Rychlé neutronové elektrárny jsou skutečně funkční. JE Belojarsk: zajímavá fakta a obecné informace (foto). Baez v naší době

Nejstarší americký energetický časopis "POWER" je jedním z nejvlivnějších a nejuznávanějších mezinárodních odborné publikace v této oblasti udělila své „Power Awards“ za rok 2016 projektu 4. energetického bloku ruské Bělojarské JE (pobočka Rosenergoatom Concern, Zarechny, Sverdlovsk region) s unikátní reaktor na rychlých neutronech BN-800, které prověří řadu technologií nezbytných pro vývoj nukleární energie. Informovala o tom agentura RIA Novosti.

Připomeňme, že nedávno došlo k jedné z nejhorších událostí v JE Bělojarsk. důležité události rok v jaderné energetice Ruska - energetický blok č. 4 (BN-800) byl uveden do komerčního provozu včas. Příkaz k tomu podepsal 31. října 2016 generální ředitel Rosenergoatom Concern Andrey Petrov na základě obdrženého povolení od státní korporace Rosatom.

Jak je uvedeno na webu časopisu, pohonná jednotka s reaktorem BN-800 zvítězila v kategorii „Nejlepší elektrárny“. Od jiné nominace na cenu „Zařízení roku“ se liší tím, že ta předpokládá, že jaderná elektrárna bude uvedena do komerčního provozu jeden až dva roky před udělením ceny. V nominaci „Nejlepší stanice“ zase nejslibnější a inovativní projekty, které udávají vektor vývoje celého odvětví.

Při určování vítěze jsme vzali v úvahu schopnost využít jaderný blok k řešení řady problémů, zejména výroby energie a recyklace radioaktivní odpad. Porota také upozornila na zvláštní význam reaktoru BN-800 při realizaci ruského přístupu k uzavření jaderného palivového cyklu.

Není to poprvé, co se ruským jaderným projektům dostalo uznání ve Spojených státech. Dokončený první blok íránské jaderné elektrárny Búšehr a blok č. 1 indické jaderné elektrárny Kudankulam byly dříve označeny jako projekty roku 2014 podle jiného autoritativního amerického časopisu Power Engineering. Tyto energetické bloky provozují ruské tepelné neutronové reaktory VVER-1000.

Velký úspěch pro Rusko

„Rychlé neutronové reaktory jsou nanejvýš důležité pro realizaci ambiciózních ruských plánů v jaderné energetice. Úspěšná výstavba, zařazení do sítě a testování prvního reaktoru BN-800 v zemi v Bělojarské JE je velkým úspěchem správným směrem,“

- poznamenává časopis.

V úterý byl uveden do komerčního provozu blok č. 4 Bělojarské JE s rychlým neutronovým reaktorem s chladivem tekutého kovu sodík BN-800 (od „rychlého sodíku“) o instalovaném elektrickém výkonu 880 MW. Jde o nejvýkonnější fungující rychlý neutronový reaktor na světě.

Odborníci označili tuto událost za historickou nejen pro ruskou, ale i pro globální jadernou energetiku. Odborníci zdůrazňují, že pro rozvoj této oblasti jaderné energetiky v Rusku budou nezbytné zkušenosti s projektováním, konstrukcí, spouštěním a provozem rychlých neutronových energetických reaktorů, které ruští jaderní vědci získají na BN-800.

Uznávané vedení

Rychlé neutronové reaktory jsou považovány za velké výhody pro rozvoj jaderné energetiky, zajišťující uzavření jaderného palivového cyklu (NFC). V uzavřeném jaderném palivovém cyklu se díky plnému využití uranových surovin v množivých reaktorech rychlých neutronů (množivých reaktorech) výrazně zvýší palivová základna jaderné energetiky a také bude možné výrazně snížit objem radioaktivních odpadů v důsledku k „vyhoření“ nebezpečných radionuklidů. Rusko, jak poznamenávají odborníci, zaujímá první místo na světě v technologiích pro stavbu „rychlých“ reaktorů.

Sovětský svaz byl lídrem v konstrukci a provozu průmyslových „rychlých“ energetických reaktorů. První takový blok na světě s reaktorem BN-350 s instalovaným elektrickým výkonem 350 megawattů byl spuštěn v roce 1973 na východním pobřeží Kaspického moře ve městě Ševčenko (dnes Aktau, Kazachstán). Část tepelné energie reaktoru byla využita k výrobě elektřiny, zbytek byl použit na odsolování mořské vody. Tato pohonná jednotka fungovala do roku 1998 – o pět let déle, než byla její konstrukční životnost. Zkušenosti s vytvářením a provozem této instalace umožnily pochopit a vyřešit mnoho problémů v oblasti reaktorů typu BN.

Od roku 1980 funguje v Bělojarské JE třetí energetický blok stanice s reaktorem BN-600 o instalovaném elektrickém výkonu 600 megawattů. Tato jednotka nejen vyrábí elektřinu, ale slouží také jako unikátní základna pro testování nových konstrukčních materiálů a jaderného paliva.

Historie BN-800

V roce 1983 bylo rozhodnuto postavit v SSSR čtyři jaderné bloky s reaktorem BN-800 najednou – jeden blok v JE Bělojarsk a tři bloky v nové JE Jižní Ural. Po Černobylu však sovětský jaderný energetický průmysl začal stagnovat a výstavba nových reaktorů, včetně „rychlých“, se zastavila. A po rozpadu SSSR se situace ještě zhoršila, hrozila ztráta domácích technologií jaderné energetiky, včetně technologií reaktorů BN;

Pokusy o obnovení výstavby alespoň jednoho bloku BN-800 byly učiněny několikrát, ale v polovině roku 2000 se ukázalo, že samotné kapacity jaderného průmyslu na to nemusí stačit. A zde sehrála rozhodující roli podpora vedení země, které schválilo nový program rozvoj jaderné energetiky v Rusku. Našlo se v něm místo i pro BN-800 na čtvrtém bloku JE Bělojarsk.

Dokončení bloku nebylo jednoduché. Dokončit projekt s přihlédnutím ke zlepšením, jejichž účelem bylo zvýšení jeho účinnosti a bezpečnosti, skutečnou mobilizaci vědeckých, konstrukčních a projekční organizace jaderný průmysl. Složité úkoly stáli i před výrobci zařízení, kteří museli nejen obnovit technologie použité k vytvoření zařízení reaktoru BN-600, ale také zvládnout nové technologie.

A přesto byla pohonná jednotka postavena. V únoru 2014 začalo zavážení jaderného paliva do reaktoru BN-800. Reaktor byl spuštěn v červnu téhož roku. Poté musel být modernizován design palivových souborů a koncem července 2015 byl reaktor BN-800 restartován a specialisté začali postupně zvyšovat jeho výkon na úroveň nezbytnou pro zahájení výroby elektřiny. Dne 10. prosince 2015 byl blok připojen k síti a dodával svůj první proud do ruské energetické soustavy.

Jednotka BN-800 by se měla stát prototypem výkonnějších komerčních pohonných jednotek BN-1200, přičemž rozhodnutí o proveditelnosti výstavby bude učiněno na základě provozních zkušeností BN-800. Hlavní blok BN-1200 se také plánuje postavit v JE Bělojarsk.

Unikátní ruský rychlý neutronový reaktor pracující v Bělojarské jaderné elektrárně byl uveden na výkon 880 megawattů, uvádí tisková služba Rosatomu.

Reaktor pracuje na energetickém bloku č. 4 Bělojarské JE a v současné době prochází rutinním testováním výrobního zařízení. V souladu s testovacím programem pohonná jednotka zajišťuje udržení elektrického výkonu na úrovni minimálně 880 megawattů po dobu 8 hodin.

Výkon reaktoru se postupně zvyšuje, aby nakonec získal certifikaci na projektované úrovni výkonu 885 megawattů na základě výsledků testů. Na tento moment reaktor je certifikován na výkon 874 megawattů.

Připomeňme, že JE Belojarsk provozuje dva reaktory s rychlými neutrony. Od roku 1980 zde funguje reaktor BN-600 – dlouhou dobu to byl jediný reaktor tohoto typu na světě. Ale v roce 2015 začalo postupné spouštění druhého reaktoru BN-800.

Proč je to tak důležité a zvažované historická událost pro globální jaderný průmysl?

Rychlé neutronové reaktory umožňují realizovat uzavřený palivový cyklus (v BN-600 v současnosti není implementován). Protože se „spaluje“ pouze uran-238, po zpracování (odstranění štěpných produktů a přidání nových částí uranu-238) lze palivo znovu naložit do reaktoru. A protože cyklus uran-plutonium produkuje více plutonia, než se rozpadá, lze přebytečné palivo použít pro nové reaktory.

Kromě toho lze touto metodou zpracovávat přebytečné plutonium pro zbraně, stejně jako plutonium a minoritní aktinidy (neptunium, americium, curium) extrahované z vyhořelého paliva z konvenčních tepelných reaktorů (minoraktinidy v současnosti představují velmi nebezpečnou část radioaktivního odpadu) . Zároveň se více než dvacetinásobně sníží množství radioaktivního odpadu ve srovnání s tepelnými reaktory.

Proč se přes všechny jejich výhody nerozšířily rychlé neutronové reaktory? To je způsobeno především zvláštnostmi jejich designu. Jak bylo uvedeno výše, vodu nelze použít jako chladivo, protože je moderátorem neutronů. Rychlé reaktory proto využívají především kovy v kapalném stavu – od exotických slitin olova a bismutu až po tekutý sodík (nejběžnější varianta pro jaderné elektrárny).

„V rychlých neutronových reaktorech je tepelné a radiační zatížení mnohem vyšší než v tepelných reaktorech,“ vysvětluje „PM“ Hlavní inženýr Bělojarská JE Michail Bakanov. - To vede k nutnosti použít speciální konstrukční materiály pro reaktorovou nádobu a vnitřní systémy reaktoru. Skříně palivových proutků a palivových souborů nejsou vyrobeny ze slitin zirkonia jako v tepelných reaktorech, ale ze speciálních legovaných chromových ocelí, které jsou méně náchylné k radiačnímu „bobtnání“. Na druhou stranu například nádoba reaktoru není vystavena zatížení spojenému s vnitřním tlakem – je jen o málo vyšší než atmosférický tlak.“

Podle Michaila Bakanova byly v prvních letech provozu hlavní potíže spojeny s radiačním bobtnáním a praskáním paliva. Tyto problémy však byly brzy vyřešeny, byly vyvinuty nové materiály - jak pro palivo, tak pro pouzdra palivových tyčí. Ale i nyní nejsou kampaně omezeny ani tak vyhořením paliva (které u BN-600 dosahuje 11 %), ale životností materiálů, ze kterých je palivo, palivové tyče a palivové soubory vyrobeny. Další provozní problémy byly spojeny především s úniky sodíku v sekundárním okruhu, chemicky aktivního a požárně nebezpečného kovu, který prudce reaguje na kontakt se vzduchem a vodou: „Dlouholeté zkušenosti s provozováním průmyslových reaktorů s rychlými neutrony mají pouze Rusko a Francie. . My i francouzští specialisté jsme se od začátku potýkali se stejnými problémy. Úspěšně jsme je vyřešili, od počátku jsme poskytovali speciální prostředky pro sledování těsnosti okruhů, lokalizaci a potlačení úniků sodíku. Ukázalo se však, že francouzský projekt byl na takové problémy méně připraven, v důsledku toho byl reaktor Phenix v roce 2009 nakonec odstaven.

„Problémy byly skutečně stejné,“ dodává Nikolaj Oshkanov, ředitel Bělojarské JE, „ale byly vyřešeny tady a ve Francii. různé způsoby. Když se například hlava jedné ze sestav na Phenix ohnula, aby ji mohla uchopit a vyložit, francouzští specialisté vyvinuli složitý a poměrně nákladný systém „vidět“ vrstvou sodíku. A když jsme měli stejný problém, jeden z našich inženýrů navrhl použít umístěnou videokameru nejjednodušší design typ potápěčského zvonu, - trubka dole otevřená s argonem foukajícím shora. Jakmile byla tavenina sodíku vytlačena, operátoři byli schopni zapojit mechanismus prostřednictvím video spojení a ohnutá sestava byla úspěšně odstraněna.

Aktivní zóna rychlého neutronového reaktoru je uspořádána jako cibule, ve vrstvách

370 palivových souborů tvoří tři zóny s různým obohacením uranu-235 - 17, 21 a 26 % (zpočátku byly pouze dvě zóny, ale pro vyrovnání uvolňování energie byly vyrobeny tři). Jsou obklopeny bočními clonami (přikrývkami) nebo chovnými zónami, kde jsou umístěny soubory obsahující ochuzený nebo přírodní uran, sestávající převážně z izotopu 238. Na koncích palivových tyčí nad a pod jádrem jsou také tablety ochuzeného uran, který tvoří koncová síta (reprodukce zón).

Palivové články (FA) jsou souborem palivových článků (palivových článků) sestavených v jednom pouzdře - speciální ocelové trubky plněné peletami oxidu uranu s různým obohacením. Aby se zajistilo, že se palivové články nedostanou do vzájemného kontaktu a chladicí kapalina mezi nimi může cirkulovat, je na trubky navinut tenký drát. Sodík vstupuje do palivového souboru spodními škrticími otvory a vystupuje okny v horní části.

Ve spodní části palivového souboru je dřík zasunutý do objímky komutátoru, nahoře je hlavový díl, za který je soubor uchopen při přetížení. Palivové kazety různého obohacení mají různá montážní místa, takže je jednoduše nemožné nainstalovat sestavu na špatné místo.

K řízení reaktoru je použito 19 kompenzačních tyčí obsahujících bor (absorbér neutronů) pro kompenzaci vyhoření paliva, 2 automatické regulační tyče (pro udržení daného výkonu) a 6 tyčí aktivní ochrany. Vzhledem k tomu, že vlastní neutronové pozadí uranu je nízké, je pro řízené spouštění reaktoru (a řízení na nízkých výkonových úrovních) použito „osvětlení“ – zdroj fotoneutronů (gama zářič plus berylium).

Energetické bloky s rychlými neutronovými reaktory mohou výrazně rozšířit palivovou základnu jaderné energetiky a minimalizovat radioaktivní odpad organizováním uzavřeného jaderného palivového cyklu. Takové technologie má jen málo zemí a Ruská federace je podle odborníků v této oblasti světovou jedničkou.

Reaktor BN-800 (z „rychlého sodíku“, s elektrickým výkonem 880 megawattů) je pilotní průmyslový rychlý neutronový reaktor s chladivem tekutého kovu, sodíku. Měl by se stát prototypem komerčních výkonnějších energetických jednotek s reaktory BN-1200.

Zdroje

Zprávy

1. dubna 2020
JE Belojarsk získala licenci k provozu BN-600 na dalších pět let
Licence na provoz energetického bloku s reaktorem BN-600 v Bělojarské JE byla prodloužena do roku 2025.

28. března 2020
Vedoucí Zarechny a ředitel JE Bělojarsk oslovili obyvatele ohledně situace s koronavirem
Hlava města Zarechny, Sverdlovsk region, Andrej Zachartsev, a ředitel Bělojarské JE Ivan Sidorov zaznamenali videovzkaz v souvislosti s případem koronavirové infekce zjištěným na území.

JE BELOYARSK

Místo: poblíž Zarechny (Sverdlovsk region)
Typ reaktoru: AMB, BN-600, BN-800
Počet pohonných jednotek: 4 (v provozu - 2)

JE Bělojarsk jim. I. V. Kurčatová - velká prvorodička jaderná energie SSSR. JE Belojarsk je jedinou jadernou elektrárnou v Rusku s energetickými bloky odlišné typy.

Objem elektřiny vyrobené v JE Bělojarsk je asi 16 % z celkového objemu elektřiny energetického systému Sverdlovsk.

Stanice byla postavena ve třech etapách: první stupeň - energetické bloky č. 1 a č. 2 s reaktorem AMB, druhý stupeň - energetický blok č. 3 s reaktorem BN-600, třetí stupeň - energetický blok č. 4 s reaktorem BN-800.

Po 17 a 22 letech provozu byly bloky č. 1 a č. 2 odstaveny v roce 1981, resp mezinárodní standardy, 1. etapa vyřazování JE.

V současné době provozuje JE Belojarsk dva energetické bloky - BN-600 a BN-800. Jedná se o největší světové energetické bloky s rychlými neutronovými reaktory. Z hlediska spolehlivosti a bezpečnosti patří „rychlý“ reaktor k nejlepším jaderné reaktory mír.

Uvažuje se o možnosti dalšího rozšíření JE Bělojarsk o energetický blok č. 5 s rychlým reaktorem o výkonu 1200 MW - hlavní komerční energetický blok pro sériovou výstavbu.

Podle výsledků každoroční soutěže, JE Belojarsk v letech 1994, 1995, 1997 a 2001. získala titul „Nejlepší JE v Rusku“.

Vzdálenost do satelitního městečka (Zarechny) – 3 km; do regionálního centra (Jekatěrinburg) – 45 km.

PROVOZNÍ ENERGETICKÉ JEDNOTKY JE BELOYARSK

ČÍSLO VÝKONOVÉ JEDNOTKY	TYP REAKTORU	INSTALOVÁNO VÝKON, MW	DATUM ZAHÁJENÍ
3	BN-600	600	08.04.1980
4	BN-800	885	10.12.2015
Celkový instalovaná kapacita 1485 MW

40 km od Jekatěrinburgu, uprostřed nejkrásnějších uralských lesů, se nachází město Zarechny. V roce 1964 zde byla spuštěna první sovětská průmyslová jaderná elektrárna Bělojarskaja (s reaktorem AMB-100 o výkonu 100 MW). Nyní Belojarská JE zůstává jedinou na světě, kde je v provozu průmyslový rychlý neutronový energetický reaktor BN-600.

Představte si kotel, který odpařuje vodu a vzniklá pára roztáčí turbogenerátor, který vyrábí elektřinu. Zhruba takto obecně funguje jaderná elektrárna. Pouze „kotel“ je energie atomového rozpadu. Konstrukce energetických reaktorů může být různá, ale podle principu činnosti je lze rozdělit do dvou skupin - reaktory s tepelnými neutrony a reaktory s rychlými neutrony.

Základem každého reaktoru je štěpení těžkých jader pod vlivem neutronů. Pravda, existují značné rozdíly. V tepelných reaktorech se uran-235 štěpí pod vlivem nízkoenergetických tepelných neutronů, čímž vznikají štěpné fragmenty a nové neutrony, které mají vysoká energie(tzv. rychlé neutrony). Pravděpodobnost pohlcení tepelného neutronu jádrem uranu-235 (s následným štěpením) je mnohem vyšší než u rychlého, takže je potřeba neutrony zpomalit. To se děje pomocí moderátorů – látek, které při srážce s jádry neutrony ztrácejí energii. Palivem pro tepelné reaktory je obvykle nízko obohacený uran, jako moderátor se používá grafit, lehká nebo těžká voda a jako chladivo obyčejná voda. Většina provozovaných jaderných elektráren je postavena podle jednoho z těchto schémat.

Rychlé neutrony produkované v důsledku nuceného jaderného štěpení mohou být použity bez jakéhokoli umírnění. Schéma je následující: rychlé neutrony vzniklé při štěpení jader uranu-235 nebo plutonia-239 jsou absorbovány uranem-238 za vzniku (po dvou beta rozpadech) plutonia-239. Navíc na každých 100 štěpených jader uranu-235 nebo plutonia-239 se vytvoří 120–140 jader plutonia-239. Pravda, protože pravděpodobnost jaderného štěpení rychlými neutrony je menší než tepelnými, musí být palivo obohacováno ve větší míře než u tepelných reaktorů. Navíc zde není možné odebírat teplo pomocí vody (voda je moderátor), takže se musí používat jiná chladiva: obvykle se jedná o tekuté kovy a slitiny, z velmi exotických variant, jako je rtuť (takové chladivo bylo používáno např. první americký experimentální reaktor Clementine) nebo slitiny olova a bismutu (používané v některých reaktorech pro ponorky- zejména sovětské čluny projektu 705) na kapalný sodík (nejběžnější možnost v průmyslových energetických reaktorech). Reaktory pracující podle tohoto schématu se nazývají reaktory s rychlými neutrony. Myšlenku takového reaktoru navrhl v roce 1942 Enrico Fermi. Nejhorlivější zájem o toto schéma samozřejmě projevila armáda: rychlé reaktory během provozu produkují nejen energii, ale také plutonium pro jaderné zbraně. Z tohoto důvodu se reaktorům rychlých neutronů říká také množivé (z anglického chovatel - producent).

Co je v něm

Aktivní zóna rychlého neutronového reaktoru je strukturována jako cibule ve vrstvách. 370 palivových souborů tvoří tři zóny s různým obohacením uranu-235 - 17, 21 a 26 % (zpočátku byly pouze dvě zóny, ale pro vyrovnání uvolňování energie byly vyrobeny tři). Jsou obklopeny bočními clonami (přikrývkami) nebo chovnými zónami, kde jsou umístěny soubory obsahující ochuzený nebo přírodní uran, sestávající převážně z izotopu 238. Na koncích palivových tyčí nad a pod jádrem jsou také tablety ochuzeného uran, který tvoří koncová síta (reprodukce zón). Reaktor BN-600 je multiplikátor (množitel), to znamená, že na 100 jader uranu-235 rozdělených v aktivní zóně vznikne 120-140 jader plutonia v bočních a koncových obrazovkách, což umožňuje rozšířenou reprodukci jaderného paliva. . Palivové soubory (FA) jsou souborem palivových článků (palivových tyčí) sestavených v jednom pouzdře - speciální ocelové trubky plněné peletami oxidu uranu s různým obohacením. Aby se palivové tyče nedostaly do vzájemného kontaktu a chladicí kapalina mezi nimi mohla cirkulovat, je na trubky navinut tenký drát. Sodík vstupuje do palivového souboru spodními škrticími otvory a vystupuje okny v horní části. Ve spodní části palivového souboru je stopka, která je zasunuta do objímky komutátoru, nahoře je hlavová část, za kterou je sestava zachycena při přetížení. Palivové kazety různého obohacení mají různá montážní místa, takže je jednoduše nemožné nainstalovat sestavu na špatné místo. K řízení reaktoru je použito 19 kompenzačních tyčí obsahujících bor (absorbér neutronů) pro kompenzaci vyhoření paliva, 2 automatické regulační tyče (pro udržení daného výkonu) a 6 tyčí aktivní ochrany. Vzhledem k tomu, že vlastní neutronové pozadí uranu je nízké, je pro řízené spouštění reaktoru (a řízení na nízkých výkonových úrovních) použito „osvětlení“ – zdroj fotoneutronů (gama zářič plus berylium).

Kličkování historie

Je zajímavé, že historie světové jaderné energetiky začala právě rychlým neutronovým reaktorem. 20. prosince 1951 byl v Idahu spuštěn první reaktor na světě s rychlými neutrony EBR-I (Experimental Breeder Reactor) s elektrickým výkonem pouhých 0,2 MW. Později, v roce 1963, byla u Detroitu spuštěna jaderná elektrárna s rychlým neutronovým reaktorem Fermi - již o výkonu asi 100 MW (v roce 1966 došlo k vážné havárii s roztavením části aktivní zóny, ale bez následků pro životní prostředí nebo lidé).

V SSSR se tomuto tématu věnuje od konce 40. let 20. století Alexander Leypunsky, pod jehož vedením byly v Obninském institutu fyziky a energetiky (FEI) vyvinuty základy teorie rychlých reaktorů a postaveno několik experimentálních stanovišť, které umožnil studovat fyziku procesu. Výsledkem výzkumu bylo, že v roce 1972 byla uvedena do provozu první sovětská jaderná elektrárna s rychlými neutrony ve městě Ševčenko (nyní Aktau, Kazachstán) s reaktorem BN-350 (původně označený BN-250). Vyráběla nejen elektřinu, ale také využívala teplo k odsolování vody. Brzy byla spuštěna francouzská jaderná elektrárna s rychlým reaktorem Phenix (1973) a britská s PFR (1974), obě o výkonu 250 MW.

V 70. letech však začaly jaderné energetice dominovat reaktory s tepelnými neutrony. Bylo to způsobeno různými důvody. Například to, že rychlé reaktory mohou produkovat plutonium, což může vést k porušení zákona o nešíření jaderných zbraní. Nejspíše však bylo hlavním faktorem to, že tepelné reaktory byly jednodušší a levnější, jejich konstrukce byla vyvinuta na vojenských reaktorech pro ponorky a uran samotný byl velmi levný. Průmyslové reaktory s rychlými neutrony, které byly uvedeny do provozu po roce 1980 po celém světě, lze spočítat na prstech jedné ruky: jsou to Superphenix (Francie, 1985-1997), Monju (Japonsko, 1994-1995) a BN-600 (Belojarsk). JE, 1980), která je v současnosti jediným provozovaným průmyslovým energetickým reaktorem na světě.

Vracejí se

V současnosti se však pozornost odborníků i veřejnosti opět soustředí na jaderné elektrárny s rychlými neutronovými reaktory. Podle odhadů Mezinárodní agentury pro atomovou energii (MAAE) z roku 2005 je celkový objem prokázaných zásob uranu, jehož náklady na těžbu nepřesahují 130 USD za kilogram, přibližně 4,7 milionu tun. Podle odhadů MAAE tyto zásoby vydrží na 85 let (na základě poptávky po uranu pro výrobu elektřiny na úrovni roku 2004). Obsah izotopu 235, který se „spaluje“ v tepelných reaktorech, v přírodním uranu je pouze 0,72 %, zbytek je uran-238, pro tepelné reaktory „nepoužitelný“. Pokud však přejdeme na použití rychlých neutronových reaktorů schopných „spálit“ uran-238, tytéž zásoby vydrží na více než 2500 let!

Montážní dílna reaktoru, kde se z jednotlivých dílů montují jednotlivé díly reaktoru metodou SKD

Reaktory s rychlými neutrony navíc umožňují realizovat uzavřený palivový cyklus (v současné době není implementován v BN-600). Protože se „spaluje“ pouze uran-238, po zpracování (odstranění štěpných produktů a přidání nových částí uranu-238) lze palivo znovu naložit do reaktoru. A protože cyklus uran-plutonium produkuje více plutonia, než se rozpadá, lze přebytečné palivo použít pro nové reaktory.

Restartujte naslepo

Na rozdíl od tepelných reaktorů jsou v reaktoru BN-600 soubory umístěny pod vrstvou kapalného sodíku, takže odstranění použitých souborů a instalace čerstvých na jejich místo (tento proces se nazývá překládka) probíhá ve zcela uzavřeném režimu. V horní části reaktoru jsou velké a malé rotační zátky (excentrické vůči sobě, to znamená, že jejich osy rotace se neshodují). Na malé otočné zátce je namontován sloup s ovládacími a ochrannými systémy a také přetěžovací mechanismus s kleštinovým chapadlem. Otočný mechanismus je vybaven „hydraulickým těsněním“ ze speciální nízkotavitelné slitiny. V normálním stavu je pevný, ale pro restart je zahřátý na bod tání, zatímco reaktor zůstává zcela utěsněný, takže úniky radioaktivních plynů jsou prakticky vyloučeny. Proces opětovného načítání ukončí mnoho kroků. Nejprve je chapadlo přivedeno k jedné ze sestav umístěných ve skladu použitých sestav uvnitř reaktoru, vyjme se a přenese do vykládacího výtahu. Poté je zvednut do přepravního boxu a umístěn do bubnu vyhořelých montážních celků, odkud po vyčištění párou (od sodíku) vstupuje do bazénu vyhořelého paliva. V další fázi mechanismus odebere jednu ze sestav aktivní zóny a přesune ji do úložiště v reaktoru. Poté se potřebný vyjme z čerstvého montážního bubnu (ve kterém jsou předinstalované palivové soubory dodané z výroby) a namontuje se do čerstvého montážního elevátoru, který jej dodává do překládacího mechanismu. Poslední stadium— instalace palivových souborů do prázdné buňky. Současně jsou z bezpečnostních důvodů kladena určitá omezení na činnost mechanismu: například nelze současně uvolnit dva sousední články, navíc při přetížení musí být všechny ovládací a ochranné tyče v aktivní zóně. Proces překládky jedné sestavy trvá až hodinu, překládka třetiny AZ (asi 120 palivových souborů) trvá přibližně týden (ve třech směnách), tento postup se provádí každou mikrokampaň (160 efektivních dnů, počítáno na plný Napájení). Pravda, nyní se zvýšilo vyhoření paliva a přetížená je pouze čtvrtina aktivní zóny (cca 90 palivových souborů). V tomto případě operátor nemá přímý zrak zpětná vazba, a je veden pouze indikátory snímačů úhlu natočení sloupu a chapadel (přesnost polohování - méně než 0,01 stupně), vytahovací a instalační síly.

Proces restartu zahrnuje mnoho fází, provádí se pomocí speciálního mechanismu a připomíná hru „15“. Konečným cílem je dostat čerstvé sestavy z odpovídajícího bubnu do požadované štěrbiny a použité do vlastního bubnu, odkud po vyčištění párou (od sodíku) padnou do chladicího bazénu.

Hladké pouze na papíře

"V reaktorech s rychlými neutrony je tepelné a radiační zatížení mnohem vyšší než v tepelných reaktorech," vysvětluje Michail Bakanov, hlavní inženýr Bělojarské JE, PM. „To vede k potřebě použít speciální konstrukční materiály pro reaktorovou nádobu a vnitřní systémy reaktoru. Palivová tyč a palivové články nejsou vyrobeny ze slitin zirkonia jako u tepelných reaktorů, ale ze speciálních legovaných chromových ocelí, které jsou méně náchylné k radiačnímu „bobtnání“, na druhou stranu například nádoba reaktoru nepodléhá zatížení spojené s vnitřním tlakem - je jen mírně nad atmosférickým."

„Problémy byly skutečně stejné,“ dodává Nikolaj Oshkanov, ředitel Bělojarské JE, „ale byly řešeny u nás a ve Francii různými způsoby. Když se například hlava jedné z montáží ve Phenix ohnula, aby ji mohla uchopit a vyložit, francouzští specialisté vyvinuli složitý a poměrně drahý systém pro „vidět“ přes vrstvu sodíku, a když jsme měli stejný problém, jeden Naši inženýři navrhli použít videokameru umístěnou v jednoduché konstrukci jako potápěčský zvon - trubka otevřená na dně s argonem vháněným shora, když byla tavenina sodíku vytlačena, operátoři byli schopni zachytit mechanismus a ohnutá sestava byly úspěšně odstraněny."

Rychlá budoucnost

„O technologii rychlých reaktorů by ve světě nebyl takový zájem, kdyby nebylo úspěšného dlouhodobého provozu našeho BN-600,“ říká Nikolaj Oshkanov „Rozvoj jaderné energetiky je podle mého názoru především spojen s sériová výroba a provoz rychlých reaktorů. Jen ty umožňují zapojit veškerý přírodní uran do palivového cyklu a zvýšit tak účinnost a také desetinásobně snížit množství radioaktivního odpadu. V tomto případě bude budoucnost jaderné energie skutečně jasná.“

Ve městě Zarechny. JE Belojarsk byla původně navržena jako experimentální stanice. Jak se ale ukázalo, experiment byl úspěšný. BNPP je výkonná stanice, která bude v blízké budoucnosti rozšířena.

Historie vzniku jaderné elektrárny Belojarsk

Bělojarská JE byla poprvé uvedena do provozu v roce 1964. Byl postaven na území městského zařízení zvaného „Zarechny City“, které se nachází 38 km od Jekatěrinburgu ( Sverdlovská oblast). Donedávna bylo město Zarechny považováno za uzavřenou oblast.

Pro potřeby jaderné elektrárny byla uměle vytvořena nádrž Belojarsk. Tento chladicí rybník byl vytvořen z koryta řeky Pyshma.

Bělojarská JE se nachází v blízkosti sverdlovské pobočky Výzkumného a projektového ústavu, která se zabývá experimentální technologií.

Na území jaderné elektrárny jsou tři energetické bloky - AMB-100, AMB-200 a BN-600. Energetická jednotka typu AMB neboli „Atom Mirnyj Bolšoj“ o výkonu 100 MW byla poprvé uvedena do energetického systému v roce 1964. Pohonná jednotka AMB o výkonu 200 MW byla uvedena do provozu v roce 1967. První dva reaktory elektrárny fungovaly 17, respektive 21 let a byly odstaveny z důvodu nedodržení bezpečnostních předpisů.

Jediným reaktorem, který funguje dodnes, je blok BN-600. Dokumentace pro tento reaktor byla vypracována již v roce 1963, ale do provozu byl uveden až v roce 1980.

Blokovat "rychlé neutrony"

Reaktor BN (Fast Neutrons) je experimentální technologie v jaderném průmyslu. Ve fyzice se takovému reaktoru říká také šlechtitel z anglické slovo plemeno, což v překladu znamená „množit se“. Bloky typu BN jsou schopné produkovat plutonium.

BN-600 je jediný provozovaný průmyslový reaktor na světě. Všechny podobné modely byly v mnoha zemích vyřazeny z provozu dlouho před datem jejich expirace. Toto rozhodnutí je z technických a ekonomických důvodů.

Funkční princip BN-600

Reaktor typu BN využívá chladivo tekutého kovu. Sodík se používá v prvním a druhém okruhu. Třetí okruh reaktoru je parovodní s mezipřehřevem sodíkových par.

Hlavním rysem množivého reaktoru je jeho vysoká produktivita. V procesu jaderného štěpení rychlými neutrony je o 20-27 % vyšší výtěžek sekundárních neutronů než v tepelných reaktorech.

Energetická jednotka BNPP 4

Na území JE Bělojarsk byl postaven nový reaktor BN-800 se sodíkovým chladivem za cenu 135 miliard rublů. Výkon této pohonné jednotky je 880 MW. V současné době probíhají přípravné práce na jeho spuštění, které bylo plánováno na rok 2014. Ale kvůli problémům s dodávkami ventilů z Ukrajiny bylo spuštění bloku odloženo na červenec 2015.

Historie projektu

Projekt výstavby byl stanoven programem rozvoje jaderné energetiky Ruská Federace pro roky 1993-2005. Program stanovil hlavní strategie a rozvojové cíle energetický komplex země a vylepšení stávajících jaderných elektráren. Jedna ze strategií počítala s vytvořením a uvedením 4. bloku JE Bělojarsk do provozu v příštím desetiletí.

Projekt BN-800 pro BNPP byl vyvinut již v roce 1983. Od té doby byl revidován ještě dvakrát. Poprvé v roce 1987 po nehodě u jaderná elektrárna v Černobylu a podruhé - po přijetí nových bezpečnostních předpisů v roce 1993.

Návrh reaktoru prošel všemi zkouškami a kontrolami. V roce 1994 prošel BN-800 nezávislou zkouškou Sverdlovské komise. Výsledky všech kontrol byly pozitivní. A již v roce 1997 byla vydána licence od Gosatomnadzoru Ruské federace k instalaci reaktoru.

Reaktor BN-800 podle projektu umožňuje nejen využití energetického plutonia, ale také zpracování plutonia pro zbraně. Jednotka také umožňuje využívat izotopy aktinidů z ozářeného paliva z palivových neutronových reaktorů.

Vlastnosti BN-800

BN-800 je považován za bezpečnou instalaci. Je vybaven přídavným systémem nouzové ochrany. Funguje na bázi pasivních prvků, které se aktivují při zvýšení teploty.

Konstrukce reaktoru také splňuje všechny ekologické požadavky. Dokumentace tak počítá se snižováním spotřeby atmosférického kyslíku a organického paliva, odstraňováním produktů štěpení jaderných materiálů a dalších radioaktivních odpadů.

Kromě toho bude pohonná jednotka BN-800 v budoucnu sloužit jako základ pro testování nových projektů pro zlepšení výkonu a zvýšení bezpečnosti. Uvedení jednotky do provozu má velký význam pro další vývoj energetických technologií Ruska.

BNPP v naší době

Dnes je Bělojarsk 2. jadernou elektrárnou v Rusku po sibiřské a jedinou v zemi, pokud jde o přítomnost různých typů reaktorů na stejném území.

Objem elektřiny vyrobené stanicí je asi 10 % z celkového objemu energetického systému Sverdlovsk.

V současné době je v provozu pouze jeden reaktor, ale stavba BN-800 se blíží ke konci. Vláda začala zvažovat možnost výstavby 5. energetického bloku o výkonu 1200 MW.

Bělojarská JE, jejíž fotografie je uvedena níže, opakovaně vyhrála každoroční soutěž a získala titul nejlepší jaderné elektrárny v Ruské federaci.

Nehody a vážné poruchy v BNPP

V letech 1964 až 1979 často docházelo k destrukci spojení jádra v první energetické jednotce. A v roce 1978 začala hořet druhá pohonná jednotka. Zdrojem požáru byla podlahová deska strojovny, která spadla na olejovou nádrž turbogenerátoru. Oheň poškodil ovládací kabel, což způsobilo, že se reaktor vymkl kontrole.

V roce 1987 došlo k havárii reaktoru BN-600. Vlivem překročení přípustné teploty v AZ došlo k porušení těsnosti palivových článků. V důsledku toho došlo k silnému uvolnění radioaktivity.

V roce 1992 byla v důsledku personální chyby zaplavena místnost, ve které byly obsluhovány sklady kapalných radioaktivních odpadů. Voda se dostala pod terén skladu a odtékala drenážním systémem podzemních vod do chladícího jezírka.

V témže roce objevila speciální expedice v oblasti BNPP velké koncentrace radioaktivních látek. Po určitém výzkumu a analýze bylo rozhodnuto zvýšit pásmo hygienické ochrany elektrárny z 8 na 30 km.

V roce 1993 Bělojarská JE nějakou dobu nefungovala. Provoz stanice byl přerušen z důvodu úniku chladiva do pomocného systému. V jaderné elektrárně došlo také k menšímu požáru.

Stanici zachvátil požár také v roce 1994, kdy při opravách unikal neradioaktivní sodík. Požár trval, dokud veškerý uvolněný sodík nevyhořel.

V roce 1999 se opěrné ložisko přehřálo, což způsobilo, že začalo kouřit. Nouzový systém ale zafungoval včas a generátory se automaticky vypnuly. Tímto způsobem bylo možné ochránit turbínu před požárem.

V roce 2000 byla JE Belojarsk vypnuta kvůli havárii v systému Sverdlovenergo. Kvůli chybě personálu zůstala stanice bez proudu. O několik sekund později se reaktor BN-600 automaticky vypnul. Takové zastavení stanice bylo doprovázeno vypouštěním páry. Bělojarská JE nefungovala 9 minut. Nehoda byla tak nebezpečná, že mohla skončit i katastrofou srovnatelnou s Černobylem.

V roce 2007 udeřil blesk do portálu trolejového vedení. V důsledku toho byla vypnuta jedna elektrocentrála elektrárny.

V roce 2008 došlo k poruše v řídicím systému jednoho z oběhových čerpadel. To vedlo ke snížení výkonu o 30 %. Aby se odstranila porušení, systém automaticky vypnul „smyčku“, kterou chladicí kapalina cirkulovala.