Развитие атомной энергетики Реакторы транспортных двигательных установок Реакторы на быстрых нейтронах Реактор РБМК Реактор ВВЭР Реактивностные аварии Аварии с потерей теплоносителя

Атомная энергетика. Типы ядерных реакторов

Классификация реакторов по спектру нейтронов

Реакторы на быстрых нейтронах

Нейтроны при делении рождаются с высокой энергией – они называются быстрыми нейтронами и если в реакторе отсутствует замедлитель (специальный материал, который используется для снижения энергии), то это будет реактор на быстрых нейтронах. В нем не должно быть веществ с низким атомным весом, которые, собственно, и замедляют нейтроны. Основное назначение быстрые реакторов, которое до последнего времени рассматривалось как главное направление их использования – это расширенное воспроизводство топлива, а точнее плутония, с коротким временем удвоения. Считалось, что, несмотря на то, что быстрые реакторы с натриевым теплоносителем (которые дают короткое время удвоения плутония) дорогие, но в условиях высоких цен на уран, которые когда-то будут подниматься, ВВЭР, вообще легководные реакторы из-за этого станут неконкурентоспособными с реакторами на органическом топливе, вот тогда, считалось, что будет двухкомпонентная атомная энергетика – быстрые реакторы, которые будут в замкнутом цикле нарабатывать плутоний и для себя, который дорогой, и для ВВЭР, который дешевый, который будет работать на МОХ-топливе (на уран-плутониевом топливе). Поскольку они дешевые, считалось, что такая комбинация быстрых и тепловых реакторов будет конкурентоспособна с тепловой энергетикой, с электростанциями, работающими на органическом топливе. И до последних, может быть, пяти лет это была основная идеология, основная цель применения быстрых реакторов – они должны быть с натриевым теплоносителем – раз, они должны работать в замкнутом топливном цикле – два, чтобы выделять плутоний и снабжать им тепловые реакторы, причем они должны нарабатывать плутоний с коротким временем удвоения. Вот это основные черты.

Вопрос – а плутоний в реакторе со свинцово-висмутовым теплоносителем можно нарабатывать?

 В любом реакторе. Теплоноситель – это то, что находится за оболочкой твэла. А топливо – что внутри твэла. В принципе, вы можете использовать любой теплоноситель и любое топливо. Но свойства этого реактора, касающиеся наработки плутония, будут разные, мы о них дальше будем говорить.

Но до последних лет основная задача быстрых реакторов была такая – они должны быть с натрием, чтобы быстро нарабатывать плутоний, т.е. они должны иметь короткое время удвоения плутония и они должны работать в замкнутом топливном цикле, чтобы снабжать вот этим избыточным плутонием себя - будут кормить себя, да еще этот избыточный плутоний будут давать тепловым реакторам, которые дешевые.

Вопрос – а так они не эффективны?

 А сами по себе, как энергопроизводители, они не конкурентны, они дороже, чем ВВЭР.

Вопрос – а какой у них к.п.д.?

К.п.д. у них более высокий, потому что натрий позволяет иметь температуру на выходе более высокую, пар на турбину идет ~ 5050 С и к.п.д. там ~ 40 % . Но тем не менее, несмотря на это, в целом получается, что и по капитальным и по эксплуатационным затратам быстрый реактор более дорогой.

Вопрос – все равно, как вечный двигатель такой получается.

Это не совсем вечный, но как то похоже. Точно установлено, что в быстром реакторе 238U, которого в отвалах лежит сегодня, наверное, уже миллион тонн, и который не используется, в смеси с плутонием, загруженным в реактор, будет давать избыточный плутоний, которым можно снабжать тепловые реакторы на уран-плутониевом топливе. Но сегодня экономика этого делать не позволяет. Если это начать делать, то это приведет к потере конкурентоспособности атомной энергетики по сравнению с органической энергетикой. И, нужно сказать, что даже если стоимость природного урана будет удорожаться (когда то же это наступит), то еще не очевидно, что ВВЭР, работающие на уране, потеряют свою конкурентоспособность по сравнению с тепловыми станциями, потому что цена на органическое топливо ведь тоже будет возрастать, и тут атомная энергетика в более выгодном положении находится, потому что структура себестоимости электроэнергии АЭС и ТЭС совершенно различная – в АЭС капитальные затраты больше, а топливные меньше, а на тепловых станциях – топливные затраты составляют большую долю.

Вопрос – у нас зарплата в 10 раз ниже. 

Это понятно. Но я хочу сказать, что неизбежно будет подъем цены и на природный газ, поэтому нельзя говорить, что только цена урана возрастет и вот тогда надо быстрые реакторы быстро делать, чтобы снабжать тепловые, потому что ухудшатся экономические показатели и тепловой энергетики тоже и конкурентоспособность может сохраняться. Может даже и больше 100 лет.

Вопрос – а насколько дешевле поставляется ядерное топливо на наши станции, чем на зарубежные?

Нет, это совершенно разные вещи. Мы же продаем уран не природный, у нас природный уран дорогой – те месторождения, которые остались у нас (Краснокаменск и другие) – это не рудные месторождения. У нас себестоимость природного урана дороже, чем дообогащенного. Сейчас мы занимаемся дообогащением до природного урана отвалов разделительных заводов, которые работали когда-то на военную программу. Лежит огромное количество урана, в котором содержание 235U не 0,7 %, а 0,3 – 0,2 %. В России настолько высокоэффективная разделительная газоцентробежная технология, что она позволяет экономически эффективно даже уран, в котором 0,1 % довести до кондиции природного и он будет дешевле, чем природный уран, добытый у нас из земли. Вот настолько эффективная эта технология. А если говорить о Канаде или Австралии – там рудные месторождения и поэтому природные ресурсы дешевые в этом смысле.

Вопрос – т.е. там сразу из земли берут?

Да, там не нужно, как у нас делать выщелачивание, применять разные технологии. Так что время, когда атомная энергетика потеряет конкурентоспособность из-за вздорожания урана, очень зыбко определено. Нужно сказать, что сегодня рассматриваются еще и экзотические такие способы получения природного урана из морской воды. В морской воде вообще есть все. Но японские исследователи провели работу, опирающуюся на эксперименты, которые показали, что стоимость природного урана, извлекаемого из морской воды, может быть на уровне 400 $ за килограмм. Это в 10 раз больше цены природного урана (сегодня канадский уран по 40 $ за килограмм продается). Но не исключено, что этот уран в будущем, когда вздорожает органическое топливо, будет еще и обеспечивать конкурентоспособность. Поэтому вот этот замкнутый круг, этот передел может уйти еще куда-то дальше, т.е. сегодня на самом деле никому не грозит топливный голод.

Это была роль быстрых реакторов, та, которая им предназначалась до последних пяти лет. Но вот когда выяснилось, что урана на самом деле много, стало ясно, что развивать атомную энергетику такими бешеными темпами, когда думали, что нужно удваивать мощность каждые десять лет, и не требуется. Опыт показывает, что внедрение энергосберегающих технологий, т.е. в два раза за пятьдесят лет (удвоение электроэнергии) – это вполне достаточный уровень, и вот изменение этой ситуации привело к тому, что в быстром реакторе стало возможно использовать и тяжелый жидкий металлический теплоноситель – свинец и свинец-висмут. Россия, конечно, в этом вопросе впереди идет, потому что только в России была создана эта лодочная технология. Но, действительно, оказалось так, что исключение специальных систем безопасности резко удешевило проект, и оказалось, что атомная станция с быстрыми реакторами на свинце-висмуте перспективна. Был сделан концептуальный проект, который должен в мае на НТС концерна защищаться, была презентация проекта. По данным АЕПА этот проект имеет лучшие технико-экономические показатели по сравнению не только с ЭР-1000, но и с ЭР-1500. Несмотря на то, что он работает по топливному циклу как ВВЭР, на хранилище, без переработки, без замкнутого цикла. Т.е. он становится конкурентоспособным производителем электроэнергии, не снабжателем топлива (плутонием) ВВЭР, а также как ВВЭРпроизводителем электроэнергиии. Да, он плутоний нарабатывает меньше, чем сжигает урана, но пока он дешевый, это выгодно. И поэтому ситуация эта изменилась. Прямыми конкурентами этих свинцово-висмутовых реакторов, являются свинцово-охлаждаемые реакторы, которые НИКИЭТ (в лице Адамова) проталкивал со страшной силой, но тот реактор был построен исключительно для работы в замкнутом топливном цикле, причем проект даже был сделан в пристанционном замкнутом топливном цикле, где в едином технологическом процессе связаны топливоперерабатывающие производства и реакторные технологии. Т.е. там топливная сборка никуда не выводится, машины вынимают из реактора на кантователь, по тоннелю идет куда-то, где она там рубится, перерабатывается, и новая идет, вот такое вот единое производство там рассматривается. Конечно, с новым топливом, с нитридом урана, которого тоже нет. Эта технология была первым номером в атомной энергетике России при Адамове, хотя встречала повсеместное сопротивление подавляющего большинства институтов, работников Концерна, работников Минатома, но все это подавлялось чисто политически, административно. «Не хочешь – я тебя уволю»- вот такая была обстановка. Об обстановке в атомной энергетике писалось в прессе и сейчас много статей появляется про эту ситуацию, когда Адамов ушел.

Вопрос – сам ушел или его сняли? 

Сняли, не знаю из-за этого или не из-за этого. Там же о нем много писали, про его бизнес, что он за границей открыл счет в банке, трудно сказать, но накат на него большой был, по многим позициям.

Таким образом, сегодня роль быстрых реакторов изменилась. Если они конкурентоспособны с ВВЭР, значит, им должна быть открыта дорога, потому что всякое повышение конкурентности атомной энергетики – это пойдет в плюс атомной энергетике. Т.е. после освоения новой конструкции, создания демонстрационного реактора и т.д.

Реакторы на тепловых нейтронах Надо, чтобы вы поняли, а почему же вся атомная энергетика сегодня работает на тепловых нейтронах, а не на быстрых нейтронах? Причина одна – экономика. Они дешевле. Первая причина удешевления связана с тем, что используется не натриевая технология, которая удорожает проект и эксплуатацию, а используется вода, где может быть и одноконтурное исполнение, как РБМК (кипящий), и двухконтурное, как ВВЭР - это технические причины удешевления, но есть еще и физические.

Классификация реакторов по структуре активной зоны По структуре активной зоны реакторы подразделяются на две группы – гетерогенные и гомогенные. Что является отличительным признаком принадлежности реактора к той или иной группе? В гетерогенном реакторе топливо и замедлитель (или теплоноситель тоже), находятся в отдельных пространственных зонах, т.е. они не перемешаны друг с другом.

К трехконтурным схемам прежде всего относятся быстрые реакторы с натриевым теплоносителем. Почему быстрые реакторы с натриевым теплоносителем потребовали введения дополнительного, натриевого контура, не радиоактивного? Этот контур называется промежуточным и располагается он между первым контуром радиоактивного натрия и пароводяным контуром


Система автоматического управления или поддержания мощности реактора