Ballaad kiiretest neutronitest: Belojarski tuumaelektrijaama ainulaadne reaktor. Belojarski TEJ: huvitavad faktid ja üldteave (foto) Belojarski tuumaelektrijaama töötavad jõuallikad

Zarechny linnas. Belojarski tuumaelektrijaam kavandati algselt katsejaamana. Kuid nagu selgus, oli katse edukas. BNPP on võimas tehas, mis lähiajal laieneb.

Belojarski tuumaelektrijaama loomise ajalugu

Belojarski tuumaelektrijaam võeti esmakordselt kasutusele 1964. aastal. See ehitati Zaretšnõi linna nimelise munitsipaalrajatise territooriumile, mis asub Jekaterinburgist (Sverdlovski piirkond) 38 km kaugusel. Kuni viimase ajani peeti Zarechny linna suletud piirkonnaks.

Tuumaelektrijaama vajadusteks loodi kunstlikult Belojarski veehoidla. See jahutusreservuaar moodustati Pyshma jõe sängist.

Belojarski TEJ asub uurimis- ja projekteerimisinstituudi Sverdlovski filiaali lähedal, mis tegeleb katseseadmetega.

TEJ territooriumil asuvad kolm jõuplokki - AMB-100, AMB-200 ja BN-600. 100 MW AMB tüüpi jõuallikas ehk "Atom Mirny Bolshoy" lasti esmakordselt elektrisüsteemi 1964. aastal. 200 MW võimsusega AMB jõuallikas võeti kasutusele 1967. aastal. Elektrijaama kaks esimest reaktorit töötasid vastavalt 17 ja 21 aastat ning lülitati välja ohutusreeglite mittetäitmise tõttu.

Ainus täna veel töötav reaktor on BN-600. Selle reaktori dokumentatsioon töötati välja juba 1963. aastal, kuid see võeti kasutusele alles 1980. aastal.

Blokeeri "kiired neutronid"

BN (Fast Neutrons) reaktor on tuumatööstuse eksperimentaalne tehnoloogia. Füüsikas nimetatakse sellist reaktorit ka aretajaks ingliskeelsest sõnast breed, mis tõlkes tähendab "tõuaretamist". BN-tüüpi plokid on võimelised tootma plutooniumi.

BN-600 on ainus töötav tööstusreaktor maailmas. Kõik sarnased mudelid paljudes riikides kõrvaldati kasutusest ammu enne ettenähtud tähtaja möödumist. See otsus on tingitud tehnilistest ja majanduslikest põhjustest.

Kuidas BN-600 töötab

BN-tüüpi reaktoris kasutatakse vedelmetallist jahutusvedelikku. Esimeses ja teises vooluringis kasutatakse naatriumi. Reaktori kolmas ahel on aur-vesi koos naatriumaurude vahepealse ülekuumenemisega.

Aretusreaktori peamine omadus on selle kõrge tootlikkus. Tuuma lõhustumise protsessis kiirete neutronite poolt on sekundaarsete neutronite saagis 20-27% suurem kui termilistes reaktorites.

4 BNPP jõuallikat

Territooriumil Belojarski tuumaelektrijaam ehitatud uus reaktor BN-800 naatriumjahutusvedelikuga väärtusega 135 miljardit rubla. Selle jõuallika võimsus on 880 MW. Hetkel käimas ettevalmistustööd selle käivitamiseni, mis oli kavandatud 2014. aastaks. Kuid Ukrainast pärit ventiilide tarnimise probleemide tõttu lükati üksuse käivitamine 2015. aasta juulisse.

Projekti ajalugu

Ehitusprojekt pandi paika arendusprogrammiga tuumaenergia Venemaa Föderatsioon aastateks 1993-2005. Programmis määrati riigi energiakompleksi arendamise ja olemasolevate tuumajaamade täiustamise peamised strateegiad ja ülesanded. Üks strateegiatest nägi ette Belojarski tuumaelektrijaama 4. ploki loomist ja kasutuselevõtmist järgmisel kümnendil.

BNPP projekt BN-800 töötati välja 1983. aastal. Sellest ajast alates on seda veel kaks korda üle vaadatud. Esimest korda 1987. aastal pärast avariid Tšernobõli tuumaelektrijaamas ja teist korda pärast uute ohutuseeskirjade vastuvõtmist 1993. aastal.

Reaktori projekt on läbinud kõik eksamid ja kontrollid. 1994. aastal läbis BN-800 Sverdlovski komisjoni sõltumatu eksami. Kõikide testide tulemused olid positiivsed. Ja juba 1997. aastal väljastas Vene Föderatsiooni Gosatomnadzor loa reaktori paigaldamiseks.

Projekti kohaselt on BN-800 reaktoril lubatud kasutada mitte ainult energiaklassi plutooniumi, vaid ka töödelda relvade kvaliteediga plutooniumi. Seade võimaldab kasutada ka kütuseneutronreaktorite kiiritatud kütuse aktiniidi isotoope.

BN-800 omadused

BN-800 peetakse ohutuks paigalduseks. See on varustatud täiendava hädakaitsesüsteemiga. See töötab passiivsete elementide baasil, mis aktiveeruvad temperatuuri tõustes.

Samuti vastab reaktori konstruktsioon kõikidele keskkonnanõuetele. Seega näeb dokumentatsioon ette õhuhapniku ja orgaanilise kütuse tarbimise vähendamist, tuumamaterjalide lõhustumisproduktide ja muude radioaktiivsete jäätmete kõrvaldamist.

Lisaks on toiteplokk BN-800 aluseks uute projektide testimisel, et parandada jõudlust ja ohutust tulevikus. Seadme kasutuselevõtt on suur tähtsus energiatehnoloogiate edasiarendamiseks Venemaal.

BNPP meie ajal

Praeguseks on Beloyarskaya Venemaal Siberi järel 2 tuumaelektrijaama ja kättesaadavuse osas ainus riigis erinevad tüübid reaktorid samas piirkonnas.

Jaamas toodetud elektrienergia kogus moodustab umbes 10% Sverdlovski energiasüsteemi kogumahust.

Hetkel töötab vaid üks reaktor, kuid BN-800 ehitus on lõpusirgel. Valitsus hakkas kaaluma võimalust ehitada 5. elektriplokk võimsusega 1200 MW.

Belojarski TEJ, mille foto on näidatud allpool, on korduvalt võitnud iga-aastase konkursi ja saanud Vene Föderatsiooni parima tuumaelektrijaama tiitli.

Õnnetused ja tõsised rikked BNPP-s

Aastatel 1964–1979 esines 1. üksuse tuumühendustes sageli tõrkeid. Ja 1978. aastal süttis teine jõuallikas. Tulekahju allikaks oli masinaruumi põrandaplaat, mis kukkus turbogeneraatori õlipaagile. Tules sai kahjustada juhtkaabel, mistõttu reaktor läks kontrolli alt välja.

1987. aastal juhtus BN-600 reaktoris õnnetus. Südamiku lubatud temperatuuri ületamise tõttu purunes kütuseelementide tihedus. Selle tulemusena tekkis tugev radioaktiivsuse vabanemine.

1992. aastal ujutati personalivea tõttu üle ruum, milles teenindati vedelate radioaktiivsete jäätmete hoidlat. Vesi sattus hoidla pinnase alla ja põhjavee väljalaskesüsteemi kaudu voolas jahutusreservuaari.

Samal aastal avastas spetsiaalne ekspeditsioon BNPP piirkonnas suuri radioaktiivsete ainete kontsentratsioone. Pärast mõningast uurimist ja analüüsi otsustati suurendada elektrijaama sanitaarkaitsevööndit 8 km-lt 30 km-le.

1993. aastal ei töötanud Belojarski TEJ mõnda aega. Jaama töö katkes jahutusvedeliku lekkimise tõttu abisüsteemi. Tuumajaamas oli ka väike tulekahju.

Jaam süttis põlema ka 1994. aastal, kui remondi käigus lekkis välja mitteradioaktiivne naatrium. Tuli kestis seni, kuni kogu eraldunud naatrium põles ära.

1999. aastal kuumenes tugilaager üle, mistõttu see hakkas suitsema. Aga hädaabisüsteem töötas õigel ajal ja generaatorid lülitusid automaatselt välja. Seega oli võimalik turbiini süttimisest päästa.

2000. aastal suleti Belojarski tuumaelektrijaam Sverdlovenergo süsteemis toimunud õnnetuse tõttu. Inimliku eksituse tõttu jäi jaam vooluta. Mõni sekund hiljem lülitus BN-600 reaktor automaatselt välja. Sellise jaama sulgemisega kaasnes auruvool. Belojarski TEJ ei töötanud 9 minutit. Õnnetus oli nii ohtlik, et võis lõppeda isegi Tšernobõliga võrreldava katastroofiga.

2007. aastal lõi välk õhuliinide portaali. Selle tulemusena lülitus välja üks elektrijaama elektrigeneraator.

2008. aastal tekkis rike ühe tsirkulatsioonipumba juhtimissüsteemis. Selle tulemusel vähenes võimsus 30%. Rikkumiste kõrvaldamiseks lülitas süsteem automaatselt välja "silmuse", mille kaudu jahutusvedelik ringles.

on üks mõjukamaid ja autoriteetsemaid rahvusvahelisi erialased väljaanded selles valdkonnas - andis oma 2016. aasta Power Awards auhinna Venemaa Belojarski tuumaelektrijaama neljanda energiaploki projektile koos ainulaadse BN-800 kiirneutronreaktoriga, mis testib mitmeid arendamiseks vajalikke tehnoloogiaid. tuumaenergia.

vene keel tuumaprojektid see pole esimene kord, kui nad saavad USA-s tunnustust. Iraani tuumajaama Bushehri valminud esimene plokk ja India tuumaelektrijaama esimene plokk Kudankulam nimetati varem 2014. aasta projektideks teise autoriteetse Ameerika ajakirja Power Engineering andmetel. Need jõuallikad käitavad Venemaa soojusreaktoreid VVER-1000.

Venemaa suur saavutus

"Kiireneutronreaktorid on hädavajalikud Venemaa ambitsioonikate tuumaenergeetika plaanide elluviimiseks. Riigi esimese BN-800 reaktori edukas ehitamine, võrku lülitamine ja katsetamine Belojarski tuumaelektrijaamas on suur saavutus õiges suunas," ütles ajakirja märkmed.

Belojarski TEJ plokk nr 4 kiirneutronreaktoriga vedela metallist naatriumjahutusvedelikuga BN-800 ("kiirest naatriumist") installeeritud elektrivõimsusega 880 MW anti esmaspäeval kommertskasutusele. See on maailma võimsaim töötav kiirneutronreaktor.

Eksperdid nimetasid seda sündmust ajalooliseks mitte ainult Venemaa, vaid ka maailma tuumaenergiatööstuse jaoks. Eksperdid rõhutavad, et selle tuumaenergeetika valdkonna arendamiseks Venemaal on vaja kiirete neutronenergia reaktorite projekteerimise, ehitamise, käivitamise ja käitamise kogemust, mille Venemaa tuumateadlased saavad BN-800 juures.

Tunnustatud juhtimine

Venemaa tuumatöötajad tähistavad oma puhkust uute ainulaadsete saavutustegaTuumatööstuse töötaja päev on sümbol, millega tunnustatakse tööstuse strateegilist panust riigi arengusse, rahvamajandusse ja teaduspotentsiaali ning Venemaa kaitsevõime tugevdamisse.

Kiireid neutronreaktoreid peetakse suureks eeliseks tuumaenergeetika arendamiseks, tagades tuumakütusetsükli (NFC) sulgemise. Suletud tuumkütuse tsüklis suureneb tänu uraani tooraine täielikule kasutamisele kiiretes reaktorites (kasvatajates) oluliselt tuumaenergia kütusebaas, samuti on võimalik oluliselt vähendada radioaktiivsete jäätmete mahtu, mis on tingitud ohtlike radionukliidide põletamine. Venemaa on ekspertide sõnul "kiirete" reaktorite ehitamise tehnoloogias maailmas esikohal.

Nõukogude Liit oli tööstusliku võimsusega "kiirete" elektrireaktorite ehitamisel ja käitamisel liider. Maailma esimene taoline BN-350 reaktoriga plokk, mille paigaldatud elektriline võimsus on 350 megavatti, lasti käiku 1973. aastal Kaspia mere idarannikul Ševtšenko linnas (praegu Aktau, Kasahstan). Osa reaktori soojusvõimsusest kasutati elektri tootmiseks, ülejäänu läks merevee magestamisele. See jõuallikas töötas kuni 1998. aastani - viis aastat kauem kui projekteerimisperiood. Selle käitise loomise ja käitamise kogemus võimaldas mõista ja lahendada paljusid probleeme BN-tüüpi reaktorite valdkonnas.

Alates 1980. aastast töötab Belojarski TEJ-s BN-600 reaktoriga jaama kolmas jõuplokk installeeritud elektrilise võimsusega 600 megavatti. See seade mitte ainult ei tooda elektrit, vaid on ka ainulaadne alus uute konstruktsioonimaterjalide testimisel ja tuumakütus.

BN-800 ajalugu

1983. aastal võeti vastu otsus ehitada NSV Liidus korraga neli BN-800 reaktoriga tuumaplokki: üks Belojarski TEJ ja kolm uude Lõuna-Uurali TEJ. Kuid pärast Tšernobõli algas Nõukogude tuumaenergiatööstuse stagnatsioon, uute, sealhulgas "kiirete" reaktorite ehitamine lakkas. Ja pärast NSV Liidu lagunemist halvenes olukord veelgi, tekkis oht kaotada kodumaised tuumaenergiatehnoloogiad, sealhulgas BN-reaktorite tehnoloogia.

Vähemalt ühe BN-800 ploki ehitamist üritati taasalustada rohkem kui korra, kuid 2000. aastate keskel sai selgeks, et tuumatööstuse võimekusest üksi ei pruugi selleks piisata. Ja siin mängis otsustavat rolli Venemaa juhtkonna toetus, mis kiitis heaks uus programm tuumaenergia arendamine. Samuti leidis see BN-800 jaoks koha Belojarski tuumaelektrijaama neljandas blokis.

Ploki lõpetamine ei olnud lihtne. Projekti lõpuleviimiseks, võttes arvesse täiustusi, mille eesmärk oli suurendada selle tõhusust ja ohutust, oli vaja teadus-, disaini- ja jõudude reaalset mobiliseerimist. disainiorganisatsioonid tuumatööstus. Rasked ülesanded seisid silmitsi ka seadmetootjatega, kes pidid lisaks BN-600 reaktoriseadmete loomise tehnoloogiatele taastama ka uusi tehnoloogiaid.

Ja ometi ehitati jõuplokk. 2014. aasta veebruaris algas tuumakütuse laadimine reaktorisse BN-800. Sama aasta juunis käivitati reaktor. Seejärel oli vaja kaasajastada kütusesõlmede konstruktsiooni ning 2015. aasta juuli lõpus taaskäivitati BN-800 reaktor, mille võimsust hakkasid spetsialistid järk-järgult tõstma elektritootmise alustamiseks vajaliku tasemeni. 10. detsembril 2015 ühendati seade võrguga ja andis esimese voolu Venemaa elektrisüsteemi.

Seadmest BN-800 saab prototüüp võimsamatele kaubanduslikele BN-1200 jõuallikatele, mille ehitamise otstarbekus otsustatakse BN-800 kasutuskogemuse põhjal. Peaüksus BN-1200 on plaanis ehitada ka Belojarski TEJ.

uudised

1. aprill 2020
Belojarski tuumaelektrijaam sai loa BN-600 käitamiseks veel viieks aastaks
Belojarski TEJ BN-600 reaktoriga jõuallika käitamise luba on pikendatud 2025. aastani.

28. märts 2020
Zaretšnõi juht ja Belojarski tuumaelektrijaama direktor pöördusid elanike poole koronaviiruse olukorra teemal
Zarechnõi linna juht Sverdlovski piirkond Andrei Zakhartsev ja Belojarski tuumaelektrijaama direktor Ivan Sidorov salvestasid videosõnumi seoses territooriumil tuvastatud koroonaviiruse nakkusjuhtumiga.

BELOYARSKi tuumaelektrijaam

Asukoht: Zarechny linna lähedal (Sverdlovski piirkond)
Reaktori tüüp: AMB, BN-600, BN-800
Jõuallikate arv: 4 (töötamisel - 2)

nime saanud Belojarski tuumaelektrijaam I. V. Kurchatova on NSV Liidu suure tuumaenergiatööstuse esmasündinu. Belojarski tuumaelektrijaam on Venemaa ainus tuumaelektrijaam, millel on erinevat tüüpi jõuallikad.

Belojarski TEJ toodetud elektrienergia maht moodustab umbes 16% Sverdlovski energiasüsteemi kogu elektrienergia mahust.

Jaam ehitati kolmes etapis: esimene etapp - jõuplokid nr 1 ja nr 2 koos AMB reaktoriga, teine etapp - jõuplokk nr 3 reaktoriga BN-600, kolmas etapp - jõuplokk nr. 4 koos reaktoriga BN-800.

Pärast 17 ja 22 aastat töötamist suleti jõuplokid nr 1 ja nr 2 vastavalt 1981. ja 1989. aastal, nüüd on need pikaajalisel koipallirežiimil kütusega reaktorist maha laaditud ja terminoloogia järgi rahvusvahelistele standarditele vastavad tuumaelektrijaama dekomisjoneerimise 1. etapile.

Praegu töötab Belojarski TEJ kaks jõuallikat - BN-600 ja BN-800. Need on maailma suurimad kiirete neutronreaktoritega jõuallikad. Töökindluse ja ohutuse poolest kuulub "kiire" reaktor maailma parimate tuumareaktorite hulka.

Kaalumisel on Belojarski tuumaelektrijaama edasise laiendamise võimalus 1200 MW võimsusega kiirreaktoriga jõuplokiga nr 5, mis on seeriaehituse peamiseks kaubanduslikuks jõuallikaks.

Belojarski tuumaelektrijaama iga-aastase võistluse tulemuste kohaselt 1994., 1995., 1997. ja 2001. aastal. pälvis "Venemaa parima tuumaelektrijaama" tiitli.

Kaugus satelliitlinnast (Zarechny) - 3 km; piirkonna keskusesse (Jekaterinburg) - 45 km.

BELOYARSKI TUJJJ KASUTATAVAD JÕUÜKSUSED

TOITESEADME NUMBER	REAKTORI TÜÜP	PAIGALDATUD POWER, M W	KÄIVITAMISE KUUPÄEV
3	BN-600	600	08.04.1980
4	BN-800	885	10.12.2015
Kogu installeeritud võimsus 1485 MW

Zarechny linn asub Jekaterinburgist 40 km kaugusel, keset Uurali kauneimaid metsi. 1964. aastal käivitati siin esimene Nõukogude tööstuslik tuumaelektrijaam Belojarskaja (reaktoriga AMB-100 võimsusega 100 MW). Nüüd on Belojarski tuumaelektrijaam ainus maailmas, kus töötab kiiretel neutronitel töötav tööstuslik jõureaktor - BN-600.

Kujutage ette boilerit, mis aurustab vett ja tekkiv aur paneb pöörlema turbogeneraatori, mis toodab elektrit. Umbes nii, üldsõnaliselt ja korraldatud tuumaelektrijaam. Ainult "katel" on aatomi lagunemise energia. Jõureaktorite konstruktsioonid võivad olla erinevad, kuid tööpõhimõtte järgi võib need jagada kahte rühma - termilised neutronreaktorid ja kiirneutronreaktorid.

Iga reaktori keskmes on raskete tuumade lõhustumine neutronite toimel. Tõsi, neid on olulisi erinevusi. Termilistes reaktorites lõhustub uraan-235 madala energiatarbega termiliste neutronite toimel, mille tulemusena tekivad lõhustumisfragmendid ja uued suure energiaga neutronid (nn kiired neutronid). Termilise neutroni neeldumise tõenäosus uraan-235 tuuma poolt (koos järgneva lõhustumisega) on palju suurem kui kiirel, seega tuleb neutroneid aeglustada. Seda tehakse moderaatorite – ainete – abil, mille tuumadega kokkupõrgetes kaotavad neutronid energiat. Termoreaktorite kütuseks on tavaliselt väherikastatud uraan, aeglustajana kasutatakse grafiiti, kerget või rasket vett, jahutusvedelikuks on tavaline vesi. Vastavalt ühele neist skeemidest on enamik toimivaid tuumaelektrijaamu korraldatud.

Sundlõhustumise tulemusena tekkivaid kiireid neutroneid saab kasutada ilma igasuguse mõõdutundeta. Skeem on järgmine: uraan-235 või plutoonium-239 tuumade lõhustumisel tekkinud kiired neutronid neelduvad uraan-238 poolt koos plutoonium-239 moodustumisega (pärast kahte beetalagunemist). Veelgi enam, 100 lõhustunud uraan-235 või plutoonium-239 tuuma kohta moodustub 120–140 plutoonium-239 tuuma. Tõsi, kuna kiirete neutronitega on tuumalõhustumise tõenäosus väiksem kui termiliste neutronitega, tuleb kütust rikastada suuremal määral kui termiliste reaktorite puhul. Lisaks on siin võimatu vee abil soojust eemaldada (vesi on moderaator), mistõttu tuleb kasutada muid jahutusvedelikke: tavaliselt on need vedelad metallid ja sulamid, alates väga eksootilistest valikutest nagu elavhõbe (selline jahutusvedelik oli kasutati esimeses Ameerika eksperimentaalses Clementine reaktoris) või plii-vismuti sulamid (kasutatakse mõnes reaktoris allveelaevad- eriti nõukogude paadid projektist 705) vedelale naatriumile (kõige levinum variant tööstuslikes elektrireaktorites). Selle skeemi järgi töötavaid reaktoreid nimetatakse kiirneutronreaktoriteks. Sellise reaktori idee pakkus 1942. aastal välja Enrico Fermi. Muidugi näitas sõjavägi selle skeemi vastu kõige tulihingelisemat huvi: tööprotsessis olevad kiired reaktorid ei tooda mitte ainult energiat, vaid ka plutooniumi tuumarelvade jaoks. Sel põhjusel kutsutakse kiireid neutronreaktoreid ka aretajateks (inglise keelest Breeder-producer).

Mis tal sees on

Kiire neutronreaktori aktiivne tsoon on paigutatud nagu sibul, kihiti. 370 kütusesõlme moodustavad kolm erineva uraan-235 rikastusega tsooni - 17, 21 ja 26% (algul oli ainult kaks tsooni, kuid energia vabanemise ühtlustamiseks tehti kolm). Neid ümbritsevad külgmised ekraanid (tekid) või paljundustsoonid, kus asuvad koostud, mis sisaldavad tühjenenud või looduslik uraan, mis koosneb peamiselt isotoobist 238. Südamiku kohal ja all olevate kütusevarraste otstes on ka vaesestatud uraani graanulid, mis moodustavad otsasõelad (reproduktsioonitsoonid). Reaktor BN-600 kuulub aretajatele (arendajatele), see tähendab, et 100 tuumas eraldatud uraan-235 tuuma kohta toodetakse külg- ja otsakilbis 120–140 plutooniumi tuuma, mis võimaldab laiendada tuuma taastootmist. kütust. Kütusesõlmed (FA) on ühte korpusesse monteeritud kütuseelementide (TVEL) komplekt - spetsiaalsest terasest torud, mis on täidetud erineva rikastusega uraanoksiidi graanulitega. Et kütuseelemendid üksteist ei puudutaks ja jahutusvedelik saaks nende vahel ringelda, keritakse torude ümber õhuke traat. Naatrium siseneb kütusekomplekti alumiste drosselavade kaudu ja väljub ülemise osa akende kaudu. Kütusesõlme alumises osas on vars, mis torgatakse kollektori pesasse, ülemises osas on peaosa, millega agregaat ümberlaadimisel kinni püütakse. Erineva rikastusega kütusesõlmedel on erinevad istmed, mistõttu on lihtsalt võimatu komplekti valesse kohta paigaldada. Reaktori juhtimiseks kasutatakse kütuse läbipõlemise kompenseerimiseks 19 boori sisaldavat kompensatsioonivarrast (neutronabsorber), 2 automaatjuhtvardat (antud võimsuse säilitamiseks) ja 6 aktiivset kaitsevarda. Kuna uraani enda neutronitaust on väike, kasutatakse reaktori kontrollitud käivitamiseks (ja madala võimsusega juhtimiseks) "taustvalgustust" - fotoneutronite allikat (gammakiirgur pluss berüllium).

Ajaloo siksakid

Huvitav on see, et maailma tuumaenergiatööstuse ajalugu sai alguse just kiirneutronreaktorist. 20. detsembril 1951 käivitati Idahos maailma esimene kiirneutronite jõureaktor EBR-I (Experimental Breeder Reactor), mille elektrivõimsus on vaid 0,2 MW. Hiljem, 1963. aastal, käivitati Detroidi lähistel kiirneutronreaktoriga Fermi tuumaelektrijaam - juba võimsusega ca 100 MW (1966. aastal toimus tõsine avarii, mille käigus sulas osa südamikust, kuid ilma tagajärgedeta keskkond või inimesed).

NSV Liidus on selle teemaga alates 1940. aastate lõpust tegelenud Aleksander Leipunski, kelle eestvedamisel töötati Obninski Füüsika ja Energeetika Instituudis (IPPE) välja kiirete reaktorite teooria alused ja ehitati mitmeid katsestendid. , mis võimaldas uurida protsessi füüsikat. Uurimistöö tulemusena pandi 1972. aastal Ševtšenko linnas (praegu Aktau, Kasahstan) tööle esimene Nõukogude Liidu kiirete neutronite tuumaelektrijaam reaktoriga BN-350 (algse nimetusega BN-250). See mitte ainult ei tootnud elektrit, vaid kasutas ka soojust vee magestamiseks. Peagi käivitati Prantsusmaa tuumaelektrijaam Phenixi kiirreaktoriga (1973) ja Briti tuumaelektrijaam PFR-iga (1974), mõlema võimsusega 250 MW.

Kuid 1970. aastatel hakkasid tuumaenergiatööstuses domineerima termilised neutronreaktorid. See oli tingitud erinevatest põhjustest. Näiteks asjaolu, et kiired reaktorid võivad toota plutooniumi, mis tähendab, et see võib viia tuumarelvade leviku tõkestamise seaduse rikkumiseni. Tõenäoliselt oli aga peamine tegur see, et termoreaktorid olid lihtsamad ja odavamad, nende konstruktsiooni katsetati allveelaevade sõjalistel reaktoritel ning uraan ise oli väga odav. Pärast 1980. aastat üle maailma tööle hakanud tööstuslikud kiirneutronite reaktorid võib ühe käe sõrmedel üles lugeda: need on Superphenix (Prantsusmaa, 1985-1997), Monju (Jaapan, 1994-1995) ja BN-600 ( Belojarski tuumaelektrijaam, 1980), mis on praegu ainus töötav tööstuslik elektrireaktor maailmas.

Nad tulevad tagasi

Praegu on aga spetsialistide ja avalikkuse tähelepanu taas neetitud kiirete neutronreaktoritega tuumajaamadele. Rahvusvahelise agentuuri hinnangul aatomienergia(IAEA) 2005. aastal on uuritavate uraanivarude kogumaht, mille kaevandamiskulud ei ületa 130 dollarit kilogrammi kohta, ligikaudu 4,7 miljonit tonni. IAEA hinnangul jätkub neid varusid 85 aastaks (põhineb uraanivajadusel elektri tootmiseks 2004. aasta tasemel). Termoreaktorites “põletava” isotoobi 235 sisaldus looduslikus uraanis on vaid 0,72%, ülejäänud on uraan-238, mis on termiliste reaktorite jaoks “kasutu”. Kui aga minna üle kiirete neutronreaktorite kasutamisele, mis on võimelised uraan-238 "põletama", siis jätkub nendest samadest varudest enam kui 2500 aastaks!

Reaktori koostetsehh, kus reaktori üksikud osad pannakse kokku SKD meetodil

Lisaks võimaldavad kiired neutronreaktorid rakendada suletud kütusetsüklit (praegu seda BN-600-s ei rakendata). Kuna "põletatakse" ainult uraan-238, saab pärast töötlemist (lõhustumisproduktide eraldamine ja uraan-238 uute portsjonite lisamine) kütust reaktorisse uuesti laadida. Ja kuna uraan-plutoonium tsüklis toodetakse rohkem plutooniumi, kui on lagunenud, saab üleliigset kütust kasutada uute reaktorite jaoks.

Lisaks saab selle meetodi abil töödelda tavaliste termoreaktorite kasutatud tuumkütusest ekstraheeritud plutooniumi ja väiksemaid aktiniide (neptuunium, ameriitsium, kuurium) (praegu moodustavad väiksemad aktiniidid radioaktiivsete jäätmete väga ohtliku osa). Samal ajal väheneb radioaktiivsete jäätmete kogus termiliste reaktoritega võrreldes enam kui kakskümmend korda.

Pime taaskäivitamine

Erinevalt termoreaktoritest on reaktoris BN-600 sõlmed vedela naatriumikihi all, mistõttu kulunud sõlmede eemaldamine ja nende asemele värskete sõlmede paigaldamine (seda protsessi nimetatakse tankimiseks) toimub täiesti suletud režiimis. Reaktori ülaosas on suured ja väikesed pöördkorgid (üksteise suhtes ekstsentrilised, see tähendab, et nende pöörlemisteljed ei lange kokku). Väikesele pöördkorgile on paigaldatud juht- ja kaitsesüsteemidega kolonn, samuti tang-tüüpi haaratsiga ülekoormusmehhanism. Pöördmehhanism on varustatud spetsiaalsest madala sulamistemperatuuriga sulamist valmistatud "hüdraulilise lukuga". Tavalises olekus on see tahke ja uuesti laadimiseks kuumutatakse sulamistemperatuurini, samal ajal kui reaktor jääb täielikult suletuks, nii et radioaktiivsete gaaside emissioon on praktiliselt välistatud. Ülekoormusprotsess lülitab välja paljud etapid. Esmalt tuuakse haarats ühte reaktorisiseses kasutatud sõlmede hoidlas asuvatest sõlmedest, eemaldatakse see ja viiakse mahalaadimise elevaatorisse. Seejärel tõstetakse see ülekandekasti ja asetatakse kasutatud sõlmede trumlisse, kust see pärast auruga (naatriumist) puhastamist satub kasutatud tuumkütuse basseini. Järgmises etapis eraldab mehhanism ühe südamikusõlmedest ja paigutab selle ümber reaktorisesse hoidlasse. Seejärel eemaldatakse värskete sõlmede trumlist (millesse on eelnevalt paigaldatud tehasest tulnud kütusesõlmed) vajalik, paigaldatakse värske koostu elevaatorisse, mis toidab selle ümberlaadimismehhanismi. Viimane etapp on kütusesõlmede paigaldamine vabasse kambrisse. Samas seatakse mehhanismi tööle teatud piirangud ohutuse huvides: näiteks ei saa korraga lahti lasta kahte kõrvuti asetsevat rakku, lisaks peavad ülekoormuse ajal kõik juht- ja kaitsevardad olema aktiivses tsoonis. Ühe sõlme ümberlaadimise protsess võtab aega kuni tund, kolmandiku südamiku (umbes 120 kütusesõlme) laadimine võtab aega umbes nädal (kolmes vahetuses), seda protseduuri tehakse igal mikrokäigul (160 efektiivset päeva arvestuses täisvõimsus). Tõsi, kütusepõletust on nüüdseks suurendatud ja tankitakse vaid veerand tuumast (umbes 90 kütusesõlme). Sel juhul pole operaatoril otsest visuaali tagasisidet, ja juhindub ainult samba ja haaratsite pöördenurkade andurite indikaatoritest (positsioneerimistäpsus on alla 0,01 kraadi), väljatõmbe- ja seadistusjõududest.

Lähtestamisprotsess hõlmab paljusid etappe, see viiakse läbi spetsiaalse mehhanismi abil ja sarnaneb mänguga "15". Lõppeesmärk on saada värsked sõlmed vastavast trumlist õigesse pessa ja kasutatud sõlmed oma trumlisse, kust need pärast auruga puhastamist (naatriumist) hoiubasseini kukuvad.

Sile ainult paberil

Miks kiireid neutronreaktoreid kõigi nende eelistega laialdaselt ei kasutata? Esiteks on see tingitud nende disaini iseärasustest. Nagu eespool mainitud, ei saa vett jahutusvedelikuna kasutada, kuna see on neutronite aeglusti. Seetõttu kasutatakse kiirreaktorites metalle peamiselt vedelas olekus – eksootilistest plii-vismutisulamitest kuni vedela naatriumini (tuumajaamade kõige levinum variant).

"Kiireneutronreaktorites on soojus- ja kiirguskoormus palju suurem kui termilistes reaktorites," selgitab PM. Peainsener Belojarski tuumaelektrijaam Mihhail Bakanov. „See toob kaasa vajaduse kasutada reaktori surveanuma ja reaktorisiseste süsteemide jaoks spetsiaalseid konstruktsioonimaterjale. TVEL ja kütusesõlmed ei ole valmistatud tsirkooniumisulamitest, nagu termilistes reaktorites, vaid spetsiaalsetest legeeritud kroomterastest, mis on vähem vastuvõtlikud atmosfäärirõhust kõrgemale kiirguse "paisumisele".

Mihhail Bakanovi sõnul olid esimestel tegevusaastatel peamised raskused seotud kiirguse paisumise ja kütuse pragunemisega. Need probleemid aga lahenesid peagi, töötati välja uued materjalid – nii kütuse kui ka kütusevarraste korpuste jaoks. Kuid isegi praegu ei piira kampaaniaid mitte niivõrd kütuse põlemine (mis BN-600-l ulatub 11%), vaid materjalide ressurss, millest kütust, kütuseelemente ja kütusekomplekte valmistatakse. Edasised tööprobleemid olid peamiselt seotud naatriumi lekkega sekundaarahelas, mis on reaktiivne ja tuleohtlik metall, mis reageerib ägedalt kokkupuutel õhu ja veega: „Ainult Venemaal ja Prantsusmaal on pikaajaline kogemus tööstuslike elektrireaktorite käitamisel kiiretel neutronitel. Nii meie kui ka Prantsuse spetsialistid seisime algusest peale silmitsi samade probleemidega. Lahendasime need edukalt, pakkudes algusest peale spetsiaalseid vahendeid ahelate tiheduse jälgimiseks, naatriumilekete lokaliseerimiseks ja summutamiseks. Ja Prantsusmaa projekt osutus sellisteks probleemideks vähem ette valmistatud, mistõttu 2009. aastal suleti Phenixi reaktor lõpuks.

"Probleemid olid tegelikult samad," lisab Belojarski TEJ direktor Nikolai Oškanov, "kuid siin lahendati need meil ja Prantsusmaal erineval viisil. Näiteks kui ühe Phenixi agregaadi juht kummardus, et seda haarata ja maha laadida, töötasid Prantsuse spetsialistid välja keeruka ja üsna kalli süsteemi naatriumikihi "läbinägemiseks". Ja kui meil oli sama probleem, siis üks meie insenerid soovitasid kasutada videokaamerat lihtsaim disain nagu sukeldumiskell, - altpoolt avatud toru, mille pealt puhub argooni. Kui naatriumsulam väljutati, suutsid operaatorid mehhanismi videolingi kaudu jäädvustada ja painutatud koost eemaldati edukalt.

kiire tulevik

"Maailmas poleks sellist huvi kiirreaktorite tehnoloogia vastu, kui poleks olnud meie BN-600 edukat pikaajalist töötamist," ütleb Nikolai Oškanov. "Tuumaenergeetika areng on minu arvates peamiselt seotud kiirreaktorite masstootmise ja käitamisega. Vaid need võimaldavad kaasata kütusetsüklisse kogu loodusliku uraani ja seeläbi tõsta efektiivsust, samuti kümnekordistada radioaktiivsete jäätmete hulka. Sel juhul on tuumaenergia tulevik tõeliselt helge.

Ameerika vanim energiaajakiri POWER, üks mõjukamaid ja autoriteetsemaid rahvusvahelisi erialaväljaandeid selles valdkonnas, andis oma 2016. aasta Power Awards auhinna Venemaa Belojarski tuumaelektrijaama (Rosenergoatomi kontserni Zarechny Sverdlovsk filiaal) 4. energiaploki projektile. piirkond) ainulaadse kiire neutronreaktoriga BN-800, millega katsetatakse mitmeid tuumaenergeetika arendamiseks vajalikke tehnoloogiaid. Sellest teatas uudisteagentuur RIA Novosti.

Tuletame meelde, et hiljuti leidis Belojarski TEJ-s aset Venemaa tuumaenergeetika aasta üks olulisemaid sündmusi — jõuplokk nr 4 (BN-800) võeti õigel ajal kommertskasutusele. Sellekohasele korraldusele kirjutas 31. oktoobril 2016 alla Rosatom State Corporationilt saadud loa alusel Rosenergoatomi kontserni peadirektor Andrey Petrov.

Nagu ajakirja veebisaidil märgitud, võitis BN-800 reaktoriga jõuallikas nominatsioonis "Parimad taimed" (Top Plants). Aasta Tehase auhinna teisest nominatsioonist erineb see selle poolest, et viimane hõlmab tuumajaama kasutuselevõttu ühe kuni kahe aasta jooksul enne auhindamist. Nominatsioonis "Parimad jaamad" selgitatakse omakorda välja kõige perspektiivikamad ja uuenduslikumad projektid, mis näitavad kogu tööstuse arengusuunda.

Võitja väljaselgitamisel võeti arvesse võimalust lahendada tuumaelektrijaama abil probleemide kogum, eelkõige energia tootmise ja radioaktiivsete jäätmete kõrvaldamise osas. Žürii märkis ka BN-800 reaktori erilist tähtsust Venemaa lähenemise elluviimisel tuumakütusetsükli sulgemisel.

See pole esimene kord, kui Venemaa tuumaprojektid saavad USA-s tunnustust. Iraani tuumajaama Bushehri valminud esimene plokk ja India tuumajaama Kudankulam plokk nr 1 nimetati varem 2014. aasta projektideks teise autoriteetse Ameerika ajakirja Power Engineering andmetel. Need jõuallikad käitavad Venemaa soojusreaktoreid VVER-1000.

Venemaa suur saavutus

„Kiireneutronreaktorid on Venemaa ambitsioonikate tuumaenergeetika plaanide elluviimisel ülimalt olulised. Riigi esimese BN-800 reaktori edukas ehitamine, võrguga ühendamine ja katsetamine Belojarski tuumaelektrijaamas on suur saavutus õiges suunas.

märgib ajakiri.

Belojarski TEJ plokk nr 4 koos kiirneutronreaktoriga vedelmetallist naatriumjahutusvedelikuga BN-800 ("kiirest naatriumist") installeeritud elektrivõimsusega 880 MW anti teisipäeval kommertskasutusele. See on maailma võimsaim töötav kiirneutronreaktor.

Tunnustatud juhtimine

Kiireid neutronreaktoreid peetakse suureks eeliseks tuumaenergeetika arendamiseks, tagades tuumakütusetsükli (NFC) sulgemise. Suletud tuumkütusetsüklis suureneb tänu uraani tooraine täielikule kasutamisele kiirneutronite aretusreaktorites (kasvatajates) oluliselt tuumaenergia kütusebaas, samuti on võimalik oluliselt vähendada radioaktiivsete jäätmete mahtu. ohtlike radionukliidide "ärapõlemisele". Venemaa on ekspertide sõnul "kiirete" reaktorite ehitamise tehnoloogias maailmas esikohal.

Alates 1980. aastast töötab Belojarski TEJ-s BN-600 reaktoriga jaama kolmas jõuplokk installeeritud elektrilise võimsusega 600 megavatti. See seade mitte ainult ei tooda elektrit, vaid on ka ainulaadne baas uute konstruktsioonimaterjalide ja tuumakütuse katsetamisel.

BN-800 ajalugu

1983. aastal võeti vastu otsus ehitada BN-800 reaktoriga NSV Liidus korraga neli tuumaplokki - üks blokk Belojarski TEJ-s ja kolm reaktorit uues Lõuna-Uurali TEJ-s. Kuid pärast Tšernobõli algas Nõukogude tuumaenergiatööstuse stagnatsioon, uute, sealhulgas "kiirete" reaktorite ehitamine peatus. Ja pärast NSV Liidu kokkuvarisemist halvenes olukord veelgi, tekkis oht kaotada kodumaised tuumaenergiatehnoloogiad, sealhulgas BN-reaktorite tehnoloogia.

Vähemalt ühe BN-800 ploki ehitamist üritati taasalustada rohkem kui korra, kuid 2000. aastate keskel sai selgeks, et tuumatööstuse võimekusest üksi ei pruugi selleks piisata. Ja siin mängis otsustavat rolli riigi juhtkonna toetus, kes kiitis heaks uue Venemaa tuumaenergia arendamise programmi. Samuti leidis see BN-800 jaoks koha Belojarski tuumaelektrijaama neljandas blokis.

Ploki lõpetamine ei olnud lihtne. Projekti lõpuleviimiseks, võttes arvesse täiustusi, mille eesmärk oli suurendada selle tõhusust ja ohutust, oli vaja tuumatööstuse teadus-, projekteerimis- ja projekteerimisorganisatsioonide jõudude tegelikku mobiliseerimist. Rasked ülesanded seisid silmitsi ka seadmetootjatega, kes pidid lisaks BN-600 reaktoriseadmete loomise tehnoloogiatele taastama ka uusi tehnoloogiaid.

Ja ometi ehitati jõuplokk. 2014. aasta veebruaris algas tuumakütuse laadimine reaktorisse BN-800. Sama aasta juunis käivitati reaktor. Seejärel oli vaja kaasajastada kütusesõlmede konstruktsiooni ning 2015. aasta juuli lõpus taaskäivitati BN-800 reaktor, mille võimsust hakkasid spetsialistid järk-järgult tõstma elektritootmise alustamiseks vajaliku tasemeni. 10. detsembril 2015 ühendati plokk võrguga ja andis esimese voolu Venemaa elektrisüsteemi.