների հետագա բարելավմանը և անվտանգության բարձրացմանը:
Ըստ տեխնիկական և տնտեսական ցուցանիշների.

  • Տեղադրված հզորության օգտագործման գործակիցը BN-800-ի համար նախատեսված 0,85 արժեքից հասցնելով 0,9-ի.
  • MOX վառելիքի այրման աստիճանական աճ՝ փորձնական վառելիքի հավաքներում ձեռք բերված մակարդակից 11,8% տ.մ. մինչև 20% տ.ա. (միջին այրումը ~ 140 ՄՎտ օր/կգ);
  • բուծման գործակիցը բարձրացնելով մինչև ~1,2-ի ուրանի-պլուտոնիումի օքսիդի վառելիքի և մինչև ~1,45-ի` խառը նիտրիդային վառելիքի դեպքում.
  • մետաղի սպառման կոնկրետ ցուցանիշների կրճատում ~1,7 անգամ BN-800-ի համեմատ
  • ավելացնելով ռեակտորի ծառայության ժամկետը 45 տարուց (BN-800) մինչև 60 տարի:

Անվտանգության համար.

  • միջուկին ծանր վնաս հասցնելու հավանականությունը պետք է լինի կարգավորող փաստաթղթերի պահանջներից փոքր կարգով.
  • սանիտարական պաշտպանության գոտին պետք է տեղակայված լինի ԱԷԿ-ի տեղամասի սահմաններում՝ նախագծային հիմքով ցանկացած վթարի դեպքում.
  • Պաշտպանական միջոցառումների գոտու սահմանը պետք է համընկնի ԱԷԿ-ի տեղամասի սահմանին նախագծային հիմքից դուրս ծանր վթարների դեպքում, որոնց հավանականությունը չի գերազանցում 10-7-ը մեկ ռեակտոր/տարի:

Հղման և նոր լուծումների օպտիմալ համադրությունը և վառելիքի ընդլայնված վերարտադրության հնարավորությունը հնարավորություն են տալիս այս նախագիծը դասակարգել որպես չորրորդ սերնդի միջուկային տեխնոլոգիա:

«Աֆրիկանտով ՕԿԲՄ» ԲԲԸ-ն ակտիվորեն մասնակցում է արագ ռեակտորների միջազգային համագործակցությանը։ Նա եղել է չինական փորձարարական արագ նեյտրոնային ռեակտորի CEFR նախագծի մշակողը և ռեակտորի հիմնական սարքավորումների արտադրության հիմնական կապալառուն, մասնակցել է ռեակտորի ֆիզիկական և ուժային գործարկմանը 2011 թվականին և աջակցում է դրա հզորության զարգացմանը: Ներկայումս միջկառավարական համաձայնագիր է նախապատրաստվում Չինաստանում BN-800 նախագծի հիման վրա նատրիումով սառեցված ցուցադրական արագ ռեակտորի (CDFR) կառուցման համար՝ OKBM-ի և Rosatom պետական ​​կորպորացիայի այլ ձեռնարկությունների մասնակցությամբ:

1955 թվականին աշխարհում առաջին ատոմակայանի գործարկումից և հաջող շահագործումից հետո, Ի.Կուրչատովի նախաձեռնությամբ, որոշում է կայացվել Ուրալում կառուցել արդյունաբերական ատոմակայան՝ ալիքային տիպի ճնշման ջրի ռեակտորով։ Այս տեսակի ռեակտորների առանձնահատկությունները ներառում են գոլորշու գերտաքացումը բարձր պարամետրերի անմիջապես միջուկում, ինչը բացեց սերիական տուրբինային սարքավորումների օգտագործման հնարավորությունը:

1958 թվականին Ռուսաստանի կենտրոնում՝ Ուրալյան բնության գեղատեսիլ անկյուններից մեկում, սկսվեց Բելոյարսկի ատոմակայանի շինարարությունը։ Տեղադրողների համար այս կայանը սկսվել է դեռևս 1957 թվականին, և քանի որ այդ օրերին ատոմակայանների թեման փակված էր, նամակագրության և կյանքում այն ​​կոչվում էր Բելոյարսկի պետական ​​շրջանի էլեկտրակայան: Այս կայանը գործարկվել է Uralenergomontazh տրեստի աշխատակիցների կողմից։ Նրանց ջանքերով 1959 թվականին ստեղծվել է ջրային և գոլորշու խողովակաշարերի արտադրության արհեստանոցով բազա (ռեակտորի 1 շղթա), Զարեչնի գյուղում կառուցվել է երեք բնակելի շենք, սկսվել է հիմնական շենքի շինարարությունը։

1959 թվականին շինհրապարակում հայտնվեցին Ցենտրոէներգոմոնտաժ տրեստի աշխատակիցները, որոնց հանձնարարվեց տեղադրել ռեակտորը։ 1959 թվականի վերջին ատոմակայանի կառուցման վայրը տեղափոխվեց Սմոլենսկի մարզի Դորոգոբուժ քաղաքից, տեղադրման աշխատանքները ղեկավարեց Բելոյարսկի ԱԷԿ-ի ապագա տնօրեն Վ.Նևսկին։ Ջերմային մեխանիկական սարքավորումների տեղադրման բոլոր աշխատանքները ամբողջությամբ փոխանցվել են Ցենտրոէներգոմոնտաժ տրեստին։

Բելոյարսկի ԱԷԿ-ի շինարարության ինտենսիվ շրջանը սկսվել է 1960 թվականին։ Այս պահին տեղադրողները, շինարարական աշխատանքների հետ մեկտեղ, պետք է տիրապետեին նոր տեխնոլոգիաներին չժանգոտվող խողովակաշարերի, հատուկ սենյակների և ռադիոակտիվ թափոնների պահեստավորման օբյեկտների երեսպատման, ռեակտորների կառուցվածքների, գրաֆիտային որմնադրությանը, ավտոմատ եռակցման և այլնի տեղադրման համար: Մենք թռչելիս տեղեկացանք մասնագետներից, ովքեր արդեն մասնակցել են միջուկային օբյեկտների շինարարությանը։ Ջերմային էլեկտրակայանների տեղադրման տեխնոլոգիայից անցնելով ատոմակայանների սարքավորումների տեղադրմանը, Ցենտրոէներգոմոնտաժի աշխատակիցները հաջողությամբ ավարտեցին իրենց խնդիրները, և 1964 թվականի ապրիլի 26-ին Բելոյարսկի ԱԷԿ-ի առաջին էներգաբլոկը AMB-100-ով: ռեակտորը առաջին հոսանքն է մատակարարել Սվերդլովսկի էներգահամակարգին։ Այս իրադարձությունը Նովովորոնեժի ԱԷԿ-ի 1-ին էներգաբլոկի շահագործման հետ մեկտեղ նշանակում էր երկրի խոշոր ատոմային էներգետիկայի ծնունդ։

AMB-100 ռեակտորը Օբնինսկում գտնվող Աշխարհի առաջին ատոմակայանի ռեակտորի նախագծման հետագա բարելավումն էր: Այն միջուկի ավելի բարձր ջերմային բնութագրերով ալիքային ռեակտոր էր։ Անմիջապես ռեակտորում միջուկային գերտաքացման պատճառով բարձր պարամետրերի գոլորշի ստանալը մեծ առաջընթաց էր միջուկային էներգիայի զարգացման գործում։ ռեակտորը աշխատում էր մեկ բլոկում՝ 100 ՄՎտ հզորությամբ տուրբոգեներատորով։

Կառուցվածքային առումով, Բելոյարսկի ԱԷԿ-ի առաջին էներգաբլոկի ռեակտորը հետաքրքիր էր նրանով, որ այն ստեղծվել է գործնականում առանց շրջանակի, այսինքն՝ ռեակտորը չուներ ծանր, բազմատոննա, դիմացկուն մարմին, ինչպես, ասենք, ջրով սառեցված ջրով հովացվող VVER ռեակտոր նմանատիպ հզորությամբ 11-12 մ երկարությամբ մարմնի, 3-3,5 մ տրամագծով, 100-150 մմ կամ ավելի պատի և հատակի հաստությամբ։ Բաց ալիքով ռեակտորներով ատոմակայաններ կառուցելու հնարավորությունը շատ գայթակղիչ է ստացվել, քանի որ այն ազատել է ծանր ինժեներական կայաններին 200-500 տոննա կշռող պողպատե արտադրանքի արտադրության անհրաժեշտությունից։ կապված է գործընթացի կարգավորման հայտնի դժվարությունների հետ, հատկապես դրա առաջընթացի մոնիտորինգի առումով, շատ գործիքների ճշգրիտ շահագործման պահանջի, բարձր ճնշման տակ տարբեր չափերի մեծ քանակությամբ խողովակների առկայության և այլնի հետ:

Բելոյարսկի ԱԷԿ-ի առաջին էներգաբլոկը հասել է իր նախագծային ամբողջական հզորությանը, սակայն, ագրեգատի համեմատաբար փոքր դրվածքային հզորության (100 ՄՎտ), նրա տեխնոլոգիական ալիքների բարդության և, հետևաբար, բարձր գնի, 1 կՎտ/ժ էլեկտրաէներգիայի արժեքի պատճառով։ պարզվեց, որ զգալիորեն ավելի բարձր է, քան Ուրալի ջերմային կայանները:

Բելոյարսկի ԱԷԿ-ի երկրորդ բլոկը AMB-200 ռեակտորով կառուցվել է ավելի արագ, առանց աշխատանքի մեջ մեծ սթրեսի, քանի որ շինարարության և տեղադրման թիմն արդեն պատրաստված էր: Զգալիորեն բարելավվել է ռեակտորի տեղադրումը։ Այն ուներ միակողմանի հովացման սխեման, որը պարզեցրեց ամբողջ ատոմակայանի տեխնոլոգիական դիզայնը։ Ինչպես առաջին էներգաբլոկում, այնպես էլ AMB-200 ռեակտորի հիմնական առանձնահատկությունը բարձր պարամետրերով գոլորշի ուղղակիորեն տուրբին հասցնելն է: 1967 թվականի դեկտեմբերի 31-ին ցանցին միացվեց թիվ 2 էներգաբլոկը - դրանով ավարտվեց կայանի 1-ին փուլի շինարարությունը։

ԲԱԷԿ-ի 1-ին փուլի շահագործման պատմության մի զգալի մասը լցված էր ամեն նորին բնորոշ ռոմանտիկայով ու դրամատիզմով։ Սա հատկապես ճիշտ էր բլոկի մշակման ժամանակաշրջանում։ Ենթադրվում էր, որ դրա հետ կապված խնդիրներ չպետք է լինեն. կային նախատիպեր AM «Աշխարհում առաջին» ռեակտորից մինչև պլուտոնիումի արտադրության արդյունաբերական ռեակտորներ, որոնց վրա հիմնված էին հիմնական հասկացությունները, տեխնոլոգիաները, նախագծային լուծումները, բազմաթիվ տեսակի սարքավորումներ և համակարգեր և փորձարկվել է նույնիսկ տեխնոլոգիական ռեժիմների մի զգալի մասը։ Սակայն պարզվեց, որ արդյունաբերական ատոմակայանի և նրա նախորդների միջև տարբերությունն այնքան մեծ է և եզակի, որ առաջացան նոր, նախկինում անհայտ խնդիրներ։

Դրանցից ամենամեծն ու ակնհայտը գոլորշիացման և գերտաքացման ալիքների անբավարար հուսալիությունն էր։ Նրանց շահագործման կարճ ժամանակահատվածից հետո վառելիքի տարրերի գազի ճնշումը կամ հովացուցիչ նյութի արտահոսքը հայտնվեց անընդունելի հետևանքներով ռեակտորների գրաֆիտային որմնադրության, տեխնոլոգիական շահագործման և վերանորոգման ռեժիմների, անձնակազմի և շրջակա միջավայրի վրա ճառագայթման ազդեցության համար: Ըստ այն ժամանակվա գիտական ​​կանոնների և հաշվարկային ստանդարտների՝ դա չպետք է տեղի ունենար։ Այս նոր երևույթի խորը ուսումնասիրությունները մեզ ստիպեցին վերանայել խողովակների մեջ եռացող ջրի հիմնարար օրենքների մասին հաստատված գաղափարները, քանի որ նույնիսկ ցածր ջերմային հոսքի խտության դեպքում առաջացավ նախկինում անհայտ ջերմային փոխանցման ճգնաժամ, որը հայտնաբերվեց 1979 թ. Վ.Է. Դորոշչուկը (VTI) և այնուհետև անվանեց «երկրորդ տեսակի ջերմային փոխանցման ճգնաժամ»:

1968-ին որոշում է կայացվել Բելոյարսկի ԱԷԿ-ում արագ նեյտրոնային ռեակտորով երրորդ էներգաբլոկ կառուցել՝ BN-600: BN-600-ի ստեղծման գիտական ​​հսկողությունն իրականացրել է Ֆիզիկայի և էներգետիկայի ինստիտուտը, ռեակտորի կայանի նախագծումն իրականացրել է Փորձարարական մեքենաշինական նախագծային բյուրոն, իսկ ագրեգատի ընդհանուր նախագծումն իրականացրել է. Ատոմելեկտրոպրեկտի Լենինգրադի մասնաճյուղը։ Բլոկը կառուցվել է գլխավոր կապալառուի կողմից՝ Uraleenergostroy տրեստը:

Այն նախագծելիս հաշվի է առնվել Շևչենկոյի BN-350 ռեակտորների և BOR-60 ռեակտորի շահագործման փորձը։ BN-600-ի համար ընդունվել է առաջնային շղթայի ավելի խնայող և կառուցվածքային հաջող ինտեգրալ դասավորություն, ըստ որի ռեակտորի միջուկը, պոմպերը և միջանկյալ ջերմափոխանակիչները տեղակայված են մեկ բնակարանում: 12,8 մ տրամագծով և 12,5 մ բարձրությամբ ռեակտորային անոթը տեղադրվել է ռեակտորի լիսեռի հիմքի վրա ամրացված գլանափաթեթների վրա։ Հավաքված ռեակտորի զանգվածը կազմել է 3900 տոննա, իսկ նատրիումի ընդհանուր քանակը կայանում գերազանցել է 1900 տոննան։ Կենսաբանական պաշտպանությունը պատրաստված էր պողպատե գլանաձև էկրաններից, պողպատե բլանկներից և գրաֆիտային լցանյութով խողովակներից:

BN-600-ի տեղադրման և եռակցման աշխատանքների որակի պահանջները պարզվեց, որ ավելի մեծ կարգով էին, քան նախկինում ձեռք բերվածները, և տեղադրման թիմը ստիպված էր շտապ վերապատրաստել անձնակազմին և տիրապետել նոր տեխնոլոգիաներին: Այսպիսով, 1972 թվականին, երբ ավստենիտիկ պողպատներից ռեակտորային անոթ հավաքում էին, առաջին անգամ բետատրոնն օգտագործվեց խոշոր եռակցման փոխանցումը վերահսկելու համար:

Բացի այդ, BN-600 ռեակտորի ներքին սարքերի տեղադրման ժամանակ սահմանվել են մաքրության հատուկ պահանջներ, և արձանագրվել են ներռակտորային տարածքից բերված և հեռացված բոլոր մասերը։ Դա պայմանավորված էր ռեակտորի և խողովակաշարերի հետագա լվացման անհնարինությամբ նատրիումի հովացուցիչ նյութով:

Նիկոլայ Մուրավյովը, ով կարողացավ նրան աշխատանքի հրավիրել Նիժնի Նովգորոդից, որտեղ նա նախկինում աշխատել էր կոնստրուկտորական բյուրոյում, մեծ դեր խաղաց ռեակտորների տեղադրման տեխնոլոգիայի զարգացման գործում։ Նա BN-600 ռեակտորի նախագծի մշակողներից էր, և այդ ժամանակ արդեն թոշակի էր անցել։

Տեղադրման թիմը հաջողությամբ ավարտեց արագ նեյտրոնային միավորի տեղադրման հանձնարարված խնդիրները: Ռեակտորը նատրիումով լցնելը ցույց է տվել, որ շղթայի մաքրությունը պահպանվել է նույնիսկ ավելի բարձր, քան պահանջվում է, քանի որ նատրիումի հոսման կետը, որը հեղուկ մետաղում կախված է օտար աղտոտիչների և օքսիդների առկայությունից, պարզվել է, որ ավելի ցածր է, քան ձեռք բերվածը։ BN-350, BOR-60 ռեակտորների տեղադրումը ԽՍՀՄ-ում և ֆրանսիական «Ֆենիքս» ատոմակայաններում:

Բելոյարսկի ԱԷԿ-ի կառուցման ժամանակ տեղադրման թիմերի հաջողությունը մեծապես կախված էր մենեջերներից: Նախ Պավել Ռյաբուխան էր, հետո եկավ երիտասարդ եռանդուն Վլադիմիր Նևսկին, հետո նրան փոխարինեց Վազգեն Կազարովը։ Վ.Նևսկին շատ բան արեց տեղադրողների թիմի ձևավորման համար։ 1963 թվականին նա նշանակվել է Բելոյարսկի ատոմակայանի տնօրեն, իսկ ավելի ուշ գլխավորել է «Գլավատոմներգո»-ն, որտեղ մեծ ջանքեր է գործադրել երկրի ատոմային էներգիայի արդյունաբերությունը զարգացնելու համար:

Ի վերջո, 1980 թվականի ապրիլի 8-ին տեղի ունեցավ Բելոյարսկի ԱԷԿ-ի թիվ 3 էներգաբլոկի սնուցման գործարկումը BN-600 արագ նեյտրոնային ռեակտորով։ BN-600-ի որոշ նախագծային բնութագրեր.

  • էլեկտրական հզորություն – 600 ՄՎտ;
  • ջերմային հզորություն – 1470 ՄՎտ;
  • գոլորշու ջերմաստիճանը – 505 o C;
  • գոլորշու ճնշում – 13,7 ՄՊա;
  • համախառն թերմոդինամիկական արդյունավետություն – 40,59%:

Հատուկ ուշադրություն պետք է դարձնել նատրիումը որպես հովացուցիչ նյութ օգտագործելու փորձին: Այն ունի լավ ջերմաֆիզիկական և բավարար միջուկային ֆիզիկական հատկություններ և լավ համատեղելի է չժանգոտվող պողպատների, ուրանի և պլուտոնիումի երկօքսիդի հետ: Ի վերջո, դա քիչ է և համեմատաբար էժան: Այնուամենայնիվ, այն շատ քիմիապես ակտիվ է, այդ իսկ պատճառով դրա օգտագործումը պահանջում էր լուծել առնվազն երկու լուրջ խնդիր. մի արտահոսքի.

Առաջին խնդիրը, ընդհանուր առմամբ, բավականին հաջող լուծվեց սարքավորումների և խողովակաշարերի նախագծերի մշակման փուլում։ Շատ հաջող ստացվեց ռեակտորի ամբողջական դասավորությունը, որում ռադիոակտիվ նատրիումով 1-ին շղթայի բոլոր հիմնական սարքավորումները և խողովակաշարերը «թաքնված» էին ռեակտորի նավի ներսում, և, հետևաբար, դրա արտահոսքը, սկզբունքորեն, հնարավոր էր միայն մի քանի օժանդակ համակարգեր.

Եվ չնայած BN-600-ն այսօր աշխարհի ամենամեծ էներգաբլոկն է՝ արագ նեյտրոնային ռեակտորով, Բելոյարսկի ԱԷԿ-ը մեծ դրվածքային հզորությամբ ատոմակայաններից չէ։ Դրա տարբերություններն ու առավելությունները պայմանավորված են արտադրության նորությամբ և յուրահատկությամբ, նպատակներով, տեխնոլոգիայով և սարքավորումներով: BelNPP-ի բոլոր ռեակտորային կայանքները նախատեսված էին նախագծողների և շինարարների կողմից առաջադրված տեխնիկական գաղափարների և լուծումների փորձնական արդյունաբերական հաստատման կամ մերժման, տեխնոլոգիական ռեժիմների, կառուցվածքային նյութերի, վառելիքի տարրերի, կառավարման և պաշտպանիչ համակարգերի հետազոտման համար:

Երեք էներգաբլոկներն էլ չունեն անմիջական նմանակներ ո՛չ մեր երկրում, ո՛չ էլ արտերկրում։ Նրանք մարմնավորում էին ատոմային էներգիայի ապագա զարգացման գաղափարներից շատերը.

  • Կառուցվել և շահագործման են հանձնվել արդյունաբերական մասշտաբի ջրային-գրաֆիտային ռեակտորներով էներգաբլոկներ.
  • Օգտագործվել են 36-ից 42% ջերմային ցիկլի արդյունավետությամբ բարձր պարամետրերով սերիական տուրբո ագրեգատներ, որոնք աշխարհում ոչ մի ատոմակայան չունի.
  • Օգտագործվել են վառելիքի հավաքույթներ, որոնց դիզայնը բացառում է բեկորային գործունեության հնարավորությունը, որը մտնում է հովացուցիչ նյութ, նույնիսկ երբ վառելիքի ձողերը ոչնչացվում են.
  • ածխածնային պողպատը օգտագործվում է 2-րդ միավորի ռեակտորի առաջնային միացումում.
  • Հեղուկ մետաղական հովացուցիչ նյութի օգտագործման և հետ աշխատելու տեխնոլոգիան մեծապես յուրացվել է.

Բելոյարսկի ԱԷԿ-ը Ռուսաստանում առաջին ատոմակայանն էր, որը գործնականում բախվեց սպառված ռեակտորային կայանների շահագործումից հանելու խնդրի լուծման անհրաժեշտությանը։ Գործունեության այս ոլորտի զարգացումը, որը շատ արդիական է ողջ ատոմային էներգետիկայի արդյունաբերության համար, ունեցել է երկար ինկուբացիոն շրջան՝ կազմակերպչական և կարգավորող փաստաթղթերի բազայի բացակայության և ֆինանսական աջակցության չլուծված խնդրի պատճառով:

Բելոյարսկի ԱԷԿ-ի շահագործման ավելի քան 50-ամյա շրջանն ունի երեք բավականին հստակ փուլ, որոնցից յուրաքանչյուրն ուներ իր գործունեության ոլորտները, դրա իրականացման կոնկրետ դժվարությունները, հաջողություններն ու հիասթափությունները:

Առաջին փուլը (1964 թվականից մինչև 70-ականների կեսերը) ամբողջությամբ կապված էր 1-ին փուլի էներգաբլոկների հզորության նախագծման մակարդակի գործարկման, զարգացման և ձեռքբերման, բազմաթիվ վերակառուցման աշխատանքների և ագրեգատների անկատար նախագծման հետ կապված խնդիրների լուծման հետ, տեխնոլոգիական ռեժիմները և վառելիքի ուղիների կայուն շահագործման ապահովումը։ Այս ամենը կայանի անձնակազմից պահանջում էր հսկայական ֆիզիկական և մտավոր ջանքեր, որոնք, ցավոք, չպսակվեցին միջուկային էներգիայի հետագա զարգացման համար միջուկային գերտաքացած գոլորշով ուրան-գրաֆիտային ռեակտորների ընտրության ճիշտության և հեռանկարների նկատմամբ վստահությամբ: Այնուամենայնիվ, 1-ին փուլի կուտակված գործառնական փորձի ամենազգալի մասը նախագծողների և շինարարների կողմից հաշվի է առնվել հաջորդ սերնդի ուրան-գրաֆիտային ռեակտորներ ստեղծելիս։

70-ականների սկիզբը կապված էր երկրի ատոմային էներգիայի հետագա զարգացման համար նոր ուղղության ընտրության հետ՝ արագ նեյտրոնային ռեակտորային կայաններ՝ բուծող ռեակտորներով մի քանի էներգաբլոկներ կառուցելու հետագա հեռանկարով՝ օգտագործելով խառը ուրան-պլուտոնիում վառելիք: Արագ նեյտրոնների օգտագործմամբ առաջին փորձնական արդյունաբերական միավորի կառուցման վայրը որոշելիս ընտրությունն ընկավ Բելոյարսկի ԱԷԿ-ի վրա: Այս ընտրության վրա էականորեն ազդել է շինարարական թիմերի, տեղադրողների և կայանի անձնակազմի կարողությունը՝ պատշաճ կերպով կառուցել այս եզակի էներգաբլոկը և հետագայում ապահովել դրա հուսալի շահագործումը:

Այս որոշումը նշանավորեց Բելոյարսկի ԱԷԿ-ի զարգացման երկրորդ փուլը, որը մեծ մասամբ ավարտվեց Պետական ​​հանձնաժողովի որոշմամբ՝ ընդունելու «գերազանց» վարկանիշ ունեցող BN-600 ռեակտորով էներգաբլոկի ավարտված շինարարությունը։ հազվադեպ է օգտագործվում գործնականում:

Աշխատանքի որակի ապահովումն այս փուլում վստահվել է ինչպես շինմոնտաժային կապալառուների, այնպես էլ կայանի շահագործող անձնակազմի լավագույն մասնագետներին։ Կայանի անձնակազմը ձեռք է բերել ատոմակայանների սարքավորումների ստեղծման և յուրացման մեծ փորձ, որն ակտիվորեն և արդյունավետորեն օգտագործվել է Չեռնոբիլի և Կուրսկի ատոմակայաններում շահագործման հանձնելու ժամանակ։ Հատկապես պետք է նշել Բիլիբինո ԱԷԿ-ը, որտեղ շահագործման հանձնելուց բացի, իրականացվել է նախագծի խորը վերլուծություն, որի հիման վրա կատարվել են մի շարք էական բարելավումներ։

Երրորդ բլոկի գործարկումով սկսվեց կայանի գոյության երրորդ փուլը, որը շարունակվում է ավելի քան 35 տարի։ Այս փուլի նպատակներն էին հասնել ագրեգատի նախագծային պարամետրերին, գործնականում հաստատել նախագծային լուծումների կենսունակությունը և ձեռք բերել գործառնական փորձ՝ սելեկցիոն ռեակտորով սերիական միավորի նախագծման համար հետագա քննարկման համար: Այս բոլոր նպատակներն այժմ հաջողությամբ իրականացվել են։

Ընդհանուր առմամբ հաստատվել են միավորի նախագծում ամրագրված անվտանգության հայեցակարգերը: Քանի որ նատրիումի եռման կետը գրեթե 300 o C-ով բարձր է իր աշխատանքային ջերմաստիճանից, BN-600 ռեակտորը աշխատում է գրեթե առանց ճնշման ռեակտորի անոթում, որը կարող է պատրաստված լինել բարձր պլաստիկ պողպատից: Սա գործնականում վերացնում է արագ զարգացող ճաքերի հնարավորությունը: Եվ ռեակտորի միջուկից ջերմության փոխանցման եռաշղթա սխեման յուրաքանչյուր հաջորդ շղթայում ճնշման աճով լիովին բացառում է ռադիոակտիվ նատրիումի 1-ին միացումից երկրորդ (ոչ ռադիոակտիվ) միացում մտնելու հնարավորությունը, և նույնիսկ ավելին, գոլորշու-ջուր երրորդ միացում.

BN-600-ի անվտանգության և հուսալիության ձեռք բերված բարձր մակարդակի հաստատումը Չեռնոբիլի ատոմակայանում տեղի ունեցած վթարից հետո կատարված անվտանգության վերլուծությունն է, որը չի բացահայտել որևէ հրատապ տեխնիկական բարելավման անհրաժեշտություն: Արտակարգ իրավիճակների պաշտպանության ակտիվացման, վթարային անջատումների, աշխատանքային հզորության չնախատեսված կրճատումների և այլ խափանումների վիճակագրությունը ցույց է տալիս, որ BN-6OO ռեակտորը գտնվում է աշխարհի լավագույն միջուկային բլոկների առնվազն 25%-ի մեջ:

Ամենամյա մրցույթի արդյունքներով Բելոյարսկի ԱԷԿ-ը 1994, 1995, 1997 եւ 2001 թթ. արժանացել է «Ռուսաստանի լավագույն ԱԷԿ» կոչմանը։

ԲՆ-800 արագ նեյտրոնային ռեակտորով թիվ 4 էներգաբլոկը գտնվում է նախագործարկման փուլում։ BN-800 ռեակտորով 880 ՄՎտ հզորությամբ նոր 4-րդ էներգաբլոկը 2014 թվականի հունիսի 27-ին հասցվել է նվազագույն վերահսկվող հզորության մակարդակի։ Էներգաբլոկը նախատեսված է միջուկային էներգիայի վառելիքի բազան զգալիորեն ընդլայնելու և ռադիոակտիվ թափոնները նվազագույնի հասցնելու համար՝ միջուկային վառելիքի փակ ցիկլի կազմակերպման միջոցով:

Դիտարկվում է 1200 ՄՎտ հզորությամբ արագ ռեակտորով թիվ 5 էներգաբլոկով Բելոյարսկի ԱԷԿ-ի հետագա ընդլայնման հնարավորությունը՝ սերիական շինարարության հիմնական կոմերցիոն էներգաբլոկը։



Նորություն կայքում

>

Ամենահայտնի

© 2023. Ատամնաբուժական խորհրդատվության պորտալ.

ՀԱՅԱՍՏԱՆԻ ԲԱԺԻՆՆԵՐ