רוסיה עשתה פריצת דרך בתחום הכוח הגרעיני

2024 מְחַבֵּר: Seth Attwood | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-16 16:05

פרויקט "פריצת דרך" - הכור הגרעיני Brest-300 בבנייה ליד טומסק, יפתח דף חדש בגזרת האנרגיה של כדור הארץ. רוסיה יוצרת את Perpetuum Mobile הראשונה בעולם בהספק של 300 MW - תחנת כוח גרעינית עם מחזור דלק סגור. הפרויקט עם השם המובן מאליו "פריצת דרך" מבטיח אנרגיה ללא סכנה, ללא כריית אורניום ועובר על המתחרים במשך עשרות שנים…

ארבעים ושלושה דונם של שטח, קירות מונוליטיים אפורים, אביזרים מבצבצים בשפע לשמיים, מנופים ו-600 עובדים. שלוש שנים אחר כך, במקום הזה, בעיר סגורה סברסק, 25 קילומטרים מ טומסק, יתחיל לעבוד הראשון בעולםPerpetuum Mobile בהספק של 300 מגה וואט היא תחנת כוח גרעינית עם מחזור דלק סגור ועופרת מותכת כנוזל קירור. המיזם נקרא ניסוי, מכיוון שטכנולוגיות העל עבורו מחושבות עד כה רק על מודלים מתמטיים. עם זאת, לאחר שבדקו אותם על כור פועל, מדעני הגרעין שלנו יקבלו תחנת כוח גרעינית ייחוס מדור חדש, התנתקות ממתחרים מ-Toshiba, Areva ואחרות במשך עשרות שנים.הפרויקט, שיש לו שם מובן מאליו " פְּרִיצַת דֶרֶך", מבטיחה אנרגיה ללא סכנה והכי חשוב, ללא כריית אורניום.

ספקנים והאטום השליו

כמה מילים למי שרואים באטום השליו שריד. הצורך של האנושות באנרגיה מוכפל מדי 20 שנה. שריפת נפט ופחם מביאה להיווצרות שנתית של כחצי מיליארד טונות של תחמוצות גופרית דו-חמצנית ותחמוצות חנקן, כלומר 70 קילוגרם של חומרים מזיקים לכל תושב כדור הארץ. השימוש בתחנות כוח גרעיניות מסיר בעיה זו. יתר על כן, עתודות הנפט מוגבלות, ו עוצמת האנרגיה של טון אחד של אורניום-235 שווה בערך לעוצמת האנרגיה של שני מיליון טון בנזין.

גם העלות חשובה. בתחנת כוח הידרואלקטרית, קילוואט-שעה של חשמל עולה 10-25 קופיקות, אבל פוטנציאל ההידרו-כוח בעולם המפותח כמעט מוצה. בתחנות פחם או מזוט - 22-40 קופיקות, אך מתעוררות בעיות סביבתיות. בתחנות רוח ואנרגיה סולארית תעשייתיות - 35-150 קופיקות, קצת יקר, ומי מבטיח רוח מתמדת והיעדר עננים. העלות העיקרית של אנרגיה אטומית היא 20-50 קופיקות, היא יציבה, יוצרת הרבה פחות בעיות סביבתיות משריפת נפט ופחם, הפוטנציאל שלה בלתי מוגבל.

לבסוף, התברר שהאטום הרוסי השליו כמעט אינו מתחרה. בשנת 2010, כאשר, לאחר התקף קור של 24 שנים, מדינות רבות רצו שוב לבנות תחנות כוח גרעיניות, הכורים שלנו התבררו כמוזלים יותר ולא גרועים יותר מאבות טיפוס יפנים, צרפתים ואמריקאים. יתר על כן, אנחנו, בניגוד למתחרים , כל השנים הללו בנינו תחנות כוח גרעיניות - לרוסאטום היה משהו להראות ללקוח פוטנציאלי.

הנהלת התאגיד הממלכתי נפטרה בכשירות מהנכות שנבעה מכך. כתוצאה מכך, Westinghouse Electric פשטה את הרגל בשנה שעברה. טושיבה, שרכשה בעבר את Westinghouse Electric, בדרך. גם מצבה הכלכלי של ארבה אינו מעורר קנאה. מנגד, ל-Atomexpo-2016 הגיעו משלחות מ-52 מדינות. ל-20 מהמדינות הללו עדיין לא היה כוח גרעיני. כעת הם יופיעו לראשונה ב מצרים, וייטנאם, טורקיה, אינדונזיה, בנגלדש - תחנות הכוח הגרעיניות הרוסיות שלנו.

גיהנום עמוק

הבעיה העיקרית של אנרגיה גרעינית כיום היא לתדלק … יש 6, 3 מיליון טונות של אורניום בר-השבה כלכלית על פני כדור הארץ. אם לוקחים בחשבון את גידול הצריכה, היא תימשך כ-50 שנה. העלות עומדת כיום על כ-50 דולר לק"ג עפרה, אך ככל שמרבצים פחות רווחיים במיצוי, היא תעלה ל-130 דולר לק"ג ויותר. יש כמובן עתודות ממוקשות, ולא קטנות, אבל הן לא לנצח.

קשה לכרות אורניום או קשה מאוד … בסלע של עפרות אורניום יש בערך 0.1-1 אחוז, פלוס מינוס.עפרה מתרחשת בעומק של כקילומטר. הטמפרטורות במכרות הן מעל 60 מעלות צלזיוס. יש להמיס את הסלע המופק בחומצה, לרוב חומצה גופרתית, על מנת לבודד עפרות אורניום מהתמיסה. במרבצים מסוימים, חומצה גופרתית נשאבת מיד לאדמה, כך שבהמשך ניתן לקחת אותה יחד עם האורניום המומס. עם זאת, ישנם סלעי אורניום שאינם מתמוססים בחומצה גופרתית…

לבסוף, באורניום מטוהר בלבד 0.72 אחוז האיזוטופ הנדרש הוא אורניום-235. אותו אחד עליו עובדים כורים גרעיניים. כדי להדגיש את זה הוא כאב ראש נפרד. האורניום הופך לגז (אורניום הקספלואוריד) ועובר דרך מפלים של צנטריפוגות המסתובבות במהירות של כאלפיים סיבובים לשנייה, כאשר השבר הקל מופרד מהכבד. המזבלה - אורניום-238, עם תכולת אורניום-235 שיורית של 0.2-0.3 אחוז, פשוט נזרקה בשנות ה-50. אבל אז התחילו לאחסן אותו בצורה של פלואוריד אורניום מוצק במיכלים מיוחדים מתחת לשמים הפתוחים. במשך 60 שנה, כדור הארץ הצטבר בערך שני מיליון טונות של אורניום-238 פלואוריד … למה זה נשמר? לאחר מכן, האורניום-238 הזה יכול להפוך לדלק לכורים גרעיניים מהירים, שעד כה היו למדענים גרעיניים מערכת יחסים קשה.

בסך הכל נבנו בעולם 11 כורי נויטרונים מהירים תעשייתיים: שלושה בגרמניה, שניים בצרפת, שניים ברוסיה, אחד כל אחד בקזחסטן, יפן, בריטניה וארצות הברית. אחד מהם, ה-SNR-300 בגרמניה, מעולם לא הושק. עוד שמונה נעצרים. שני פועלים עזבו … איפה אתה חושב? נכון, הלאה NPP בלויארסק.

מצד אחד, כורים מהירים בטוחים יותר מכורים תרמיים רגילים. אין בהם לחץ גבוה, אין סיכון לתגובת קיטור-זירקוניום וכו'. מצד שני, עוצמת שדות נויטרונים והטמפרטורה באזור העבודה גבוהה יותר; פלדה, שתשמור על תכונותיה בשני הפרמטרים, קשה ויקרה יותר לייצור. בנוסף, מים לא יכולים לשמש כנוזל קירור בכור מהיר. שרידים: כספית, נתרן ועופרת. כספית מסולקת הודות ליכולת הקורוזיבית הגבוהה שלה. יש לשמור עופרת במצב מותך - טמפרטורת ההיתוך היא 327 מעלות. נקודת ההיתוך של נתרן היא 98 מעלות, כך שכל הכורים המהירים יוצרו עד כה עם נוזל קירור נתרן. אבל נתרן מגיב באלימות מדי עם מים. אם המעגל ניזוק… כפי שקרה בכור היפני "מונג'ו" ב-1995. באופן כללי, המהירים התבררו כקשים מדי.

אל תדאג לא יקפא

"אל תדאג, העופרת בכור Brest-300 שלנו לא רק שלעולם לא יתמצק, אלא שהוא לעולם לא יתקרר מתחת ל-350 מעלות", אומר ראש פרויקט BREST-OD-300 ל-Lente.ru אנדריי ניקולייב … - תוכניות ומערכות מיוחדות אחראיות לכך. מדובר בפרויקט חדש לחלוטין שאין לו שום קשר לכורי עופרת-ביסמוט שהיו על הצוללות. הכל כאן פותח תוך התחשבות בפיתוחים, בטכנולוגיות ובהישגים האחרונים. זה יהיה הכור המהיר מקורר עופרת הראשון בעולם … לא בכדי הוא נקרא "פריצת דרך". לפניך מפעל העתיד - תחנת כוח גרעינית דור רביעי עם סָגוּר מחזור דלק.

לא נתנו לי לטפס באתר הבנייה - זה מידע מסווג. גם הם לא הורשו לצלם, אז התמונות אינן שלי. הם נעשו על ידי אדם שהוסבר לו מראש מאילו זוויות אפשר ללכוד אובייקט, ומאיזה זוויות אי אפשר. אבל אנדריי ניקולייב הסביר בפירוט מדוע ובאיזה סדר נבנים שלושת מפעלי פרויב וכיצד תחנת כוח גרעינית יכול לעבוד ללא אורניום.

המיזם יורכב מ שלושה מפעלים: מפעל לייצור דלק, הכור עצמו ומפעל לעיבוד דלקים. מפעל ייצור הדלק ייצר הרכב חדש לחלוטין של אלמנטי דלק, שלא היה לו אנלוגי בעולם. זהו דלק ניטריד מעורב אורניום-פלוטוניום - MNUP. החומר הבקיע בכור החדש יהיה פּלוּטוֹנִיוּם … ואורניום-238, בעצמו אינו בקיע, יוקרן בניוטרונים תרמיים ויהפוך לפלוטוניום-239. כלומר, הכור ברסט-300 יפיק חום, חשמל, וחוץ מזה , הכינו לעצמכם דלק.

שתי ציפורים במכה אחת

בעולם היום עובדים 449 כורים גרעיניים תעשייתיים שלווים ועוד 60 נמצאים בבנייה. במהלך הפעלתם של כורים אלו, בעבר ובעתיד, מתעוררת בעיה מתוכננת - מכלולי דלק מושקע. ראשית, הם מוכנסים לאמבטיות מיוחדות, שם הם "מתקררים" במשך כמה שנים. לאחר מכן, אלמנטי הדלק ה"מקוררים" מאוחסנים במתקני אחסון "יבשים", שם הם מצטברים בכמויות גדולות. היכולת לעבד מכלולי פסולת קטנה פי כמה מהנדרש. למה? כי זה מאוד קשה ויקר.

פרויקט פריצת הדרך יבנה מפעל משלו לעיבוד דלק. כפי שאתה יכול לנחש, מפעל זה לא רק יהרוס דלק שנשרף, אלא יחלק חומרי גלם למכלולים חדשים … מוטות הדלק הישנים יומסו בחומצה, אולי גופריתית, ואז במפעל, באמצעות טכנולוגיות כימיות מורכבות, תופרד התמיסה אלמנט אחר אלמנט. המיותר מותנה וקבור, משתמשים בהכרחי. בנוסף לחומרי גלם לדלק החדש, המיזם יחלץ ממכלולים ישנים את האיזוטופים הנדירים ביותר של יסודות כבדים המבוקשים ברפואה, במדע ובתעשייה.

אגב, הספק הכור של 300 מגה וואט לא נבחר במקרה. בהספק זה, הוא יפיק פלוטוניום כמו שהוא צורך. אותו כור בעל הספק גבוה יותר יפיק יותר דלק ממה שהוא יצרוך. אז, לאחר הטעינה, הכור ברסט יפעל כמו Perpetuum Mobile רגיל. רק אספקה קטנה של אורניום מדולדל תידרש. ובכן, ואורניום-238, כפי שכבר ציינתי, נצבר על ידי תעשיית הגרעין בכמות כזו שיימשך לנצח.

סיר גדול

– כדי שתוכלו לדמיין כור, – ממשיך אנדריי ניקולייב. - מדובר במחבת בגובה 17 מטר ובקוטר 26 מטר. מכלולי דלק יורדו לתוכו. מחליף חום - עופרת מותכת תסתובב דרכו. כל הציוד מהייצור הרוסי ואליו בלבד. זה יהיה כור בטוח לחלוטין עם מרווח תגובתיות של פחות מאחד. כלומר, בהתאם לחוקי הפיזיקה, פשוט אין לו מספיק תגובתיות כדי להאיץ. תאונות בקנה מידה גדול עליו אינן אפשריות. פינוי אוכלוסיה לעולם לא יידרש. כל כישלון, אם יקרה, לא יחרוג מגבולות בניין הארגון. אפילו פליטות לאטמוספירה כתוצאה מתאונה היפותטית לא תתרחשנה.

ניקוי אוטומטי של נוזל הקירור יוכנס בכור Brest-300. לעולם לא יהיה צורך להחליף את נוזל הקירור של הכור החדש, כלומר עופרת. זה מבטל בזבוז בעייתי נוסף של כוח גרעיני מסורתי - LRW.

בעיות נפתרות לאורך הדרך

מחברי פרויקט Brest-300 הם NIKIET על שם דולז'אל. הכסף מוקצה בזמן, הבנייה נמשכת בקצב המתוכנן, מפעל ייצור הדלק יהיה הראשון להתחיל לפעול. השקת הכור מתוכננת לשנת 2024 … לאחר מכן יושלם מודול עיבוד הדלק מחדש. במקביל לבנייה נמשכות עבודות המו פ. כתוצאה מעבודות אלו, מתבצעים מעת לעת שינויים בבנייה, כך שנקודת הזמן הסופית הסופית אינה מצוינת בשמה.

לפרויקט ברסט יש מתנגדים בחוגים האקדמיים. זה מובן, הפרויקט זכה בתחרות, בה השתתפו עוד כמה מכונים בולטים. המבקרים אומרים שהטכנולוגיות המשמשות בברסט אינן גמורות. בפרט, הם מפקפקים בשימוש בהמסת עופרת כמוביל חום, וכן הלאה וכן הלאה. לא ניכנס לפרטים, הם מורכבים ומעורפלים מדי. מצד שני, למה שלא נסמוך על מדעני האטום שלנו? כל הפרויקטים שעשתה ברית המועצות ואחריה רוסיה בתעשייה הגרעינית, היו צעד אחד לפני מקביליהם במערב ובמזרח. אז איזו סיבה יש לנו להאמין שהדברים יתבררו אחרת הפעם? נראה לי שאתה פשוט צריך להיות שמח בשביל רוסתום ו-TVEL ובו זמנית בשביל עצמך, כי זה שֶׁלָנוּ תַאֲגִיד.