พลังงานนิวเคลียร์ได้รับความสนใจเพิ่มขึ้นมาโดยตลอดเนื่องจากคำมั่นสัญญาดังกล่าว ในโลกนี้ ประมาณร้อยละ 20 ของกระแสไฟฟ้าได้มาจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ และใน ประเทศที่พัฒนาแล้วตัวเลขนี้สำหรับผลิตภัณฑ์ของพลังงานนิวเคลียร์ยังสูงกว่า - มากกว่าหนึ่งในสามของไฟฟ้าทั้งหมด อย่างไรก็ตาม เครื่องปฏิกรณ์ประเภทหลักยังคงเป็นเครื่องปฏิกรณ์แบบใช้ความร้อน เช่น LWR และ VVER นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าหนึ่งในปัญหาหลักของเครื่องปฏิกรณ์เหล่านี้ในอนาคตอันใกล้นี้คือการขาดแคลนเชื้อเพลิงธรรมชาติ ยูเรเนียม และไอโซโทป 238 ซึ่งจำเป็นสำหรับการทำปฏิกิริยาลูกโซ่ฟิชชัน จากการสูญเสียทรัพยากรที่เป็นไปได้ของวัสดุเชื้อเพลิงธรรมชาติสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ความร้อน จึงมีการกำหนดข้อจำกัดในการพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์ การใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ใช้นิวตรอนเร็วซึ่งสามารถผลิตเชื้อเพลิงได้นั้น ถือว่ามีแนวโน้มที่ดีกว่า

ประวัติการพัฒนา

ตามแผนงานของกระทรวงอุตสาหกรรมปรมาณูแห่งสหพันธรัฐรัสเซียเมื่อต้นศตวรรษ งานต่างๆ ได้รับการกำหนดเพื่อสร้างและจัดหา การทำงานที่ปลอดภัยคอมเพล็กซ์พลังงานนิวเคลียร์ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ชนิดใหม่ที่ทันสมัย หนึ่งในสิ่งอำนวยความสะดวกเหล่านี้คือโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ Beloyarsk ซึ่งอยู่ห่างจาก Sverdlovsk (Ekaterinburg) 50 กิโลเมตร การตัดสินใจสร้างเกิดขึ้นในปี 2500 และในปี 2507 หน่วยแรกได้เริ่มดำเนินการ

สองช่วงตึกดำเนินการเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ความร้อนซึ่งในช่วงทศวรรษที่ 80-90 ของศตวรรษที่ผ่านมาได้ใช้ทรัพยากรจนหมดแล้ว ที่บล็อกที่สาม มีการทดสอบเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็ว BN-600 เป็นครั้งแรกในโลก ในระหว่างการทำงานของเขา นักพัฒนาได้รับผลลัพธ์ที่วางแผนไว้ ความปลอดภัยของกระบวนการก็ดีเยี่ยมเช่นกัน ในช่วงระยะเวลาโครงการซึ่งสิ้นสุดในปี 2553 ไม่มีการละเมิดหรือการเบี่ยงเบนอย่างร้ายแรงเกิดขึ้น วาระสุดท้ายจะสิ้นสุดภายในปี 2568 อาจกล่าวได้ว่าเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์นิวตรอนเร็ว ซึ่งรวมถึง BN-600 และผู้สืบทอด BN-800 มีอนาคตที่ดี

เปิดตัว BN-800 ใหม่

นักวิทยาศาสตร์ OKBM Afrikantov จาก Gorky (ปัจจุบันคือ Nizhny Novgorod) ได้เตรียมโครงการสำหรับหน่วยพลังงานที่สี่ของ Beloyarsk NPP ย้อนกลับไปในปี 1983 เนื่องจากอุบัติเหตุที่เกิดขึ้นที่เชอร์โนบิลในปี 2530 และการเปิดตัวมาตรฐานความปลอดภัยใหม่ในปี 2536 งานจึงหยุดลงและการเปิดตัวถูกเลื่อนออกไปอย่างไม่มีกำหนด เฉพาะในปี 1997 หลังจากได้รับใบอนุญาตในการก่อสร้างหน่วยหมายเลข 4 ด้วยเครื่องปฏิกรณ์ BN-800 ที่มีกำลังการผลิต 880 เมกะวัตต์จาก Gosatomnadzor กระบวนการก็กลับมาดำเนินการต่อ

เมื่อวันที่ 25 ธันวาคม 2013 การทำความร้อนของเครื่องปฏิกรณ์เริ่มขึ้นเพื่อให้สารหล่อเย็นเข้ามาเพิ่มเติม ในเดือนมิถุนายนของวันที่ 14 ตามแผนที่วางไว้ มีมวลเพียงพอที่จะทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่น้อยที่สุดได้เกิดขึ้น จากนั้นสิ่งต่างๆก็หยุดชะงัก เชื้อเพลิง MOX ซึ่งประกอบด้วยฟิสไซล์ออกไซด์ของยูเรเนียมและพลูโตเนียม คล้ายกับที่ใช้ในหน่วยที่ 3 ยังไม่พร้อมใช้งาน นี่คือสิ่งที่นักพัฒนาต้องการใช้ในเครื่องปฏิกรณ์ใหม่ ฉันต้องรวมและมองหาตัวเลือกใหม่ ด้วยเหตุนี้ เพื่อไม่ให้เลื่อนการเปิดตัวหน่วยจ่ายไฟ พวกเขาจึงตัดสินใจใช้เชื้อเพลิงยูเรเนียมในส่วนหนึ่งของชุดประกอบ การเปิดตัวเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ BN-800 และหน่วยที่ 4 เกิดขึ้นเมื่อวันที่ 10 ธันวาคม 2558

คำอธิบายกระบวนการ

ในระหว่างการดำเนินการในเครื่องปฏิกรณ์ที่มีนิวตรอนเร็ว องค์ประกอบทุติยภูมิจะเกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาฟิชชัน ซึ่งเมื่อมวลยูเรเนียมดูดซับไว้ จะก่อตัวเป็นวัสดุนิวเคลียร์พลูโทเนียม-239 ที่สร้างขึ้นใหม่ ซึ่งสามารถดำเนินกระบวนการฟิชชันต่อไปได้ ข้อได้เปรียบหลักของปฏิกิริยานี้คือการผลิตนิวตรอนจากพลูโทเนียมซึ่งใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ การมีอยู่ของมันทำให้สามารถลดการผลิตยูเรเนียมได้ซึ่งมีปริมาณสำรองจำกัด จากยูเรเนียม-235 หนึ่งกิโลกรัมคุณจะได้รับพลูโตเนียม-239 มากกว่าหนึ่งกิโลกรัมเล็กน้อยจึงรับประกันการสร้างเชื้อเพลิง

เป็นผลให้การผลิตพลังงานในหน่วยพลังงานนิวเคลียร์ที่มีการใช้ยูเรเนียมที่หายากน้อยที่สุดและไม่มีข้อจำกัดในการผลิตจะเพิ่มขึ้นหลายร้อยเท่า คาดว่าในกรณีนี้ ปริมาณสำรองยูเรเนียมจะคงอยู่ต่อมนุษยชาติเป็นเวลาหลายสิบศตวรรษ ตัวเลือกที่ดีที่สุดในด้านพลังงานนิวเคลียร์ เพื่อรักษาสมดุลของการใช้ยูเรเนียมขั้นต่ำ จะมีอัตราส่วน 4 ต่อ 1 โดยจะใช้เครื่องปฏิกรณ์ความร้อนทุกๆ 4 เครื่องที่ทำงานด้วยนิวตรอนเร็ว

เป้าหมาย BN-800

ในช่วงชีวิตการดำเนินงานในหน่วยพลังงานหมายเลข 4 ของ Beloyarsk NPP งานบางอย่างได้รับมอบหมายให้กับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เครื่องปฏิกรณ์ BN-800 ต้องทำงานโดยใช้เชื้อเพลิง MOX ปัญหาเล็กๆ น้อยๆ ที่เกิดขึ้นในช่วงเริ่มงานไม่ได้เปลี่ยนแผนของผู้สร้าง ตามที่ผู้อำนวยการของ Beloyarsk NPP นาย Sidorov การเปลี่ยนแปลงไปสู่ อย่างเต็มที่เชื้อเพลิง MOX จะดำเนินการในปี 2562 ถ้าเรื่องนี้เกิดขึ้นจริงก็แล้วแต่ท้องถิ่น เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์กับนิวตรอนเร็วจะเป็นเครื่องแรกในโลกที่ทำงานด้วยเชื้อเพลิงดังกล่าวทั้งหมด มันควรจะกลายเป็นต้นแบบสำหรับเครื่องปฏิกรณ์เร็วที่คล้ายกันในอนาคตที่มีสารหล่อเย็นโลหะเหลว ให้ประสิทธิผลมากขึ้นและปลอดภัยยิ่งขึ้น จากข้อมูลนี้ BN-800 กำลังทดสอบอุปกรณ์ที่เป็นนวัตกรรมใหม่ภายใต้สภาวะการทำงาน โดยตรวจสอบการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีใหม่ๆ ที่ถูกต้อง ซึ่งส่งผลต่อความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพของหน่วยจ่ายไฟ

ชั้น = "eliadunit">

กำลังตรวจสอบงาน ระบบใหม่วงจรเชื้อเพลิง

การทดสอบการเผากากกัมมันตภาพรังสีที่มีอายุการใช้งานยาวนาน

การกำจัดพลูโทเนียมเกรดอาวุธที่สะสมในปริมาณมาก

BN-800 เช่นเดียวกับรุ่นก่อนๆ คือ BN-600 ควรกลายเป็นจุดเริ่มต้นสำหรับนักพัฒนาชาวรัสเซียในการสั่งสมประสบการณ์อันล้ำค่าในการสร้างและการทำงานของเครื่องปฏิกรณ์แบบเร็ว

ข้อดีของเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็ว

การใช้ BN-800 และเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่คล้ายกันในพลังงานนิวเคลียร์ช่วยให้ได้

เพิ่มอายุของทรัพยากรสำรองยูเรเนียมอย่างมีนัยสำคัญซึ่งจะเพิ่มปริมาณพลังงานที่ได้รับอย่างมีนัยสำคัญ

ความสามารถในการลดอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์ฟิชชันกัมมันตภาพรังสีให้เหลือน้อยที่สุด (จากหลายพันปีเป็นสามร้อยปี)

เพิ่มความปลอดภัยของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ การใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วช่วยให้ความเป็นไปได้ของการหลอมแกนกลางอยู่ในระดับต่ำสุด สามารถเพิ่มระดับการป้องกันตนเองของโรงงานได้อย่างมาก และกำจัดการปล่อยพลูโตเนียมในระหว่างการประมวลผล เครื่องปฏิกรณ์ประเภทนี้ที่มีสารหล่อเย็นโซเดียมจะมีระดับความปลอดภัยเพิ่มขึ้น

เมื่อวันที่ 17 สิงหาคม 2559 หน่วยจ่ายไฟหมายเลข 4 ของ Beloyarsk NPP ดำเนินการผลิตไฟฟ้าได้ 100% ตั้งแต่เดือนธันวาคมปีที่แล้ว ระบบ Ural แบบบูรณาการได้รับพลังงานที่สร้างขึ้นจากเครื่องปฏิกรณ์แบบเร็ว

ชั้น = "eliadunit">

ในบทความก่อนหน้านี้ เราพบว่าพลังงานแสงอาทิตย์ไม่สามารถสนองความต้องการของมนุษยชาติได้ (เนื่องจากการพังทลายของแบตเตอรี่และต้นทุนอย่างรวดเร็ว) หรือพลังงานแสนสาหัส (เนื่องจากแม้จะได้รับพลังงานเชิงบวกจากเครื่องปฏิกรณ์ทดลองแล้วก็ตาม จำนวนมหาศาลยังคงเป็นปัญหาในการนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์) อะไรยังคงอยู่?

เป็นเวลากว่าร้อยปีแล้วที่มนุษยชาติมีความก้าวหน้า แต่ไฟฟ้าจำนวนมากได้มาจากการเผาไหม้ถ่านหินซ้ำ ๆ (ซึ่งยังคงเป็นแหล่งพลังงานสำหรับ 40.7% ของกำลังการผลิตของโลก) ก๊าซ (21.2%) ผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม (5.5%) และไฟฟ้าพลังน้ำ (อีก 16.2% รวมทั้งหมดนี้คือ 83.5%)

สิ่งที่เหลืออยู่คือพลังงานนิวเคลียร์ โดยมีเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนความร้อนแบบธรรมดา (ต้องใช้ U-235 ที่หายากและมีราคาแพง) และเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็ว (ซึ่งสามารถประมวลผล U-238 ตามธรรมชาติและทอเรียมใน "วงจรเชื้อเพลิงแบบปิด")

อะไรคือ "วัฏจักรเชื้อเพลิงแบบปิด" ที่เป็นตำนาน อะไรคือความแตกต่างระหว่างเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนแบบเร็วและแบบความร้อน มีการออกแบบอะไรบ้าง เมื่อใดที่เราจะคาดหวังความสุขจากทั้งหมดนี้ และแน่นอน - ปัญหาด้านความปลอดภัย - ภายใต้การตัด

เกี่ยวกับนิวตรอนและยูเรเนียม

เราทุกคนทราบที่โรงเรียนว่า U-235 เมื่อนิวตรอนชนกับมัน จะแบ่งตัวและปล่อยพลังงานออกมา และนิวตรอนอีก 2-3 ตัวจะถูกปล่อยออกมา แน่นอนว่าในความเป็นจริงทุกอย่างค่อนข้างซับซ้อนกว่าและกระบวนการนี้ขึ้นอยู่กับพลังงานของนิวตรอนตั้งต้นนี้อย่างมาก ลองดูกราฟของภาพตัดขวาง (=ความน่าจะเป็น) ของปฏิกิริยาการจับนิวตรอน (U-238 + n -> U-239 และ U-235 + n -> U-236) และปฏิกิริยาฟิชชันของ U-235 และ U-238 ขึ้นอยู่กับพลังงาน (=ความเร็ว) ของนิวตรอน:

ดังที่เราเห็น ความน่าจะเป็นในการจับนิวตรอนด้วยฟิชชันสำหรับ U-235 จะเพิ่มขึ้นตามพลังงานนิวตรอนที่ลดลง เนื่องจากในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทั่วไป นิวตรอนจะ "ช้าลง" ในกราไฟต์/น้ำ จนถึงระดับที่ความเร็วของพวกมันกลายเป็นลำดับเดียวกับ ความเร็วของการสั่นเนื่องจากความร้อนของอะตอมในโครงตาข่ายคริสตัล (เพราะฉะนั้นชื่อ - นิวตรอนความร้อน) และความน่าจะเป็นที่จะเกิดฟิชชันของ U-238 ด้วยนิวตรอนความร้อนนั้นน้อยกว่า U-235 ถึง 10 ล้านเท่า ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงจำเป็นต้องแปรรูปยูเรเนียมธรรมชาติหลายตันเพื่อคัดแยก U-235

ใครดูกราฟล่างอาจจะบอกว่า โอ้... ความคิดที่ดี- มาทอด U-238 ราคาถูกด้วยนิวตรอน 10 MeV กันเถอะ - มันควรจะส่งผลให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่เพราะกราฟของส่วนตัดขวางสำหรับฟิชชันจะเพิ่มขึ้น! แต่มีปัญหาคือ นิวตรอนที่ปล่อยออกมาจากปฏิกิริยามีพลังงานเพียง 2 MeV หรือน้อยกว่า (โดยเฉลี่ยประมาณ 1.25) ซึ่งไม่เพียงพอที่จะทำให้เกิดปฏิกิริยายั่งยืนในตัวเองกับนิวตรอนเร็วใน U-238 (อาจจำเป็นต้องใช้พลังงานมากขึ้น หรือมีนิวตรอนบินออกจากทุกแผนกมากขึ้น) เอ๊ะ มนุษยชาติจะโชคร้ายในจักรวาลนี้...

อย่างไรก็ตาม หากปฏิกิริยายั่งยืนในตัวเองต่อนิวตรอนเร็วใน U-238 นั้นง่ายมาก ก็จะมีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ตามธรรมชาติ เช่นเดียวกับกรณีของ U-235 ในโอกโล และด้วยเหตุนี้ U-238 จึงไม่สามารถพบได้ในธรรมชาติใน รูปแบบของเงินฝากจำนวนมาก

ท้ายที่สุด ถ้าเราละทิ้งธรรมชาติของปฏิกิริยาที่ "ดำรงอยู่ได้ด้วยตนเอง" ก็ยังสามารถแบ่ง U-238 โดยตรงเพื่อผลิตพลังงานได้ ตัวอย่างเช่น สิ่งนี้ถูกใช้ในระเบิดแสนสาหัส - นิวตรอน 14.1MeV จากปฏิกิริยา D+T จะแบ่ง U-238 ในเปลือกระเบิด - และทำให้พลังของการระเบิดเพิ่มขึ้นจนแทบไม่ต้องเสียค่าใช้จ่าย ภายใต้สภาวะที่มีการควบคุม ในทางทฤษฎียังคงเป็นไปได้ที่จะรวมเครื่องปฏิกรณ์แสนสาหัสเข้ากับผ้าห่ม (เปลือก) ของ U-238 เพื่อเพิ่มพลังงานของปฏิกิริยาฟิวชันแสนสาหัสประมาณ 10-50 เท่าเนื่องจากปฏิกิริยาฟิชชัน

แต่คุณจะแยก U-238 และทอเรียมออกจากปฏิกิริยาพึ่งพาตนเองได้อย่างไร

วงจรเชื้อเพลิงแบบปิด

แนวคิดมีดังนี้ อย่าดูที่หน้าตัดฟิชชัน แต่ดูที่หน้าตัดของการดักจับ ด้วยพลังงานนิวตรอนที่เหมาะสม (ไม่ต่ำเกินไปและไม่สูงเกินไป) U-238 จึงสามารถจับนิวตรอนได้ และหลังจากการสลายตัว 2 ครั้ง มันสามารถกลายเป็นพลูโทเนียม-239 ได้:

พลูโตเนียมสามารถแยกได้จากเชื้อเพลิงใช้แล้ว ทางเคมีและผลิตเชื้อเพลิง MOX (ส่วนผสมของพลูโตเนียมและยูเรเนียมออกไซด์) ที่สามารถเผาไหม้ได้ทั้งในเครื่องปฏิกรณ์แบบเร็วและในเครื่องปฏิกรณ์แบบใช้ความร้อนทั่วไป กระบวนการแปรรูปเชื้อเพลิงใช้แล้วทางเคมีอาจเป็นเรื่องยากมากเนื่องจากมีกัมมันตภาพรังสีสูงและยังไม่ได้รับการแก้ไขทั้งหมดและยังไม่ได้ผลในทางปฏิบัติ (แต่งานอยู่ระหว่างดำเนินการ)

สำหรับทอเรียมธรรมชาติ - กระบวนการที่คล้ายกัน ทอเรียมจับนิวตรอนและหลังจากฟิชชันที่เกิดขึ้นเองกลายเป็นยูเรเนียม-233 ซึ่งแบ่งออกในลักษณะเดียวกับยูเรเนียม-235 โดยประมาณและถูกปล่อยออกมาจากเชื้อเพลิงใช้แล้วทางเคมี:

แน่นอนว่าปฏิกิริยาเหล่านี้เกิดขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์ความร้อนทั่วไปเช่นกัน - แต่เนื่องจากตัวหน่วง (ซึ่งลดโอกาสการจับนิวตรอนลงอย่างมาก) และแท่งควบคุม (ซึ่งดูดซับนิวตรอนบางส่วน) ปริมาณพลูโทเนียมที่สร้างขึ้นจึงน้อยกว่า ยูเรเนียม-235 ที่เผาไหม้ เพื่อที่จะสร้างสารฟิสไซล์ได้มากกว่าการเผาไหม้ คุณจะต้องสูญเสียนิวตรอนบนแท่งควบคุมให้น้อยที่สุดเท่าที่จะทำได้ (เช่น การใช้แท่งควบคุมที่ทำจากยูเรเนียมธรรมดา) โครงสร้าง สารหล่อเย็น (เพิ่มเติมด้านล่างนี้) และทั้งหมด กำจัดตัวหน่วงนิวตรอน (กราไฟท์หรือน้ำ)

เนื่องจากความจริงที่ว่าส่วนตัดขวางของฟิชชันสำหรับนิวตรอนเร็วนั้นเล็กกว่านิวตรอนแบบความร้อนจึงจำเป็นต้องเพิ่มความเข้มข้นของวัสดุฟิสไซล์ (U-235, U-233, Pu-239) ในแกนเครื่องปฏิกรณ์จาก 2-4 ถึง 20% และสูงกว่า และการผลิตเชื้อเพลิงใหม่จะดำเนินการในตลับที่มีทอเรียม/ยูเรเนียมธรรมชาติอยู่รอบแกนกลางนี้

ขอให้โชคดี หากฟิชชันเกิดจากนิวตรอนเร็วแทนที่จะเป็นนิวตรอนความร้อน ปฏิกิริยาจะผลิตนิวตรอนมากกว่าในกรณีฟิชชันด้วยนิวตรอนความร้อนประมาณ 1.5 เท่า ซึ่งทำให้ปฏิกิริยาสมจริงยิ่งขึ้น:

การเพิ่มขึ้นของจำนวนนิวตรอนที่สร้างขึ้นทำให้สามารถผลิตเชื้อเพลิงในปริมาณที่มากขึ้นกว่าเดิม แน่นอนว่าเชื้อเพลิงใหม่ไม่ได้ถูกนำมาจากอากาศเบาบาง แต่ผลิตจาก U-238 และทอเรียมที่ "ไร้ประโยชน์"

เกี่ยวกับสารหล่อเย็น

ดังที่เราพบข้างต้น น้ำไม่สามารถใช้ในเครื่องปฏิกรณ์แบบเร็วได้ เพราะจะทำให้นิวตรอนช้าลงอย่างมีประสิทธิภาพอย่างมาก อะไรสามารถทดแทนมันได้?

ก๊าซ:คุณสามารถทำให้เครื่องปฏิกรณ์เย็นลงด้วยฮีเลียม แต่เนื่องจากมีความจุความร้อนน้อย จึงเป็นการยากที่จะทำให้เครื่องปฏิกรณ์กำลังสูงเย็นลงในลักษณะนี้

โลหะเหลว: โซเดียม, โพแทสเซียม- ใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องปฏิกรณ์เร็วทั่วโลก ในด้านบวก - อุณหภูมิต่ำละลายและทำงานที่ความดันใกล้บรรยากาศ แต่โลหะเหล่านี้เผาไหม้ได้ดีมากและทำปฏิกิริยากับน้ำ เครื่องปฏิกรณ์พลังงานทำงานเพียงเครื่องเดียวในโลก BN-600 ทำงานโดยใช้สารหล่อเย็นโซเดียม

ตะกั่วบิสมัท- ใช้ในเครื่องปฏิกรณ์ BREST และ SVBR ที่กำลังพัฒนาในรัสเซีย ข้อเสียที่ชัดเจน - หากเครื่องปฏิกรณ์เย็นลงต่ำกว่าจุดเยือกแข็งของตะกั่ว/บิสมัท - การทำความร้อนจะเป็นเรื่องยากมากและใช้เวลานาน (คุณสามารถอ่านเกี่ยวกับสิ่งที่ไม่ชัดเจนได้ที่ลิงก์ในวิกิ) โดยทั่วไปแล้ว ปัญหาทางเทคโนโลยีหลายประการยังคงอยู่ในแนวทางการดำเนินการ

ปรอท- มีเครื่องปฏิกรณ์ BR-2 ที่มีสารหล่อเย็นแบบปรอท แต่เมื่อปรากฏออกมา ปรอทจะละลายวัสดุโครงสร้างของเครื่องปฏิกรณ์ค่อนข้างเร็ว - ดังนั้นจึงไม่มีการสร้างเครื่องปฏิกรณ์แบบปรอทอีกต่อไป

แปลกใหม่:หมวดหมู่ที่แยกต่างหาก - เครื่องปฏิกรณ์เกลือหลอมเหลว - LFTR - ทำงาน ตัวเลือกที่แตกต่างกันฟลูออไรด์ของวัสดุฟิสไซล์ (ยูเรเนียม, ทอเรียม, พลูโตเนียม) เครื่องปฏิกรณ์ "ห้องปฏิบัติการ" 2 เครื่องถูกสร้างขึ้นในสหรัฐอเมริกาที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติโอ๊คริดจ์ในช่วงทศวรรษที่ 60 และตั้งแต่นั้นมาก็ไม่มีการนำเครื่องปฏิกรณ์อื่นไปใช้ แม้ว่าจะมีหลายโครงการก็ตาม

ปฏิบัติการเครื่องปฏิกรณ์และโครงการที่น่าสนใจ

ภาษารัสเซีย BOR-60- เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วทดลอง เปิดใช้งานมาตั้งแต่ปี 1969 โดยเฉพาะอย่างยิ่ง มันถูกใช้เพื่อทดสอบองค์ประกอบโครงสร้างของเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วใหม่

รัสเซีย BN-600, BN-800: ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น BN-600 เป็นเครื่องปฏิกรณ์พลังงานนิวตรอนเร็วเพียงเครื่องเดียวในโลก เปิดดำเนินการมาตั้งแต่ปี พ.ศ. 2523 ยังคงใช้ยูเรเนียม-235

ในปี 2014 มีการวางแผนที่จะเปิดตัว BN-800 ที่ทรงพลังยิ่งขึ้น มีการวางแผนที่จะเริ่มใช้เชื้อเพลิง MOX (ที่ใช้พลูโทเนียม) และเริ่มพัฒนาวงจรเชื้อเพลิงแบบปิด (ด้วยการแปรรูปและการเผาไหม้พลูโทเนียมที่ผลิตได้) อาจมีอนุกรม BN-1200 แต่ยังไม่ได้ตัดสินใจเกี่ยวกับการก่อสร้าง ในแง่ของประสบการณ์ในการก่อสร้างและการดำเนินงานทางอุตสาหกรรมของเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็ว รัสเซียมีความก้าวหน้ามากกว่าใครๆ และยังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่อง

นอกจากนี้ยังมีเครื่องปฏิกรณ์แบบเร็วเพื่อการวิจัยเชิงปฏิบัติการขนาดเล็กในญี่ปุ่น (โจโย), อินเดีย (FBTR) และจีน (เครื่องปฏิกรณ์แบบเร็วทดลองของจีน)

เครื่องปฏิกรณ์มอนจูของญี่ปุ่น- เครื่องปฏิกรณ์ที่โชคร้ายที่สุดในโลก มันถูกสร้างขึ้นในปี 1995 และในปีเดียวกันนั้นก็มีโซเดียมรั่วไหลหลายร้อยกิโลกรัม บริษัทพยายามซ่อนขนาดของเหตุการณ์ (สวัสดี ฟุกุชิมะ) เครื่องปฏิกรณ์ถูกปิดตัวลงเป็นเวลา 15 ปี ในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2553 ในที่สุด เครื่องปฏิกรณ์ก็เริ่มทำงานด้วยกำลังที่ลดลง แต่ในเดือนสิงหาคม ระหว่างการถ่ายโอนเชื้อเพลิง เครนขนาด 3.3 ตันก็ถูกทิ้งลงในเครื่องปฏิกรณ์ ซึ่งจมลงในโซเดียมเหลวทันที สามารถรับเครนได้เฉพาะในเดือนมิถุนายน 2554 เท่านั้น ในวันที่ 29 พฤษภาคม 2556 จะมีการตัดสินใจปิดเครื่องปฏิกรณ์ตลอดไป

เครื่องปฏิกรณ์คลื่นเคลื่อนที่: ในบรรดาโครงการที่ยังไม่เกิดขึ้นจริงซึ่งเป็นที่รู้จัก ได้แก่ “เครื่องปฏิกรณ์แบบคลื่นเดินทาง” ซึ่งเป็นเครื่องปฏิกรณ์แบบคลื่นเดินทางจากบริษัท TerraPower โครงการนี้ได้รับการส่งเสริมโดย Bill Gates - ดังนั้นพวกเขาจึงเขียนเกี่ยวกับเรื่องนี้สองครั้งในHabré: , . แนวคิดก็คือ “แกนกลาง” ของเครื่องปฏิกรณ์ประกอบด้วยยูเรเนียมเสริมสมรรถนะ และรอบๆ มีตลับ U-238/ทอเรียม ซึ่งจะถูกผลิตเชื้อเพลิงในอนาคต จากนั้น หุ่นยนต์จะเคลื่อนคาสเซ็ตเหล่านี้เข้าใกล้ศูนย์กลางมากขึ้น และปฏิกิริยาจะดำเนินต่อไป แต่ในความเป็นจริง เป็นเรื่องยากมากที่จะทำให้งานทั้งหมดนี้เกิดขึ้นได้โดยไม่ต้องใช้กระบวนการทางเคมี และโครงการนี้ก็ไม่เคยเริ่มต้นเลย

เกี่ยวกับความปลอดภัยของพลังงานนิวเคลียร์

ฉันจะพูดได้อย่างไรว่ามนุษยชาติสามารถพึ่งพาพลังงานนิวเคลียร์ได้ - และหลังจากฟูกูชิม่า?

ความจริงก็คือพลังงานใด ๆ ที่เป็นอันตราย มาจำอุบัติเหตุที่เขื่อนป่านเฉียวในประเทศจีนซึ่งสร้างขึ้นเพื่อจุดประสงค์ในการผลิตกระแสไฟฟ้าซึ่งมีผู้เสียชีวิต 26,000 คน มากถึง 171,000 มนุษย์. เกิดอุบัติเหตุ ซายาโน-ชูเชนสกายา HPP- มีผู้เสียชีวิต 75 ราย ในประเทศจีนเพียงแห่งเดียว ในแต่ละปีมีคนงานเหมืองเสียชีวิตถึง 6,000 รายในระหว่างการขุดถ่านหิน ซึ่งไม่รวมถึงผลกระทบด้านสุขภาพจากการสูดไอเสียจากโรงไฟฟ้าพลังความร้อน

จำนวนอุบัติเหตุที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ไม่ได้ขึ้นอยู่กับจำนวนหน่วยไฟฟ้าเพราะว่า อุบัติเหตุแต่ละครั้งสามารถเกิดขึ้นได้เพียงครั้งเดียวเท่านั้น หลังจากแต่ละเหตุการณ์จะมีการวิเคราะห์และกำจัดสาเหตุในทุกหน่วยงาน ดังนั้น หลังจากอุบัติเหตุเชอร์โนบิล หน่วยทั้งหมดได้รับการแก้ไข และหลังจากฟูกูชิม่า พลังงานนิวเคลียร์ก็ถูกพรากไปจากญี่ปุ่นโดยสิ้นเชิง (อย่างไรก็ตาม ยังมีทฤษฎีสมคบคิดด้วย - สหรัฐอเมริกาและพันธมิตรคาดว่าจะขาดแคลนยูเรเนียม- 235 ในอีก 5-10 ปีข้างหน้า)

ปัญหาเกี่ยวกับเชื้อเพลิงใช้แล้วได้รับการแก้ไขโดยตรงโดยเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วเพราะว่า นอกเหนือจากการปรับปรุงเทคโนโลยีการประมวลผลของเสียแล้ว ยังสร้างของเสียน้อยลง: ของหนัก (แอกติไนด์) ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาที่มีอายุการใช้งานยาวนานยังถูก "เผาไหม้" ด้วยนิวตรอนเร็วอีกด้วย

บทสรุป

เครื่องปฏิกรณ์เร็วมีข้อได้เปรียบหลักที่ทุกคนคาดหวังจากเครื่องปฏิกรณ์แสนสาหัส - เชื้อเพลิงสำหรับพวกเขาจะคงอยู่มนุษยชาติเป็นเวลาหลายพันหรือหมื่นปี คุณไม่จำเป็นต้องขุดมันด้วยซ้ำ - มันถูกขุดแล้วและยังคงอยู่

หลังจากการเปิดตัวและการดำเนินงานที่ประสบความสำเร็จของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกของโลกในปี 2498 ตามความคิดริเริ่มของ I. Kurchatov ได้มีการตัดสินใจสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชิงอุตสาหกรรมด้วยเครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดันชนิดช่องสัญญาณในเทือกเขาอูราล คุณลักษณะของเครื่องปฏิกรณ์ประเภทนี้ ได้แก่ การให้ความร้อนยวดยิ่งของไอน้ำจนถึงพารามิเตอร์สูงในแกนกลางโดยตรง ซึ่งเปิดโอกาสให้ใช้อุปกรณ์กังหันแบบอนุกรม

ในปีพ.ศ. 2501 ในใจกลางของรัสเซีย ในมุมที่งดงามที่สุดแห่งหนึ่งของธรรมชาติอูราล การก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เบโลยาร์สค์ได้เริ่มขึ้น สำหรับผู้ติดตั้งสถานีนี้เริ่มต้นในปี 2500 และเนื่องจากหัวข้อของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ถูกปิดในสมัยนั้นจึงถูกเรียกว่าโรงไฟฟ้าเขตรัฐ Beloyarsk ในการติดต่อและดำเนินชีวิต สถานีนี้เริ่มต้นโดยพนักงานของ Uralenergomontazh trust ด้วยความพยายามของพวกเขาในปี 1959 ได้มีการสร้างฐานที่มีการประชุมเชิงปฏิบัติการสำหรับการผลิตท่อส่งน้ำและไอน้ำ (1 วงจรของเครื่องปฏิกรณ์) ได้ถูกสร้างขึ้น อาคารที่อยู่อาศัยสามแห่งถูกสร้างขึ้นในหมู่บ้าน Zarechny และเริ่มการก่อสร้างอาคารหลัก

ในปี 1959 คนงานจาก Tsentroenergomontazh trust ปรากฏตัวที่สถานที่ก่อสร้างและได้รับมอบหมายให้ติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์ ในตอนท้ายของปี 1959 มีไซต์จาก Dorogobuzh ภูมิภาค Smolensk และ งานติดตั้งนำโดย V. Nevsky ผู้อำนวยการในอนาคตของ Beloyarsk NPP งานทั้งหมดเกี่ยวกับการติดตั้งอุปกรณ์เครื่องจักรกลความร้อนถูกโอนไปยังความไว้วางใจของ Tsentroenergomontazh อย่างสมบูรณ์

ระยะเวลาที่เข้มข้นของการก่อสร้าง Beloyarsk NPP เริ่มขึ้นในปี 2503 ในเวลานี้ผู้ติดตั้งต้องดำเนินการควบคู่กับการดำเนินการ งานก่อสร้างเชี่ยวชาญเทคโนโลยีใหม่สำหรับการติดตั้งท่อสแตนเลส การบุในห้องพิเศษและสิ่งอำนวยความสะดวกการจัดเก็บกากกัมมันตภาพรังสี การติดตั้งโครงสร้างเครื่องปฏิกรณ์ อิฐกราไฟท์ การเชื่อมอัตโนมัติ ฯลฯ เราเรียนรู้ได้ทันทีจากผู้เชี่ยวชาญที่ได้มีส่วนร่วมในการก่อสร้างโรงงานนิวเคลียร์แล้ว หลังจากเปลี่ยนจากเทคโนโลยีการติดตั้งโรงไฟฟ้าพลังความร้อนมาเป็นการติดตั้งอุปกรณ์สำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ คนงานของ Tsentroenergomontazh ประสบความสำเร็จในการทำงานและในวันที่ 26 เมษายน พ.ศ. 2507 หน่วยพลังงานแห่งแรกของ Beloyarsk NPP พร้อมเครื่องปฏิกรณ์ AMB-100 ได้จัดหา กระแสแรกสู่ระบบพลังงาน Sverdlovsk เหตุการณ์นี้ควบคู่ไปกับการเริ่มดำเนินการหน่วยผลิตไฟฟ้าที่ 1 ของ Novovoronezh NPP ถือเป็นการกำเนิดของอุตสาหกรรมพลังงานนิวเคลียร์ขนาดใหญ่ของประเทศ

เครื่องปฏิกรณ์ AMB-100 ได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติมในการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกของโลกในเมืองออบนินสค์ เป็นเครื่องปฏิกรณ์แบบช่องที่มีลักษณะทางความร้อนของแกนสูงกว่า การได้รับไอน้ำที่มีพารามิเตอร์สูงเนื่องจากความร้อนสูงเกินไปของนิวเคลียร์ในเครื่องปฏิกรณ์โดยตรงถือเป็นก้าวสำคัญในการพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์ เครื่องปฏิกรณ์ทำงานในหน่วยเดียวกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โบขนาด 100 เมกะวัตต์

ตามโครงสร้างเครื่องปฏิกรณ์ของหน่วยกำลังแรกของ Beloyarsk NPP กลายเป็นสิ่งที่น่าสนใจตรงที่มันถูกสร้างขึ้นโดยไม่มีกรอบนั่นคือ เครื่องปฏิกรณ์ไม่มีตัวถังที่หนักหลายตันและทนทานเช่นพูด เครื่องปฏิกรณ์ VVER ระบายความร้อนด้วยน้ำที่มีกำลังใกล้เคียงกัน ตัวเครื่องยาว 11-12 ม. มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 3-3.5 ม. ความหนาของผนังและก้น 100-150 มม. ขึ้นไป ความเป็นไปได้ในการสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ด้วยเครื่องปฏิกรณ์แบบเปิดนั้นเป็นเรื่องที่น่าดึงดูดใจมาก เนื่องจากทำให้โรงงานวิศวกรรมหนักไม่ต้องผลิตผลิตภัณฑ์เหล็กที่มีน้ำหนัก 200-500 ตัน แต่การนำความร้อนสูงเกินไปทางนิวเคลียร์มาใช้โดยตรงในเครื่องปฏิกรณ์กลับกลายเป็นว่า เกี่ยวข้องกับปัญหาที่รู้จักกันดีในการควบคุมกระบวนการโดยเฉพาะอย่างยิ่งในแง่ของการติดตามความคืบหน้า ด้วยข้อกำหนดสำหรับการทำงานที่แม่นยำของเครื่องมือหลายชนิดการมีท่อขนาดต่างๆจำนวนมากภายใต้ แรงดันสูงฯลฯ

หน่วยแรกของ Beloyarsk NPP บรรลุความสามารถในการออกแบบอย่างเต็มที่อย่างไรก็ตามเนื่องจากกำลังการผลิตติดตั้งที่ค่อนข้างเล็ก (100 MW) ความซับซ้อนของช่องทางเทคโนโลยีและดังนั้นต้นทุนสูงต้นทุนไฟฟ้า 1 kWh ปรากฏว่าสูงกว่าสถานีระบายความร้อนในเทือกเขาอูราลอย่างมาก

หน่วยที่สองของ Beloyarsk NPP พร้อมเครื่องปฏิกรณ์ AMB-200 ถูกสร้างขึ้นเร็วขึ้นโดยปราศจากความเครียดอย่างมากในการทำงาน เนื่องจากทีมงานก่อสร้างและติดตั้งได้เตรียมการไว้แล้ว การติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์ได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ มีวงจรทำความเย็นแบบวงจรเดียวซึ่งทำให้การออกแบบทางเทคโนโลยีของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทั้งหมดง่ายขึ้น เช่นเดียวกับในหน่วยกำลังแรก คุณสมบัติหลักเครื่องปฏิกรณ์ AMB-200 ผลิตไอน้ำพารามิเตอร์สูงเข้าสู่กังหันโดยตรง เมื่อวันที่ 31 ธันวาคม พ.ศ. 2510 หน่วยกำลังหมายเลข 2 ได้เชื่อมต่อกับเครือข่ายซึ่งเสร็จสิ้นการก่อสร้างสถานีขั้นที่ 1

ส่วนสำคัญของประวัติศาสตร์การดำเนินงานระยะที่ 1 ของ BNPP เต็มไปด้วยความโรแมนติกและดราม่าซึ่งเป็นลักษณะของทุกสิ่งใหม่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงระยะเวลาของการพัฒนาบล็อก เชื่อกันว่าไม่น่าจะมีปัญหากับเรื่องนี้ - มีต้นแบบตั้งแต่เครื่องปฏิกรณ์ AM "เครื่องแรกในโลก" ไปจนถึงเครื่องปฏิกรณ์อุตสาหกรรมสำหรับการผลิตพลูโทเนียมซึ่งมีแนวคิดพื้นฐาน เทคโนโลยี โซลูชันการออกแบบ อุปกรณ์และระบบหลายประเภท และ แม้แต่ส่วนสำคัญของระบอบเทคโนโลยีก็ยังได้รับการทดสอบ อย่างไรก็ตาม ปรากฎว่าความแตกต่างระหว่างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชิงอุตสาหกรรมกับรุ่นก่อนนั้นยิ่งใหญ่และไม่เหมือนใครจนเกิดปัญหาใหม่ที่ไม่รู้จักมาก่อน

สิ่งที่ใหญ่ที่สุดและชัดเจนที่สุดคือความน่าเชื่อถือที่ไม่น่าพอใจของช่องการระเหยและความร้อนยวดยิ่ง หลังจากการทำงานในช่วงเวลาสั้น ๆ การลดแรงดันก๊าซขององค์ประกอบเชื้อเพลิงหรือการรั่วไหลของสารหล่อเย็นปรากฏขึ้นพร้อมกับผลที่ยอมรับไม่ได้สำหรับการก่ออิฐกราไฟท์ของเครื่องปฏิกรณ์โหมดการทำงานและการซ่อมแซมทางเทคโนโลยีการสัมผัสรังสีต่อบุคลากรและ สิ่งแวดล้อม- ตามหลักการทางวิทยาศาสตร์และมาตรฐานการคำนวณในเวลานั้น สิ่งนี้ไม่ควรเกิดขึ้น การศึกษาเชิงลึกของปรากฏการณ์ใหม่นี้บังคับให้เราพิจารณาแนวคิดที่กำหนดไว้เกี่ยวกับกฎพื้นฐานของน้ำเดือดในท่อ เนื่องจากแม้จะมีความหนาแน่นของฟลักซ์ความร้อนต่ำ วิกฤตการถ่ายเทความร้อนแบบที่ไม่รู้จักมาก่อนก็เกิดขึ้น ซึ่งถูกค้นพบในปี 1979 โดย วี.อี. Doroshchuk (VTI) และต่อมาเรียกว่า "วิกฤตการถ่ายเทความร้อนประเภทที่สอง"

ในปี พ.ศ. 2511 มีการตัดสินใจสร้างหน่วยกำลังที่สามด้วยเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วที่ Beloyarsk NPP - BN-600 การควบคุมทางวิทยาศาสตร์ของการสร้าง BN-600 ดำเนินการโดยสถาบันฟิสิกส์และวิศวกรรมกำลัง การออกแบบโรงงานเครื่องปฏิกรณ์ดำเนินการโดยสำนักออกแบบวิศวกรรมเครื่องกลทดลอง และการออกแบบทั่วไปของหน่วยดำเนินการโดย สาขาเลนินกราดของ Atomelectroproekt บล็อกนี้สร้างโดยผู้รับเหมาทั่วไป - ความไว้วางใจของ Uralenergostroy

เมื่อออกแบบจะต้องคำนึงถึงประสบการณ์การทำงานของเครื่องปฏิกรณ์ BN-350 ใน Shevchenko และเครื่องปฏิกรณ์ BOR-60 ด้วย สำหรับ BN-600 ได้มีการนำโครงร่างวงจรหลักที่ประหยัดและประสบความสำเร็จเชิงโครงสร้างของวงจรหลักมาใช้ โดยที่แกนเครื่องปฏิกรณ์ ปั๊ม และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนระดับกลางจะอยู่ในตัวเรือนเดียว ถังปฏิกรณ์ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 12.8 ม. และสูง 12.5 ม. ได้รับการติดตั้งบนส่วนรองรับลูกกลิ้งที่ยึดติดกับแผ่นฐานของเพลาเครื่องปฏิกรณ์ มวลของเครื่องปฏิกรณ์ที่ประกอบแล้วอยู่ที่ 3,900 ตัน และปริมาณโซเดียมทั้งหมดในการติดตั้งเกิน 1,900 ตัน การปกป้องทางชีวภาพทำจากตะแกรงเหล็กทรงกระบอก ช่องว่างเหล็ก และท่อที่มีสารเติมกราไฟท์

ข้อกำหนดด้านคุณภาพสำหรับงานติดตั้งและเชื่อมสำหรับ BN-600 กลายเป็นลำดับความสำคัญที่สูงกว่าที่ทำได้ก่อนหน้านี้ และทีมติดตั้งต้องฝึกอบรมบุคลากรใหม่และเชี่ยวชาญเทคโนโลยีใหม่อย่างเร่งด่วน ดังนั้นในปี 1972 เมื่อประกอบถังปฏิกรณ์จากเหล็กกล้าออสเทนนิติก จึงมีการใช้เบตาตรอนเป็นครั้งแรกเพื่อควบคุมการส่งผ่านของรอยเชื่อมขนาดใหญ่

นอกจากนี้ ในระหว่างการติดตั้งอุปกรณ์ภายในของเครื่องปฏิกรณ์ BN-600 ได้มีการกำหนดข้อกำหนดพิเศษสำหรับความสะอาด และชิ้นส่วนทั้งหมดที่นำเข้าและถอดออกจากพื้นที่ภายในเครื่องปฏิกรณ์ก็ถูกบันทึกไว้ นี่เป็นเพราะความเป็นไปไม่ได้ที่จะล้างเครื่องปฏิกรณ์และท่อด้วยสารหล่อเย็นโซเดียมเพิ่มเติม

Nikolai Muravyov ซึ่งสามารถเชิญเขามาทำงานจาก Nizhny Novgorod ซึ่งเขาเคยทำงานในสำนักออกแบบมาก่อน มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีการติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์ เขาเป็นหนึ่งในผู้พัฒนาโครงการเครื่องปฏิกรณ์ BN-600 และเมื่อถึงเวลานั้นเขาก็เกษียณแล้ว

ทีมติดตั้งทำงานที่ได้รับมอบหมายในการติดตั้งหน่วยนิวตรอนเร็วได้สำเร็จ การเติมโซเดียมลงในเครื่องปฏิกรณ์แสดงให้เห็นว่าความสะอาดของวงจรได้รับการดูแลให้สูงกว่าที่ต้องการ เนื่องจากจุดไหลของโซเดียมซึ่งขึ้นอยู่กับโลหะเหลวเมื่อมีสารปนเปื้อนและออกไซด์จากต่างประเทศนั้นต่ำกว่าที่ทำได้ในระหว่างนั้น การติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์ BN-350, BOR-60 ในสหภาพโซเวียตและโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ " ฟีนิกซ์" ในฝรั่งเศส

ความสำเร็จของทีมติดตั้งในการก่อสร้าง Beloyarsk NPP ขึ้นอยู่กับผู้จัดการเป็นส่วนใหญ่ คนแรกคือ Pavel Ryabukha จากนั้น Vladimir Nevsky หนุ่มผู้กระตือรือร้นก็มาจากนั้น Vazgen Kazarov ก็เข้ามาแทนที่เขา

V. Nevsky ทำหลายอย่างมากในการจัดตั้งทีมติดตั้ง ในปี 1963 เขาได้รับแต่งตั้งให้เป็นผู้อำนวยการโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ Beloyarsk และต่อมาเขาเป็นหัวหน้าของ Glavatomenergo ซึ่งเขาทำงานอย่างหนักเพื่อพัฒนาอุตสาหกรรมพลังงานนิวเคลียร์ของประเทศ

• ในที่สุดเมื่อวันที่ 8 เมษายน พ.ศ. 2523 หน่วยกำลังหมายเลข 3 ของ Beloyarsk NPP พร้อมด้วยเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็ว BN-600 ก็ได้เกิดขึ้น ลักษณะการออกแบบบางประการของ BN-600:
• พลังงานไฟฟ้า – 600 เมกะวัตต์;
• พลังงานความร้อน - 1,470 เมกะวัตต์;
• อุณหภูมิไอน้ำ – 505 o C;
• แรงดันไอน้ำ – 13.7 MPa;

ประสิทธิภาพทางอุณหพลศาสตร์รวม – 40.59%

โดยทั่วไปงานแรกได้รับการแก้ไขค่อนข้างสำเร็จในขั้นตอนการพัฒนาอุปกรณ์และโครงการท่อส่งก๊าซ รูปแบบที่สมบูรณ์ของเครื่องปฏิกรณ์ประสบความสำเร็จอย่างมากโดยที่อุปกรณ์หลักและท่อทั้งหมดของวงจรที่ 1 ที่มีโซเดียมกัมมันตภาพรังสีถูก "ซ่อน" ไว้ภายในถังปฏิกรณ์ดังนั้นโดยหลักการแล้วการรั่วไหลของมันจึงเกิดขึ้นได้จาก a ระบบเสริมไม่กี่

และถึงแม้ว่า BN-600 จะเป็นหน่วยพลังงานที่ใหญ่ที่สุดในโลกที่มีเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วในโลก แต่ Beloyarsk NPP ก็ไม่ใช่หนึ่งในนั้น โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ด้วยกำลังติดตั้งขนาดใหญ่ ความแตกต่างและข้อได้เปรียบถูกกำหนดโดยความแปลกใหม่และเอกลักษณ์ของการผลิต เป้าหมาย เทคโนโลยีและอุปกรณ์ การติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์ทั้งหมดของ BelNPP มีจุดประสงค์เพื่อการยืนยันทางอุตสาหกรรมนำร่องหรือการปฏิเสธแนวคิดทางเทคนิคและวิธีแก้ปัญหาที่ออกแบบโดยนักออกแบบและผู้สร้าง การวิจัยระบอบเทคโนโลยี วัสดุโครงสร้าง องค์ประกอบเชื้อเพลิง ระบบควบคุมและการป้องกัน

หน่วยกำลังทั้งสามไม่มีระบบอะนาล็อกโดยตรงทั้งในประเทศของเราหรือในต่างประเทศ พวกเขารวบรวมแนวคิดหลายประการสำหรับการพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์ในอนาคต:

• หน่วยกำลังที่มีเครื่องปฏิกรณ์กราไฟท์น้ำแบบช่องถูกสร้างและทดสอบการใช้งาน ระดับอุตสาหกรรม;
• ใช้หน่วยเทอร์โบพารามิเตอร์สูงแบบอนุกรมที่มีประสิทธิภาพวงจรพลังงานความร้อนจาก 36 ถึง 42% ซึ่งไม่มีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในโลก
• ใช้ชุดประกอบเชื้อเพลิงซึ่งการออกแบบไม่รวมถึงความเป็นไปได้ที่กิจกรรมการกระจายตัวจะเข้าสู่สารหล่อเย็นแม้ว่าองค์ประกอบเชื้อเพลิงจะถูกทำลายก็ตาม
• เหล็กกล้าคาร์บอนถูกใช้ในวงจรปฐมภูมิของเครื่องปฏิกรณ์ของหน่วยที่ 2
• เทคโนโลยีสำหรับการใช้และการจัดการน้ำหล่อเย็นโลหะเหลวได้รับการพัฒนาอย่างเชี่ยวชาญเป็นส่วนใหญ่

Beloyarsk NPP เป็นโรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกในรัสเซียที่ต้องเผชิญกับความจำเป็นในทางปฏิบัติในการแก้ปัญหาการรื้อถอนโรงปฏิกรณ์ใช้แล้ว การพัฒนากิจกรรมในด้านนี้ซึ่งมีความเกี่ยวข้องอย่างมากกับอุตสาหกรรมพลังงานนิวเคลียร์ทั้งหมดนั้นมีระยะฟักตัวที่ยาวนานเนื่องจากขาดฐานเอกสารขององค์กรและกฎระเบียบและปัญหาการสนับสนุนทางการเงินที่ยังไม่ได้รับการแก้ไข

ระยะเวลาการดำเนินงานมากกว่า 50 ปีของ Beloyarsk NPP มีสามขั้นตอนที่ค่อนข้างแตกต่างกัน ซึ่งแต่ละขั้นตอนมีพื้นที่กิจกรรมของตัวเอง ปัญหาเฉพาะในการดำเนินการ ความสำเร็จและความผิดหวัง

ระยะแรก (ตั้งแต่ปี 1964 ถึงกลางทศวรรษที่ 70) เกี่ยวข้องโดยสิ้นเชิงกับการเปิดตัว การพัฒนา และความสำเร็จของระดับการออกแบบกำลังของหน่วยกำลังขั้นที่ 1 งานฟื้นฟูจำนวนมากและ การแก้ปัญหาเกี่ยวข้องกับการออกแบบหน่วย รูปแบบทางเทคโนโลยี และข้อกำหนดที่ไม่สมบูรณ์ การดำเนินงานที่มั่นคงช่องเชื้อเพลิง ทั้งหมดนี้ต้องใช้ความพยายามทั้งทางกายภาพและทางสติปัญญาอย่างมากจากเจ้าหน้าที่สถานี ซึ่งน่าเสียดายที่ไม่ได้รับความมั่นใจในความถูกต้องและโอกาสในการเลือกเครื่องปฏิกรณ์ยูเรเนียม - กราไฟท์ด้วยไอน้ำร้อนยวดยิ่งนิวเคลียร์เพื่อการพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์ต่อไป อย่างไรก็ตาม ส่วนที่สำคัญที่สุดของประสบการณ์การดำเนินงานที่สะสมในขั้นตอนที่ 1 นั้นถูกนำมาพิจารณาโดยนักออกแบบและผู้สร้างเมื่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์ยูเรเนียม-กราไฟท์ในรุ่นต่อไป

จุดเริ่มต้นของยุค 70 เกี่ยวข้องกับการเลือกทิศทางใหม่สำหรับการพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์ของประเทศต่อไป - โรงปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วพร้อมโอกาสที่จะสร้างหน่วยพลังงานหลายแห่งด้วยเครื่องปฏิกรณ์แบบผสมพันธุ์โดยใช้เชื้อเพลิงยูเรเนียม - พลูโทเนียมผสม เมื่อพิจารณาสถานที่สำหรับการก่อสร้างหน่วยอุตสาหกรรมนำร่องแห่งแรกโดยใช้นิวตรอนเร็ว ทางเลือกจึงตกอยู่ที่ Beloyarsk NPP

ตัวเลือกนี้ได้รับอิทธิพลอย่างมากจากการยอมรับความสามารถของทีมงานก่อสร้าง ผู้ติดตั้ง และบุคลากรในโรงงานในการสร้างหน่วยกำลังที่มีเอกลักษณ์เฉพาะนี้อย่างเหมาะสม และต่อมาจึงรับประกันการทำงานที่เชื่อถือได้

การตัดสินใจครั้งนี้ถือเป็นขั้นตอนที่สองในการพัฒนา Beloyarsk NPP ซึ่งส่วนใหญ่เสร็จสิ้นด้วยการตัดสินใจของคณะกรรมาธิการของรัฐที่จะยอมรับการก่อสร้างหน่วยพลังงานที่เสร็จสมบูรณ์ด้วยเครื่องปฏิกรณ์ BN-600 ที่มีระดับ "ยอดเยี่ยม" ไม่ค่อยได้ใช้ในทางปฏิบัติ ความปลอดภัยการดำเนินการคุณภาพสูง งานระยะนี้ได้รับความไว้วางใจผู้เชี่ยวชาญที่ดีที่สุด

ทั้งจากผู้รับเหมาก่อสร้างและติดตั้งและจากเจ้าหน้าที่ปฏิบัติการสถานี บุคลากรในโรงงานได้รับประสบการณ์อย่างกว้างขวางในการติดตั้งและควบคุมอุปกรณ์โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ซึ่งได้รับการใช้งานอย่างแข็งขันและเกิดผลในระหว่างการว่าจ้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชอร์โนบิลและเคิร์สต์ ควรกล่าวถึงเป็นพิเศษเกี่ยวกับ Bilibino NPP ซึ่งนอกเหนือจากการว่าจ้างงานแล้ว ยังมีการวิเคราะห์เชิงลึกของโครงการโดยพิจารณาจากการปรับปรุงที่สำคัญหลายประการ ด้วยการเริ่มดำเนินการบล็อกที่สาม ขั้นตอนที่สามของการดำรงอยู่ของสถานีได้เริ่มต้นขึ้น ซึ่งดำเนินไปมานานกว่า 35 ปี เป้าหมายของขั้นตอนนี้คือการบรรลุตัวบ่งชี้การออกแบบของบล็อกและยืนยันความสามารถในการใช้งานได้จริงและการได้มาซึ่งประสบการณ์การดำเนินงานเพื่อการพิจารณาในการออกแบบหน่วยอนุกรมพร้อมเครื่องปฏิกรณ์แบบ Breeder ในภายหลัง เป้าหมายทั้งหมดนี้บรรลุผลสำเร็จแล้ว

โดยทั่วไปแนวคิดด้านความปลอดภัยที่วางไว้ในการออกแบบยูนิตได้รับการยืนยันแล้ว เนื่องจากจุดเดือดของโซเดียมสูงกว่าเกือบ 300 o C อุณหภูมิในการทำงานเครื่องปฏิกรณ์ BN-600 ทำงานแทบไม่มีแรงดันในถังปฏิกรณ์ ซึ่งสามารถทำจากเหล็กพลาสติกคุณภาพสูง สิ่งนี้แทบจะช่วยลดความเป็นไปได้ที่จะเกิดรอยแตกร้าวอย่างรวดเร็ว และรูปแบบการถ่ายเทความร้อนแบบสามวงจรจากแกนเครื่องปฏิกรณ์ด้วยแรงดันที่เพิ่มขึ้นในแต่ละวงจรที่ตามมาจะช่วยลดความเป็นไปได้ที่โซเดียมกัมมันตภาพรังสีจากวงจรที่ 1 จะเข้าสู่วงจรที่สอง (ไม่มีกัมมันตภาพรังสี) และยิ่งไปกว่านั้นใน วงจรที่สามของไอน้ำและน้ำ

การยืนยันสิ่งที่ได้รับความสำเร็จ ระดับสูงความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของ BN-600 เป็นการวิเคราะห์ความปลอดภัยที่ดำเนินการหลังเกิดอุบัติเหตุที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์เชอร์โนบิล ซึ่งไม่ได้เปิดเผยถึงความจำเป็นในการปรับปรุงทางเทคนิคอย่างเร่งด่วน สถิติเกี่ยวกับการเปิดใช้งานการป้องกันฉุกเฉิน การปิดระบบฉุกเฉิน การลดกำลังการดำเนินงานโดยไม่ได้วางแผน และความล้มเหลวอื่นๆ แสดงให้เห็นว่าเครื่องปฏิกรณ์ BN-6OO เป็นหนึ่งใน 25% ของหน่วยนิวเคลียร์ที่ดีที่สุดในโลกเป็นอย่างน้อย

จากผลการแข่งขันประจำปี Beloyarsk NPP ในปี 1994, 1995, 1997 และ 2001 ได้รับรางวัล "Best NPP in Russia"

หน่วยกำลังหมายเลข 4 พร้อมเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็ว BN-800 อยู่ในขั้นก่อนสตาร์ทอัพ หน่วยกำลังที่ 4 ใหม่พร้อมเครื่องปฏิกรณ์ BN-800 ที่มีกำลังการผลิต 880 เมกะวัตต์ถูกลดระดับพลังงานควบคุมขั้นต่ำเมื่อวันที่ 27 มิถุนายน 2557 หน่วยพลังงานได้รับการออกแบบมาเพื่อขยายฐานเชื้อเพลิงของพลังงานนิวเคลียร์อย่างมีนัยสำคัญและลดของเสียจากกัมมันตรังสีผ่านการจัดวงจรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์แบบปิด

มีการพิจารณาความเป็นไปได้ในการขยายเพิ่มเติมของ Beloyarsk NPP ด้วยหน่วยกำลังหมายเลข 5 พร้อมเครื่องปฏิกรณ์เร็วที่มีกำลังการผลิต 1,200 เมกะวัตต์ - หน่วยพลังงานเชิงพาณิชย์หลักสำหรับการก่อสร้างแบบอนุกรม

สไลด์ 11 ในแกนของเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็ว มีการวางแท่งเชื้อเพลิงที่มีเชื้อเพลิง 235U เสริมสมรรถนะสูงไว้ โซนแอคทีฟล้อมรอบด้วยโซนผสมพันธุ์ซึ่งประกอบด้วย

จากองค์ประกอบเชื้อเพลิงที่มีวัตถุดิบเชื้อเพลิง (หมด 228U หรือ 232Th) นิวตรอนที่หนีออกจากแกนกลางจะถูกดักจับไว้ในบริเวณผสมพันธุ์โดยนิวเคลียสของวัตถุดิบเชื้อเพลิง ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใหม่ ข้อดีของเครื่องปฏิกรณ์แบบเร็วคือความเป็นไปได้ในการจัดขยายการผลิตเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในเครื่องปฏิกรณ์เช่น ควบคู่ไปกับการผลิตพลังงานเพื่อผลิตเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใหม่แทนเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ถูกเผาไหม้ เครื่องปฏิกรณ์แบบเร็วไม่จำเป็นต้องใช้ตัวหน่วง และสารหล่อเย็นไม่จำเป็นต้องทำให้นิวตรอนช้าลง

วัตถุประสงค์หลักของเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วคือการผลิตพลูโทเนียมเกรดอาวุธ (และแอกทิไนด์ฟิสไซล์อื่นๆ) ซึ่งเป็นส่วนประกอบของอาวุธปรมาณู แต่เครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าวยังใช้ในภาคพลังงาน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เพื่อให้แน่ใจว่าจะมีการขยายการผลิตพลูโทเนียมฟิสไซล์ 239Pu จาก 238U เพื่อเผายูเรเนียมธรรมชาติทั้งหมดหรือบางส่วนที่สำคัญ ตลอดจนปริมาณสำรองของยูเรเนียมหมดสภาพที่มีอยู่ ด้วยการพัฒนาภาคพลังงานของเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็ว ปัญหาความพอเพียงของพลังงานนิวเคลียร์และเชื้อเพลิงจะสามารถแก้ไขได้

สไลด์ 12 เครื่องปฏิกรณ์ Breeder ซึ่งเป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ "การเผาไหม้" ของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์มาพร้อมกับการขยายพันธุ์ของเชื้อเพลิงทุติยภูมิ ในเครื่องปฏิกรณ์แบบผสมพันธุ์ นิวตรอนที่ถูกปล่อยออกมาในระหว่างกระบวนการฟิชชันของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ (เช่น 235U) ทำปฏิกิริยากับนิวเคลียสของวัตถุดิบที่วางอยู่ในเครื่องปฏิกรณ์ (เช่น 238U) ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ทุติยภูมิ (239Pu) . ในเครื่องปฏิกรณ์แบบผสมพันธุ์ เชื้อเพลิงที่ถูกทำซ้ำและเผาคือไอโซโทปขององค์ประกอบทางเคมีเดียวกัน (เช่น 235U ถูกเผา, 233U ถูกทำซ้ำ) ในเครื่องปฏิกรณ์-คอนเวอร์เตอร์ประเภท ไอโซโทปที่แตกต่างกัน องค์ประกอบทางเคมี(เช่น 235U ถูกเบิร์น, 239Pu ถูกสร้างซ้ำ)

ในเครื่องปฏิกรณ์เร็ว เชื้อเพลิงนิวเคลียร์เป็นส่วนผสมเสริมสมรรถนะที่มีไอโซโทป 235U อย่างน้อย 15% เครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าวให้การขยายพันธุ์ของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ (ในนั้นพร้อมกับการหายตัวไปของอะตอมที่สามารถเกิดฟิชชันได้ บางส่วนก็ถูกสร้างขึ้นใหม่ (เช่น การก่อตัวของ 239Pu)) จำนวนฟิชชันหลักเกิดจากนิวตรอนเร็ว และแต่ละปฏิกิริยาฟิชชันจะมีลักษณะเป็นนิวตรอนจำนวนมาก (เมื่อเปรียบเทียบกับฟิชชันด้วยนิวตรอนความร้อน) ซึ่งเมื่อนิวเคลียส 238U จับได้ ก็จะแปลงพวกมัน (ผ่าน β ต่อเนื่องกันสองตัว -สลาย) ออกเป็นนิวเคลียส 239Pu เช่น เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใหม่ ซึ่งหมายความว่า ตัวอย่างเช่น สำหรับนิวเคลียสเชื้อเพลิงฟิชชัน 100 นิวเคลียส (235U) ในเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็ว นิวเคลียส 150 239Pu ที่สามารถเกิดฟิชชันได้ (ปัจจัยการผสมพันธุ์ของเครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าวสูงถึง 1.5 นั่นคือรับ Pu มากถึง 1.5 กิโลกรัมต่อ 235U 1 กิโลกรัม) 239Pu สามารถใช้ในเครื่องปฏิกรณ์เป็นองค์ประกอบฟิสไซล์ได้

จากมุมมองของการพัฒนาพลังงานทั่วโลก ข้อดีของเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็ว (BN) ก็คือ ช่วยให้สามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงของไอโซโทปของธาตุหนักที่ไม่สามารถเกิดฟิชชันในเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนความร้อนได้ วัฏจักรเชื้อเพลิงอาจเกี่ยวข้องกับปริมาณสำรอง 238U และ 232Th ซึ่งโดยธรรมชาติแล้วจะมีมากกว่า 235U ซึ่งเป็นเชื้อเพลิงหลักสำหรับเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนความร้อน สิ่งที่เรียกว่า “ยูเรเนียมเสีย” ที่เหลืออยู่หลังจากการเสริมสมรรถนะเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ด้วย 235U ก็สามารถนำมาใช้ได้เช่นกัน โปรดทราบว่าพลูโตเนียมยังผลิตได้ในเครื่องปฏิกรณ์แบบธรรมดาเช่นกัน แต่ในปริมาณที่น้อยกว่ามาก

สไลด์ 13 BN - เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ใช้นิวตรอนเร็ว เครื่องปฏิกรณ์พันธุ์เรือ สารหล่อเย็นของวงจรปฐมภูมิและทุติยภูมิมักเป็นโซเดียม สารหล่อเย็นวงจรที่สามคือน้ำและไอน้ำ เครื่องปฏิกรณ์เร็วไม่มีตัวหน่วง

ข้อดีของเครื่องปฏิกรณ์แบบเร็ว ได้แก่ การเผาไหม้เชื้อเพลิงในระดับสูง (เช่น ระยะเวลาการรณรงค์ที่ยาวนานขึ้น) และข้อเสียคือต้นทุนสูงเนื่องจากเป็นไปไม่ได้ที่จะใช้น้ำหล่อเย็นที่ง่ายที่สุด - น้ำ ความซับซ้อนของโครงสร้าง ต้นทุนเงินทุนสูง และต้นทุนสูง เชื้อเพลิงเสริมสมรรถนะสูง

ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะสูงคือยูเรเนียมที่มีมวลไอโซโทปยูเรเนียม-235 เท่ากับหรือมากกว่า 20% เพื่อให้แน่ใจว่าเชื้อเพลิงนิวเคลียร์มีความเข้มข้นสูง จึงจำเป็นต้องทำให้สำเร็จ ปล่อยความร้อนสูงสุดต่อปริมาตรแกนหลัก การปลดปล่อยความร้อนของเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วนั้นสูงกว่าการปล่อยความร้อนของเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนช้าถึงสิบถึงสิบห้าเท่า การระบายความร้อนในเครื่องปฏิกรณ์สามารถทำได้สำเร็จโดยใช้สารหล่อเย็นโลหะเหลว เช่น โซเดียม โพแทสเซียม หรือสารหล่อเย็นก๊าซที่ใช้พลังงานสูงซึ่งมีคุณสมบัติทางความร้อนและเทอร์โมฟิสิกส์ที่ดีที่สุด เช่น ฮีเลียมและก๊าซที่แยกตัวออกจากกัน โดยทั่วไปจะใช้โลหะเหลว เช่น โซเดียมหลอมเหลว (จุดหลอมเหลวของโซเดียม 98 °C) ข้อเสียของโซเดียมได้แก่ ปฏิกิริยาทางเคมีสูงต่ออันตรายจากน้ำ อากาศ และไฟไหม้ อุณหภูมิของสารหล่อเย็นที่ทางเข้าไปยังเครื่องปฏิกรณ์คือ 370 °C และที่ทางออก - 550 ซึ่งสูงกว่าตัวบ่งชี้ที่คล้ายกันสิบเท่าเช่นสำหรับ VVER - ที่นั่นอุณหภูมิของน้ำที่ทางเข้าคือ 270 องศาและที่ ทางออก - 293

ในบทความก่อนหน้านี้ เราพบว่าพลังงานแสงอาทิตย์ไม่สามารถสนองความต้องการของมนุษยชาติได้ (เนื่องจากการพังทลายของแบตเตอรี่และต้นทุนอย่างรวดเร็ว) หรือพลังงานแสนสาหัส (เนื่องจากแม้จะได้รับพลังงานเชิงบวกจากเครื่องปฏิกรณ์ทดลองแล้วก็ตาม จำนวนมหาศาลยังคงเป็นปัญหาในการนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์) อะไรยังคงอยู่?

เป็นเวลากว่าร้อยปีแล้วที่มนุษยชาติมีความก้าวหน้า แต่ไฟฟ้าจำนวนมากได้มาจากการเผาไหม้ถ่านหินซ้ำ ๆ (ซึ่งยังคงเป็นแหล่งพลังงานสำหรับ 40.7% ของกำลังการผลิตของโลก) ก๊าซ (21.2%) ผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม (5.5%) และไฟฟ้าพลังน้ำ (อีก 16.2% รวมทั้งหมดนี้คือ 83.5%)

สิ่งที่เหลืออยู่คือพลังงานนิวเคลียร์ โดยมีเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนความร้อนแบบธรรมดา (ต้องใช้ U-235 ที่หายากและมีราคาแพง) และเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็ว (ซึ่งสามารถประมวลผล U-238 ตามธรรมชาติและทอเรียมใน "วงจรเชื้อเพลิงแบบปิด")

อะไรคือ "วัฏจักรเชื้อเพลิงแบบปิด" ที่เป็นตำนาน อะไรคือความแตกต่างระหว่างเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนแบบเร็วและแบบความร้อน มีการออกแบบอะไรบ้าง เมื่อใดที่เราจะคาดหวังความสุขจากทั้งหมดนี้ และแน่นอน - ปัญหาด้านความปลอดภัย - ภายใต้การตัด

เกี่ยวกับนิวตรอนและยูเรเนียม

เราทุกคนทราบที่โรงเรียนว่า U-235 เมื่อนิวตรอนชนกับมัน จะแบ่งตัวและปล่อยพลังงานออกมา และนิวตรอนอีก 2-3 ตัวจะถูกปล่อยออกมา แน่นอนว่าในความเป็นจริงทุกอย่างค่อนข้างซับซ้อนกว่าและกระบวนการนี้ขึ้นอยู่กับพลังงานของนิวตรอนตั้งต้นนี้อย่างมาก ลองดูกราฟของภาพตัดขวาง (=ความน่าจะเป็น) ของปฏิกิริยาการจับนิวตรอน (U-238 + n -> U-239 และ U-235 + n -> U-236) และปฏิกิริยาฟิชชันของ U-235 และ U-238 ขึ้นอยู่กับพลังงาน (=ความเร็ว) ของนิวตรอน:

ดังที่เราเห็น ความน่าจะเป็นในการจับนิวตรอนด้วยฟิชชันสำหรับ U-235 จะเพิ่มขึ้นตามพลังงานนิวตรอนที่ลดลง เนื่องจากในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ทั่วไป นิวตรอนจะ "ช้าลง" ในกราไฟต์/น้ำ จนถึงระดับที่ความเร็วของพวกมันกลายเป็นลำดับเดียวกับ ความเร็วของการสั่นเนื่องจากความร้อนของอะตอมในโครงตาข่ายคริสตัล (เพราะฉะนั้นชื่อ - นิวตรอนความร้อน) และความน่าจะเป็นที่จะเกิดฟิชชันของ U-238 ด้วยนิวตรอนความร้อนนั้นน้อยกว่า U-235 ถึง 10 ล้านเท่า ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงจำเป็นต้องแปรรูปยูเรเนียมธรรมชาติหลายตันเพื่อคัดแยก U-235

คนที่ดูกราฟด้านล่างอาจพูดว่า โอ้ ไอเดียดีมาก! มาทอด U-238 ราคาถูกด้วยนิวตรอน 10 MeV กันเถอะ - มันควรจะส่งผลให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่เพราะกราฟของส่วนตัดขวางสำหรับฟิชชันจะเพิ่มขึ้น! แต่มีปัญหาคือ นิวตรอนที่ปล่อยออกมาจากปฏิกิริยามีพลังงานเพียง 2 MeV หรือน้อยกว่า (โดยเฉลี่ยประมาณ 1.25) ซึ่งไม่เพียงพอที่จะทำให้เกิดปฏิกิริยายั่งยืนในตัวเองกับนิวตรอนเร็วใน U-238 (อาจจำเป็นต้องใช้พลังงานมากขึ้น หรือมีนิวตรอนบินออกจากทุกแผนกมากขึ้น) เอ๊ะ มนุษยชาติจะโชคร้ายในจักรวาลนี้...

อย่างไรก็ตาม หากปฏิกิริยายั่งยืนในตัวเองต่อนิวตรอนเร็วใน U-238 นั้นง่ายมาก ก็จะมีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ตามธรรมชาติ เช่นเดียวกับกรณีของ U-235 ในโอกโล และด้วยเหตุนี้ U-238 จึงไม่สามารถพบได้ในธรรมชาติใน รูปแบบของเงินฝากจำนวนมาก

ท้ายที่สุด ถ้าเราละทิ้งธรรมชาติของปฏิกิริยาที่ "ดำรงอยู่ได้ด้วยตนเอง" ก็ยังสามารถแบ่ง U-238 โดยตรงเพื่อผลิตพลังงานได้ ตัวอย่างเช่น สิ่งนี้ถูกใช้ในระเบิดแสนสาหัส - นิวตรอน 14.1MeV จากปฏิกิริยา D+T จะแบ่ง U-238 ในเปลือกระเบิด - และทำให้พลังของการระเบิดเพิ่มขึ้นจนแทบไม่ต้องเสียค่าใช้จ่าย ภายใต้สภาวะที่มีการควบคุม ในทางทฤษฎียังคงเป็นไปได้ที่จะรวมเครื่องปฏิกรณ์แสนสาหัสเข้ากับผ้าห่ม (เปลือก) ของ U-238 เพื่อเพิ่มพลังงานของปฏิกิริยาฟิวชันแสนสาหัสประมาณ 10-50 เท่าเนื่องจากปฏิกิริยาฟิชชัน

แต่คุณจะแยก U-238 และทอเรียมออกจากปฏิกิริยาพึ่งพาตนเองได้อย่างไร

วงจรเชื้อเพลิงแบบปิด

แนวคิดมีดังนี้ อย่าดูที่หน้าตัดฟิชชัน แต่ดูที่หน้าตัดของการดักจับ ด้วยพลังงานนิวตรอนที่เหมาะสม (ไม่ต่ำเกินไปและไม่สูงเกินไป) U-238 จึงสามารถจับนิวตรอนได้ และหลังจากการสลายตัว 2 ครั้ง มันสามารถกลายเป็นพลูโทเนียม-239 ได้:

จากเชื้อเพลิงใช้แล้ว พลูโทเนียมสามารถแยกได้ในทางเคมีเพื่อผลิตเชื้อเพลิง MOX (ส่วนผสมของพลูโทเนียมและยูเรเนียมออกไซด์) ซึ่งสามารถเผาไหม้ได้ทั้งในเครื่องปฏิกรณ์แบบเร็วและในเครื่องปฏิกรณ์แบบใช้ความร้อนทั่วไป กระบวนการแปรรูปเชื้อเพลิงใช้แล้วทางเคมีอาจเป็นเรื่องยากมากเนื่องจากมีกัมมันตภาพรังสีสูงและยังไม่ได้รับการแก้ไขทั้งหมดและยังไม่ได้ผลในทางปฏิบัติ (แต่งานอยู่ระหว่างดำเนินการ)

สำหรับทอเรียมธรรมชาติ - กระบวนการที่คล้ายกัน ทอเรียมจับนิวตรอนและหลังจากฟิชชันที่เกิดขึ้นเองกลายเป็นยูเรเนียม-233 ซึ่งแบ่งออกในลักษณะเดียวกับยูเรเนียม-235 โดยประมาณและถูกปล่อยออกมาจากเชื้อเพลิงใช้แล้วทางเคมี:

แน่นอนว่าปฏิกิริยาเหล่านี้เกิดขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์ความร้อนทั่วไปเช่นกัน - แต่เนื่องจากตัวหน่วง (ซึ่งลดโอกาสการจับนิวตรอนลงอย่างมาก) และแท่งควบคุม (ซึ่งดูดซับนิวตรอนบางส่วน) ปริมาณพลูโทเนียมที่สร้างขึ้นจึงน้อยกว่า ยูเรเนียม-235 ที่เผาไหม้ เพื่อที่จะสร้างสารฟิสไซล์ได้มากกว่าการเผาไหม้ คุณจะต้องสูญเสียนิวตรอนบนแท่งควบคุมให้น้อยที่สุดเท่าที่จะทำได้ (เช่น การใช้แท่งควบคุมที่ทำจากยูเรเนียมธรรมดา) โครงสร้าง สารหล่อเย็น (เพิ่มเติมด้านล่างนี้) และทั้งหมด กำจัดตัวหน่วงนิวตรอน (กราไฟท์หรือน้ำ)

เนื่องจากความจริงที่ว่าส่วนตัดขวางของฟิชชันสำหรับนิวตรอนเร็วนั้นเล็กกว่านิวตรอนแบบความร้อนจึงจำเป็นต้องเพิ่มความเข้มข้นของวัสดุฟิสไซล์ (U-235, U-233, Pu-239) ในแกนเครื่องปฏิกรณ์จาก 2-4 ถึง 20% และสูงกว่า และการผลิตเชื้อเพลิงใหม่จะดำเนินการในตลับที่มีทอเรียม/ยูเรเนียมธรรมชาติอยู่รอบแกนกลางนี้

ขอให้โชคดี หากฟิชชันเกิดจากนิวตรอนเร็วแทนที่จะเป็นนิวตรอนความร้อน ปฏิกิริยาจะผลิตนิวตรอนมากกว่าในกรณีฟิชชันด้วยนิวตรอนความร้อนประมาณ 1.5 เท่า ซึ่งทำให้ปฏิกิริยาสมจริงยิ่งขึ้น:

การเพิ่มขึ้นของจำนวนนิวตรอนที่สร้างขึ้นทำให้สามารถผลิตเชื้อเพลิงในปริมาณที่มากขึ้นกว่าเดิม แน่นอนว่าเชื้อเพลิงใหม่ไม่ได้ถูกนำมาจากอากาศเบาบาง แต่ผลิตจาก U-238 และทอเรียมที่ "ไร้ประโยชน์"

เกี่ยวกับสารหล่อเย็น

ดังที่เราพบข้างต้น น้ำไม่สามารถใช้ในเครื่องปฏิกรณ์แบบเร็วได้ เพราะจะทำให้นิวตรอนช้าลงอย่างมีประสิทธิภาพอย่างมาก อะไรสามารถทดแทนมันได้?

ก๊าซ:คุณสามารถทำให้เครื่องปฏิกรณ์เย็นลงด้วยฮีเลียม แต่เนื่องจากมีความจุความร้อนน้อย จึงเป็นการยากที่จะทำให้เครื่องปฏิกรณ์กำลังสูงเย็นลงในลักษณะนี้

โลหะเหลว: โซเดียม, โพแทสเซียม- ใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องปฏิกรณ์เร็วทั่วโลก ข้อดีคือมีจุดหลอมเหลวต่ำและทำงานที่ความดันใกล้บรรยากาศ แต่โลหะเหล่านี้เผาไหม้ได้ดีมากและทำปฏิกิริยากับน้ำ เครื่องปฏิกรณ์พลังงานทำงานเพียงเครื่องเดียวในโลก BN-600 ทำงานโดยใช้สารหล่อเย็นโซเดียม

ตะกั่วบิสมัท- ใช้ในเครื่องปฏิกรณ์ BREST และ SVBR ที่กำลังพัฒนาในรัสเซีย ข้อเสียที่ชัดเจน - หากเครื่องปฏิกรณ์เย็นลงต่ำกว่าจุดเยือกแข็งของตะกั่ว/บิสมัท - การทำความร้อนจะเป็นเรื่องยากมากและใช้เวลานาน (คุณสามารถอ่านเกี่ยวกับสิ่งที่ไม่ชัดเจนได้ที่ลิงก์ในวิกิ) โดยทั่วไปแล้ว ปัญหาทางเทคโนโลยีหลายประการยังคงอยู่ในแนวทางการดำเนินการ

ปรอท- มีเครื่องปฏิกรณ์ BR-2 ที่มีสารหล่อเย็นแบบปรอท แต่เมื่อปรากฏออกมา ปรอทจะละลายวัสดุโครงสร้างของเครื่องปฏิกรณ์ค่อนข้างเร็ว - ดังนั้นจึงไม่มีการสร้างเครื่องปฏิกรณ์แบบปรอทอีกต่อไป

แปลกใหม่:หมวดหมู่ที่แยกจากกัน - เครื่องปฏิกรณ์เกลือหลอมเหลว - LFTR - ทำงานกับฟลูออไรด์ของวัสดุฟิสไซล์รุ่นต่างๆ (ยูเรเนียม, ทอเรียม, พลูโทเนียม) เครื่องปฏิกรณ์ "ห้องปฏิบัติการ" 2 เครื่องถูกสร้างขึ้นในสหรัฐอเมริกาที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติโอ๊คริดจ์ในช่วงทศวรรษที่ 60 และตั้งแต่นั้นมาก็ไม่มีการนำเครื่องปฏิกรณ์อื่นไปใช้ แม้ว่าจะมีหลายโครงการก็ตาม

ปฏิบัติการเครื่องปฏิกรณ์และโครงการที่น่าสนใจ

ภาษารัสเซีย BOR-60- เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วทดลอง เปิดใช้งานมาตั้งแต่ปี 1969 โดยเฉพาะอย่างยิ่ง มันถูกใช้เพื่อทดสอบองค์ประกอบโครงสร้างของเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วใหม่

รัสเซีย BN-600, BN-800: ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น BN-600 เป็นเครื่องปฏิกรณ์พลังงานนิวตรอนเร็วเพียงเครื่องเดียวในโลก เปิดดำเนินการมาตั้งแต่ปี พ.ศ. 2523 ยังคงใช้ยูเรเนียม-235

ในปี 2014 มีการวางแผนที่จะเปิดตัว BN-800 ที่ทรงพลังยิ่งขึ้น มีการวางแผนที่จะเริ่มใช้เชื้อเพลิง MOX (ที่ใช้พลูโทเนียม) และเริ่มพัฒนาวงจรเชื้อเพลิงแบบปิด (ด้วยการแปรรูปและการเผาไหม้พลูโทเนียมที่ผลิตได้) อาจมีอนุกรม BN-1200 แต่ยังไม่ได้ตัดสินใจเกี่ยวกับการก่อสร้าง ในแง่ของประสบการณ์ในการก่อสร้างและการดำเนินงานทางอุตสาหกรรมของเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็ว รัสเซียมีความก้าวหน้ามากกว่าใครๆ และยังคงพัฒนาอย่างต่อเนื่อง

นอกจากนี้ยังมีเครื่องปฏิกรณ์แบบเร็วเพื่อการวิจัยเชิงปฏิบัติการขนาดเล็กในญี่ปุ่น (โจโย), อินเดีย (FBTR) และจีน (เครื่องปฏิกรณ์แบบเร็วทดลองของจีน)

เครื่องปฏิกรณ์มอนจูของญี่ปุ่น- เครื่องปฏิกรณ์ที่โชคร้ายที่สุดในโลก มันถูกสร้างขึ้นในปี 1995 และในปีเดียวกันนั้นก็มีโซเดียมรั่วไหลหลายร้อยกิโลกรัม บริษัทพยายามซ่อนขนาดของเหตุการณ์ (สวัสดี ฟุกุชิมะ) เครื่องปฏิกรณ์ถูกปิดตัวลงเป็นเวลา 15 ปี ในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2553 ในที่สุด เครื่องปฏิกรณ์ก็เริ่มทำงานด้วยกำลังที่ลดลง แต่ในเดือนสิงหาคม ระหว่างการถ่ายโอนเชื้อเพลิง เครนขนาด 3.3 ตันก็ถูกทิ้งลงในเครื่องปฏิกรณ์ ซึ่งจมลงในโซเดียมเหลวทันที สามารถรับเครนได้เฉพาะในเดือนมิถุนายน 2554 เท่านั้น ในวันที่ 29 พฤษภาคม 2556 จะมีการตัดสินใจปิดเครื่องปฏิกรณ์ตลอดไป

เครื่องปฏิกรณ์คลื่นเคลื่อนที่: ในบรรดาโครงการที่ยังไม่เกิดขึ้นจริงซึ่งเป็นที่รู้จัก ได้แก่ “เครื่องปฏิกรณ์แบบคลื่นเดินทาง” ซึ่งเป็นเครื่องปฏิกรณ์แบบคลื่นเดินทางจากบริษัท TerraPower โครงการนี้ได้รับการส่งเสริมโดย Bill Gates - ดังนั้นพวกเขาจึงเขียนเกี่ยวกับเรื่องนี้สองครั้งในHabré: , . แนวคิดก็คือ “แกนกลาง” ของเครื่องปฏิกรณ์ประกอบด้วยยูเรเนียมเสริมสมรรถนะ และรอบๆ มีตลับ U-238/ทอเรียม ซึ่งจะถูกผลิตเชื้อเพลิงในอนาคต จากนั้น หุ่นยนต์จะเคลื่อนคาสเซ็ตเหล่านี้เข้าใกล้ศูนย์กลางมากขึ้น และปฏิกิริยาจะดำเนินต่อไป แต่ในความเป็นจริง เป็นเรื่องยากมากที่จะทำให้งานทั้งหมดนี้เกิดขึ้นได้โดยไม่ต้องใช้กระบวนการทางเคมี และโครงการนี้ก็ไม่เคยเริ่มต้นเลย

เกี่ยวกับความปลอดภัยของพลังงานนิวเคลียร์

ฉันจะพูดได้อย่างไรว่ามนุษยชาติสามารถพึ่งพาพลังงานนิวเคลียร์ได้ - และหลังจากฟูกูชิม่า?

ความจริงก็คือพลังงานใด ๆ ที่เป็นอันตราย มาจำอุบัติเหตุที่เขื่อนป่านเฉียวในประเทศจีนซึ่งสร้างขึ้นเพื่อจุดประสงค์ในการผลิตกระแสไฟฟ้าซึ่งมีผู้เสียชีวิต 26,000 คน มากถึง 171,000 มนุษย์. อุบัติเหตุที่โรงไฟฟ้าพลังน้ำ Sayano-Shushenskaya มีผู้เสียชีวิต 75 ราย ในประเทศจีนเพียงแห่งเดียว ในแต่ละปีมีคนงานเหมืองเสียชีวิตถึง 6,000 รายในระหว่างการขุดถ่านหิน ซึ่งไม่รวมถึงผลกระทบด้านสุขภาพจากการสูดไอเสียจากโรงไฟฟ้าพลังความร้อน

จำนวนอุบัติเหตุที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ไม่ได้ขึ้นอยู่กับจำนวนหน่วยไฟฟ้าเพราะว่า อุบัติเหตุแต่ละครั้งสามารถเกิดขึ้นได้เพียงครั้งเดียวเท่านั้น หลังจากแต่ละเหตุการณ์จะมีการวิเคราะห์และกำจัดสาเหตุในทุกหน่วยงาน ดังนั้น หลังจากอุบัติเหตุเชอร์โนบิล หน่วยทั้งหมดได้รับการแก้ไข และหลังจากฟูกูชิม่า พลังงานนิวเคลียร์ก็ถูกพรากไปจากญี่ปุ่นโดยสิ้นเชิง (อย่างไรก็ตาม ยังมีทฤษฎีสมคบคิดด้วย - สหรัฐอเมริกาและพันธมิตรคาดว่าจะขาดแคลนยูเรเนียม- 235 ในอีก 5-10 ปีข้างหน้า)

ปัญหาเกี่ยวกับเชื้อเพลิงใช้แล้วได้รับการแก้ไขโดยตรงโดยเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วเพราะว่า นอกเหนือจากการปรับปรุงเทคโนโลยีการประมวลผลของเสียแล้ว ยังสร้างของเสียน้อยลง: ของหนัก (แอกติไนด์) ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาที่มีอายุการใช้งานยาวนานยังถูก "เผาไหม้" ด้วยนิวตรอนเร็วอีกด้วย

บทสรุป

เครื่องปฏิกรณ์เร็วมีข้อได้เปรียบหลักที่ทุกคนคาดหวังจากเครื่องปฏิกรณ์แสนสาหัส - เชื้อเพลิงสำหรับพวกเขาจะคงอยู่มนุษยชาติเป็นเวลาหลายพันหรือหมื่นปี คุณไม่จำเป็นต้องขุดมันด้วยซ้ำ - มันถูกขุดแล้วและยังคงอยู่