Rusia hizo un gran avance en la energía nuclear

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificación: 2023-12-16 16:02

El proyecto "Breakthrough", el reactor nuclear Brest-300 en construcción cerca de Tomsk, abrirá una nueva página en el sector energético de la Tierra. Rusia está creando el primer Perpetuum Mobile del mundo con una capacidad de 300 MW: una planta de energía nuclear con un ciclo de combustible cerrado. El proyecto con el nombre autoexplicativo "Breakthrough" promete energía sin peligro, sin extracción de uranio y supera a sus competidores durante décadas …

Cuarenta y tres hectáreas de territorio, muros grises monolíticos, guarniciones que sobresalen en abundancia hacia el cielo, grúas y 600 trabajadores. Tres años después, en este lugar, en una ciudad cerrada Seversk, A 25 kilómetros de Tomsk, empezará a trabajar el primero en el mundoPerpetuum Mobile con una capacidad de 300 megavatios es una planta de energía nuclear con un ciclo de combustible cerrado y plomo fundido como refrigerante. La empresa se llama experimental, ya que las supertecnologías para ella se calculan hasta ahora solo sobre modelos matemáticos. Sin embargo, habiéndolos comprobado en un reactor en funcionamiento, nuestros científicos nucleares recibirán una central nuclear de referencia de una nueva generación, rompiendo con los competidores de Toshiba, Areva y otros durante décadas. El proyecto, que tiene un nombre que se explica por sí mismo " Descubrimiento", Promete energía sin peligroy más importante, sin extracción de uranio.

Los escépticos y el átomo pacífico

Unas palabras para quienes consideran el átomo pacífico una reliquia. La necesidad de energía de la humanidad se duplica cada 20 años. La quema de petróleo y carbón conduce a la formación anual de alrededor de 500 millones de toneladas de dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno, es decir, 70 kilogramos de sustancias nocivas por cada habitante de la tierra. El uso de plantas de energía nuclear elimina este problema. Además, las reservas de petróleo son limitadas y la intensidad energética de una tonelada de uranio-235 es aproximadamente igual a la intensidad energética de dos millones de toneladas de gasolina.

El costo también es importante. En una central hidroeléctrica, un kilovatio-hora de electricidad cuesta entre 10 y 25 kopeks, pero el potencial hidroeléctrico en el mundo desarrollado está prácticamente agotado. En las estaciones de carbón o fuel oil: 22-40 kopeks, pero surgen problemas ambientales. En plantas industriales de energía eólica y solar: 35-150 kopeks, un poco caro, y que garantiza viento constante y ausencia de nubes. El costo principal de la energía atómica es de 20 a 50 kopeks, es estable, crea muchos menos problemas ambientales que la quema de petróleo y carbón, su potencial es ilimitado.

Finalmente, el átomo pacífico ruso resultó estar casi fuera de competencia. En 2010, cuando, después de una ola de frío de 24 años, muchos países volvieron a querer construir centrales nucleares, nuestros reactores resultaron ser más baratos y no peores que los prototipos japoneses, franceses y estadounidenses. Además, nosotros, a diferencia de los competidores , todos estos años hemos estado construyendo centrales nucleares - Rosatom tenía algo que mostrarle a un cliente potencial.

La dirección de la corporación estatal dispuso de manera competente la desventaja resultante. Como resultado, Westinghouse Electric quebró el año pasado. Toshiba, que anteriormente compró Westinghouse Electric, está en camino. La situación financiera de Areva tampoco es envidiable. Por otro lado, acudieron a Atomexpo-2016 delegaciones de 52 países. 20 de estos países aún no han tenido energía nuclear. Ahora aparecerán por primera vez en Egipto, Vietnam, Turquía, Indonesia, Bangladesh: nuestras centrales nucleares rusas.

Infierno profundo

El principal problema de la energía nuclear en la actualidad es combustible … Hay 6.3 millones de toneladas de uranio económicamente recuperable en la tierra. Si se tiene en cuenta el crecimiento del consumo, durará unos 50 años. El costo es de aproximadamente $ 50 por kilogramo de mineral hoy, pero como se involucran depósitos menos rentables en la extracción, aumentará a $ 130 por kilogramo y más. Hay, por supuesto, reservas minadas, y no pequeñas, pero no son para siempre.

El uranio es difícil de extraer o muy duro … En la roca de mineral de uranio hay aproximadamente 0,1-1 por ciento, más o menos. El mineral se encuentra a una profundidad de aproximadamente un kilómetro. Las temperaturas en las minas están por encima de los 60 grados centígrados. La roca extraída debe disolverse en ácido, más a menudo ácido sulfúrico, para aislar el mineral de uranio de la solución. En algunos depósitos, el ácido sulfúrico se bombea inmediatamente al suelo, para luego ser tomado junto con el uranio disuelto. Sin embargo, hay rocas de uranio que no se disuelven en ácido sulfúrico …

Finalmente, solo en uranio purificado 0,72 por ciento el isótopo requerido es el uranio-235. El mismo sobre el que funcionan los reactores nucleares. Destacarlo es un dolor de cabeza aparte. El uranio se convierte en gas (hexafluoruro de uranio) y se pasa a través de cascadas de centrifugadoras que giran a una velocidad de unas dos mil revoluciones por segundo, donde la fracción ligera se separa de la pesada. El vertedero, el uranio-238, con un contenido de uranio-235 residual de 0,2 a 0,3 por ciento, simplemente se desechó en los años 50. Pero luego comenzaron a almacenarlo en forma de fluoruro de uranio sólido en contenedores especiales a cielo abierto. Durante 60 años, la tierra se ha acumulado dos millones de toneladas de fluoruro de uranio-238 … ¿Por qué se guarda? Entonces, ese uranio-238 puede convertirse en combustible para reactores nucleares rápidos, con los que hasta ahora los científicos nucleares han tenido una difícil relación.

En total, se construyeron 11 reactores industriales de neutrones rápidos en el mundo: tres en Alemania, dos en Francia, dos en Rusia, uno en Kazajstán, Japón, Gran Bretaña y Estados Unidos. Uno de ellos, el SNR-300 en Alemania, nunca se lanzó. Se detienen ocho más. Quedan dos trabajadores … ¿Donde piensas? Eso es correcto, en CN Beloyarsk.

Por un lado, los reactores rápidos son más seguros que los reactores térmicos convencionales. No hay alta presión en ellos, no hay riesgo de una reacción vapor-circonio, etc. Por otro lado, la intensidad de los campos de neutrones y la temperatura en el área de trabajo es mayor, el acero, que mantendría sus propiedades bajo ambos parámetros, es más difícil y costoso de fabricar. Además, el agua no se puede utilizar como refrigerante en un reactor rápido. Restos: mercurio, sodio y plomo. El mercurio se elimina por su alta corrosividad. El plomo debe mantenerse en estado fundido: la temperatura de fusión es de 327 grados. El punto de fusión del sodio es de 98 grados, por lo que hasta ahora todos los reactores rápidos se han fabricado con un refrigerante de sodio. Pero el sodio reacciona de forma demasiado violenta con el agua. Si el circuito se dañara … Como sucedió en el reactor japonés "Monju" en 1995. En general, los rápidos resultaron demasiado difíciles.

No te preocupes, no se congelará

"No se preocupe, el plomo en nuestro reactor Brest-300 no solo nunca se solidificará, sino que nunca se enfriará por debajo de los 350 grados", dice el director del proyecto BREST-OD-300 a Lente.ru Andrey Nikolaev … - Los esquemas y sistemas especiales son responsables de esto. Este es un proyecto completamente nuevo que no tiene nada que ver con los reactores de plomo-bismuto que estaban en los submarinos. Todo aquí se desarrolló teniendo en cuenta los últimos desarrollos, tecnologías y logros. Será el primer reactor rápido refrigerado por plomo del mundo … No en vano se le llama "Avance". Ante ti hay una empresa del futuro: una central nuclear de cuarta generación con cerrado ciclo del combustible.

No se me permitió subir al sitio de construcción; esta es una información clasificada. Tampoco se les permitió tomar fotografías, así que las fotografías no son mías. Fueron hechos por una persona a la que se le explicó de antemano desde qué ángulos es posible capturar un objeto y desde qué ángulos es imposible. Pero Andrey Nikolaev explicó en detalle por qué y en qué orden se están construyendo las tres plantas de Proryv y cómo una planta de energía nuclear puede funcionar sin uranio.

La empresa estará formada por tres fábricas: planta de producción de combustibles, reactor en sí y planta de reprocesamiento de combustibles. La planta de producción de combustible fabricará una composición completamente nueva de elementos combustibles, que no tenía análogos en el mundo. Este es un combustible mixto de nitruro de uranio y plutonio - MNUP. El material fisionable en el nuevo reactor será plutonio … Y el uranio-238, que en sí mismo no es fisionable, será irradiado con neutrones térmicos y se convertirá en plutonio-239. Es decir, el reactor Brest-300 generará calor, electricidad y además , prepárate combustible.

Dos pájaros con una piedra

En el mundo de hoy estamos trabajando 449 se están construyendo reactores nucleares industriales pacíficos y 60 más. Durante el funcionamiento de estos reactores, pasado y futuro, surge un problema planificado: los conjuntos de combustible gastado. Primero, se colocan en baños especiales, donde se “enfrían” durante varios años. Luego, los elementos combustibles "enfriados" se almacenan en instalaciones de almacenamiento "secas", donde se acumulan en grandes cantidades. La capacidad para procesar conjuntos de residuos es varias veces menor de lo necesario. ¿Por qué? Porque es muy difícil y caro.

El proyecto Breakthrough construirá su propia planta de procesamiento de combustible. Como puedes adivinar, Esta planta no solo destruirá el combustible quemado, sino que entregará materias primas para nuevos ensamblajes.… Las viejas barras de combustible se disolverán en ácido, posiblemente sulfúrico, luego en la planta, utilizando tecnologías químicas complejas, la solución se separará elemento por elemento. Lo innecesario se acondiciona y se entierra, se utiliza lo necesario. Además de las materias primas para el nuevo combustible, la empresa extraerá de los conjuntos antiguos los isótopos más raros de elementos pesados que tienen demanda en la medicina, la ciencia y la industria.

Por cierto, la potencia del reactor de 300 megavatios no fue elegida por casualidad. Con este poder, producirá tanto plutonio como consume. El mismo reactor con mayor potencia producirá más combustible del que consumirá. Entonces, una vez cargado, el reactor de Brest funcionará como un Perpetuum Mobile ordinario. Solo se necesitará una pequeña cantidad de uranio empobrecido. Bueno, y el uranio-238, como ya he mencionado, lo acumula la industria nuclear en tal cantidad que durará para siempre.

Cacerola grande

- Para que puedas imaginar un reactor, - continúa Andrei Nikolaev. - Se trata de una sartén de 17 metros de altura y 26 metros de diámetro. Los conjuntos de combustible se introducirán en él. Un intercambiador de calor: el plomo fundido circulará a través de él. Todo el equipo de y solo a la producción rusa. Será un reactor completamente seguro con un margen de reactividad menor a la unidad. Es decir, de acuerdo con las leyes de la física, simplemente no tiene suficiente reactividad para acelerar. No es posible que se produzcan accidentes a gran escala. Nunca será necesaria la evacuación de la población. Cualquier falla, si ocurre, no irá más allá de los límites del edificio empresarial. Ni siquiera se producirán emisiones a la atmósfera como resultado de un hipotético accidente.

Se introducirá la limpieza automática del refrigerante en el reactor Brest-300. El refrigerante del nuevo reactor, es decir, el plomo, nunca necesitará ser reemplazado. Esto elimina otro desperdicio problemático de la energía nuclear tradicional: LRW.

Los problemas se resuelven en el camino

Los autores del proyecto Brest-300 son NIKIET y llevan el nombre de Dollezhal. El dinero se asigna a tiempo, la construcción avanza al ritmo planificado, la planta de fabricación de combustible será la primera en comenzar a operar. El lanzamiento del reactor está previsto para 2024 … Entonces se completará el módulo de reprocesamiento de combustible. Paralelamente a la construcción, prosigue el trabajo de I + D + i. Como resultado de estos trabajos, periódicamente se realizan cambios en la construcción, por lo que no se nombra el momento final final.

El proyecto de Brest tiene detractores en los círculos académicos. Esto es comprensible, el proyecto ganó el concurso, en el que participaron varios institutos más eminentes. Los críticos dicen que las tecnologías utilizadas en Brest están inconclusas. En particular, cuestionan el uso de plomo fundido como portador de calor, y así sucesivamente. No entraremos en detalles, son demasiado complejos y ambiguos. Por otro lado, ¿por qué no deberíamos confiar en nuestros científicos atómicos? Todos los proyectos que hizo la URSS, y después Rusia, en la industria nuclear, estaban un paso por delante de sus homólogos occidentales y orientales. Entonces, ¿qué razón tenemos para creer que las cosas saldrán de otra manera esta vez? Me parece que deberías estar feliz por Rosatom y TVEL y al mismo tiempo por ti mismo, porque esto es nuestro corporación.