A Rússia fez um grande avanço na energia nuclear

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificação: 2023-12-16 16:14

O projeto "Breakthrough" - o reator nuclear Brest-300 em construção perto de Tomsk, abrirá uma nova página no setor de energia da Terra. A Rússia está criando o primeiro Perpetuum Mobile do mundo com capacidade de 300 MW - uma usina nuclear com ciclo fechado de combustível. O projeto com o nome autoexplicativo "Breakthrough" promete energia sem perigo, sem mineração de urânio e supera os concorrentes por décadas …

Quarenta e três hectares de território, paredes cinzentas monolíticas, acessórios abundantemente destacados para o céu, guindastes e 600 operários. Três anos depois, neste lugar, em uma cidade fechada Seversk, 25 quilômetros de Tomsk, vai começar a trabalhar o primeiro no mundoA Perpetuum Mobile com capacidade de 300 megawatts é uma usina nuclear com ciclo de combustível fechado e chumbo derretido como refrigerante. O empreendimento é denominado experimental, uma vez que as supertecnologias para ele até agora são calculadas apenas em modelos matemáticos. No entanto, após verificá-los em um reator em operação, nossos cientistas nucleares receberão uma usina nuclear de referência de uma nova geração, separando-se dos concorrentes da Toshiba, Areva e outros por décadas. O projeto, que tem um nome autoexplicativo " Avanço", Promete energia sem perigoe, o mais importante, sem mineração de urânio.

Céticos e o átomo pacífico

Algumas palavras para aqueles que consideram o átomo pacífico uma relíquia. A necessidade de energia da humanidade dobra a cada 20 anos. A queima de petróleo e carvão leva à formação anual de cerca de meio bilhão de toneladas de dióxido de enxofre e óxidos de nitrogênio, ou seja, 70 quilos de substâncias nocivas para cada habitante da terra. O uso de usinas nucleares elimina esse problema. Além disso, as reservas de petróleo são limitadas e a intensidade energética de uma tonelada de urânio-235 é aproximadamente igual à intensidade energética de dois milhões de toneladas de gasolina.

O custo também é importante. Em uma usina hidrelétrica, um quilowatt-hora de eletricidade custa de 10 a 25 copeques, mas o potencial hidrelétrico no mundo desenvolvido está praticamente esgotado. Em estações de carvão ou óleo combustível - 22-40 copeques, mas surgem problemas ambientais. Em usinas eólicas e solares industriais - 35-150 copeques, um pouco caro, e que garante vento constante e ausência de nuvens. O custo principal da energia atômica é 20-50 copeques, é estável, cria muito menos problemas ambientais do que queimar petróleo e carvão, seu potencial é ilimitado.

Por fim, o átomo pacífico russo estava quase fora de competição. Em 2010, quando, após uma onda de frio de 24 anos, muitos países novamente queriam construir usinas nucleares, nossos reatores acabaram sendo mais baratos e não piores do que os protótipos japoneses, franceses e americanos. Além disso, nós, ao contrário dos concorrentes , todos esses anos estivemos construindo usinas nucleares - A Rosatom tinha algo para mostrar a um cliente potencial.

A direção da estatal se desfez com competência da desvantagem resultante. Como resultado, a Westinghouse Electric faliu no ano passado. A Toshiba, que anteriormente comprou a Westinghouse Electric, está a caminho. A condição financeira da Areva também não é invejável. Por outro lado, delegações de 52 países estiveram no Atomexpo-2016. 20 desses países ainda não tiveram energia nuclear. Eles agora aparecerão pela primeira vez em Egito, Vietnã, Turquia, Indonésia, Bangladesh - nossas usinas nucleares russas.

Inferno profundo

O principal problema da energia nuclear hoje é combustível … Existem 6,3 milhões de toneladas de urânio economicamente recuperável na Terra. Se o crescimento do consumo for levado em consideração, ele durará cerca de 50 anos. O custo é de cerca de US $ 50 por quilograma de minério hoje, mas como depósitos menos lucrativos estão envolvidos na extração, aumentará para US $ 130 por quilograma e mais. Claro que existem reservas minadas, e não pequenas, mas não são para sempre.

O urânio é difícil de extrair ou muito difícil … Na rocha do minério de urânio há cerca de 0,1-1 por cento, mais ou menos. O minério ocorre a uma profundidade de cerca de um quilômetro. As temperaturas nas minas estão acima de 60 graus Celsius. A rocha extraída deve ser dissolvida em ácido, mais frequentemente ácido sulfúrico, para isolar o minério de urânio da solução. Em alguns depósitos, o ácido sulfúrico é imediatamente bombeado para o solo, para posteriormente ser levado junto com o urânio dissolvido. No entanto, existem rochas de urânio que não se dissolvem em ácido sulfúrico …

Finalmente, apenas em urânio purificado 0,72 por cento o isótopo necessário é o urânio-235. O mesmo em que funcionam os reatores nucleares. Para realçar é uma dor de cabeça separada. O urânio é convertido em gás (hexafluoreto de urânio) e passado por cascatas de centrífugas girando a uma velocidade de cerca de duas mil rotações por segundo, onde a fração leve é separada da pesada. O lixo - urânio-238, com um conteúdo residual de urânio-235 de 0,2-0,3 por cento, foi simplesmente jogado fora nos anos 50. Mas então eles começaram a armazená-lo na forma de fluoreto de urânio sólido em recipientes especiais a céu aberto. Por 60 anos, a terra acumulou cerca de dois milhões de toneladas de fluoreto de urânio 238 … Por que é mantido? Então, esse urânio-238 pode se tornar combustível para reatores nucleares rápidos, com os quais até agora os cientistas nucleares tinham uma relação difícil.

No total, foram construídos 11 reatores industriais de nêutrons rápidos no mundo: três na Alemanha, dois na França, dois na Rússia, um cada no Cazaquistão, Japão, Grã-Bretanha e Estados Unidos. Um deles, o SNR-300 na Alemanha, nunca foi lançado. Mais oito estão parados. Dois trabalhadores sobraram … Onde você acha? Isso mesmo, em Beloyarsk NPP.

Por outro lado, os reatores rápidos são mais seguros do que os reatores térmicos convencionais. Não há alta pressão neles, não há risco de uma reação de vapor-zircônio, e assim por diante. Por outro lado, a intensidade dos campos de nêutrons e a temperatura na área de trabalho são maiores; o aço, que manteria suas propriedades em ambos os parâmetros, é mais difícil e mais caro de fabricar. Além disso, a água não pode ser usada como refrigerante em um reator rápido. Restos: mercúrio, sódio e chumbo. O mercúrio é eliminado devido à sua alta corrosividade. O chumbo deve ser mantido em estado fundido - a temperatura de fusão é de 327 graus. O ponto de fusão do sódio é de 98 graus, então todos os reatores rápidos até agora foram feitos com um refrigerante de sódio. Mas o sódio reage muito violentamente com a água. Se o circuito foi danificado … Como aconteceu no reator japonês "Monju" em 1995. Em geral, os rápidos acabaram sendo muito difíceis.

Não se preocupe, não congela

“Não se preocupe, o chumbo em nosso reator Brest-300 não apenas nunca se solidificará, mas nunca esfriará abaixo de 350 graus”, disse o chefe do projeto BREST-OD-300 à Lente.ru Andrey Nikolaev … - Esquemas e sistemas especiais são responsáveis por isso. Este é um projeto completamente novo que não tem nada a ver com os reatores de chumbo-bismuto que estavam nos submarinos. Tudo aqui foi desenvolvido levando em consideração os mais recentes desenvolvimentos, tecnologias e realizações. Será o primeiro reator rápido refrigerado a chumbo do mundo … Não é à toa que é chamado de "Breakthrough". Antes de você está uma empresa do futuro - uma usina nuclear de quarta geração com fechado ciclo do combustível.

Não tive permissão para subir no canteiro de obras - esta é uma informação classificada. Eles também não tinham permissão para tirar fotos, então as fotos não são minhas. Eles foram feitos por uma pessoa que foi explicada com antecedência de quais ângulos é possível capturar um objeto e de quais ângulos é impossível. Mas Andrey Nikolaev explicou em detalhes por que e em que ordem as três usinas Proryv estão sendo construídas e como uma usina nuclear pode funcionar sem urânio.

O empreendimento será composto por três fábricas: planta de produção de combustível, próprio reator e planta de reprocessamento de combustível. A planta de produção de combustível vai fabricar uma composição completamente nova de elementos de combustível, que não tinha análogo no mundo. Este é um combustível misto de nitreto de urânio e plutônio - MNUP. O material físsil no novo reator será plutônio … E o urânio-238, ele mesmo não físsil, será irradiado com nêutrons térmicos e se transformará em plutônio-239. Ou seja, o reator Brest-300 vai gerar calor, eletricidade e além , prepare o combustível para você.

Dois pássaros com uma pedra

No mundo hoje estão trabalhando 449 reatores nucleares industriais pacíficos e mais 60 estão em construção. Durante a operação desses reatores, no passado e no futuro, surge um problema planejado - conjuntos de combustível irradiado. Primeiro, eles são colocados em banhos especiais, onde “esfriam” por vários anos. Em seguida, os elementos combustíveis "resfriados" são armazenados em depósitos "secos", onde se acumulam em grandes quantidades. A capacidade de processar conjuntos de resíduos é várias vezes menor do que o necessário. Por quê? Porque é muito difícil e caro.

O projeto Breakthrough construirá sua própria planta de processamento de combustível. Como você pode imaginar, Esta planta não só destruirá o combustível queimado, mas também fornecerá matéria-prima para novas montagens … As velhas barras de combustível serão dissolvidas em ácido, possivelmente sulfúrico, então na planta, usando tecnologias químicas complexas, a solução será separada elemento por elemento. O desnecessário é condicionado e enterrado, o necessário é usado. Além da matéria-prima para o novo combustível, a empresa extrairá de antigos conjuntos os mais raros isótopos de elementos pesados que são demandados pela medicina, ciência e indústria.

Aliás, a potência do reator de 300 megawatts não foi escolhida por acaso. Com essa potência, ele produzirá tanto plutônio quanto consome. O mesmo reator com maior potência produzirá mais combustível do que consumirá. Assim, uma vez carregado, o reator de Brest funcionará como um Perpetuum Mobile comum. Será necessário apenas um pequeno suprimento de urânio empobrecido. Bem, e o urânio-238, como já mencionei, é acumulado pela indústria nuclear em tal quantidade isso vai durar para sempre.

Panela grande

- Para que você possa imaginar um reator, - Andrei Nikolaev continua. - Esta é uma panela de 17 metros de altura e 26 metros de diâmetro. Conjuntos de combustível serão abaixados nele. Um trocador de calor - chumbo derretido circulará por ele. Todo o equipamento desde e até à produção russa. Será um reator totalmente seguro com uma margem de reatividade inferior à unidade. Ou seja, de acordo com as leis da física, ele simplesmente não tem reatividade suficiente para acelerar. Acidentes em grande escala nele não são possíveis. A evacuação da população nunca será necessária. Qualquer falha, se acontecer, não ultrapassará os limites do prédio do empreendimento. Mesmo as emissões para a atmosfera como resultado de um acidente hipotético não ocorrerão.

A limpeza automática do refrigerante será introduzida no reator Brest-300. O refrigerante do novo reator, ou seja, o chumbo, nunca precisará ser substituído. Isso elimina outro desperdício problemático da energia nuclear tradicional - LRW.

Os problemas são resolvidos ao longo do caminho

Os autores do projeto Brest-300 são NIKIET com o nome de Dollezhal. O dinheiro é alocado dentro do prazo, a construção segue no ritmo planejado, a planta de fabricação de combustível será a primeira a entrar em operação. O lançamento do reator está previsto para 2024 … Em seguida, o módulo de reprocessamento de combustível será concluído. Paralelamente à construção, o trabalho de P&D continua. Como resultado dessas obras, são feitas alterações periódicas na construção, de forma que o momento final final não é mencionado.

O projeto Brest tem detratores nos círculos acadêmicos. Isso é compreensível, o projeto venceu o concurso, no qual participaram vários outros institutos eminentes. Os críticos dizem que as tecnologias usadas em Brest estão inacabadas. Em particular, eles questionam o uso do fundido de chumbo como um transportador de calor, e assim por diante. Não entraremos em detalhes, são muito complexos e ambíguos. Por outro lado, por que não deveríamos confiar em nossos cientistas atômicos? Todos os projetos que a URSS e, depois, a Rússia realizaram na indústria nuclear, estavam um passo à frente de suas contrapartes ocidentais e orientais. Então, que razão temos para acreditar que as coisas serão diferentes desta vez? Parece-me que você deveria estar feliz pela Rosatom e TVEL e ao mesmo tempo por você mesmo, porque isso é nosso corporação.