نیروگاه های نوترونی سریع در واقع عملیاتی هستند. بلویارسک NPP: حقایق جالب و اطلاعات کلی (عکس). بائز در زمان ما

قدیمی ترین مجله انرژی آمریکایی "POWER" یکی از تاثیرگذارترین و معتبرترین مجله های بین المللی است انتشارات حرفه ایدر این زمینه، "جوایز قدرت" خود را برای سال 2016 به پروژه چهارمین واحد نیروگاه هسته‌ای بلویارسک روسیه (شعبه کنسرن Rosenergoatom، Zarechny، منطقه Sverdlovsk) اعطا کرد. راکتور منحصر به فردبر روی نوترون های سریع BN-800، که تعدادی از فناوری های لازم برای توسعه را آزمایش خواهد کرد انرژی هسته ای. این را خبرگزاری ریانووستی گزارش داده است.

یادآوری می کنیم که اخیراً یکی از بدترین رویدادها در NPP بلویارسک رخ داده است. رویدادهای مهمسال در صنعت برق هسته ای روسیه - واحد نیرو شماره 4 (BN-800) به موقع به بهره برداری تجاری رسید. این دستور در 31 اکتبر 2016 توسط مدیر کل Rosenergoatom Concern آندری پتروف بر اساس مجوز دریافت شده از شرکت دولتی Rosatom امضا شد.

همانطور که در وب سایت مجله ذکر شد، واحد نیرو با راکتور BN-800 در رده "بهترین نیروگاه ها" برنده شد. تفاوت آن با نامزدی دیگر جایزه "نیروگاه سال" در این است که دومی فرض می کند که نیروگاه هسته ای ظرف یک تا دو سال قبل از جایزه به بهره برداری تجاری می رسد. به نوبه خود، در نامزدی "بهترین ایستگاه ها" امیدوار کننده ترین و پروژه های نوآورانهکه نشان دهنده بردار توسعه کل صنعت است.

هنگام تعیین برنده، ما توانایی استفاده از یک واحد انرژی هسته ای را برای حل مجموعه ای از مشکلات، به ویژه، تولید و بازیافت انرژی در نظر گرفتیم. زباله رادیواکتیو. هیئت منصفه همچنین به اهمیت ویژه راکتور BN-800 در اجرای رویکرد روسیه برای بستن چرخه سوخت هسته ای اشاره کرد.

این اولین بار نیست که پروژه های هسته ای روسیه در ایالات متحده به رسمیت شناخته می شوند. واحد اول تکمیل شده نیروگاه اتمی ایران بوشهر و واحد شماره 1 نیروگاه اتمی کودانکولام هند، پیش از این بر اساس یکی دیگر از مجله های معتبر آمریکایی Power Engineering، پروژه های سال 2014 نامگذاری شده بودند. این نیروگاه ها از راکتورهای نوترونی حرارتی روسیه VVER-1000 بهره می برند.

دستاورد بزرگ برای روسیه

راکتورهای نوترونی سریع برای اجرای برنامه های بلندپروازانه روسیه در زمینه انرژی هسته ای از اهمیت بالایی برخوردار هستند. ساخت موفقیت‌آمیز، گنجاندن در شبکه و آزمایش اولین راکتور BN-800 کشور در NPP بلویارسک یک دستاورد بزرگ در مسیر درست است.

- یادداشت های مجله

واحد شماره 4 نیروگاه بلویارسک با راکتور نوترونی سریع با مایع خنک کننده فلزی سدیم BN-800 (از "سدیم سریع") با ظرفیت الکتریکی نصب شده 880 مگاوات روز سه شنبه به بهره برداری تجاری رسید. این راکتور قدرتمندترین راکتور نوترونی سریع در جهان است.

کارشناسان این رویداد را نه تنها برای روسیه، بلکه برای انرژی هسته ای جهانی نیز تاریخی خواندند. کارشناسان تاکید می‌کنند که تجربه در طراحی، ساخت، راه‌اندازی و بهره‌برداری از راکتورهای سریع نوترونی که دانشمندان هسته‌ای روسی در BN-800 به دست خواهند آورد، برای توسعه این منطقه از انرژی هسته‌ای در روسیه ضروری است.

رهبری شناخته شده

رآکتورهای نوترونی سریع دارای مزایای بزرگی برای توسعه انرژی هسته ای هستند و از بسته شدن چرخه سوخت هسته ای (NFC) اطمینان می دهند. در یک چرخه بسته سوخت هسته ای، به دلیل استفاده کامل از مواد خام اورانیوم در راکتورهای تولید کننده سریع نوترون (پرورش دهنده ها)، پایه سوختی انرژی هسته ای به میزان قابل توجهی افزایش می یابد و همچنین می توان حجم زباله های رادیواکتیو را به میزان قابل توجهی کاهش داد. به "سوختن" رادیونوکلئیدهای خطرناک. همانطور که کارشناسان خاطرنشان می کنند، روسیه در فناوری ساخت رآکتورهای "سریع" رتبه اول را در جهان دارد.

اتحاد جماهیر شوروی در ساخت و بهره برداری از راکتورهای قدرت "سریع" در مقیاس صنعتی پیشرو بود. اولین واحد از این دست در جهان با راکتور BN-350 با ظرفیت الکتریکی نصب شده 350 مگاوات در سال 1973 در سواحل شرقی دریای خزر در شهر شوچنکو (اکتائو، قزاقستان کنونی) راه اندازی شد. بخشی از نیروی حرارتی راکتور برای تولید برق و بقیه برای نمک زدایی آب دریا استفاده می شد. این واحد نیرو تا سال 1998 کار می کرد - پنج سال بیشتر از عمر طراحی آن. تجربه ایجاد و راه اندازی این تاسیسات درک و حل بسیاری از مشکلات در زمینه راکتورهای نوع BN را ممکن ساخت.

از سال 1980، سومین واحد نیروگاه ایستگاه با راکتور BN-600 با ظرفیت الکتریکی نصب شده 600 مگاوات در NPP بلویارسک کار می کند. این واحد نه تنها برق تولید می کند، بلکه به عنوان یک پایگاه منحصر به فرد برای آزمایش مواد ساختاری جدید و سوخت هسته ای عمل می کند.

تاریخچه BN-800

در سال 1983، تصمیم به ساخت چهار واحد هسته ای با راکتور BN-800 در اتحاد جماهیر شوروی گرفته شد - یک واحد در NPP بلویارسک و سه واحد در NPP جدید اورال جنوبی. اما پس از چرنوبیل، صنعت انرژی هسته ای شوروی شروع به رکود کرد و ساخت راکتورهای جدید، از جمله راکتورهای "سریع" متوقف شد. و پس از فروپاشی اتحاد جماهیر شوروی، وضعیت حتی بدتر شد.

چندین بار تلاش برای از سرگیری ساخت حداقل یک واحد BN-800 انجام شد، اما در اواسط دهه 2000 مشخص شد که توانایی های صنعت هسته ای به تنهایی ممکن است برای این کار کافی نباشد. و در اینجا نقش تعیین کننده را حمایت رهبری کشور ایفا کرد که تصویب کرد برنامه جدیدتوسعه انرژی هسته ای در روسیه همچنین مکانی برای BN-800 در واحد چهارم نیروگاه بلویارسک وجود داشت.

تکمیل بلوک آسان نبود. برای نهایی کردن پروژه با در نظر گرفتن بهبودهایی که هدف آن افزایش کارایی و ایمنی آن، بسیج واقعی علمی، طراحی و سازمان های طراحیصنعت هسته ای کارهای دشواری نیز با سازندگان تجهیزات روبرو بود که مجبور بودند نه تنها فناوری های مورد استفاده برای ایجاد تجهیزات راکتور BN-600 را بازیابی کنند، بلکه بر فناوری های جدید نیز مسلط شوند.

و با این حال واحد نیرو ساخته شد. در فوریه 2014، بارگیری سوخت هسته ای در راکتور BN-800 آغاز شد. این راکتور در ژوئن همان سال راه اندازی شد. سپس طراحی مجموعه های سوخت باید مدرن می شد و در پایان ژوئیه 2015 راکتور BN-800 دوباره راه اندازی شد و متخصصان شروع به افزایش تدریجی قدرت آن به سطح لازم برای شروع تولید برق کردند. در 10 دسامبر 2015، این واحد به شبکه متصل شد و اولین جریان خود را به سیستم برق روسیه رساند.

واحد BN-800 باید به یک نمونه اولیه از واحدهای قدرت تجاری قدرتمندتر BN-1200 تبدیل شود، تصمیم در مورد امکان سنجی ساخت که بر اساس تجربه عملیاتی BN-800 اتخاذ خواهد شد. همچنین قرار است واحد اصلی BN-1200 در نیروگاه بلویارسک ساخته شود.

به گزارش سرویس مطبوعاتی روس اتم، راکتور نوترونی سریع روسی منحصر به فرد که در نیروگاه هسته ای بلویارسک کار می کند، به توان 880 مگاوات رسیده است.

این راکتور در واحد نیروگاه شماره 4 نیروگاه برق بلویارسک کار می کند و در حال حاضر تحت آزمایشات معمول تجهیزات تولید قرار دارد. مطابق با برنامه آزمایشی، واحد قدرت تضمین می کند که توان الکتریکی در حداقل 880 مگاوات به مدت 8 ساعت حفظ می شود.

توان راکتور به صورت مرحله‌ای افزایش می‌یابد تا در نهایت بر اساس نتایج آزمایش، گواهینامه در سطح توان طراحی 885 مگاوات دریافت کند. بر این لحظهاین راکتور دارای گواهینامه قدرت 874 مگاوات است.

بیاد آوریم که نیروگاه بلویارسک دو راکتور نوترونی سریع را راه اندازی می کند. از سال 1980، راکتور BN-600 در اینجا کار می کند - برای مدت طولانی تنها راکتور از این نوع در جهان بود. اما در سال 2015، پرتاب مرحله‌ای دومین راکتور BN-800 آغاز شد.

چرا اینقدر مهم و مورد توجه است واقعه تاریخیبرای صنعت هسته ای جهانی؟

راکتورهای نوترونی سریع امکان اجرای چرخه سوخت بسته را فراهم می کند (در حال حاضر در BN-600 اجرا نمی شود). از آنجایی که فقط اورانیوم 238 "سوخته" می شود، پس از پردازش (حذف محصولات شکافت و افزودن بخش های جدید اورانیوم 238)، سوخت می تواند دوباره در راکتور بارگیری شود. و از آنجایی که چرخه اورانیوم-پلوتونیوم بیشتر از فروپاشی پلوتونیوم تولید می کند، سوخت اضافی را می توان برای راکتورهای جدید استفاده کرد.

علاوه بر این، از این روش می توان برای پردازش پلوتونیوم مازاد با درجه تسلیحات و همچنین پلوتونیوم و اکتینیدهای جزئی (نپتونیم، آمریکیوم، کوریم) استخراج شده از سوخت مصرف شده از راکتورهای حرارتی معمولی استفاده کرد (اکتینیدهای جزئی در حال حاضر بخش بسیار خطرناکی از زباله های رادیواکتیو را نشان می دهند). . در عین حال، میزان زباله های رادیواکتیو در مقایسه با راکتورهای حرارتی بیش از بیست برابر کاهش می یابد.

چرا راکتورهای نوترونی سریع علیرغم تمام مزایایی که دارند، فراگیر نشده اند؟ این در درجه اول به دلیل ویژگی های طراحی آنها است. همانطور که در بالا ذکر شد، آب نمی تواند به عنوان خنک کننده استفاده شود، زیرا یک تعدیل کننده نوترون است. بنابراین، راکتورهای سریع عمدتاً از فلزات در حالت مایع استفاده می کنند - از آلیاژهای عجیب و غریب سرب-بیسموت گرفته تا سدیم مایع (متداول ترین گزینه برای نیروگاه های هسته ای).

"PM" توضیح می دهد: "در راکتورهای نوترونی سریع، بارهای حرارتی و تشعشعی بسیار بیشتر از راکتورهای حرارتی است." مهندس ارشدبلویارسک NPP میخائیل باکانوف. - این امر منجر به نیاز به استفاده از مواد ساختاری ویژه برای مخزن رآکتور و سیستم های درون رآکتور می شود. محفظه میله‌های سوخت و مجموعه‌های سوخت از آلیاژهای زیرکونیوم مانند راکتورهای حرارتی ساخته نمی‌شوند، بلکه از فولادهای کروم آلیاژی ویژه‌ای ساخته شده‌اند که کمتر در معرض "تورم" تشعشع هستند. از طرف دیگر، برای مثال، کشتی راکتور تحت بارهای مرتبط با فشار داخلی قرار نمی گیرد - فقط کمی بالاتر از فشار اتمسفر است.

به گفته میخائیل باکانوف، در سال های اول بهره برداری، مشکلات اصلی با تورم تشعشع و ترک خوردگی سوخت همراه بود. با این حال، این مشکلات به زودی حل شد، مواد جدیدی توسعه یافت - هم برای سوخت و هم برای محفظه میله های سوخت. اما حتی در حال حاضر، کمپین ها نه به دلیل سوختن سوخت (که در BN-600 به 11٪ می رسد)، بلکه به دلیل عمر منابع موادی که از آنها سوخت، میله های سوخت و مجموعه های سوخت ساخته شده اند، محدود می شوند. مشکلات عملیاتی بیشتر عمدتاً با نشت سدیم در مدار ثانویه مرتبط بود، یک فلز شیمیایی فعال و خطرناک برای آتش که به شدت در تماس با هوا و آب واکنش نشان می‌دهد: «فقط روسیه و فرانسه تجربه طولانی‌مدت در راه‌اندازی راکتورهای نوترونی سریع صنعتی دارند. . هم ما و هم متخصصان فرانسوی از همان ابتدا با مشکلات مشابهی مواجه بودیم. ما آنها را با موفقیت حل کردیم، از همان ابتدا ابزار ویژه ای برای نظارت بر تنگی مدارها، محلی سازی و سرکوب نشت سدیم ارائه کردیم. اما معلوم شد که پروژه فرانسه برای چنین مشکلاتی آمادگی کمتری دارد، در نتیجه راکتور Phenix در نهایت در سال 2009 تعطیل شد.

نیکولای اوشکانوف، مدیر نیروگاه برق بلویارسک، می‌افزاید: «مشکلات واقعاً یکسان بودند، اما در اینجا و در فرانسه حل شدند. راه های مختلف. به عنوان مثال، هنگامی که سر یکی از مجموعه های Phenix خم شد تا آن را بگیرد و تخلیه کند، متخصصان فرانسوی یک سیستم پیچیده و نسبتاً گران قیمت را برای "دیدن" از طریق یک لایه سدیم ایجاد کردند. و هنگامی که ما با همین مشکل مواجه شدیم، یکی از مهندسان ما استفاده از دوربین فیلمبرداری را پیشنهاد کرد ساده ترین طراحینوع زنگ غواصی، - لوله باز شده در پایین با دمیدن آرگون از بالا. هنگامی که مذاب سدیم خارج شد، اپراتورها توانستند مکانیسم را از طریق پیوند ویدیویی درگیر کنند و مجموعه خم شده با موفقیت حذف شد.

منطقه فعال یک راکتور سریع نوترونی مانند یک پیاز در لایه ها قرار گرفته است

370 مجموعه سوخت سه منطقه با غنی سازی متفاوت اورانیوم 235 - 17، 21 و 26٪ را تشکیل می دهند (در ابتدا فقط دو منطقه وجود داشت، اما برای یکسان سازی آزاد شدن انرژی، سه منطقه ساخته شد). آنها توسط صفحه های جانبی (پتو) احاطه شده اند، جایی که مجموعه های حاوی اورانیوم ضعیف شده یا طبیعی، که عمدتاً از ایزوتوپ 238 تشکیل شده است، در انتهای میله های سوخت در بالا و پایین هسته نیز وجود دارد اورانیوم، که صفحات انتهایی (تولید مناطق) را تشکیل می دهند.

مجموعه های سوخت (FA) مجموعه ای از عناصر سوخت (عناصر سوخت) هستند که در یک محفظه مونتاژ شده اند - لوله های فولادی ویژه پر شده با گلوله های اکسید اورانیوم با غنی سازی های مختلف. برای اطمینان از اینکه عناصر سوخت با یکدیگر تماس ندارند و مایع خنک کننده می تواند بین آنها گردش کند، سیم نازکی روی لوله ها پیچیده می شود. سدیم از طریق سوراخ های دریچه گاز پایین وارد مجموعه سوخت می شود و از پنجره های قسمت بالایی خارج می شود.

در پایین مجموعه سوخت یک ساقه وارد سوکت کموتاتور وجود دارد، در بالا یک قسمت سر وجود دارد که توسط آن مجموعه در هنگام اضافه بار گرفته می شود. مجموعه‌های سوخت غنی‌شده‌های مختلف مکان‌های نصب متفاوتی دارند، بنابراین نصب مجموعه در مکان نامناسب به سادگی غیرممکن است.

برای کنترل راکتور، 19 میله جبران کننده حاوی بور (یک جاذب نوترون) برای جبران سوختگی سوخت، 2 میله کنترل خودکار (برای حفظ توان معین) و 6 میله محافظ فعال استفاده می شود. از آنجایی که پس‌زمینه نوترونی خود اورانیوم کم است، برای راه‌اندازی کنترل‌شده راکتور (و کنترل در سطوح توان پایین) از یک "روشنایی" استفاده می‌شود - یک منبع فونوترون (گسترش کننده گاما به اضافه بریلیوم).

واحدهای نیرو با راکتورهای سریع نوترونی می توانند به طور قابل توجهی پایه سوخت انرژی هسته ای را گسترش دهند و با سازماندهی یک چرخه بسته سوخت هسته ای، زباله های رادیواکتیو را به حداقل برسانند. تنها تعداد کمی از کشورها دارای چنین فناوری هایی هستند و فدراسیون روسیه، به گفته کارشناسان، رهبر جهانی در این زمینه است.

راکتور BN-800 (از "سدیم سریع" با توان الکتریکی 880 مگاوات) یک راکتور نوترونی سریع صنعتی آزمایشی با خنک کننده فلز مایع، سدیم است. این باید به نمونه اولیه واحدهای قدرت تجاری و قدرتمندتر با راکتورهای BN-1200 تبدیل شود.

منابع

اخبار

1 آوریل 2020
بلویارسک NPP مجوز فعالیت BN-600 را برای پنج سال دیگر دریافت کرد
مجوز بهره برداری از واحد نیرو با راکتور BN-600 در نیروگاه بلویارسک تا سال 2025 تمدید شد.

28 مارس 2020
رئیس زارچنی و مدیر نیروگاه برق بلویارسک در مورد وضعیت ویروس کرونا به ساکنان سخنرانی کردند
آندری زاخارتسف، رئیس شهر زارچنی، منطقه Sverdlovsk، و مدیر نیروگاه بلویارسک، ایوان سیدوروف، در ارتباط با یک مورد ابتلا به ویروس کرونا که در این منطقه شناسایی شده است، یک پیام ویدئویی ضبط کردند.

NPP BELOYARSK

مکان: نزدیک زارچنی (منطقه Sverdlovsk)
نوع راکتور: AMB، BN-600، BN-800
تعداد واحدهای برق: 4 (در حال کار - 2)

نیروگاه بلویارسکآنها I. V. Kurchatova - اولین فرزند بزرگ قدرت هسته ایاتحاد جماهیر شوروی بلویارسک نیروگاه هسته ای تنها نیروگاه هسته ای روسیه است که واحدهای برق دارد انواع متفاوت.

حجم برق تولید شده توسط NPP بلویارسک حدود 16 درصد از کل حجم برق سیستم انرژی Sverdlovsk است.

این ایستگاه در سه مرحله ساخته شد: مرحله اول - واحدهای نیرو شماره 1 و شماره 2 با راکتور AMB، مرحله دوم - واحد نیرو شماره 3 با راکتور BN-600، مرحله سوم - واحد نیرو شماره. 4 با راکتور BN-800.

پس از 17 و 22 سال بهره برداری، واحدهای برق شماره 1 و شماره 2 به ترتیب در سال های 1981 و 1989 تعطیل شدند. استانداردهای بین المللی، مرحله اول از رده خارج شدن NPP.

در حال حاضر، بلویارسک NPP دو واحد نیرو - BN-600 و BN-800 را اداره می کند. اینها بزرگترین واحدهای نیرو در جهان با راکتورهای نوترونی سریع هستند. از نظر قابلیت اطمینان و ایمنی، راکتور سریع جزو بهترین هاست راکتورهای هسته ایصلح

امکان گسترش بیشتر نیروگاه بلویارسک با واحد نیروگاه شماره 5 با راکتور سریع با ظرفیت 1200 مگاوات، واحد تجاری اصلی نیروگاه ساخت سریال، در حال بررسی است.

بر اساس نتایج مسابقه سالانه، بلویارسک NPP در سال های 1994، 1995، 1997 و 2001. عنوان "بهترین NPP در روسیه" اعطا شد.

فاصله تا شهر ماهواره ای (زارچنی) – 3 کیلومتر؛ تا مرکز منطقه ای (اکاترینبورگ) - 45 کیلومتر.

واحدهای قدرت عملیاتی NPP BELOYARSK

شماره واحد برق	نوع راکتور	نصب شده است پاور، ام وات	تاریخ شروع
3	BN-600	600	08.04.1980
4	BN-800	885	10.12.2015
جمع ظرفیت نصب شده 1485 مگاوات

در 40 کیلومتری یکاترینبورگ، در میان زیباترین جنگل های اورال، شهر Zarechny قرار دارد. در سال 1964، اولین نیروگاه اتمی صنعتی شوروی، Beloyarskaya، در اینجا راه اندازی شد (با یک راکتور AMB-100 با ظرفیت 100 مگاوات). اکنون نیروگاه هسته‌ای بلویارسک تنها در جهان است که راکتور صنعتی سریع نوترونی BN-600 در آن کار می‌کند.

دیگ بخاری را تصور کنید که آب را تبخیر می کند و بخار حاصل از آن توربو ژنراتوری را می چرخاند که برق تولید می کند. به طور کلی یک نیروگاه هسته ای تقریباً به این صورت است. فقط "دیگ بخار" انرژی فروپاشی اتمی است. طراحی راکتورهای قدرت می تواند متفاوت باشد، اما با توجه به اصل عملکرد آنها را می توان به دو گروه - راکتورهای نوترونی حرارتی و راکتورهای نوترونی سریع تقسیم کرد.

اساس هر راکتوری شکافت هسته های سنگین تحت تأثیر نوترون ها است. درست است، تفاوت های قابل توجهی وجود دارد. در راکتورهای حرارتی، اورانیوم 235 تحت تأثیر نوترون‌های حرارتی کم انرژی شکافت می‌شود که باعث تولید قطعات شکافت و نوترون‌های جدید می‌شود. انرژی بالا(به اصطلاح نوترون های سریع). احتمال جذب نوترون حرارتی توسط هسته اورانیوم 235 (با شکافت بعدی) بسیار بیشتر از یک نوترون سریع است، بنابراین نوترون ها باید کند شوند. این کار با کمک تعدیل کننده ها انجام می شود - موادی که هنگام برخورد با هسته ها، نوترون ها انرژی خود را از دست می دهند. سوخت راکتورهای حرارتی معمولاً اورانیوم با غنای پایین است، گرافیت، آب سبک یا سنگین به عنوان تعدیل کننده و آب معمولی به عنوان خنک کننده استفاده می شود. اکثر نیروگاه های هسته ای فعال بر اساس یکی از این طرح ها ساخته می شوند.

نوترون های سریع تولید شده در نتیجه شکافت هسته ای اجباری را می توان بدون هیچ تعدیلی استفاده کرد. این طرح به شرح زیر است: نوترون های سریع تولید شده در طی شکافت هسته های اورانیوم-235 یا پلوتونیوم-239 توسط اورانیوم-238 جذب می شوند تا (پس از دو فروپاشی بتا) پلوتونیوم-239 تشکیل شود. علاوه بر این، از هر 100 هسته اورانیوم-235 یا پلوتونیوم-239 شکافته شده، 120-140 هسته پلوتونیوم-239 تشکیل می شود. درست است، از آنجایی که احتمال شکافت هسته ای توسط نوترون های سریع کمتر از نوترون های حرارتی است، سوخت باید به میزان بیشتری نسبت به راکتورهای حرارتی غنی شود. علاوه بر این، حذف گرما با استفاده از آب در اینجا غیرممکن است (آب یک تعدیل کننده است)، بنابراین باید از خنک کننده های دیگر استفاده کنید: معمولاً اینها فلزات و آلیاژهای مایع هستند، از گزینه های بسیار عجیب و غریب مانند جیوه (از چنین خنک کننده ای در اولین راکتور آزمایشی آمریکایی کلمنتین) یا آلیاژهای سرب بیسموت (که در برخی از راکتورها برای زیردریایی ها- به ویژه، قایق های شوروی پروژه 705) به سدیم مایع (متداول ترین گزینه در راکتورهای قدرت صنعتی). راکتورهایی که طبق این طرح کار می کنند راکتورهای نوترونی سریع نامیده می شوند. ایده چنین رآکتوری در سال 1942 توسط انریکو فرمی مطرح شد. البته ارتش بیشترین علاقه را به این طرح نشان داد: راکتورهای سریع در طول عملیات نه تنها انرژی، بلکه پلوتونیوم را برای سلاح های هسته ای نیز تولید می کنند. به همین دلیل به راکتورهای نوترونی سریع، پرورش دهنده (از انگلیسی breeder - producer) نیز می گویند.

آنچه درون اوست

منطقه فعال یک راکتور سریع نوترونی مانند یک پیاز، در لایه ها ساختار یافته است. 370 مجموعه سوخت سه منطقه با غنی سازی متفاوت اورانیوم 235 - 17، 21 و 26٪ را تشکیل می دهند (در ابتدا فقط دو منطقه وجود داشت، اما برای یکسان سازی آزاد شدن انرژی، سه منطقه ساخته شد). آنها توسط صفحه های جانبی (پتو) احاطه شده اند، جایی که مجموعه های حاوی اورانیوم ضعیف شده یا طبیعی، که عمدتاً از ایزوتوپ 238 تشکیل شده است، در انتهای میله های سوخت در بالا و پایین هسته نیز وجود دارد اورانیوم، که صفحات انتهایی (تولید مناطق) را تشکیل می دهند. راکتور BN-600 یک ضرب کننده (مولد کننده) است، یعنی برای 100 هسته اورانیوم-235 شکافته شده در هسته، 120-140 هسته پلوتونیوم در صفحه های جانبی و انتهایی تولید می شود که امکان بازتولید گسترده سوخت هسته ای را فراهم می کند. . مجموعه‌های سوخت (FA) مجموعه‌ای از عناصر سوخت (میله‌های سوخت) هستند که در یک محفظه مونتاژ شده‌اند - لوله‌های فولادی ویژه پر از گلوله‌های اکسید اورانیوم با غنی‌سازی‌های مختلف. برای اینکه میله های سوخت با یکدیگر تماس نداشته باشند و مایع خنک کننده بتواند بین آنها گردش کند، سیم نازکی روی لوله ها پیچیده می شود. سدیم از طریق سوراخ های دریچه گاز پایین وارد مجموعه سوخت می شود و از پنجره های قسمت بالایی خارج می شود. در پایین مجموعه سوخت یک ساقه وجود دارد که در سوکت کموتاتور قرار می گیرد، در قسمت بالا یک قسمت سر وجود دارد که توسط آن مجموعه در هنگام اضافه بار گرفته می شود. مجموعه‌های سوخت غنی‌شده‌های مختلف مکان‌های نصب متفاوتی دارند، بنابراین نصب مجموعه در مکان نامناسب به سادگی غیرممکن است. برای کنترل راکتور، 19 میله جبران کننده حاوی بور (یک جاذب نوترون) برای جبران سوختگی سوخت، 2 میله کنترل خودکار (برای حفظ توان معین) و 6 میله محافظ فعال استفاده می شود. از آنجایی که پس‌زمینه نوترونی خود اورانیوم کم است، برای راه‌اندازی کنترل‌شده راکتور (و کنترل در سطوح توان پایین) از یک "روشنایی" استفاده می‌شود - یک منبع فونوترون (گسترش کننده گاما به اضافه بریلیوم).

زیگزاگ های تاریخ

جالب است که تاریخ انرژی هسته ای جهان دقیقاً با راکتور سریع نوترونی آغاز شد. در 20 دسامبر 1951، اولین رآکتور قدرت نوترونی سریع جهان، EBR-I (راکتور پرورش دهنده تجربی)، با توان الکتریکی تنها 0.2 مگاوات، در آیداهو راه اندازی شد. بعداً، در سال 1963، یک نیروگاه هسته ای با راکتور نوترونی سریع فرمی در نزدیکی دیترویت راه اندازی شد - قبلاً با ظرفیت حدود 100 مگاوات (در سال 1966 یک حادثه جدی با ذوب بخشی از هسته رخ داد، اما بدون هیچ عواقبی برای محیطیا مردم).

در اتحاد جماهیر شوروی، از اواخر دهه 1940، الکساندر لیپونسکی روی این موضوع کار می کرد، که تحت رهبری او پایه های تئوری راکتورهای سریع در موسسه فیزیک و انرژی اوبنینسک (FEI) توسعه یافت و چندین غرفه آزمایشی ساخته شد که مطالعه فیزیک این فرآیند را ممکن کرد. در نتیجه تحقیقات، در سال 1972، اولین نیروگاه هسته‌ای نوترونی سریع شوروی در شهر شوچنکو (اکتائو، قزاقستان کنونی) با راکتور BN-350 (که در ابتدا BN-250 نام داشت) به بهره‌برداری رسید. نه تنها برق تولید می کرد، بلکه از گرما برای نمک زدایی آب نیز استفاده می کرد. به زودی نیروگاه اتمی فرانسه با راکتور سریع Phenix (1973) و نیروگاه بریتانیایی با PFR (1974) هر دو با ظرفیت 250 مگاوات راه اندازی شدند.

با این حال، در دهه 1970، راکتورهای نوترونی حرارتی شروع به تسلط بر صنعت انرژی هسته ای کردند. این به دلایل مختلف بود. به عنوان مثال، این واقعیت که راکتورهای سریع می توانند پلوتونیوم تولید کنند، به این معنی که این می تواند منجر به نقض قانون منع گسترش سلاح های هسته ای شود. با این حال، به احتمال زیاد عامل اصلی این بود که راکتورهای حرارتی ساده تر و ارزان تر بودند، طراحی آنها بر روی راکتورهای نظامی برای زیردریایی ها توسعه یافت و خود اورانیوم بسیار ارزان بود. رآکتورهای برق صنعتی سریع نوترونی که پس از سال 1980 در سرتاسر جهان راه اندازی شدند را می توان روی انگشتان یک دست شمارش کرد: اینها عبارتند از Superphenix (فرانسه، 1985-1997)، Monju (ژاپن، 1994-1995) و BN-600 (Beloyarsk). NPP، 1980) که در حال حاضر تنها راکتور برق صنعتی فعال در جهان است.

اونا برمیگردن

با این حال، در حال حاضر، توجه متخصصان و مردم دوباره به نیروگاه های هسته ای با راکتورهای نوترونی سریع معطوف شده است. طبق برآوردهای آژانس بین المللی انرژی اتمی در سال 2005، کل ذخایر اثبات شده اورانیوم که هزینه استخراج آن بیش از 130 دلار در هر کیلوگرم نیست، تقریباً 4.7 میلیون تن است. بر اساس برآوردهای آژانس بین المللی انرژی اتمی، این ذخایر به مدت 85 سال (بر اساس تقاضای اورانیوم برای تولید برق در سطح 2004) دوام خواهند داشت. محتوای ایزوتوپ 235، که در راکتورهای حرارتی "سوخته" می شود، در اورانیوم طبیعی تنها 0.72٪ است، بقیه اورانیوم 238 است، "بی فایده" برای راکتورهای حرارتی. با این حال، اگر ما به استفاده از راکتورهای نوترونی سریع با قابلیت «سوزاندن» اورانیوم 238 روی بیاوریم، همین ذخایر بیش از 2500 سال دوام خواهند داشت!

کارگاه مونتاژ راکتور، که در آن بخش‌های جداگانه راکتور با استفاده از روش SKD از قطعات جداگانه مونتاژ می‌شوند.

علاوه بر این، راکتورهای نوترونی سریع، اجرای چرخه سوخت بسته را ممکن می‌سازد (در حال حاضر در BN-600 اجرا نمی‌شود). از آنجایی که فقط اورانیوم 238 "سوخته" می شود، پس از پردازش (حذف محصولات شکافت و افزودن بخش های جدید اورانیوم 238)، سوخت می تواند دوباره در راکتور بارگیری شود. و از آنجایی که چرخه اورانیوم-پلوتونیوم بیشتر از فروپاشی پلوتونیوم تولید می کند، سوخت اضافی را می توان برای راکتورهای جدید استفاده کرد.

کورکورانه راه اندازی مجدد

برخلاف راکتورهای حرارتی، در راکتور BN-600 مجموعه ها در زیر لایه ای از سدیم مایع قرار دارند، بنابراین حذف مجموعه های مصرف شده و نصب قطعات تازه در جای خود (به این فرآیند بارگذاری مجدد گفته می شود) در حالت کاملا بسته اتفاق می افتد. در قسمت بالایی راکتور، شاخه های چرخشی بزرگ و کوچک (غیر مرکزی نسبت به یکدیگر، یعنی محورهای چرخش آنها منطبق نیستند) وجود دارد. یک ستون با سیستم های کنترل و حفاظت، و همچنین یک مکانیسم اضافه بار با یک گیره از نوع کولت، روی یک دوشاخه کوچک دوار نصب شده است. مکانیزم دوار مجهز به یک "مهربند هیدرولیک" ساخته شده از آلیاژ مخصوص کم ذوب است. در حالت عادی خود جامد است، اما برای راه اندازی مجدد تا نقطه ذوب گرم می شود، در حالی که راکتور کاملاً مهر و موم می ماند، به طوری که انتشار گازهای رادیواکتیو عملاً حذف می شود. فرآیند بارگذاری مجدد بسیاری از مراحل را خاموش می کند. ابتدا گیره را به یکی از مجموعه های واقع در انباره مجموعه های مصرف شده داخل راکتور آورده، آن را خارج کرده و به آسانسور تخلیه منتقل می کند. سپس داخل جعبه انتقال بلند می شود و در درام مجموعه های مصرف شده قرار می گیرد و از آنجا پس از تمیز شدن با بخار (از سدیم) وارد استخر سوخت مصرف شده می شود. در مرحله بعدی، مکانیزم یکی از مجموعه‌های هسته را جدا می‌کند و آن را به تأسیسات ذخیره‌سازی درون راکتور منتقل می‌کند. پس از این، مورد مورد نیاز از درام مونتاژ تازه (که مجموعه های سوختی که از کارخانه آمده اند از قبل نصب شده اند) خارج می شود و در آسانسور مونتاژ تازه نصب می شود که آن را به مکانیسم بارگیری مجدد می رساند. مرحله نهایی- نصب مجموعه های سوخت در یک سلول خالی. در عین حال، محدودیت های خاصی برای عملکرد مکانیسم به دلایل ایمنی اعمال می شود: به عنوان مثال، آزاد کردن دو سلول مجاور به طور همزمان غیرممکن است، علاوه بر این، در هنگام اضافه بار، تمام میله های کنترل و حفاظت باید در منطقه فعال باشند. فرآیند بارگیری مجدد یک مجموعه تا یک ساعت طول می کشد، بارگیری مجدد یک سوم هسته (حدود 120 مجموعه سوخت) حدود یک هفته (در سه شیفت) طول می کشد، این روش در هر کمپین کوچک (160 روز موثر، محاسبه شده کامل) انجام می شود. قدرت). درست است، اکنون سوخت سوخت افزایش یافته است و تنها یک چهارم هسته بارگذاری شده است (تقریباً 90 مجموعه سوخت). در این حالت اپراتور بصری مستقیم ندارد بازخورد، و فقط توسط نشانگرهای سنسورها و گیره های زاویه چرخش ستون (دقت موقعیت یابی - کمتر از 0.01 درجه)، نیروهای استخراج و نصب هدایت می شود.

فرآیند راه اندازی مجدد شامل مراحل بسیاری است، با استفاده از یک مکانیسم خاص انجام می شود و شبیه یک بازی "15" است. هدف نهایی این است که مجموعه های تازه از درام مربوطه به شکاف مورد نظر، و قطعات مصرف شده به درام خود وارد شوند، از آنجا پس از تمیز شدن با بخار (از سدیم)، به حوضچه خنک کننده می افتند.

صاف فقط روی کاغذ

میخائیل باکانوف، مهندس ارشد نیروگاه بلویارسک، به PM توضیح می دهد: "در راکتورهای نوترونی سریع، بارهای حرارتی و تشعشعی بسیار بیشتر از راکتورهای حرارتی است." این امر منجر به نیاز به استفاده از مواد ساختاری ویژه برای کشتی راکتور و سیستم های درون رآکتور می شود. میله سوخت و مجموعه های سوخت مانند راکتورهای حرارتی از آلیاژهای زیرکونیوم ساخته نمی شوند، بلکه از فولادهای کروم آلیاژی خاص ساخته شده اند که کمتر در معرض تشعشعات "تورم" هستند بارهای مرتبط با فشار داخلی - فقط کمی بالاتر از اتمسفر است."

نیکلای اوشکانوف، مدیر نیروگاه برق بلویارسک، می‌افزاید: «مشکلات واقعاً یکسان بود، اما آنها در اینجا و در فرانسه به روش‌های مختلف حل شدند. به عنوان مثال، هنگامی که رئیس یکی از مجموعه ها در Phenix خم شد تا آن را بگیرد و تخلیه کند، متخصصان فرانسوی یک سیستم پیچیده و نسبتاً گران قیمت برای "دیدن" از طریق یک لایه سدیم ایجاد کردند و زمانی که ما با همان مشکل روبرو شدیم، یکی مهندسان ما استفاده از یک دوربین ویدئویی را پیشنهاد کردند که در یک ساختار ساده مانند یک زنگ غواصی قرار داده شده بود - یک لوله باز در پایین با آرگون دمیده شده از بالا وقتی مذاب سدیم جابجا شد، اپراتورها با استفاده از ارتباطات ویدئویی توانستند تصویربرداری کنند مکانیسم، و مجموعه خم شده با موفقیت برداشته شد.

آینده سریع

نیکولای اوشکانوف می گوید: «اگر عملکرد طولانی مدت موفق BN-600 ما نبود، چنین علاقه ای به فناوری راکتور سریع در جهان وجود نداشت با تولید سریالو بهره برداری از راکتورهای سریع. فقط آنها امکان درگیر کردن تمام اورانیوم طبیعی را در چرخه سوخت و در نتیجه افزایش راندمان و همچنین کاهش دهها بار زباله های رادیواکتیو فراهم می کنند. در این صورت، آینده انرژی هسته ای واقعاً روشن خواهد بود.»

در شهر Zarechny. بلویارسک NPP در ابتدا به عنوان یک ایستگاه آزمایشی طراحی شد. اما همانطور که معلوم شد، آزمایش موفقیت آمیز بود. BNPP یک ایستگاه قدرتمند است که در آینده نزدیک توسعه خواهد یافت.

تاریخچه ایجاد نیروگاه هسته ای بلویارسک

نیروگاه بلویارسک برای اولین بار در سال 1964 به بهره برداری رسید. این در قلمرو یک تأسیسات شهری به نام "شهر زارچنی" ساخته شده است که در 38 کیلومتری یکاترینبورگ قرار دارد. منطقه Sverdlovsk). تا همین اواخر، شهر زارچنی یک منطقه بسته محسوب می شد.

برای نیازهای نیروگاه هسته ای، مخزن بلویارسک به طور مصنوعی ایجاد شد. این برکه خنک کننده از بستر رودخانه پیشما به وجود آمده است.

NPP Beloyarsk در نزدیکی شعبه Sverdlovsk موسسه تحقیقات و طراحی قرار دارد که با فناوری تجربی سروکار دارد.

سه واحد نیرو در قلمرو نیروگاه هسته ای وجود دارد - AMB-100، AMB-200 و BN-600. واحد برق نوع AMB یا "Atom Mirny Bolshoi" با ظرفیت 100 مگاوات برای اولین بار در سال 1964 وارد سیستم انرژی شد. واحد برق AMB با ظرفیت 200 مگاوات در سال 1967 به بهره برداری رسید. دو راکتور اول نیروگاه به ترتیب 17 و 21 سال کار کردند و به دلیل عدم رعایت مقررات ایمنی تعطیل شدند.

تنها رآکتوری که امروزه همچنان فعال است واحد BN-600 است. مستندات این راکتور در سال 1963 توسعه یافت، اما تنها در سال 1980 به بهره برداری رسید.

مسدود کردن "نوترون های سریع"

راکتور BN (نوترون های سریع) یک فناوری آزمایشی در صنعت هسته ای است. در فیزیک، به چنین رآکتوری، پرورش دهنده از نیز گفته می شود کلمه انگلیسینژاد، که به "تکثیر" ترجمه شده است. بلوک های نوع BN قادر به تولید پلوتونیوم هستند.

BN-600 تنها رآکتور صنعتی فعال در جهان است. تمام مدل های مشابه در بسیاری از کشورها مدت ها قبل از تاریخ انقضا از خدمت خارج شدند. این تصمیم به دلایل فنی و اقتصادی است.

اصل عملیات BN-600

راکتور نوع BN از خنک کننده فلزی مایع استفاده می کند. در مدارهای اول و دوم از سدیم استفاده می شود. مدار سوم راکتور، بخار آب با گرمایش متوسط بخار سدیم است.

ویژگی اصلی راکتور پرورش دهنده بهره وری بالای آن است. در فرآیند شکافت هسته ای توسط نوترون های سریع، 20 تا 27 درصد بازده نوترون های ثانویه بیشتر از راکتورهای حرارتی است.

واحد برق BNPP 4

یک راکتور جدید BN-800 با خنک کننده سدیم در قلمرو NPP بلویارسک با هزینه 135 میلیارد روبل ساخته شد. ظرفیت این نیروگاه 880 مگاوات می باشد. در حال حاضر کارهای مقدماتی برای راه اندازی آن در حال انجام است که برای سال 2014 برنامه ریزی شده بود. اما به دلیل مشکلات تامین شیرآلات از اوکراین، راه اندازی واحد به جولای 2015 موکول شد.

تاریخچه پروژه

پروژه ساخت و ساز توسط برنامه توسعه انرژی هسته ای تنظیم شد فدراسیون روسیهبرای 1993-2005. این برنامه استراتژی های اصلی و اهداف توسعه را تعیین کرد مجتمع انرژیکشورها و بهبود نیروگاه های هسته ای موجود. یکی از استراتژی های ارائه شده برای ایجاد و راه اندازی واحد 4 از بلویارسک NPP در دهه آینده.

پروژه BN-800 برای BNPP در سال 1983 توسعه یافت. از آن زمان تاکنون دو بار دیگر مورد بازنگری قرار گرفته است. برای اولین بار در سال 1987 پس از حادثه در نیروگاه هسته ایدر چرنوبیل، و بار دوم - پس از تصویب مقررات ایمنی جدید در سال 1993.

طراحی راکتور تمام بررسی ها و بررسی ها را پشت سر گذاشته است. در سال 1994، BN-800 یک آزمون مستقل از کمیسیون Sverdlovsk را گذراند. نتایج همه بررسی ها مثبت بود. و قبلاً در سال 1997 مجوزی از Gosatomnadzor فدراسیون روسیه برای نصب راکتور صادر شد.

طبق این پروژه، راکتور BN-800 نه تنها امکان استفاده از پلوتونیوم با درجه انرژی، بلکه پردازش پلوتونیوم با درجه سلاح را نیز فراهم می کند. این واحد همچنین امکان استفاده از ایزوتوپ‌های اکتینید را از سوخت تابیده شده از راکتورهای نوترونی سوختی فراهم می‌کند.

ویژگی های BN-800

BN-800 یک نصب ایمن در نظر گرفته می شود. مجهز به سیستم حفاظت اضطراری اضافی است. این بر اساس عناصر غیرفعال کار می کند که با افزایش دما فعال می شوند.

همچنین، طراحی راکتور تمام الزامات زیست محیطی را برآورده می کند. بنابراین، اسناد کاهش مصرف اکسیژن اتمسفر و سوخت آلی، دفع محصولات شکافت مواد هسته ای و سایر زباله های رادیواکتیو را فراهم می کند.

علاوه بر این، واحد برق BN-800 در آینده به عنوان پایه ای برای آزمایش پروژه های جدید برای بهبود عملکرد و بهبود ایمنی عمل خواهد کرد. راه اندازی واحد از اهمیت بالایی برخوردار است پیشرفتهای بعدیفناوری های انرژی روسیه

BNPP در زمان ما

امروزه بلویارسک دومین نیروگاه اتمی روسیه پس از سیبری و تنها در کشور از نظر وجود انواع مختلف راکتورها در یک قلمرو است.

حجم برق تولید شده توسط ایستگاه حدود 10 درصد از حجم کل سیستم انرژی Sverdlovsk است.

در حال حاضر تنها یک راکتور در حال کار است، اما ساخت BN-800 در حال تکمیل است. دولت شروع به بررسی امکان ساخت واحد پنجم برق با ظرفیت 1200 مگاوات کرد.

NPP بلویارسک که عکس آن در زیر آورده شده است بارها در رقابت سالانه برنده شده و عنوان بهترین نیروگاه هسته ای فدراسیون روسیه را دریافت کرده است.

حوادث و نقص های جدی در BNPP

از سال 1964 تا 1979، تخریب اتصالات هسته در اولین واحد قدرت اغلب رخ می دهد. و در سال 1978 دومین واحد برق آتش گرفت. منبع آتش سوزی دال کف اتاق توربین بود که روی مخزن روغن توربوژنراتور سقوط کرد. این آتش سوزی به کابل کنترل آسیب رساند و باعث شد راکتور از کنترل خارج شود.

در سال 1987، یک حادثه در راکتور BN-600 رخ داد. به دلیل بیش از حد دمای مجاز در هسته، سفتی عناصر سوخت شکسته شد. در نتیجه، انتشار شدید رادیواکتیویته وجود داشت.

در سال 1992، به دلیل خطای پرسنل، اتاقی که در آن تأسیسات نگهداری زباله های رادیواکتیو مایع سرویس دهی می شد، دچار آب گرفتگی شد. آب به زیر خاک تاسیسات ذخیره سازی رفت و از طریق سیستم زهکشی آب های زیرزمینی به حوضچه خنک کننده سرازیر شد.

در همان سال، یک اکسپدیشن ویژه غلظت زیادی از مواد رادیواکتیو را در منطقه BNPP کشف کرد. پس از بررسی و تجزیه و تحلیل، تصمیم بر این شد که محدوده حفاظتی بهداشتی نیروگاه از 8 کیلومتر به 30 کیلومتر افزایش یابد.

در سال 1993، نیروگاه بلویارسک برای مدتی کار نکرد. عملیات ایستگاه به دلیل نشت مایع خنک کننده به سیستم کمکی قطع شد. همچنین آتش سوزی جزئی در نیروگاه هسته ای رخ داد.

این ایستگاه همچنین در سال 1994 آتش گرفت، زمانی که سدیم غیر رادیواکتیو در حین تعمیرات نشت کرد. آتش تا زمانی ادامه داشت که تمام سدیم آزاد شده سوخت.

در سال 1999، یاتاقان تکیه گاه بیش از حد گرم شد و باعث شروع به کشیدن سیگار شد. اما سیستم اضطراری به موقع کار کرد و ژنراتورها به طور خودکار خاموش شدند. به این ترتیب امکان محافظت از توربین در برابر آتش وجود داشت.

در سال 2000، NPP Beloyarsk به دلیل تصادف در سیستم Sverdlovenergo خاموش شد. به دلیل خطای پرسنل، ایستگاه بدون برق رها شد. چند ثانیه بعد، راکتور BN-600 به طور خودکار خاموش شد. چنین توقف ایستگاه با انتشار بخار همراه بود. نیروگاه بلویارسک به مدت 9 دقیقه کار نکرد. این حادثه به قدری خطرناک بود که حتی ممکن است به فاجعه ای مشابه با چرنوبیل ختم شود.

در سال 2007، صاعقه به پورتال خط هوایی برخورد کرد. در نتیجه یک مولد برق نیروگاه خاموش شد.

در سال 2008، نقصی در سیستم کنترل یکی از پمپ های گردشی رخ داد. این باعث کاهش 30 درصدی قدرت شد. برای از بین بردن تخلفات، سیستم به طور خودکار "حلقه" را که از طریق آن مایع خنک کننده گردش می کرد خاموش کرد.