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AES bn. 스테이션 및 프로젝트. Beloyarsk 원자력 발전소 건설의 역사

예카테린부르크에서 40km 떨어진 가장 아름다운 우랄 숲 한가운데에 자레치니(Zarechny) 마을이 있습니다. 1964년에 소련 최초의 산업용 원자력 발전소인 벨로야르스카야(Beloyarskaya)가 이곳에서 가동되었습니다(100MW 용량의 AMB-100 원자로 포함). 이제 Beloyarsk NPP는 산업용 고속 중성자 발전로인 BN-600이 운영되는 세계 유일의 원전으로 남아 있습니다.

물을 증발시키는 보일러와 그 결과 생성된 증기가 전기를 생산하는 터보 발전기를 회전시키는 것을 상상해 보십시오. 이것은 대략적으로 원자력 발전소가 작동하는 방식입니다. "보일러"만이 원자 붕괴 에너지입니다. 동력로의 설계는 다를 수 있지만 작동 원리에 따라 열 중성자 원자로와 고속 중성자 원자로의 두 그룹으로 나눌 수 있습니다.

모든 원자로의 기본은 중성자의 영향으로 무거운 핵이 분열하는 것입니다. 사실, 상당한 차이가 있습니다. 열 원자로에서 우라늄-235는 저에너지 열 중성자의 영향으로 핵분열되고, 이로 인해 핵분열 파편과 새로운 중성자가 생성됩니다. 고 에너지(소위 고속 중성자). 열중성자가 우라늄-235 핵에 흡수될 확률(이후 핵분열)은 빠른 핵보다 훨씬 높으므로 중성자의 속도를 늦춰야 합니다. 이는 핵과 충돌할 때 중성자가 에너지를 잃는 물질인 감속재의 도움으로 이루어집니다. 열 원자로의 연료는 일반적으로 저농축 우라늄, 흑연, 경수 또는 중수가 감속재로 사용되며 일반 물은 냉각수로 사용됩니다. 대부분의 운영 중인 원자력 발전소는 이러한 계획 중 하나에 따라 건설됩니다.

강제 핵분열로 인해 생성된 고속 중성자는 어떠한 감속 없이도 사용될 수 있습니다. 계획은 다음과 같습니다: 우라늄-235 또는 플루토늄-239 핵의 핵분열 중에 생성된 고속 중성자는 우라늄-238에 흡수되어 (두 번의 베타 붕괴 후) 플루토늄-239를 형성합니다. 더욱이, 100개의 핵분열된 우라늄-235 또는 플루토늄-239 핵마다 120-140개의 플루토늄-239 핵이 형성됩니다. 사실, 빠른 중성자에 의한 핵분열 확률은 열적 중성자보다 낮기 때문에 연료는 열 원자로보다 더 많이 농축되어야 합니다. 또한 여기서는 물을 사용하여 열을 제거하는 것이 불가능하므로(물은 감속재임) 다른 냉각수를 사용해야 합니다. 일반적으로 이들은 수은과 같은 매우 이국적인 옵션의 액체 금속 및 합금입니다(이러한 냉각수는 미국 최초의 실험용 원자로 Clementine) 또는 납-비스무트 합금(일부 원자로에서 다음 용도로 사용됨) 잠수함- 특히 프로젝트 705의 소련 보트)를 액체 나트륨(산업용 전력 원자로에서 가장 일반적인 옵션)으로 전환합니다. 이 방식에 따라 작동하는 원자로를 고속 중성자 원자로라고 합니다. 그러한 원자로에 대한 아이디어는 1942년 엔리코 페르미(Enrico Fermi)에 의해 제안되었습니다. 물론 군대는 이 계획에 가장 열렬한 관심을 보였습니다. 고속 원자로는 작동 중에 에너지뿐만 아니라 핵무기용 플루토늄도 생산합니다. 이러한 이유로 고속 중성자 원자로는 육종가(영국 육종가-생산자)라고도 불립니다.

그 안에 무엇이 들어있나

고속 중성자로의 활성 영역은 양파처럼 여러 층으로 구성되어 있습니다. 370개의 연료 집합체는 우라늄-235의 농도가 17, 21, 26%로 서로 다른 3개의 구역을 형성합니다(처음에는 2개의 구역만 있었지만 에너지 방출을 균등화하기 위해 3개가 만들어졌습니다). 이들은 주로 238 동위원소로 구성된 고갈 우라늄 또는 천연 우라늄을 포함하는 집합체가 핵 위와 아래 연료봉 끝에 위치한 측면 스크린(담요) 또는 번식 구역으로 둘러싸여 있습니다. 최종 화면(영역 재생산)을 형성하는 우라늄. BN-600 원자로는 승산기(증식기) 즉, 노심에서 100개의 우라늄-235 핵이 분할되면 측면과 끝 스크린에서 120~140개의 플루토늄 핵이 생성되어 핵연료의 확장 재생산이 가능해진다. . 연료 집합체(FA)는 하나의 하우징에 조립된 일련의 연료 요소(연료봉)입니다. 특수 강철 튜브는 다양한 농축이 포함된 산화우라늄 펠릿으로 채워져 있습니다. 연료봉이 서로 접촉하지 않고 연료봉 사이에 냉각수가 순환할 수 있도록 튜브에 얇은 와이어가 감겨져 있습니다. 나트륨은 하부 조절 구멍을 통해 연료 집합체로 들어가고 상부의 창문을 통해 빠져나갑니다. 연료 집합체의 바닥에는 정류자 소켓에 삽입되는 생크가 있고, 상단에는 과부하 중에 집합체를 잡는 헤드 부분이 있습니다. 농축도가 다른 연료 집합체는 장착 위치가 다르기 때문에 집합체를 잘못된 위치에 설치하는 것은 불가능합니다. 원자로 제어에는 연료 연소를 보상하기 위한 붕소(중성자 흡수체)가 포함된 보상봉 19개, 주어진 전력을 유지하기 위한 자동 제어봉 2개, 능동보호봉 6개가 사용된다. 우라늄 자체의 중성자 배경이 낮기 때문에 원자로의 시동 제어(및 저전력 수준 제어)를 위해 광중성자 소스(감마 방사체 + 베릴륨)인 "조명"이 사용됩니다.

역사의 지그재그

흥미로운 것은 세계의 역사가 원자력 에너지고속 중성자로에서 정확하게 시작되었습니다. 1951년 12월 20일, 전력이 0.2MW에 불과한 세계 최초의 고속 중성자 동력로 EBR-I(Experimental Breeder Reactor)가 아이다호에서 가동되었습니다. 나중에 1963년에 페르미 고속 중성자로를 갖춘 원자력 발전소가 디트로이트 근처에서 발사되었습니다. 이미 용량이 약 100MW에 달했습니다(1966년 그곳에서 사고가 발생했습니다). 심각한 사고코어의 일부가 녹아내리지만, 다음과 같은 결과는 발생하지 않습니다. 환경또는 사람).

소련에서는 1940년대 후반부터 알렉산더 레이펀스키(Alexander Leypunsky)가 이 주제에 대해 연구해 왔으며 그의 지도력 하에 오브닌스크 물리 에너지 연구소(FEI)에서 고속로 이론의 기초가 개발되었으며 여러 실험대가 건설되었습니다. 프로세스의 물리학을 연구하는 것이 가능해졌습니다. 연구 결과, 1972년 소련 최초의 고속 중성자 원자력 발전소가 셰브첸코(현재 카자흐스탄 악타우) 시에서 BN-350 원자로(원래 BN-250으로 지정됨)를 장착하여 가동에 들어갔습니다. 전기를 생산할 뿐만 아니라 열을 사용하여 물을 담수화하기도 했습니다. 곧 고속 원자로 Phenix(1973)를 갖춘 프랑스 원자력 발전소와 PFR(1974)을 갖춘 영국 원자력 발전소(모두 250MW 용량)가 가동되었습니다.

그러나 1970년대에는 열중성자로가 원자력 산업을 지배하기 시작했습니다. 이는 여러 가지 이유 때문이었습니다. 예를 들어, 고속 원자로가 플루토늄을 생산할 수 있다는 사실은 이것이 핵무기 확산 금지법 위반으로 이어질 수 있음을 의미합니다. 그러나 아마도 주요 요인은 열 원자로가 더 간단하고 저렴하다는 것, 그 설계는 잠수함용 군용 원자로로 개발되었으며 우라늄 자체가 매우 저렴했기 때문일 것입니다. 1980년 이후 전 세계에서 가동된 산업용 고속 중성자 발전로는 한 손에 꼽힐 정도입니다. Superphenix(프랑스, 1985~1997), Monju(일본, 1994~1995) 및 BN-600(Beloyarsk)이 있습니다. NPP, 1980) 현재 세계에서 유일하게 운영되고 있는 산업용 동력로이다.

그들은 돌아오고 있어요

그러나 현재 전문가와 대중의 관심은 다시 고속 중성자로를 갖춘 원자력 발전소에 쏠려 있습니다. 2005년 국제원자력기구(IAEA)가 추정한 바에 따르면, 추출 비용이 킬로그램당 130달러를 초과하지 않는 우라늄의 확인된 총 매장량은 대략 470만 톤에 이릅니다. IAEA 추정에 따르면 이러한 매장량은 85년 동안 지속될 것입니다(2004년 수준의 전력 생산을 위한 우라늄 수요를 기준으로 함). 열 원자로에서 "연소"되는 235 동위원소의 천연 우라늄 함량은 0.72%에 불과하고 나머지는 열 원자로에 "쓸모 없는" 우라늄-238입니다. 그러나 우라늄-238을 "연소"할 수 있는 고속 중성자로를 사용하도록 전환하면 동일한 매장량은 2500년 이상 지속될 것입니다!

SKD 방식을 사용하여 원자로의 개별 부품을 개별 부품으로 조립하는 원자로 조립 공장

더욱이 고속 중성자로를 사용하면 폐쇄형 연료주기를 구현할 수 있습니다(현재 BN-600에서는 구현되지 않음). 우라늄-238만이 "연소"되기 때문에 처리(핵분열 생성물을 제거하고 우라늄-238의 새로운 부분을 추가) 후에 연료를 원자로에 다시 장전할 수 있습니다. 그리고 우라늄-플루토늄 사이클은 붕괴되는 것보다 더 많은 플루토늄을 생성하기 때문에 잉여 연료는 새로운 원자로에 사용될 수 있습니다.

더욱이, 이 방법은 잉여 무기급 플루토늄뿐만 아니라 기존의 열 원자로에서 나온 사용후 연료에서 추출된 플루토늄 및 소수 악티늄화물(넵투늄, 아메리슘, 큐륨)을 처리하는 데 사용될 수 있습니다(미소 악티늄화물은 현재 방사성 폐기물의 매우 위험한 부분을 나타냅니다). . 동시에 열 원자로에 비해 방사성 폐기물의 양은 20배 이상 감소합니다.

맹목적으로 재부팅

열 원자로와 달리 BN-600 원자로에서는 어셈블리가 액체 나트륨 층 아래에 있으므로 사용한 어셈블리를 제거하고 그 자리에 새 어셈블리를 설치하는 작업(이 프로세스를 재장전이라고 함)은 완전히 닫힌 모드에서 발생합니다. 반응기의 상부에는 크고 작은 회전 플러그가 있습니다(서로 편심, 즉 회전 축이 일치하지 않음). 제어 및 보호 시스템이 있는 컬럼과 콜릿형 그리퍼가 있는 과부하 메커니즘이 소형 회전 플러그에 장착됩니다. 회전 메커니즘에는 특수 저융점 합금으로 만들어진 "유압 씰"이 장착되어 있습니다. 정상 상태에서는 고체이지만 재부팅하려면 녹는점까지 가열되고 원자로는 완전히 밀봉된 상태로 유지되므로 방사성 가스의 방출이 실질적으로 제거됩니다. 다시 로드 프로세스는 여러 단계를 종료합니다. 먼저 그리퍼를 원자로 내 사용이 완료된 조립품 보관소에 있는 조립품 중 하나로 가져와서 제거한 후 하역 엘리베이터로 옮깁니다. 그런 다음 이송 상자로 들어 올려 사용이 끝난 조립품 드럼에 넣습니다. 여기서 증기(나트륨)로 청소한 후 사용후 연료 풀로 들어갑니다. 다음 단계에서 메커니즘은 핵심 어셈블리 중 하나를 제거하여 원자로 내 저장 시설로 옮깁니다. 그 후, 필요한 것을 새 조립 드럼(공장에서 가져온 연료 집합체가 사전 설치되어 있음)에서 제거하고 새 조립 엘리베이터에 설치하여 재장전 메커니즘으로 전달합니다. 마지막 스테이지- 빈 셀에 연료 집합체 설치. 동시에 안전상의 이유로 메커니즘 작동에 특정 제한이 적용됩니다. 예를 들어 인접한 두 셀을 동시에 해제하는 것은 불가능합니다. 또한 과부하 중에는 모든 제어 및 보호 막대가 활성 영역에 있어야 합니다. 하나의 어셈블리를 재장전하는 과정은 최대 1시간이 걸리고, 코어의 1/3(약 120개 연료 어셈블리)을 재장전하는 데 약 1주일이 걸립니다(3교대로). 이 절차는 마이크로 캠페인마다 수행됩니다(160 유효일, 전체 계산). 힘). 사실, 이제 연료 소모량이 증가했으며 코어의 1/4만 과부하되었습니다(약 90개의 연료 어셈블리). 이 경우 운영자는 직접적인 시각을 갖지 않습니다. 피드백, 컬럼 회전 각도 센서 및 그리퍼의 표시기(위치 정확도 - 0.01도 미만), 추출 및 설치 힘에 의해서만 안내됩니다.

재부팅 프로세스는 여러 단계로 구성되며 특수 메커니즘을 사용하여 수행되며 "15" 게임과 유사합니다. 궁극적인 목표는 해당 드럼의 새 어셈블리를 원하는 슬롯으로 가져오고 사용한 어셈블리를 자체 드럼에 넣은 다음 증기(나트륨에서)로 청소한 후 냉각 풀에 넣는 것입니다.

종이에만 매끄럽게

모든 장점에도 불구하고 고속 중성자로가 널리 보급되지 않은 이유는 무엇입니까? 이는 주로 디자인의 특성 때문입니다. 위에서 언급했듯이 물은 중성자 감속재이므로 냉각제로 사용할 수 없습니다. 따라서 고속 원자로는 주로 이국적인 납-비스무트 합금부터 액체 나트륨(원자력 발전소의 가장 일반적인 옵션)에 이르기까지 액체 상태의 금속을 사용합니다.

"고속 중성자로에서는 열 및 방사선 부하가 열 원자로보다 훨씬 높습니다"라고 PM은 설명합니다. 수석 엔지니어 벨로야르스크 NPP미하일 바카노프. “이로 인해 원자로 용기와 원자로 내부 시스템에 특수 구조 재료를 사용해야 합니다. 연료봉과 연료 집합체의 하우징은 열 원자로에서와 같이 지르코늄 합금으로 만들어지지 않고 방사선 '팽창'에 덜 민감한 특수 합금 크롬강으로 만들어집니다. 반면에 원자로 용기는 그렇지 않습니다. 내부 압력과 관련된 하중을 받기 때문에 대기압보다 약간 높을 뿐입니다."

Mikhail Bakanov에 따르면, 운영 첫해에 주요 어려움은 방사선 팽창 및 연료 균열과 관련이 있었습니다. 그러나 이러한 문제는 곧 해결되었으며 연료 및 연료봉 하우징 모두에 대한 새로운 재료가 개발되었습니다. 그러나 지금도 캠페인은 연료 소진(BN-600의 경우 11%에 도달)이 아니라 연료, 연료봉 및 연료 집합체가 만들어지는 재료의 자원 수명에 의해 제한됩니다. 추가 운영 문제는 주로 공기 및 물과 접촉하면 격렬하게 반응하는 화학적으로 활성이고 화재 위험이 있는 금속인 2차 회로의 나트륨 누출과 관련이 있었습니다. “오직 러시아와 프랑스만이 산업용 고속 중성자 발전 원자로를 운영하는 데 장기적인 경험을 가지고 있습니다. . 우리와 프랑스 전문가 모두 처음부터 동일한 문제에 직면했습니다. 우리는 처음부터 회로의 견고성을 모니터링하고 나트륨 누출 위치를 파악하고 억제하기 위한 특별한 수단을 제공하여 이 문제를 성공적으로 해결했습니다. 그러나 프랑스 프로젝트는 그러한 문제에 대한 준비가 부족한 것으로 드러났고 그 결과 Phoenix 원자로는 2009년에 폐쇄되었습니다.”

Beloyarsk NPP의 책임자인 Nikolai Oshkanov는 "문제는 실제로 동일했습니다. 그러나 문제는 여기와 프랑스에서 해결되었습니다."라고 덧붙였습니다. 다른 방법들. 예를 들어, Phenix의 어셈블리 중 하나의 헤드가 그것을 잡아서 내리기 위해 몸을 구부렸을 때 프랑스 전문가들은 나트륨 층을 통해 "보는" 복잡하고 다소 비싼 시스템을 개발했습니다. 그리고 우리도 같은 문제에 직면했습니다. 우리 엔지니어 중 은 비디오 카메라 사용을 제안했습니다. 가장 심플한 디자인다이빙 벨의 일종 - 바닥이 열려 있고 위에서 아르곤이 불어오는 파이프입니다. 나트륨 용융물이 배출되자 작업자는 비디오 링크를 통해 메커니즘을 작동할 수 있었고 구부러진 어셈블리가 성공적으로 제거되었습니다.”

빠른 미래

Nikolai Oshkanov는 "BN-600의 성공적인 장기 운영이 아니었다면 세계에서 고속 원자로 기술에 대한 관심이 없었을 것입니다. "라고 Nikolai Oshkanov는 말합니다. ~와 함께 연속 생산그리고 고속로의 작동. 오직 이것만이 연료 주기에 모든 천연 우라늄을 포함시켜 효율성을 높이고 방사성 폐기물의 양을 수십 배 줄이는 것을 가능하게 합니다. 이 경우 원자력 에너지의 미래는 참으로 밝아질 것입니다.”

BN-800 고속 중성자로를 갖춘 Beloyarsk NPP의 최신 동력 장치 No.4가 적시에 상업 가동에 투입되었습니다.

이것은 가장 많은 것 중 하나입니다 중요한 사건들러시아 원자력 산업의 해를 맞아 Beloyarsk 원자력 발전소의 언론 서비스를 보고합니다.

이에 대한 명령은 Rosatom State Corporation으로부터 받은 허가를 바탕으로 Rosenergoatom Concern Andrey Petrov의 총책임자가 2016년 10월 31일에 서명했습니다. 이에 앞서 규제 기관인 Rostechnadzor는 필요한 모든 점검을 수행하고 도입된 시설의 준수 여부에 대한 결론을 발표했습니다. 프로젝트 문서, 기술 규정에너지 효율 요구 사항을 포함한 규정.

BN-800 원자로를 갖춘 Beloyarsk NPP의 4번 발전소는 국가 통합 에너지 시스템에 처음으로 포함되었으며 2015년 12월 10일에 전력 생산을 시작했습니다. 2016년에는 전력 개시 단계에서 점진적인 전력 발전이 이루어졌고, 이후 시범 운영 단계에서는 다양한 전력 수준과 다양한 운영 모드에서 장비 및 시스템에 대한 검사 및 테스트가 수행되었습니다.

테스트는 2016년 8월에 100% 전력 수준에서 15일간의 종합 테스트를 통해 종료되었으며, 그 동안 전력 장치는 설계 매개변수에 따라 정격 전력에서 편차 없이 부하를 안정적으로 전달할 수 있음을 확인했습니다.

벨로야르스크 원자력 발전소의 네 번째 발전소는 상업 운전에 들어갈 때까지 28억kWh 이상을 생산했습니다.

이는 보다 강력한 상용 동력 장치인 BN-1200의 프로토타입이 되어야 하며, BN-800의 작동 경험을 바탕으로 건설 타당성에 대한 결정이 내려질 것입니다. 또한 미래 원자력 산업 발전에 필요한 핵연료주기 폐쇄를 위한 다양한 기술도 시험할 예정이다.

전문가들이 지적했듯이 러시아는 "고속" 원자로 건설 기술 분야에서 세계 1위를 차지하고 있습니다.

따라서 러시아에는 운영중인 원자력 발전소가 하나 더 있습니다. 현재 10개 원전에서 총 35기의 원전이 가동되고 있다(시범운전 단계에 있는 NVNPP 6호기를 제외). 설치된 용량모든 전력 장치 중 27.127GW.

벨로야르스크 NPP(BNPP) 1964년 4월에 가동되었다. 국내 원전업계 최초이자 원자로를 갖춘 유일한 원전입니다. 다른 유형한 사이트에서. 열 중성자 원자로 AMB-100 및 AMB-200을 갖춘 Beloyarsk 원자력 발전소의 첫 번째 동력 장치는 피로로 인해 중단되었습니다. 세계 유일의 산업용 전력급 고속중성자로를 갖춘 발전장치인 BN-600이 가동 중이다. , BN-800도 2016년 10월 상업운전에 들어갔다.고속 중성자 원자력 발전소의 동력 장치는 원자력의 연료 기반을 크게 확장하고 최소화하도록 설계되었습니다. 방사성 폐기물폐쇄된 핵연료주기의 조직을 통해.

미국에서 가장 오래된 에너지 잡지인 "POWER"는 가장 영향력 있고 권위 있는 국제 잡지 중 하나입니다. 전문 출판물이 분야에서 독특한 고속 중성자로 BN-800을 갖춘 러시아 벨로야르스크 NPP(스베르들롭스크 지역 자레치니 Rosenergoatom Concern 분과)의 4번째 발전소 프로젝트에 2016년 "Power Awards"를 수여했습니다. 원자력 발전에 필요한 여러 기술을 처리하는 데 사용됩니다. 이것은 RIA Novosti 통신사에 의해 보도되었습니다.

최근 러시아 원자력 산업에서 올해 가장 중요한 행사 중 하나가 Beloyarsk NPP에서 열렸음을 상기시켜 드리고 싶습니다. 4호 발전소(BN-800)가 적시에 상업 가동에 들어갔습니다. 이에 대한 명령은 Rosatom State Corporation으로부터 받은 허가를 바탕으로 Rosenergoatom Concern Andrey Petrov의 총책임자가 2016년 10월 31일에 서명했습니다.

잡지 웹사이트에 언급된 바와 같이, BN-800 원자로를 갖춘 동력 장치는 "최고의 발전소" 부문에서 수상했습니다. 다른 수상 후보 '올해의 발전소'는 수상 전 1~2년 안에 원전이 상업 가동될 것으로 가정한다는 점에서 다르다. 차례로, "Best Stations"지명에서 가장 유망하고 혁신적인 프로젝트, 이는 전체 산업 발전의 벡터를 나타냅니다.

우승자를 결정할 때, 특히 에너지 생산 및 방사성 폐기물 처리와 같은 일련의 문제를 해결하기 위해 원자력 발전소를 사용할 가능성이 고려되었습니다. 심사위원단은 또한 핵연료주기를 폐쇄하기 위한 러시아의 접근방식을 이행하는 데 있어서 BN-800 원자로의 특별한 중요성을 지적했습니다.

러시아의 핵 프로젝트가 미국에서 인정을 받은 것은 이번이 처음이 아니다. 또 다른 권위 있는 미국 잡지 Power Engineering에 따르면 완공된 이란 Bushehr 원자력 발전소의 1호기와 인도 Kudankulam 원자력 발전소의 1호기는 이전에 2014년 프로젝트로 선정되었습니다. 이 동력 장치는 러시아 열 중성자 원자로 VVER-1000을 작동합니다.

러시아의 위대한 업적

“고속 중성자로는 러시아의 원자력 에너지 분야 야심찬 계획을 실행하는 데 가장 중요합니다. Beloyarsk NPP에서 국내 최초의 BN-800 원자로의 성공적인 건설, 네트워크 포함 및 테스트는 올바른 방향으로의 주요 성과입니다.”

- 잡지 노트.

전기 용량 880MW의 액체 금속 냉각제 나트륨 BN-800("고속 나트륨")을 갖춘 고속 중성자 원자로를 갖춘 Beloyarsk NPP 4호기가 화요일에 상업 가동에 들어갔습니다. 이는 세계에서 가장 강력하게 작동하는 고속 중성자로입니다.

전문가들은 이번 사건을 러시아뿐만 아니라 전 세계 원자력 에너지에 있어서도 역사적이라고 불렀습니다. 전문가들은 러시아 원자력 과학자들이 BN-800에서 얻게 될 고속 중성자 발전로의 설계, 건설, 시동 및 운영 경험이 러시아의 원자력 에너지 분야 개발에 필요할 것이라고 강조합니다.

인정받는 리더십

고속 중성자로는 핵연료주기(NFC)의 폐쇄를 보장하는 등 원자력 발전에 큰 이점을 갖는 것으로 간주됩니다. 폐쇄형 핵연료주기에서는 고속 중성자 증식로(증식기)에서 우라늄 원료를 충분히 사용함으로써 원자력 에너지의 연료 기반이 크게 증가할 것이며, 이로 인한 방사성 폐기물의 양도 크게 줄일 수 있을 것입니다. 위험한 방사성 핵종의 "소진". 전문가들이 지적했듯이 러시아는 "고속" 원자로 건설 기술 분야에서 세계 1위를 차지하고 있습니다.

소련은 산업 규모의 "고속" 동력로 건설 및 운영 분야의 선두주자였습니다. 설치된 전기 용량이 350메가와트인 BN-350 원자로를 갖춘 세계 최초의 이러한 장치는 셰브첸코(현재 카자흐스탄 악타우) 시의 카스피해 동부 해안에서 1973년에 발사되었습니다. 원자로 화력의 일부는 전기를 생산하는 데 사용되었고 나머지는 해수 담수화에 사용되었습니다. 이 동력 장치는 설계 수명보다 5년 더 긴 1998년까지 작동되었습니다. 이 설비를 제작하고 운영한 경험을 통해 BN형 원자로 분야의 많은 문제를 이해하고 해결할 수 있었습니다.

1980년부터 전기 용량이 600메가와트인 BN-600 원자로를 갖춘 발전소의 세 번째 동력 장치가 벨로야르스크 NPP에서 운영되고 있습니다. 이 장치는 전기를 생산할 뿐만 아니라 새로운 구조 재료와 핵연료를 테스트하기 위한 고유한 기지 역할을 합니다.

BN-800의 역사

1983년에 소련에서는 BN-800 원자로를 갖춘 4기의 원자로를 동시에 건설하기로 결정했습니다. 하나는 Beloyarsk NPP에, 3기는 New South Ural NPP에 건설되었습니다. 그러나 체르노빌 이후 소련의 원자력 산업은 정체되기 시작했고 "고속" 원자로를 포함한 새로운 원자로 건설이 중단되었습니다. 그리고 소련 붕괴 이후 상황은 BN 원자로 기술을 포함한 국내 원자력 기술 손실의 위협으로 더욱 악화되었습니다.

최소한 한 대 이상의 BN-800 원자로 건설을 재개하려는 시도가 여러 차례 이루어졌으나 2000년대 중반에 원자력 산업의 역량만으로는 이를 위한 충분하지 않을 수 있다는 것이 분명해졌습니다. 그리고 여기서 결정적인 역할은 국가 지도부의 지원에 의해 수행되었습니다. 새로운 프로그램러시아의 원자력 발전. Beloyarsk NPP의 네 번째 단위에는 BN-800을 위한 장소도 있었습니다.

블록을 완성하는 것은 쉽지 않았습니다. 효율성과 안전성을 높이는 것이 목적인 개선 사항을 고려하여 프로젝트를 마무리하기 위해 과학, 디자인 및 기술의 실제 동원이 이루어졌습니다. 디자인 조직원자력 산업. BN-600 원자로 장비를 만드는 데 사용된 기술을 복원하는 것뿐만 아니라 새로운 기술을 숙달해야 하는 장비 제조업체도 어려운 작업에 직면했습니다.

그럼에도 불구하고 동력 장치가 건설되었습니다. 2014년 2월 BN-800 원자로에 핵연료 장전이 시작됐다. 원자로는 같은 해 6월에 발사됐다. 그런 다음 연료 집합체의 설계를 현대화해야 했고, 2015년 7월 말에 BN-800 원자로가 재가동되었으며 전문가들은 점차적으로 전력 생산을 시작하는 데 필요한 수준까지 출력을 높이기 시작했습니다. 2015년 12월 10일에 이 장치는 네트워크에 연결되어 러시아 전력 시스템에 첫 번째 전류를 공급했습니다.

BN-800 유닛은 더욱 강력한 상용 전력 유닛인 BN-1200의 프로토타입이 되어야 하며, BN-800의 운용 경험을 토대로 제작 타당성에 대한 결정이 내려질 예정이다. BN-1200 헤드 유닛도 Beloyarsk NPP에 건설될 예정입니다.

Zarechny 시의 Beloyarsk 원자력 발전소에서는 새로운 발전소용 원자로 설치를 준비하고 있습니다. 현재 BNPP는 600MW(중부 우랄 지역에서 가장 강력한) 용량의 고속 중성자로를 갖춘 세계 유일의 발전 장치를 운영하고 있으며, 현재 더욱 강력한 새롭고 강력한 장치의 건설이 진행 중입니다. Nakanune.RU 특파원은 이 작업이 어떻게 진행되고 있는지 살펴보고 미래가 어떤 모습인지 알리고 보여줄 준비가 되어 있습니다. 원자로, 원자력 발전소에 건설 중 스베르들롭스크 지역, BNPP에서 사용되는 기술의 독특한 점.

원자력은 러시아 위기의 영향을 받지 않은 산업 중 하나로 밝혀졌습니다. 글쎄, 아니면 거의 건드리지 않았습니다. 국가 원자력 발전소의 전력 생산은 다른 지역에서 직면했던 많은 문제와 동일한 수준으로 유지될 것입니다. 또한, 이전에는 순환식으로 새로운 용량을 건설하는 것을 꺼렸던 건설업체들이 국가에서 건설 자금을 조달했기 때문에 서둘러 역으로 돌아갔습니다. 우리는 Beloyarsk NPP의 네 번째 발전소 BN-800 건설 현장 중 하나를 방문했습니다.

BNPP Nikolay Oshkanov 이사(그는 또한 대리인이기도 함) 일반 이사국내 10개의 원자력 발전소를 통합하는 OJSC Concern Energoatom)은 다음과 같이 지적합니다. "러시아의 원자력 발전소에는 위기가 없습니다. 어떤 위기 현상도 우리에게 영향을 미치지 않았으며 우리에게 영향을 미치지 않을 것입니다." 그러나 그는 에너지 소비 감소가 원자력 산업에도 영향을 미쳤다는 점을 인정했습니다. 우려되는 일부 발전소에서는 발전소가 예비 상태였지만 6월 1일에는 생산량이 100%에 도달했습니다.

BN-800 건설 작업은 BNPP에서 계속됩니다(이 프로젝트는 러시아 원자력 개발을 위한 연방 목표 프로그램의 틀 내에서 시행되고 있습니다). 현재 이 발전소는 산업용 고속 중성자로를 갖춘 세계 유일의 동력 장치인 BN-600을 운영하고 있습니다(이것은 BNPP의 세 번째 동력 장치이며 처음 두 개는 폐기 과정에 있습니다). Nikolai Oshkanov 자신은 "고속" 원자로 기술의 특별한 점을 다음과 같이 설명합니다.

"프로그램(원자력 개발을 위한 연방 목표 프로그램 - 참고)에서 BNPP는 다음과 같이 네 번째 발전소로 표시됩니다. 혁신적인 기술-이것은 전 세계가 돌진하는 새로운 단계이며 여기서 Beloyarsk NPP의 예를 사용하여 러시아가 리더로 판명되었습니다. 미국, 프랑스, 일본, 러시아, 영국 등 큰 국가, 즉 폭탄을 보유한 국가만이 이를 감당할 수 있습니다. 기술을 훔친 북한이 아니라 바로 이 방향을 발전시킬 수 있는 사람들입니다. "고속" 원자로가 만들어진 이유는 무엇입니까? "고속" 원자로에서 생산되는 플루토늄은 무기급 순수 플루토늄입니다."

BNPP에서는 연료를 평화적 목적으로 사용하며, 이 기술을 통해 국가의 연료에너지 기반을 확대하고 핵폐기물 발생량을 최소화할 수 있습니다.

모든 우라늄은 두 부분으로 나뉩니다. 0.7%는 원자로에 사용할 수 있는 것이고, 99.3%는 소위 "폐기물"이며 우리나라를 포함해 전 세계에 존재하는 원자로에 사용할 수 없습니다. "고속" 원자로는 고속 중성자의 영향으로 사용되지 않은 우라늄-238을 플루토늄-239로 변환합니다."라고 Nikolai Oshkanov는 설명합니다.

따라서 10톤의 플루토늄이 원자로에 장전된 후 12톤이 원자로에서 제거됩니다. 왜냐하면 플루토늄이 우라늄으로 "둘러싸여" 있었기 때문이라고 그는 지적합니다. 따라서 우라늄 "덤프"는 연료가 됩니다.

이 기술은 1980년부터 BN-600에 사용되었으며 BN-800은 고속 중성자로와 열중성자로 사이의 연료 "순환"을 보장하는 "폐쇄" 핵주기 문제를 해결하도록 설계되었습니다.

한편, 니콜라이 오시카노프(Nikolai Oshkanov)는 지난 금요일 기자회견에서 시운전 날짜가 2012년에서 2014년으로 옮겨지고 있음을 확인했습니다. 문제는 위기가 아니라 장비라고 그는 말합니다.

올해 장비 비용을 제외하고 시설 건설에 20억 루블이 사용되었습니다. “우리는 연방 목표 프로그램에서 3위입니다. 첫 번째는 Volgodonsk NPP의 두 번째 발전소이고, 그 다음은 Kalinin NPP의 네 번째 발전소입니다. 원래는 15개가 계획되었지만 올해 우리는 거의 130억 루블을 할당받았습니다. 코카서스에는 전기가 없고 레닌그라드 지역",-그가 말했다.

BN-800 출시가 지연되는 가장 큰 문제는 고유 장비 제조 문제입니다. “문제는 장비에 있습니다. 그것은 독특하고 오랫동안 만들어지지 않았습니다. 이것은 새로운 기술, 재료입니다. 하나의 장치를 위해 전체 공장을 부활시켜야했습니다. 하지만 터빈이 있는 원자로는 없습니다”라고 BNPP 이사는 말했습니다.

그러나 원자로 건설이 거의 예정대로 진행되고 있다면(Ordzhonikidze의 이름을 딴 Podolsk 공장에 의해 발전소로 배송될 예정임) 가장 큰 어려움은 터빈 제조에 있습니다(United Machine Plants에서 처리함). ).

원자로 조립 용기 내에서 원자로(방사성 장비가 위치할 곳) 건설을 위해 작업자들이 일정대로 작업을 진행하고 있는 것을 확인할 수 있었습니다.

원자로 조립 건물은 80년대에 지어졌으나 BN-800 건설 작업이 중단되었다가 불과 3년 전에 재개되었습니다. Beloyarsk 설치 부서의 수석 엔지니어인 Alexey Chernikov는 2008년에야 원자로 확장이 시작되었습니다. 원자로는 Podolsk 공장에서 부분적으로 도착했다고 설명합니다.

광산 내 원자로 설치는 올해 8~9월 시작될 것으로 예상된다.

한편, 이르면 7월 1일부터 원자력 산업은 완전히 달갑지 않은 변화에 직면할 수도 있습니다. 이날부터 전력산업은 '50대50' 운영 방식으로 전환된다. 에너지의 50%는 자유시장에, 50%는 고정요금으로 판매된다. 결과적으로 인구의 전기 요금이 증가할 것으로 이미 계산되었습니다. Nikolai Oshkanov는 “원자력 에너지를 통해 문제를 해결할 수 있는 옵션이 있습니다.”라고 말합니다. 원자력 근로자가 생산하는 전기는 비용이 저렴하기 때문에 이 산업에 "비용"이 부과될 수 있습니다.

그러나 일반적으로 BNPP 이사는 희망을 가지고 "핵 미래"를 바라보고 있습니다. "세계에는 "원자력 르네상스"가 있습니다. 예전처럼 러시아가 건설하고있는 것처럼 원자력 발전소 건설이 시작되었습니다. 중국, 인도이지만 유럽으로의 진출은 허용되지 않습니다. 러시아에서는 주요 문제는 자원이 아니라 전달입니다."

그는 BNPP 자체의 추가 계획을 숨기지 않고 업계 전망에 대해 "인구가 요구하는 대로 그렇게 될 것입니다."라고 말했습니다. 이미 2020년에 그들은 다섯 번째 동력 장치인 BN-1200의 건설을 시작할 계획입니다.

Rosatom 언론 서비스에 따르면 Beloyarsk 원자력 발전소에서 작동하는 독특한 러시아 고속 중성자로는 880메가와트의 전력을 생산하게 되었습니다.

원자로는 Beloyarsk NPP의 4호 발전소에서 작동하고 있으며 현재 발전 장비에 대한 일상적인 테스트를 진행하고 있습니다. 테스트 프로그램에 따라 전원 장치는 전력이 8시간 동안 최소 880MW 수준으로 유지되도록 보장합니다.

시험 결과를 바탕으로 최종적으로 설계 출력 885MW 인증을 받기 위해 원자로 전력을 단계적으로 늘리고 있다. ~에 이 순간원자로는 874 메가와트의 출력으로 인증되었습니다.

Beloyarsk NPP가 두 개의 고속 중성자로를 운영한다는 것을 기억해 봅시다. 1980년부터 BN-600 원자로가 이곳에서 운영되어 왔으며 오랫동안 세계에서 이러한 유형의 유일한 원자로였습니다. 그러나 2015년에는 두 번째 BN-800 원자로의 단계적 발사가 시작되었습니다.

왜 그렇게 중요하고 고려됩니까? 역사적 사건글로벌 원자력 산업을 위해?

고속 중성자로를 사용하면 폐쇄형 연료주기를 구현할 수 있습니다(현재 BN-600에서는 구현되지 않음). 우라늄-238만이 "연소"되기 때문에 처리(핵분열 생성물을 제거하고 우라늄-238의 새로운 부분을 추가) 후에 연료를 원자로에 다시 장전할 수 있습니다. 그리고 우라늄-플루토늄 사이클은 붕괴되는 것보다 더 많은 플루토늄을 생성하기 때문에 잉여 연료는 새로운 원자로에 사용될 수 있습니다.

Beloyarsk NPP의 수석 엔지니어인 Mikhail Bakanov는 "고속 중성자 원자로에서는 열 및 방사선 부하가 열 원자로보다 훨씬 높습니다."라고 PM에게 설명합니다. - 이로 인해 원자로 용기 및 원자로 내부 시스템에 특수 구조 재료를 사용해야 합니다. 연료봉과 연료 집합체의 하우징은 열 원자로에서처럼 지르코늄 합금으로 만들어지지 않고 방사선 '팽창'에 덜 민감한 특수 합금 크롬강으로 만들어집니다. 반면에, 예를 들어 원자로 용기는 내부 압력과 관련된 부하를 받지 않습니다. 이는 대기압보다 약간 높을 뿐입니다.”

Beloyarsk NPP의 책임자인 Nikolai Oshkanov는 이렇게 덧붙였습니다. “문제는 실제로 동일했습니다. 하지만 여기와 프랑스에서는 서로 다른 방식으로 해결되었습니다. 예를 들어, Phenix의 어셈블리 중 하나의 헤드가 그것을 잡아서 내리기 위해 몸을 구부렸을 때 프랑스 전문가들은 나트륨 층을 '보는' 복잡하고 다소 비싼 시스템을 개발했습니다. 그리고 같은 문제가 우리에게 발생했을 때 우리 엔지니어 중 한 명이 다이빙 벨과 같은 단순한 디자인의 비디오 카메라를 사용할 것을 제안했습니다. 즉, 바닥이 열려 있고 위에서 아르곤이 불어오는 파이프입니다. 나트륨 용융물이 배출되자 작업자는 비디오 링크를 통해 메커니즘을 작동할 수 있었고 구부러진 어셈블리가 성공적으로 제거되었습니다.”

고속 중성자로의 활성 영역은 양파처럼 여러 층으로 배열되어 있습니다.

370개의 연료 집합체는 우라늄-235의 농도가 17, 21, 26%로 서로 다른 3개의 구역을 형성합니다(처음에는 2개의 구역만 있었지만 에너지 방출을 균등화하기 위해 3개가 만들어졌습니다). 이들은 주로 238 동위원소로 구성된 고갈 우라늄 또는 천연 우라늄을 포함하는 집합체가 핵 위와 아래 연료봉 끝에 위치한 측면 스크린(담요) 또는 번식 구역으로 둘러싸여 있습니다. 최종 화면(영역 재생산)을 형성하는 우라늄.

연료 집합체(FA)는 하나의 하우징에 조립된 일련의 연료 요소입니다. 특수 강철 튜브는 다양한 농축물을 함유한 산화우라늄 펠렛으로 채워져 있습니다. 연료봉이 서로 접촉하지 않고 연료봉 사이에 냉각수가 순환할 수 있도록 튜브에 얇은 와이어가 감겨져 있습니다. 나트륨은 하부 조절 구멍을 통해 연료 집합체로 들어가고 상부의 창문을 통해 빠져나갑니다.

연료 집합체의 바닥에는 정류자 소켓에 삽입되는 생크가 있고, 상단에는 과부하 중에 집합체를 잡는 헤드 부분이 있습니다. 농축도가 다른 연료 집합체는 장착 위치가 다르기 때문에 집합체를 잘못된 위치에 설치하는 것은 불가능합니다.

원자로 제어에는 연료 연소를 보상하기 위한 붕소(중성자 흡수체)가 포함된 보상봉 19개, 주어진 전력을 유지하기 위한 자동 제어봉 2개, 능동보호봉 6개가 사용된다. 우라늄 자체의 중성자 배경이 낮기 때문에 원자로의 시동 제어(및 저전력 수준 제어)를 위해 광중성자 소스(감마 방사체 + 베릴륨)인 "조명"이 사용됩니다.

고속 중성자로를 갖춘 동력 장치는 폐쇄형 핵연료주기를 구성함으로써 원자력 발전의 연료 기반을 크게 확장하고 방사성 폐기물을 최소화할 수 있습니다. 이러한 기술을 보유한 국가는 극소수에 불과하며, 전문가에 따르면 러시아 연방이 이 분야의 세계적 리더입니다.

BN-800 원자로(전력 880메가와트의 "고속 나트륨"에서 유래)는 액체 금속 냉각제인 나트륨을 사용하는 파일럿 산업용 고속 중성자 원자로입니다. BN-1200 원자로를 갖춘 보다 강력한 상업용 동력 장치의 프로토타입이 되어야 합니다.

출처