Elektrownie na prędkich neutronach już działają. Elektrownia jądrowa Belojarsk: ciekawostki i informacje ogólne (zdjęcie). Baez w naszych czasach

Najstarszy amerykański magazyn energetyczny „POWER” jest jednym z najbardziej wpływowych i autorytatywnych międzynarodowych publikacje profesjonalne w tym obszarze przyznała nagrodę „Power Awards” za rok 2016 projektowi 4. bloku energetycznego rosyjskiej elektrowni jądrowej Biełojarsk (oddział koncernu Rosenergoatom, Zarechny, obwód swierdłowski) z unikalny reaktor na szybkich neutronach BN-800, w ramach którego przetestowany zostanie szereg technologii niezbędnych do rozwoju energia nuklearna. O tym poinformowała agencja informacyjna RIA Novosti.

Przypomnijmy, że w ostatnim czasie w elektrowni jądrowej w Biełojarsku doszło do jednego z najgorszych wydarzeń. ważne wydarzenia roku w energetyce jądrowej Rosji – blok energetyczny nr 4 (BN-800) został terminowo oddany do komercyjnej eksploatacji. Zarządzenie w tej sprawie zostało podpisane 31 października 2016 roku przez dyrektora generalnego koncernu Rosenergoatom Andrieja Pietrowa na podstawie uzyskanego zezwolenia od Korporacji Państwowej Rosatom.

Jak czytamy na stronie internetowej magazynu, w kategorii „Najlepsze Instalacje” zwyciężył blok energetyczny z reaktorem BN-800. Różni się ona od drugiej nominacji do nagrody „Fabryka roku” tym, że ta ostatnia zakłada, że elektrownia jądrowa zostanie oddana do komercyjnej eksploatacji w ciągu roku–dwóch lat przed przyznaniem nagrody. Z kolei w nominacji „Najlepsze stacje” najbardziej obiecujące i innowacyjne projekty, które wyznaczają wektor rozwoju całej branży.

Przy ustalaniu zwycięzcy wzięliśmy pod uwagę możliwość wykorzystania bloku jądrowego do rozwiązania szeregu problemów, w szczególności wytwarzania i recyklingu energii odpady radioaktywne. Jury zwróciło także uwagę na szczególne znaczenie reaktora BN-800 w realizacji rosyjskiego podejścia do zamykania cyklu paliwa jądrowego.

To nie pierwszy raz, kiedy rosyjskie projekty nuklearne cieszą się uznaniem w Stanach Zjednoczonych. Ukończony pierwszy blok irańskiej elektrowni jądrowej Bushehr oraz blok nr 1 indyjskiej elektrowni jądrowej Kudankulam zostały już wcześniej uznane za projekty roku 2014, według innego autorytatywnego amerykańskiego magazynu Power Engineering. Bloki te obsługują rosyjskie reaktory neutronów termicznych WWER-1000.

Wielkie osiągnięcie Rosji

„Reaktory na neutronach szybkich mają ogromne znaczenie dla realizacji ambitnych planów Rosji w energetyce jądrowej. Udana budowa, włączenie do sieci i przetestowanie pierwszego w kraju reaktora BN-800 w elektrowni jądrowej w Biełojarsku to duże osiągnięcie we właściwym kierunku”,

– zauważa magazyn.

We wtorek do komercyjnej eksploatacji został oddany blok nr 4 elektrowni jądrowej w Biełojarsku, wyposażony w reaktor na neutronach szybkich z ciekłym metalem chłodzącym, sód BN-800 (z „szybkiego sodu”), o mocy zainstalowanej elektrycznej 880 MW. Jest to najpotężniejszy działający reaktor na prędkie neutrony na świecie.

Eksperci nazwali to wydarzenie historycznym nie tylko dla Rosji, ale także dla światowej energetyki jądrowej. Eksperci podkreślają, że doświadczenie w projektowaniu, budowie, uruchamianiu i eksploatacji reaktorów energetycznych na neutronach szybkich, które rosyjscy naukowcy nuklearni zdobędą na BN-800, będzie niezbędne dla rozwoju tego obszaru energetyki jądrowej w Rosji.

Uznane przywództwo

Uważa się, że reaktory na neutronach szybkich mają ogromne zalety dla rozwoju energetyki jądrowej, zapewniając zamknięcie jądrowego cyklu paliwowego (NFC). W zamkniętym jądrowym cyklu paliwowym, dzięki pełnemu wykorzystaniu surowców uranowych w reaktorach powielających neutrony szybkie (reaktory), znacząco wzrośnie baza paliwowa energetyki jądrowej, a także możliwe będzie znaczne ograniczenie ilości odpadów promieniotwórczych dzięki do „wypalenia” niebezpiecznych radionuklidów. Rosja, jak zauważają eksperci, zajmuje pierwsze miejsce na świecie w technologiach budowy „szybkich” reaktorów.

Związek Radziecki był liderem w budowie i eksploatacji „szybkich” reaktorów energetycznych na skalę przemysłową. Pierwszy na świecie taki blok z reaktorem BN-350 o mocy zainstalowanej elektrycznej 350 megawatów został uruchomiony w 1973 roku na wschodnim wybrzeżu Morza Kaspijskiego w mieście Szewczenko (obecnie Aktau w Kazachstanie). Część mocy cieplnej reaktora wykorzystano do wytworzenia energii elektrycznej, resztę wykorzystano do odsalania wody morskiej. Jednostka napędowa ta działała do 1998 roku, czyli o pięć lat dłużej niż przewidywano. Doświadczenie tworzenia i eksploatacji tej instalacji pozwoliło zrozumieć i rozwiązać wiele problemów z zakresu reaktorów typu BN.

Od 1980 r. w elektrowni jądrowej Biełojarsk działa trzeci blok energetyczny stacji z reaktorem BN-600 o mocy zainstalowanej elektrycznej 600 megawatów. Jednostka ta nie tylko wytwarza energię elektryczną, ale także stanowi unikalną bazę do testowania nowych materiałów konstrukcyjnych i paliwa jądrowego.

Historia BN-800

W 1983 r. podjęto decyzję o budowie w ZSRR jednocześnie czterech bloków jądrowych z reaktorem BN-800 - jednego w elektrowni jądrowej w Biełojarsku i trzech bloków w nowej elektrowni jądrowej Ural Południowy. Ale po Czarnobylu radziecka energetyka jądrowa zaczęła popadać w stagnację, a budowa nowych reaktorów, w tym „szybkich”, została wstrzymana. A po rozpadzie ZSRR sytuacja uległa dalszemu pogorszeniu; pojawiła się groźba utraty krajowych technologii energetyki jądrowej, w tym technologii reaktorów BN.

Próby wznowienia budowy co najmniej jednego bloku BN-800 podejmowano kilkukrotnie, jednak już w połowie XXI wieku stało się jasne, że same możliwości przemysłu nuklearnego mogą do tego nie wystarczyć. I tutaj decydującą rolę odegrało poparcie kierownictwa kraju, które zatwierdziło nowy program rozwój energetyki jądrowej w Rosji. Znalazło się w nim także miejsce dla BN-800 w czwartym bloku elektrowni jądrowej w Biełojarsku.

Ukończenie bloku nie było łatwe. Do sfinalizowania projektu z uwzględnieniem ulepszeń, których celem było zwiększenie jego efektywności i bezpieczeństwa, rzeczywista mobilizacja nauki, projektowania i organizacje projektowe przemysł nuklearny. Trudne zadania stanęły także przed producentami sprzętu, którzy musieli nie tylko odtworzyć technologie użyte do stworzenia wyposażenia reaktora BN-600, ale także opanować nowe technologie.

A jednak zbudowano jednostkę napędową. W lutym 2014 roku rozpoczął się załadunek paliwa jądrowego do reaktora BN-800. Reaktor został uruchomiony w czerwcu tego samego roku. Następnie należało unowocześnić konstrukcję zespołów paliwowych i pod koniec lipca 2015 roku ponownie uruchomiono reaktor BN-800, a specjaliści zaczęli stopniowo zwiększać jego moc do poziomu niezbędnego do rozpoczęcia wytwarzania energii elektrycznej. W dniu 10 grudnia 2015 roku blok został podłączony do sieci i przekazał pierwszy prąd do rosyjskiego systemu elektroenergetycznego.

Blok BN-800 powinien stać się prototypem potężniejszych komercyjnych bloków energetycznych BN-1200, decyzja o możliwości budowy zostanie podjęta na podstawie doświadczeń eksploatacyjnych BN-800. W elektrowni jądrowej w Biełojarsku planowana jest także budowa jednostki głównej BN-1200.

Unikalny rosyjski reaktor na neutrony szybkie, działający w elektrowni jądrowej w Biełojarsku, został doprowadzony do mocy 880 megawatów, podaje służba prasowa Rosatom.

Reaktor pracuje na bloku energetycznym nr 4 EJ Biełojarsk i obecnie przechodzi rutynowe testy urządzeń wytwórczych. Zgodnie z programem testów blok energetyczny zapewnia utrzymanie mocy elektrycznej na poziomie co najmniej 880 megawatów przez 8 godzin.

Moc reaktora jest zwiększana etapami, aby ostatecznie uzyskać certyfikację na projektowanym poziomie mocy wynoszącym 885 megawatów, na podstawie wyników testów. NA ten moment reaktor ma certyfikat na moc 874 megawatów.

Przypomnijmy, że w elektrowni jądrowej w Biełojarsku działają dwa reaktory na prędkie neutrony. Od 1980 roku pracuje tu reaktor BN-600 – przez długi czas był to jedyny tego typu reaktor na świecie. Jednak w 2015 roku rozpoczęło się etapowe uruchamianie drugiego reaktora BN-800.

Dlaczego jest to tak ważne i brane pod uwagę wydarzenie historyczne dla światowego przemysłu nuklearnego?

Reaktory na neutrony szybkie umożliwiają realizację zamkniętego cyklu paliwowego (nie jest to obecnie realizowane w BN-600). Ponieważ po przetworzeniu (usunięcie produktów rozszczepienia i dodanie nowych porcji uranu-238) „spala się” jedynie uran-238), paliwo można ponownie załadować do reaktora. A ponieważ w cyklu uranowo-plutonowym powstaje więcej plutonu niż rozpadu, nadmiar paliwa można wykorzystać do budowy nowych reaktorów.

Ponadto metodą tą można przetwarzać nadwyżki plutonu do celów wojskowych, a także plutonu i drobnych aktynowców (neptun, ameryk, kiur) ekstrahowanych z wypalonego paliwa z konwencjonalnych reaktorów termicznych (drobne aktynowce stanowią obecnie bardzo niebezpieczną część odpadów radioaktywnych). . Jednocześnie ilość odpadów radioaktywnych w porównaniu z reaktorami termicznymi zostaje zmniejszona ponad dwudziestokrotnie.

Dlaczego pomimo wszystkich swoich zalet reaktory na prędkie neutrony nie rozpowszechniły się? Wynika to przede wszystkim ze specyfiki ich konstrukcji. Jak wspomniano powyżej, wody nie można stosować jako chłodziwa, ponieważ jest moderatorem neutronów. Dlatego w reaktorach prędkich wykorzystuje się głównie metale w stanie ciekłym - od egzotycznych stopów ołowiu i bizmutu po ciekły sód (najczęstsza opcja w elektrowniach jądrowych).

„W reaktorach na neutrony prędkie obciążenia cieplne i radiacyjne są znacznie wyższe niż w reaktorach termicznych” – wyjaśnia „PM” Główny inżynier Elektrownia jądrowa w Biełojarsku Michaił Bakanow. - Prowadzi to do konieczności stosowania specjalnych materiałów konstrukcyjnych w zbiorniku reaktora i układach wewnątrz reaktora. Obudowy prętów paliwowych i zespołów paliwowych nie są wykonane ze stopów cyrkonu, jak w reaktorach termicznych, ale ze specjalnych stali stopowych chromowych, które są mniej podatne na „pęcznienie” radiacyjne. Z drugiej strony np. zbiornik reaktora nie podlega obciążeniom związanym z ciśnieniem wewnętrznym – jest ono jedynie nieznacznie wyższe od ciśnienia atmosferycznego.”

Według Michaiła Bakanowa w pierwszych latach eksploatacji główne trudności wiązały się z pęcznieniem radiacyjnym i pękaniem paliwa. Problemy te jednak szybko zostały rozwiązane, opracowano nowe materiały – zarówno na paliwo, jak i na obudowy prętów paliwowych. Ale nawet teraz kampanie są ograniczone nie tyle spalaniem paliwa (które w BN-600 sięga 11%), ale żywotnością materiałów, z których wykonane jest paliwo, pręty paliwowe i zespoły paliwowe. Dalsze problemy eksploatacyjne wiązały się głównie z wyciekami sodu w obwodzie wtórnym, metalu chemicznie aktywnego i niebezpiecznego pożarowo, gwałtownie reagującego w kontakcie z powietrzem i wodą: „Tylko Rosja i Francja mają wieloletnie doświadczenie w eksploatacji przemysłowych reaktorów mocy na neutronach szybkich . Zarówno my, jak i francuscy specjaliści od początku borykaliśmy się z tymi samymi problemami. Udało nam się je rozwiązać, od samego początku zapewniając specjalne środki do monitorowania szczelności obwodów, lokalizując i eliminując wycieki sodu. Jednak francuski projekt okazał się mniej przygotowany na takie problemy, w rezultacie reaktor Phenix został ostatecznie zamknięty w 2009 roku.

„Problemy rzeczywiście były takie same” – dodaje Nikołaj Oszkanow, dyrektor elektrowni jądrowej w Belojarsku – „ale zostały rozwiązane tutaj i we Francji różne sposoby. Na przykład, gdy głowica jednego z podzespołów na Phenixie pochyliła się, aby go chwycić i rozładować, francuscy specjaliści opracowali skomplikowany i dość kosztowny system „przeglądania” przez warstwę sodu. Kiedy mieliśmy ten sam problem, jeden z naszych inżynierów zasugerował użycie umieszczonej w nim kamery wideo najprostszy projekt rodzaj dzwonu nurkowego, - rura otwarta od dołu, z której wydobywa się argon z góry. Po wyrzuceniu stopionego sodu operatorzy za pośrednictwem łącza wideo mogli ustawić uchwyt mechanizmu i pomyślnie usunięto wygięty zespół.

Strefa aktywna reaktora na neutrony prędkie jest ułożona warstwami jak cebula

370 zespołów paliwowych tworzy trzy strefy o różnym wzbogaceniu uranu-235 - 17, 21 i 26% (początkowo istniały tylko dwie strefy, ale w celu wyrównania uwalniania energii utworzono trzy). Są one otoczone bocznymi ekranami (kocami), czyli strefami hodowlanymi, w których znajdują się zespoły zawierające uran zubożony lub naturalny, składający się głównie z izotopu 238, na końcach prętów paliwowych powyżej i poniżej rdzenia znajdują się również tabletki zubożonego uran, które tworzą ekrany końcowe (reprodukcja stref).

Zespoły paliwowe (FA) to zespół elementów paliwowych (elementów paliwowych) zmontowanych w jednej obudowie - specjalnych stalowych rurkach wypełnionych granulkami tlenku uranu z różnymi dodatkami. Aby pręty paliwowe nie stykały się ze sobą, a płyn chłodzący mógł krążyć między nimi, na rurki nawinięty jest cienki drut. Sód dostaje się do zespołu paliwowego przez dolne otwory dławiące i wychodzi przez okna w górnej części.

W dolnej części zespołu paliwowego znajduje się trzpień włożony w gniazdo komutatora, w górnej części znajduje się głowica, za którą chwyta się zespół podczas przeciążenia. Zespoły paliwowe o różnym wzbogaceniu mają różne miejsca montażu, więc montaż zespołu w niewłaściwym miejscu jest po prostu niemożliwy.

Do sterowania reaktorem wykorzystuje się 19 prętów kompensacyjnych zawierających bor (pochłaniacz neutronów) kompensujących wypalenie paliwa, 2 pręty automatycznej regulacji (w celu utrzymania zadanej mocy) oraz 6 prętów czynnej ochrony. Ponieważ tło własne neutronów uranu jest niskie, do kontrolowanego rozruchu reaktora (i sterowania przy małych poziomach mocy) stosuje się „oświetlenie” – źródło fotoneutronów (emiter gamma plus beryl).

Bloki energetyczne wyposażone w reaktory na prędkie neutrony mogą znacząco rozbudować bazę paliwową energetyki jądrowej i zminimalizować odpady radioaktywne poprzez organizację zamkniętego jądrowego cyklu paliwowego. Tylko kilka krajów dysponuje takimi technologiami, a Federacja Rosyjska, zdaniem ekspertów, jest światowym liderem w tej dziedzinie.

Reaktor BN-800 (z „szybkiego sodu” o mocy elektrycznej 880 megawatów) jest pilotażowym przemysłowym reaktorem na neutrony szybkie z chłodziwem ciekłym metalem, sodem. Powinien stać się prototypem komercyjnych, mocniejszych bloków energetycznych z reaktorami BN-1200.

źródła

Aktualności

1 kwietnia 2020 r
Elektrownia Belojarsk otrzymała licencję na eksploatację BN-600 na kolejne pięć lat
Koncesja na eksploatację bloku energetycznego z reaktorem BN-600 w EJ Biełojarsk została przedłużona do 2025 roku.

28 marca 2020 r
Szef Zarecznego i dyrektor elektrowni jądrowej w Biełojarsku zwrócili się do mieszkańców w sprawie sytuacji związanej z koronawirusem
Wójt miasta Zarechny obwodu swierdłowskiego Andriej Zacharcew i dyrektor elektrowni jądrowej w Biełojarsku Iwan Sidorow nagrali wiadomość wideo w związku ze stwierdzonym na tym terytorium przypadkiem zakażenia koronawirusem.

elektrownia jądrowa Biełojarsk

Lokalizacja: niedaleko Zarechny (obwód swierdłowski)
Typ reaktora: AMB, BN-600, BN-800
Liczba jednostek napędowych: 4 (w eksploatacji - 2)

elektrownia jądrowa w Biełojarsku ich. I. V. Kurchatova - duży pierworodny energia atomowa ZSRR. Elektrownia jądrowa w Biełojarsku jest jedyną elektrownią jądrową w Rosji posiadającą bloki energetyczne różne rodzaje.

Wolumen energii elektrycznej wytwarzanej przez elektrownię jądrową w Biełojarsku stanowi około 16% całkowitego wolumenu energii elektrycznej systemu energetycznego w Swierdłowsku.

Budowa stacji przebiegała w trzech etapach: etap pierwszy – bloki energetyczne nr 1 i nr 2 z reaktorem AMB, etap drugi – blok energetyczny nr 3 z reaktorem BN-600, etap trzeci – blok energetyczny nr 3. 4 z reaktorem BN-800.

Bloki energetyczne nr 1 i 2, po 17 i 22 latach pracy, zostały wyłączone odpowiednio w 1981 i 1989 r., obecnie znajdują się w trybie długotrwałej przerwy na czas z wyładowaniem paliwa z reaktora i zgodnie z terminologią odpowiadają sobie międzynarodowe standardy, I etap likwidacji EJ.

Obecnie w elektrowni jądrowej Biełojarsk eksploatowane są dwa bloki energetyczne – BN-600 i BN-800. To największe na świecie bloki energetyczne wyposażone w reaktory na neutrony szybkie. Pod względem niezawodności i bezpieczeństwa „szybki” reaktor należy do najlepszych reaktor nuklearny pokój.

Rozważana jest możliwość dalszej rozbudowy EJ Biełojarsk o blok energetyczny nr 5 z reaktorem prędkim o mocy 1200 MW – główny komercyjny blok energetyczny do budowy seryjnej.

Według wyników corocznego konkursu elektrowni jądrowej Belojarsk w latach 1994, 1995, 1997 i 2001. otrzymała tytuł „Najlepszej elektrowni jądrowej w Rosji”.

Odległość do miasta satelitarnego (Zarechny) – 3 km; do centrum regionalnego (Jekaterynburg) – 45 km.

BLOKÓW ENERGETYCZNYCH EJ Biełojarsk

NUMER ZASILACZA	TYP REAKTORA	ZAINSTALOWANE MOC, M W	DATA ROZPOCZĘCIA
3	BN-600	600	08.04.1980
4	BN-800	885	10.12.2015
Całkowity moc zainstalowana 1485 MW

40 km od Jekaterynburga, w środku najpiękniejszych lasów Uralu, znajduje się miasto Zarechny. W 1964 roku uruchomiono tu pierwszą radziecką przemysłową elektrownię jądrową Biełojarskaja (z reaktorem AMB-100 o mocy 100 MW). Obecnie elektrownia jądrowa w Biełojarsku pozostaje jedyną na świecie, w której działa przemysłowy reaktor energetyczny na neutrony szybkie BN-600.

Wyobraźmy sobie kocioł, który odparowuje wodę, a powstająca para wprawia w ruch turbogenerator wytwarzający energię elektryczną. Tak ogólnie działa elektrownia jądrowa. Jedynie „kotłem” jest energia rozpadu atomowego. Konstrukcje reaktorów mocy mogą być różne, ale zgodnie z zasadą działania można je podzielić na dwie grupy - reaktory na neutrony termiczne i reaktory na neutrony szybkie.

Podstawą każdego reaktora jest rozszczepienie ciężkich jąder pod wpływem neutronów. To prawda, że istnieją znaczne różnice. W reaktorach termicznych uran-235 ulega rozszczepieniu pod wpływem niskoenergetycznych neutronów termicznych, w wyniku czego powstają fragmenty rozszczepienia i nowe neutrony, które mają wysokiej energii(tzw. szybkie neutrony). Prawdopodobieństwo zaabsorbowania neutronu termicznego przez jądro uranu-235 (z późniejszym rozszczepieniem) jest znacznie wyższe niż w przypadku neutronu szybkiego, dlatego neutrony należy spowolnić. Odbywa się to za pomocą moderatorów – substancji, które neutrony zderzając się z jądrami tracą energię. Paliwem do reaktorów termicznych jest zwykle nisko wzbogacony uran, grafit, lekka lub ciężka woda są stosowane jako moderator, a zwykła woda jest używana jako chłodziwo. Większość działających elektrowni jądrowych budowana jest według jednego z tych schematów.

Szybkie neutrony powstałe w wyniku wymuszonego rozszczepienia jądrowego można wykorzystywać bez żadnych umiarów. Schemat jest następujący: szybkie neutrony powstałe podczas rozszczepienia jąder uranu-235 lub plutonu-239 są absorbowane przez uran-238, tworząc (po dwóch rozpadach beta) pluton-239. Co więcej, na każde 100 rozszczepionych jąder uranu-235 lub plutonu-239 powstaje 120-140 jąder plutonu-239. To prawda, że ponieważ prawdopodobieństwo rozszczepienia jądrowego przez szybkie neutrony jest mniejsze niż w przypadku termicznych, paliwo musi być wzbogacane w większym stopniu niż w przypadku reaktorów termicznych. Poza tym nie ma tu możliwości odprowadzenia ciepła za pomocą wody (woda jest moderatorem), więc trzeba zastosować inne chłodziwa: najczęściej są to ciekłe metale i stopy, od bardzo egzotycznych odmian jak rtęć (taki czynnik chłodzący był używany w pierwszy amerykański eksperymentalny reaktor Clementine) lub stopy ołowiu i bizmutu (stosowane w niektórych reaktorach do łodzie podwodne- w szczególności radzieckie łodzie Projektu 705) na ciekły sód (najczęstsza opcja w przemysłowych reaktorach energetycznych). Reaktory działające według tego schematu nazywane są reaktorami na neutrony szybkie. Pomysł takiego reaktora zaproponował w 1942 roku Enrico Fermi. Oczywiście wojsko wykazało największe zainteresowanie tym schematem: szybkie reaktory podczas pracy wytwarzają nie tylko energię, ale także pluton do broni nuklearnej. Z tego powodu reaktory na prędkie neutrony nazywane są także hodowcami (od angielskiego hodowcy - producenta).

Co w nim siedzi

Strefa aktywna reaktora na neutrony prędkie ma strukturę cebuli, złożoną z warstw. 370 zespołów paliwowych tworzy trzy strefy o różnym wzbogaceniu uranu-235 - 17, 21 i 26% (początkowo istniały tylko dwie strefy, ale w celu wyrównania uwalniania energii utworzono trzy). Otoczone są bocznymi ekranami (kocami), czyli strefami hodowlanymi, w których znajdują się zespoły zawierające uran zubożony lub naturalny, składający się głównie z izotopu 238, na końcach prętów paliwowych powyżej i poniżej rdzenia znajdują się również tabletki zubożonego uran, które tworzą ekrany końcowe (reprodukcja stref). Reaktor BN-600 jest powielaczem (hodowlą), czyli na 100 jąder uranu-235 rozdzielonych w rdzeniu powstaje 120-140 jąder plutonu w ekranach bocznych i końcowych, co umożliwia rozszerzoną reprodukcję paliwa jądrowego . Zespoły paliwowe (FA) to zespół elementów paliwowych (prętów paliwowych) zmontowanych w jednej obudowie - specjalnych stalowych rurkach wypełnionych granulkami tlenku uranu z różnymi dodatkami. Aby pręty paliwowe nie stykały się ze sobą i aby płyn chłodzący mógł krążyć między nimi, na rurki nawinięty jest cienki drut. Sód dostaje się do zespołu paliwowego przez dolne otwory dławiące i wychodzi przez okna w górnej części. W dolnej części zespołu paliwowego znajduje się trzpień wkładany w gniazdo komutatora, w górnej części znajduje się głowica, za którą chwyta się zespół podczas przeciążenia. Zespoły paliwowe o różnym wzbogaceniu mają różne miejsca montażu, więc montaż zespołu w niewłaściwym miejscu jest po prostu niemożliwy. Do sterowania reaktorem wykorzystuje się 19 prętów kompensacyjnych zawierających bor (pochłaniacz neutronów) kompensujących wypalenie paliwa, 2 pręty automatycznej regulacji (w celu utrzymania zadanej mocy) oraz 6 prętów czynnej ochrony. Ponieważ tło własne neutronów uranu jest niskie, do kontrolowanego rozruchu reaktora (i sterowania przy małych poziomach mocy) stosuje się „oświetlenie” – źródło fotoneutronów (emiter gamma plus beryl).

Zygzaki historii

Co ciekawe, historia światowej energetyki jądrowej rozpoczęła się właśnie od reaktora na neutronach szybkich. 20 grudnia 1951 roku w Idaho uruchomiono pierwszy na świecie reaktor energetyczny na neutronach szybkich, EBR-I (Experimental Breeder Reactor) o mocy elektrycznej zaledwie 0,2 MW. Później, w 1963 roku, pod Detroit uruchomiono elektrownię jądrową z reaktorem na prędkie neutrony Fermiego – już o mocy około 100 MW (w 1966 roku doszło do poważnej awarii polegającej na stopieniu części rdzenia, ale bez konsekwencji dla środowisko lub ludzie).

W ZSRR od końca lat czterdziestych XX wieku nad tym tematem pracuje Aleksander Leypunski, pod którego kierownictwem w Obnińskim Instytucie Fizyki i Energii (FEI) opracowano podstawy teorii reaktorów prędkich oraz zbudowano kilka stanowisk doświadczalnych, które umożliwiło badanie fizyki procesu. W wyniku przeprowadzonych badań w 1972 roku w mieście Szewczenko (obecnie Aktau, Kazachstan) uruchomiono pierwszą radziecką elektrownię jądrową na prędkich neutronach, wyposażoną w reaktor BN-350 (pierwotnie oznaczony jako BN-250). Nie tylko wytwarzał energię elektryczną, ale także wykorzystywał ciepło do odsalania wody. Wkrótce uruchomiono francuską elektrownię jądrową z reaktorem prędkim Phenix (1973) i brytyjską z PFR (1974), obie o mocy 250 MW.

Jednak w latach 70. w energetyce jądrowej zaczęły dominować reaktory na neutronach termicznych. Wynikało to z różnych powodów. Na przykład fakt, że reaktory szybkie mogą wytwarzać pluton, co oznacza, że może to prowadzić do naruszenia prawa o nierozprzestrzenianiu broni jądrowej. Jednak najprawdopodobniej głównym czynnikiem było to, że reaktory termiczne były prostsze i tańsze, ich konstrukcja została opracowana na bazie reaktorów wojskowych dla łodzi podwodnych, a sam uran był bardzo tani. Przemysłowe reaktory energetyczne na neutronach szybkich, które uruchomiono na całym świecie po 1980 roku, można policzyć na palcach jednej ręki: Superphenix (Francja, 1985-1997), Monju (Japonia, 1994-1995) i BN-600 (Białojarsk). NPP, 1980), który jest obecnie jedynym działającym przemysłowym reaktorem energetycznym na świecie.

Wracają

Jednak obecnie uwaga specjalistów i opinii publicznej ponownie skupiona jest na elektrowniach jądrowych wyposażonych w reaktory na neutronach szybkich. Według szacunków Międzynarodowej Agencji Energii Atomowej (MAEA) w 2005 roku łączna wielkość potwierdzonych zasobów uranu, którego koszt wydobycia nie przekracza 130 dolarów za kilogram, wynosi około 4,7 mln ton. Według szacunków MAEA rezerwy te wystarczą na 85 lat (w oparciu o zapotrzebowanie na uran do produkcji energii elektrycznej na poziomie z 2004 roku). Zawartość izotopu 235, który jest „spalany” w reaktorach termicznych, w uranie naturalnym wynosi tylko 0,72%, reszta to uran-238, „bezużyteczny” dla reaktorów termicznych. Jeśli jednak przejdziemy na reaktory na prędkie neutrony, zdolne do „spalania” uranu-238, te same rezerwy wystarczą na ponad 2500 lat!

Montażownia reaktorów, gdzie poszczególne części reaktora są montowane z pojedynczych części metodą SKD

Ponadto reaktory na neutronach szybkich umożliwiają realizację zamkniętego cyklu paliwowego (nie jest to obecnie realizowane w BN-600). Ponieważ po przetworzeniu (usunięcie produktów rozszczepienia i dodanie nowych porcji uranu-238) „spala się” jedynie uran-238), paliwo można ponownie załadować do reaktora. A ponieważ w cyklu uranowo-plutonowym powstaje więcej plutonu niż rozpadu, nadmiar paliwa można wykorzystać do budowy nowych reaktorów.

Uruchom ponownie na ślepo

W odróżnieniu od reaktorów termicznych, w reaktorze BN-600 zespoły znajdują się pod warstwą ciekłego sodu, dlatego usuwanie zużytych zespołów i instalowanie na ich miejscu nowych (proces ten nazywany jest przeładowaniem) odbywa się w trybie całkowicie zamkniętym. W górnej części reaktora znajdują się duże i małe korki obrotowe (mimośrodowe względem siebie, czyli ich osie obrotu nie pokrywają się). Kolumna z układami sterowania i zabezpieczeń oraz mechanizmem przeciążeniowym z chwytakiem typu tulejowego, zamontowana jest na małym obrotowym korku. Mechanizm obrotowy wyposażony jest w „uszczelkę hydrauliczną” wykonaną ze specjalnego, niskotopliwego stopu. W normalnym stanie jest stały, ale przy ponownym uruchomieniu jest podgrzewany do temperatury topnienia, podczas gdy reaktor pozostaje całkowicie szczelny, dzięki czemu praktycznie eliminuje się uwalnianie gazów radioaktywnych. Proces ponownego ładowania zamyka wiele etapów. W pierwszej kolejności chwytak doprowadzany jest do jednego z zespołów znajdujących się w magazynie zużytych zespołów w reaktorze, usuwa go i przenosi do windy rozładowczej. Następnie jest on podnoszony do skrzyni rozdzielczej i umieszczany w bębnie zużytych zespołów, skąd po oczyszczeniu parą (z sodu) trafia do basenu wypalonego paliwa. W kolejnym etapie mechanizm usuwa jeden z zespołów rdzenia i przenosi go do magazynu wewnątrz reaktora. Następnie wymagany jest wyjmowany z bębna świeżego montażu (w którym fabrycznie zamontowane są zespoły paliwowe dostarczone z fabryki) i instalowany w windzie świeżego montażu, która dostarcza go do mechanizmu przeładowującego. Finałowy etap— montaż zespołów paliwowych w pustym ogniwie. Jednocześnie ze względów bezpieczeństwa nałożone są pewne ograniczenia na działanie mechanizmu: na przykład niemożliwe jest jednoczesne zwolnienie dwóch sąsiednich ogniw, ponadto podczas przeciążenia wszystkie drążki sterujące i zabezpieczające muszą znajdować się w strefie aktywnej. Proces przeładunku jednego zespołu trwa do godziny, przeładowanie jednej trzeciej rdzenia (około 120 zespołów paliwowych) zajmuje około tygodnia (na trzy zmiany), zabieg ten wykonywany jest w każdej mikrokampanii (160 efektywnych dni w przeliczeniu na pełne moc). To prawda, że teraz spalanie paliwa wzrosło i tylko jedna czwarta rdzenia jest przeciążona (około 90 zespołów paliwowych). W tym przypadku operator nie ma bezpośredniego pola widzenia informacja zwrotna i kieruje się wyłącznie wskaźnikami czujników kąta obrotu kolumny i chwytaków (dokładność pozycjonowania – poniżej 0,01 stopnia), sił wyciągania i montażu.

Proces ponownego uruchomienia składa się z wielu etapów, odbywa się za pomocą specjalnego mechanizmu i przypomina grę „15”. Ostatecznym celem jest przeniesienie świeżych zespołów z odpowiedniego bębna do żądanej szczeliny, a zużytych do własnego bębna, skąd po oczyszczeniu parą (z sodu) wpadną do basenu chłodzącego.

Gładkie tylko na papierze

„W reaktorach na prędkie neutrony obciążenia termiczne i radiacyjne są znacznie wyższe niż w reaktorach termicznych” – wyjaśnia premierowi Michaił Bakanow, główny inżynier elektrowni jądrowej w Biełojarsku. „Robi to konieczność zastosowania specjalnych materiałów konstrukcyjnych w zbiorniku reaktora i układach wewnątrz reaktora. Pręt paliwowy i zespoły paliwowe nie są wykonane ze stopów cyrkonu, jak w reaktorach termicznych, ale ze specjalnych stali stopowych chromowych, które są mniej podatne na „pęcznienie” radiacyjne. Z drugiej strony naczynie reaktora nie jest narażone obciążenia związane z ciśnieniem wewnętrznym - jest ono tylko nieznacznie wyższe od atmosferycznego.

„Problemy były w rzeczywistości takie same” – dodaje Nikołaj Oszkanow, dyrektor elektrowni jądrowej w Biełojarsku – „ale zostały rozwiązane tutaj i we Francji na różne sposoby. Na przykład, gdy szef jednego z montaży w firmie Phenix pochylił się, aby go chwycić i rozładować, francuscy specjaliści opracowali złożony i dość kosztowny system „przejrzenia” przez warstwę sodu. A kiedy mieliśmy ten sam problem, jeden naszych inżynierów zasugerowało użycie kamery wideo umieszczonej w prostej konstrukcji przypominającej dzwon nurkowy – rurze otwartej od dołu, do której wdmuchiwany jest argon z góry. Kiedy stopiony sód uległ wyparciu, operatorzy, korzystając z komunikacji wideo, byli w stanie uchwycić mechanizm, a wygięty zespół został pomyślnie usunięty.”

Szybka przyszłość

„Nie byłoby takiego zainteresowania technologią reaktorów prędkich na świecie, gdyby nie pomyślna, długoterminowa eksploatacja naszego BN-600” – mówi Nikołaj Oszkanow. „Moim zdaniem rozwój energetyki jądrowej jest przede wszystkim kojarzony z produkcja seryjna oraz działanie reaktorów prędkich. Tylko dzięki nim możliwe jest włączenie całego uranu naturalnego do cyklu paliwowego, a co za tym idzie zwiększenie efektywności, a także kilkudziesięciokrotne zmniejszenie ilości odpadów radioaktywnych. W tym przypadku przyszłość energetyki jądrowej będzie naprawdę jasna.”

W mieście Zarechny. Elektrownia jądrowa w Biełojarsku została początkowo zaprojektowana jako stacja doświadczalna. Ale jak się okazało, eksperyment się powiódł. BNPP to potężna stacja, która w najbliższej przyszłości będzie rozbudowywana.

Historia powstania elektrowni jądrowej w Belojarsku

Pierwszą elektrownię jądrową w Biełojarsku uruchomiono w 1964 r. Został zbudowany na terenie obiektu miejskiego zwanego „Miastem Zarechny”, położonego 38 km od Jekaterynburga ( Obwód Swierdłowska). Do niedawna miasto Zarechny uważane było za obszar zamknięty.

Na potrzeby elektrowni jądrowej sztucznie utworzono zbiornik Biełojarsk. Ten staw chłodzący powstał z koryta rzeki Pyshma.

Elektrownia jądrowa w Biełojarsku zlokalizowana jest w pobliżu oddziału Instytutu Badań i Projektowania w Swierdłowsku, który zajmuje się technologią eksperymentalną.

Na terenie elektrowni jądrowej zlokalizowane są trzy bloki energetyczne – AMB-100, AMB-200 i BN-600. Blok energetyczny typu AMB, czyli „Atom Mirny Bolszoj” o mocy 100 MW, został po raz pierwszy wprowadzony do systemu energetycznego w 1964 roku. Blok energetyczny AMB o mocy 200 MW został uruchomiony w 1967 roku. Pierwsze dwa reaktory elektrowni pracowały odpowiednio 17 i 21 lat i zostały wyłączone z powodu nieprzestrzegania przepisów bezpieczeństwa.

Jedynym reaktorem, który działa do dziś, jest blok BN-600. Dokumentację dla tego reaktora opracowano już w 1963 roku, ale oddano go do użytku dopiero w 1980 roku.

Blok „Szybkie neutrony”

Reaktor BN (Fast Neutrons) to technologia eksperymentalna w przemyśle nuklearnym. W fizyce taki reaktor nazywany jest również hodowcą angielskie słowo rasy, co tłumaczy się jako „rozmnażać się”. Bloki typu BN są zdolne do produkcji plutonu.

BN-600 to jedyny działający reaktor przemysłowy na świecie. Wszystkie podobne modele w wielu krajach zostały wycofane z użytku na długo przed datą ważności. Decyzja ta podyktowana jest względami technicznymi i ekonomicznymi.

Zasada działania BN-600

Reaktor typu BN wykorzystuje chłodziwo w postaci ciekłego metalu. Sód stosowany jest w pierwszym i drugim obwodzie. Trzeci obieg reaktora to para wodno-wodna z pośrednim przegrzaniem par sodu.

Główną cechą reaktora hodowlanego jest jego wysoka wydajność. W procesie rozszczepienia jądra przez szybkie neutrony, uzysk neutronów wtórnych jest o 20-27% wyższy niż w reaktorach termicznych.

Blok energetyczny BNPP 4

Kosztem 135 miliardów rubli na terenie elektrowni jądrowej w Biełojarsku zbudowano nowy reaktor BN-800 z chłodziwem sodowym. Moc tego bloku energetycznego wynosi 880 MW. Obecnie trwają prace przygotowawcze do jego uruchomienia, które zaplanowano na rok 2014. Jednak ze względu na problemy z dostawami armatury z Ukrainy uruchomienie jednostki przesunięto na lipiec 2015 roku.

Historia projektu

Projekt budowy został określony w programie rozwoju energetyki jądrowej Federacja Rosyjska za lata 1993-2005. Program określił główne strategie i cele rozwojowe kompleks energetyczny krajach oraz ulepszenia istniejących elektrowni jądrowych. Jedna ze strategii przewidywała utworzenie i uruchomienie bloku nr 4 elektrowni jądrowej w Biełojarsku w następnej dekadzie.

Projekt BN-800 dla BEJ powstał już w 1983 roku. Od tego czasu był on zmieniany jeszcze dwukrotnie. Po raz pierwszy w 1987 r., po wypadku przy ul Elektrownia jądrowa w Czarnobylu, a drugi raz – po przyjęciu nowych przepisów bezpieczeństwa w 1993 r.

Projekt reaktora przeszedł wszystkie badania i kontrole. W 1994 roku BN-800 przeszedł niezależny egzamin Komisji w Swierdłowsku. Wyniki wszystkich kontroli były pozytywne. Już w 1997 r. Wydano licencję od Gosatomnadzor Federacji Rosyjskiej na instalację reaktora.

Zgodnie z projektem reaktor BN-800 umożliwia nie tylko wykorzystanie plutonu do celów energetycznych, ale także przetwarzanie plutonu do celów wojskowych. Instalacja umożliwia także wykorzystanie izotopów aktynowców z napromieniowanego paliwa z reaktorów paliwowo-neutronowych.

Cechy BN-800

BN-800 uznawany jest za instalację bezpieczną. Wyposażony jest w dodatkowy system ochrony awaryjnej. Działa w oparciu o elementy pasywne, które aktywują się wraz ze wzrostem temperatury.

Ponadto konstrukcja reaktora spełnia wszystkie wymagania środowiskowe. Dokumentacja przewiduje zatem zmniejszenie zużycia tlenu atmosferycznego i paliwa organicznego, usuwanie produktów rozszczepienia materiałów jądrowych i innych odpadów radioaktywnych.

Ponadto blok napędowy BN-800 będzie w przyszłości podstawą do testowania nowych projektów poprawiających osiągi i poprawiających bezpieczeństwo. Uruchomienie urządzenia ma ogromne znaczenie dalszy rozwój technologie energetyczne Rosji.

BNPP w naszych czasach

Dziś Biełojarsk jest drugą po syberyjskiej elektrownią jądrową w Rosji i jedyną w kraju pod względem obecności różnych typów reaktorów na tym samym terytorium.

Wolumen energii elektrycznej wytwarzanej przez stację stanowi około 10% całkowitego wolumenu systemu energetycznego w Swierdłowsku.

Obecnie pracuje tylko jeden reaktor, ale budowa BN-800 dobiega końca. Rząd zaczął rozważać możliwość budowy piątego bloku energetycznego o mocy 1200 MW.

Elektrownia jądrowa w Biełojarsku, której zdjęcie znajduje się poniżej, wielokrotnie wygrywała coroczny konkurs i otrzymywała tytuł najlepszej elektrowni jądrowej w Federacji Rosyjskiej.

Wypadki i poważne awarie w BNPP

W latach 1964-1979 często dochodziło do niszczenia połączeń rdzeniowych w pierwszym bloku napędowym. A w 1978 r. Zapalił się drugi blok napędowy. Źródłem pożaru była płyta podłogowa turbinowni, która spadła na zbiornik oleju turbogeneratora. Ogień uszkodził kabel sterujący, powodując wymknięcie się reaktora spod kontroli.

W 1987 roku doszło do awarii reaktora BN-600. Na skutek przekroczenia dopuszczalnej temperatury w rdzeniu doszło do zerwania szczelności elementów paliwowych. W rezultacie doszło do silnego uwolnienia radioaktywności.

W 1992 roku na skutek błędu personalnego zalane zostało pomieszczenie, w którym obsługiwano składowiska ciekłych odpadów promieniotwórczych. Woda dostała się pod ziemię magazynu i poprzez system odprowadzania wód gruntowych spłynęła do stawu schładzającego.

W tym samym roku specjalna ekspedycja odkryła na terenie BEJ duże stężenia substancji radioaktywnych. Po przeprowadzeniu badań i analiz zdecydowano o zwiększeniu strefy ochrony sanitarnej elektrowni z 8 do 30 km.

W 1993 r. elektrownia jądrowa w Biełojarsku przez pewien czas nie działała. Praca stacji została przerwana z powodu wycieku płynu chłodzącego do układu pomocniczego. Doszło także do niewielkiego pożaru w elektrowni jądrowej.

Stacja zapaliła się także w 1994 r., kiedy podczas naprawy wyciekł nieradioaktywny sód. Pożar trwał do momentu wypalenia się całego uwolnionego sodu.

W 1999 r. łożysko oporowe przegrzało się, w wyniku czego zaczęło dymić. Ale system awaryjny zadziałał na czas i generatory automatycznie się wyłączyły. W ten sposób możliwe było zabezpieczenie turbiny przed pożarem.

W 2000 r. elektrownia jądrowa w Biełojarsku została wyłączona z powodu awarii w systemie Sverdlovenergo. W wyniku błędu personalnego stacja została pozbawiona prądu. Kilka sekund później reaktor BN-600 automatycznie się wyłączył. Takiemu zatrzymaniu stacji towarzyszyło uwolnienie pary. Elektrownia jądrowa w Biełojarsku nie działała przez 9 minut. Wypadek był na tyle niebezpieczny, że mógł zakończyć się nawet katastrofą porównywalną do Czarnobyla.

W 2007 roku piorun uderzył w portal linii napowietrznej. W efekcie wyłączony został jeden agregat prądotwórczy elektrowni.

W 2008 roku wystąpiła awaria w układzie sterowania jednej z pomp obiegowych. Spowodowało to zmniejszenie mocy o 30%. Aby wyeliminować naruszenia, system automatycznie wyłączył „pętlę”, przez którą przepływał płyn chłodzący.