Атомная энергетика: взгляд в будущее — Yavio Magazine

Атомная энергетика: взгляд в будущее

211 просмотров

Ни для кого не секрет, что ядерная энергия является основой для новых возможностей и одновременно новых проблем, с которыми придется столкнуться человечеству.

Конечно, обычный человек, не вникая в подробности развития этой отрасли, может думать, что ничего нового за последние десятилетия в ней не произошло. Предполагалось, что после череды происшествий на атомных станциях, были приняты меры, обеспечивающие новый усовершенствованный уровень безопасности. Но, если копнуть глубже, можно понять, что на самом деле никаких глобальных изменений с момента возникновения ядерной энергетики так и не произошло.

 


Несомненно, ядерная энергетика имеет большие возможности, но сегодня мы все чаще сталкиваемся с проблемами в этой отрасли. Речь идет об отработанном ядерном топливе. Обеспечив замкнутый топливный цикл, можно добиться переработки топлива, но такой шаг приведет к распространению ядерного оружия. В любом деле есть свои плюсы и минусы, и, прежде чем приступить к конкретным действиям, нужно их тщательно анализировать.

 

 

В настоящее время атомная энергетика находится недалеко от тупика: чтобы отрасль была сохранена, ей необходимо развитие, но это невозможно из-за катастрофических последствий для нашей планеты. Сегодня необходимо направить все силы на то, чтобы найти выход из сложившейся ситуации и провести реальные преобразования в этой области.

 

 

Многие наслышаны о ядерных системах четвертого поколения, которые могли бы дать будущее атомной энергетике. В их основу заложена переработка и повторное использование ядерного топлива в закрытом цикле, а так же обеспечение безопасности и повышение эффективности в сравнении с классическими механизмами, используемыми в наши дни.

Однако, не все так просто. Переход на совершенно новые технологии не может произойти в один день. Нельзя просто закрыть атомную станцию на ключ и сказать, что она больше не работает. Существует множество проблем, которые необходимо решить, прежде чем двигаться в сторону применения новых ядерных технологий. В первую очередь, станция имеет остаточное выделение, и его необходимо нейтрализовать. Так же придется позаботиться об отработанном ядерном топливе, для которого необходимо найти место хранения (а с этим, как известно, сегодня большие проблемы).

 

 

Но если все же проблемы будут решены, какое будущее ожидает ядерную отрасль?

Если верить ученым, применение ядерных систем затронет не только производство электроэнергии, их можно будет использовать и в промышленной сфере. Благодаря новым технологиям можно будет вырабатывать тепло, они смогут участвовать в процессах производства синтетического топлива, а так же водорода из воды, цемента и стекла. Сегодня имеется несколько концепций, которые в дальнейшем могут стать реальностью и обеспечить долговечность атомной энергетике. Рассмотрим их.

Реактор на быстрых нейтронах с натрием

Эта концепция, в отличие от других, существует не только на бумаге. Уже изготовлен реактор, обеспечивающий функционирование замкнутого цикла. Планировалось, что подобные системы начнут внедрять в 2000-х годах, однако ряд политических проблем подорвал эти замыслы.

Такой тип реактора имел некоторые минусы, к которым относили высокую пожароопасность натрия, а так же повреждения конструкций активной зоны под воздействием быстрых нейтронов.

Реактор на быстрых нейтронах со свинцом

Это, пожалуй, один из самых безопасных проектов, но существует он пока только на бумаге. Его преимущество заключается в использовании вместо натрия свинца, элемента, который не может вступать в реакцию с водой.

Используя свинец, можно получить более быстрые нейтроны, что приведет к повышению эффективности и возможности извлечения большего объема энергии при меньших затратах топлива.

Однако, наряду с большими преимуществами, концепция имеет и свои нерешенные вопросы. Это касается воздействия жидкого свинца на конструкции реактора. Жидкость попросту расплавит их. Для решения этой проблемы было предложено обогатить свинец кислородом, но тут же возникал следующий вопрос: как равномерно его распределить.

В настоящее время такие страны как Франция, Россия, Китай, Швеция и США ведут исследования прототипа свинцовой системы.

Жидкосолевой реактор

Данная концепция разработана на основе двух предыдущих, вот только в ней не используется свинец и натрий. Ее выделяет то, что ядерное топливо должно будет плавать в соляном растворе. Из него так же планируется получать фторид, то есть производить соль.

 

 

Преимуществами концепции является дешевизна и простота корпуса. Для использования концепции в промышленных процессах, потребуется решить такие же проблемы, как и в системе со свинцом – из чего изготовить конструкционные материалы, чтобы уберечь их от коррозии в результате контакта с солями.

Реактор на быстрых нейтронах с гелием

Создание концепции с использованием свинца стало ответом на большое количество минусов натриевых реакторов. Идея использования гелия была разработана с учетом опыта конструирования тепловых механизмов, охлаждение которых производится при помощи газа.

Главная особенность гелиумной системы заключается в том, что перенос тепла из активной зоны требует обеспечения высокого давления (70-100 атмосфер).

Однако, и эта концепция имеет свои проблемы. Для функционирования требуется изготовить специальное топливо из карбидов урана и плутония, для которого необходим специфический контейнер. Так же стоит учитывать, что в случае понижения уровня давления в реакторе, естественной циркуляции будет недостаточно для обеспечения нужного тепловыведения.

Высокотемпературный реактор с гелием и открытым топливным циклом

Данная концепция предназначена для использования в серьезной промышленности. В открытом цикле будет участвовать особое топливо, что даст возможность утилизировать оружейный плутоний.

 


Элементы топлива имеют высокую прочность, поэтому не способны трескаться даже при очень сильных механических повреждениях. Это обеспечивает безопасность конструкции даже в аварийной ситуации.

Одноконтурный реактор на сверх критической воде

Классический пароводяной реактор завершает перечень инновационных проектов. В основе идеи лежит разгон активной зоны реактора, для получения более высоких показателей. Планируется увеличить давление до 225 атмосфер, а температуру пара до 375°С. Когда будут достигнуты эти величины, произойдет превращение воды во что-то среднее между паром и жидкостью. Это позволит повысить КПД на 10%.

 

 

К рассмотренным «реакторам», которые, возможно, получат реализацию в недалеком будущем, можно отнести и разработку сверхвысокотемпературных механизмов, позволяющих проводить наработку искусственного топлива. Так же сюда можно отнести и водо-водяные системы.

Если правильно сочетать предложенные концепции с БР, вполне возможно, что многокомпонентная энергетика сможет обеспечить нам энергетическую безопасность. Проблема заключается лишь в том, как запустить реализацию системы быстрых нейтронов и замкнутого атомного топливного цикла, при этом, соблюдая режим нераспространения. Искать ответ на этот вопрос начали еще в 1957 году, когда стало действовать Международное агентство по атомной энергии. После 1993 года работники МАГАТЭ могли поехать в любую страну и узнать последние новости и действия в атомной сфере. Задачей ученых и специалистов является разработка технологических способов, препятствующих «утечке» вредных веществ.

Тогда, когда мы сможем избавиться от обогащения, можно будет продвигать идею безопасности распространения атомной энергетики. Заглянув на страницы истории, можно найти примеры решения этой проблемы: в СССР был организован региональный ЯТЦ, с помощью которого проводилась разработка реакторов, выполнялось производство топлива и его переработка. Европейские страны возводили у себя АЭС, но при этом топливный цикл их не интересовал. Все отходы и топливо направлялись обратно в Советский Союз – опасные вещества и знания в этой отрасли оставались на территории одного государства. Чтобы был создан Международный режим, потребуется для начала создать международные центры ЯТЦ.

Сегодня ни одной стране не под силу самостоятельное создание коммерческой АЭС с использованием быстрых реакторов и замкнутого цикла. Мирное применение атомных технологий предполагает прохождение длинного и сложного пути развития сотрудничества между странами. Атомные технологии очень важны для поддержания экономических показателей и безопасности государств, которые занимаются развитием этой отрасли.