Реактори са брзим неутронима јединствени су развој руских научника и будућност целе нуклеарне енергетске индустрије

Мирни атом један је од стубова светске енергије, без којег је модерно друштво једноставно немогуће. Упркос свим предностима постојећих нуклеарних електрана, главна мана је било и остало одлагање истрошеног нуклеарног горива.

Изгледа да ће и овај проблем бити решен - захваљујући јединственом руском развоју затвореног циклуса нуклеарног горива, чија примена је могућа у нуклеарним реакторима који користе брзе неутроне.

У чему је проблем савремене нуклеарне енергије

Дакле, мирни атом служи човечанству за производњу електричне енергије широм света више од десетак година. Али постоји један врло озбиљан проблем. Није сав природни уранијум погодан као гориво за нуклеарне реакторе.

Уранијум-238 је широко распрострањен у природи (92 протона, 146 неутрона), а његово учешће у светским резервама износи 99,3% укупног уранијума на Земљи. Али једноставно није погодан за нуклеарне реакторе као гориво.

Само преосталих 0,7% светске понуде у облику уранијума-235 (92 протона, 143 неутрона) може послужити као гориво. Али чак и овај преостали део уранијума не може се једноставно узети и натоварити у реактор. Мора се унапред обогатити и удео уранијума-235 у укупној маси уранијума-238 повећати за око 700 пута.

Испада да ће, упркос огромним светским резервама, уранијум који је заиста погодан за гориво бити довољан, према просечним прорачунима, за само 50 година.

Није све тако суморно као што се чини на први поглед. Уранијум-238 се и даље може прилагодити нуклеарним реакторима. Истина, за ово је неопходно претворити уранијум-238 у плутонијум-239, а овај процес је могућ само када је изложен брзим неутронима.

Испоставило се да ова трансформација није лака. Напокон, већина савремених реактора ради на „спорим“ неутронима, који су намерно успорени, јер уранијум-235 „не жели да комуницира“ са брзим неутронима. Али уранијум-238, напротив, није укључен у процес трансформације на спорим неутронима.

Економски није могуће трансформацију уранијума-238 у плутонијум-239 извршити одвојено. Много је ефикасније за то користити такозване додатне неутроне који настају током реакције распадања. Због тога се у модерним реакторима посебно уклањају помоћу апсорбера.

Дакле, потребно је да комбинујемо „смеће“ уранијум-238 и „исправан“ уранијум-235 на једном месту - атомски реактор. А тада ће бити могуће и производња електричне енергије и посебно претварање „непотребног“ уранијума-238 у ново нуклеарно гориво за реакторе. Али предуслов за то је чињеница да он (реактор) мора да делује на брзе неутроне.

Али стварање таквог стварно делујућег реактора са брзим неутроном показало се великим проблемом за многе инжењере. И само су се руски инжењери-научници изборили са задатком.

Брзи неутронски реактори, која је њихова карактеристика

Дакле, потребан нам је реактор који ради на уранијум-235, а у исто време га морамо натерати да ради на брзим неутронима. Да би то било могуће, неопходно је значајно повећати густину неутронског флукса (тако да уранијум-235 постане спремнији за интеракцију са брзим неутронима).

То значи да ће се морати користити обогаћеније гориво, док ће температурни режим и неутронски флукс бити много оштрији - биће потребни стабилнији материјали.

Поред тога, треба избегавати материјале који ће успорити неутроне. Односно, класична верзија - вода - у овом случају није погодна, јер савршено успорава неутроне.

Због тога се жива користила као расхладна течност у раним фазама развоја брзих реактора, али је ова опција брзо напуштена због велике токсичности метала.

У следећим фазама експеримената испробали су метале попут олова, бизмута и натријума.

Утврђено је да су материјали који највише обећавају натријум и олово. И у првој фази совјетски инжењери успели су да „укроте“ натријум.

Совјетски реактор БН-600 постао је први комерцијални реактор са брзим неутроном у потпуности у функцији. А већ 2015. године Росатом је лансирао реактор БН-800 (натријум). Ово је јединствени реактор те врсте, који је већ прилагођен за рад на плутонијумском гориву са потпуно затвореним циклусом оплемењивања.

Која је предност брзих реактора

Прелиминарни прорачуни показују да захваљујући овој технологији проценат погодног нуклеарног горива за реакторе нагло расте са скромних 0,7% на 30%.

Сходно томе, ефективне резерве горива повећаће се приближно 43 пута, што значи да би требало да буду довољне не за неких 50 година, већ за више од два миленијума. Мислим да постоји разлика чак и уз врло грубу рачуницу.

Поред тога, такви реактори могу у потпуности да функционишу на истрошеном нуклеарном гориву из „спорог“ реактора, што обећава решење за највећу главобољу еколога - како збринути истрошени нуклеарни систем гориво.

Такође, такви реактори су много сигурнији. На крају крајева, они користе натријум уместо загрејане воде под високим притиском. Натријум постаје течан на 100 степени Целзијуса, а у фазу кључања прелази тек на 900 степени.

Сетимо се како систем за хлађење ради на „конвенционалним“ нуклеарним реакторима. Тамо вода под огромним притиском делује као расхладно средство. Очигледно је да је висок притисак висок ризик од смањења притиска и незгода.

Са натријумом нема таквих проблема. Пошто је тачка кључања висока, може се одржавати под нормалним притиском, што значи да нема шансе за избијање и несрећу.

Чак и у случају абнормалне ситуације, реактивност натријума ће такође играти у корист сигурности. У интеракцији са паром кисеоника и влаге у атмосфери, натријум ће се претворити у постојану хемикалију једињења која остају на територији станице и не расипају се по околини ширећи се радиоактивно загађење.

Русија је испред осталих

Упркос бројним покушајима разних земаља, само Русија, посебно Росатом, има пуноправну комерцијалну верзију реактора са брзим неутроном.

Заправо, чак ни Французи (њиховим обећавајућим развојем „реактора Феникс“) нису успели да се носе са проблемом периодичног рада заштитних система и зауставили су пројекат 2010. године.

Јапанци су тестирали и своју верзију - реактор Моњу, али су након низа несрећа одлучили да га растављају.

Индијанци су такође желели да створе сопствени реактор за брзи неутрон, али ништа се није догодило.

У Русији се технологија несметано развија, а већ се ради на пројекту брзог реактора БН-1200, у коме се растопљено олово користи као расхладно средство. Према плану, биће потпуно оперативан до 2030. године.

Испоставило се да је Русија једина земља која заиста може да производи нуклеарну енергију ефикасан и заиста сигуран због јединственог дизајна - брзог неутронског реактора.