Rusia membuat terobosan dalam tenaga nuklir

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-16 16:08

Proyek "Terobosan" - reaktor nuklir Brest-300 yang sedang dibangun di dekat Tomsk, akan membuka halaman baru di sektor energi Bumi. Rusia menciptakan Perpetuum Mobile pertama di dunia dengan kapasitas 300 MW - pembangkit listrik tenaga nuklir dengan siklus bahan bakar tertutup. Proyek dengan nama yang cukup jelas "Terobosan" menjanjikan energi tanpa bahaya, tanpa penambangan uranium dan melampaui pesaing selama beberapa dekade …

Empat puluh tiga hektar wilayah, dinding monolitik abu-abu, perlengkapan yang mencuat ke langit, derek, dan 600 pekerja. Tiga tahun kemudian, di tempat ini, di kota tertutup Seversk, 25 kilometer dari Tomsk, akan mulai bekerja yang pertama di duniaPerpetuum Mobile dengan kapasitas 300 megawatt adalah pembangkit listrik tenaga nuklir dengan siklus bahan bakar tertutup dan timah cair sebagai pendingin. Perusahaan ini disebut perusahaan eksperimental, karena teknologi super untuk itu sejauh ini hanya dihitung pada model matematika. Namun, setelah memeriksanya di reaktor yang beroperasi, ilmuwan nuklir kami akan menerima referensi pembangkit listrik tenaga nuklir generasi baru, melepaskan diri dari pesaing dari Toshiba, Areva dan lain-lain selama beberapa dekade. Proyek, yang memiliki nama cukup jelas " Terobosan", Menjanjikan energi tanpa bahayadan yang paling penting, tanpa penambangan uranium.

Skeptis dan atom damai

Beberapa kata untuk mereka yang menganggap atom damai sebagai peninggalan. Kebutuhan manusia akan energi berlipat ganda setiap 20 tahun. Pembakaran minyak dan batu bara mengarah pada pembentukan tahunan sekitar setengah miliar ton sulfur dioksida dan nitrogen oksida, yaitu 70 kilogram zat berbahaya untuk setiap penghuni bumi. Penggunaan pembangkit listrik tenaga nuklir menghilangkan masalah ini. Apalagi cadangan minyak terbatas, dan intensitas energi satu ton uranium-235 kira-kira sama dengan intensitas energi dua juta ton bensin.

Biaya juga penting. Di pembangkit listrik tenaga air, satu kilowatt-jam biaya listrik 10-25 kopecks, tetapi potensi tenaga air di negara maju praktis habis. Di stasiun batu bara atau bahan bakar minyak - 22-40 kopek, tetapi masalah lingkungan muncul. Di pembangkit listrik tenaga angin dan surya industri - 35-150 kopecks, sedikit mahal, dan yang menjamin angin konstan dan tidak adanya awan. Biaya utama energi atom adalah 20-50 kopek, stabil, menciptakan masalah lingkungan yang jauh lebih sedikit daripada membakar minyak dan batu bara, potensinya tidak terbatas.

Akhirnya, atom damai Rusia ternyata hampir keluar dari persaingan. Pada tahun 2010, ketika, setelah cuaca dingin 24 tahun, banyak negara kembali ingin membangun pembangkit listrik tenaga nuklir, reaktor kami ternyata lebih murah dan tidak lebih buruk daripada prototipe Jepang, Prancis, dan Amerika. Selain itu, kami, tidak seperti pesaing , selama ini kami telah membangun pembangkit listrik tenaga nuklir - Rosatom memiliki sesuatu untuk ditunjukkan kepada pelanggan potensial.

Manajemen perusahaan negara secara kompeten membuang cacat yang dihasilkan. Akibatnya, Westinghouse Electric bangkrut tahun lalu. Toshiba, yang sebelumnya membeli Westinghouse Electric, sedang dalam perjalanan. Kondisi keuangan Areva juga tak patut ditiru. Di sisi lain, delegasi dari 52 negara datang ke Atomexpo-2016. 20 dari negara-negara ini belum memiliki tenaga nuklir. Mereka sekarang akan muncul untuk pertama kalinya di Mesir, Vietnam, Turki, Indonesia, Bangladesh - pembangkit listrik tenaga nuklir Rusia kami.

Neraka yang dalam

Masalah utama energi nuklir saat ini adalah bahan bakar … Ada 6, 3 juta ton uranium yang dapat diperoleh kembali secara ekonomis di bumi. Jika pertumbuhan konsumsi diperhitungkan, itu akan berlangsung selama sekitar 50 tahun. Biayanya sekitar $ 50 per kilogram bijih hari ini, tetapi karena deposit yang kurang menguntungkan terlibat dalam ekstraksi, itu akan naik menjadi $ 130 per kilogram dan lebih banyak lagi. Tentu saja ada cadangan yang ditambang, dan bukan yang kecil, tetapi tidak selamanya.

Uranium sulit ditambang atau sangat keras … Dalam batuan bijih uranium ada sekitar 0,1-1 persen, plus atau minus. Bijih terjadi pada kedalaman sekitar satu kilometer. Suhu di tambang di atas 60 derajat Celcius. Batuan yang diekstraksi harus dilarutkan dalam asam, lebih sering asam sulfat, untuk mengisolasi bijih uranium dari larutan. Pada beberapa endapan, asam sulfat segera dipompa ke dalam tanah, sehingga nantinya dapat dibawa bersama dengan uranium yang terlarut. Namun, ada batuan uranium yang tidak larut dalam asam sulfat…

Akhirnya, hanya dalam uranium murni 0,72 persen isotop yang dibutuhkan adalah uranium-235. Yang sama di mana reaktor nuklir bekerja. Untuk menyorotnya adalah sakit kepala yang terpisah. Uranium diubah menjadi gas (uranium heksafluorida) dan melewati rangkaian sentrifugal yang berputar dengan kecepatan sekitar dua ribu putaran per detik, di mana fraksi ringan dipisahkan dari yang berat. Tempat pembuangan - uranium-238, dengan kandungan residu uranium-235 0,2-0,3 persen, dibuang begitu saja di tahun 50-an. Tapi kemudian mereka mulai menyimpannya dalam bentuk uranium fluorida padat dalam wadah khusus di bawah langit terbuka. Selama 60 tahun, bumi telah terakumulasi sekitar dua juta ton uranium-238 fluorida … Mengapa disimpan? Kemudian, uranium-238 itu bisa menjadi bahan bakar untuk reaktor nuklir cepat, yang sampai saat ini para ilmuwan nuklir memiliki hubungan yang sulit.

Secara total, 11 reaktor neutron cepat industri dibangun di dunia: tiga di Jerman, dua di Prancis, dua di Rusia, masing-masing satu di Kazakhstan, Jepang, Inggris Raya, dan Amerika Serikat. Salah satunya, SNR-300 di Jerman, tidak pernah diluncurkan. Delapan lagi dihentikan. Tinggal dua pekerja … Di mana menurutmu? Itu benar, pada PLTN Beloyarsk.

Di satu sisi, reaktor cepat lebih aman daripada reaktor termal konvensional. Tidak ada tekanan tinggi di dalamnya, tidak ada risiko reaksi uap-zirkonium, dan sebagainya. Di sisi lain, intensitas medan neutron dan suhu di area kerja lebih tinggi; baja, yang akan mempertahankan sifat-sifatnya di bawah kedua parameter, lebih sulit dan lebih mahal untuk diproduksi. Selain itu, air tidak dapat digunakan sebagai pendingin dalam reaktor cepat. Sisa: merkuri, natrium dan timbal. Merkuri dihilangkan karena korosifitasnya yang tinggi. Timbal harus disimpan dalam keadaan cair - suhu lelehnya 327 derajat. Titik leleh natrium adalah 98 derajat, jadi semua reaktor cepat sejauh ini telah dibuat dengan pendingin natrium. Tapi natrium bereaksi terlalu keras dengan air. Kalau sirkuitnya rusak… Seperti yang terjadi di reaktor Jepang "Monju" tahun 1995. Secara umum, yang cepat ternyata terlalu sulit.

Jangan khawatir tidak akan membeku

“Jangan khawatir, timah dalam reaktor Brest-300 kami tidak hanya tidak akan pernah mengeras, tetapi juga tidak akan pernah mendingin di bawah 350 derajat,” kata kepala proyek BREST-OD-300 kepada Lente.ru Andrey Nikolaev … - Skema dan sistem khusus bertanggung jawab untuk ini. Ini adalah proyek yang sama sekali baru yang tidak ada hubungannya dengan reaktor timbal-bismut yang ada di kapal selam. Semuanya di sini dikembangkan dengan mempertimbangkan perkembangan, teknologi, dan pencapaian terkini. Itu akan terjadi reaktor cepat berpendingin timah pertama di dunia … Bukan tanpa alasan itu disebut "Terobosan". Sebelum Anda adalah perusahaan masa depan - pembangkit listrik tenaga nuklir generasi keempat dengan tertutup siklus bahan bakar.

Saya tidak diizinkan memanjat di lokasi konstruksi - ini adalah informasi rahasia. Mereka juga tidak diizinkan untuk mengambil gambar, jadi foto-foto itu bukan milik saya. Mereka dibuat oleh seseorang yang telah dijelaskan sebelumnya dari sudut mana yang memungkinkan untuk menangkap suatu objek, dan dari sudut mana yang tidak mungkin. Tetapi Andrey Nikolaev menjelaskan secara rinci mengapa dan dalam urutan apa ketiga pembangkit Proryv sedang dibangun dan bagaimana pembangkit listrik tenaga nuklir dapat bekerja tanpa uranium.

Perusahaan akan terdiri dari: tiga pabrik: pabrik produksi bahan bakar, reaktor itu sendiri dan pabrik pengolahan ulang bahan bakar. Pabrik produksi bahan bakar akan memproduksi komposisi elemen bahan bakar yang sama sekali baru, yang tidak memiliki analog di dunia. Ini adalah bahan bakar campuran nitrida uranium-plutonium - MNUP. Bahan fisil di reaktor baru akan menjadi plutonium … Dan uranium-238, yang bukan fisil, akan disinari dengan neutron termal dan berubah menjadi plutonium-239. Artinya, reaktor Brest-300 akan menghasilkan panas, listrik, dan selain itu , siapkan bahan bakar untuk dirimu sendiri.

Dua burung dengan satu batu

Di dunia saat ini sedang bekerja 449 reaktor nuklir industri damai dan 60 lainnya sedang dibangun. Selama pengoperasian reaktor ini, masa lalu dan masa depan, masalah yang direncanakan muncul - rakitan bahan bakar bekas. Pertama, mereka dimasukkan ke dalam pemandian khusus, di mana mereka "mendinginkan" selama beberapa tahun. Kemudian, elemen bahan bakar "didinginkan" disimpan di fasilitas penyimpanan "kering", di mana mereka terakumulasi dalam jumlah besar. Kapasitas untuk memproses kumpulan limbah beberapa kali lebih sedikit dari yang diperlukan. Mengapa? Karena sangat sulit dan mahal.

Proyek Breakthrough akan membangun pabrik pengolahan bahan bakarnya sendiri. Seperti yang Anda duga, Pabrik ini tidak hanya akan menghancurkan bahan bakar yang habis terbakar, tetapi juga memberikan bahan mentah untuk perakitan baru … Batang bahan bakar tua akan dilarutkan dalam asam, mungkin sulfat, kemudian di pabrik, menggunakan teknologi kimia yang kompleks, larutan akan dipisahkan elemen demi elemen. Yang tidak perlu dikondisikan dan dikubur, yang perlu digunakan. Selain bahan baku untuk bahan bakar baru, perusahaan akan mengekstrak dari rakitan lama isotop unsur berat paling langka yang dibutuhkan dalam kedokteran, sains, dan industri.

Omong-omong, daya reaktor 300 megawatt tidak dipilih secara kebetulan. Pada kekuatan ini, ia akan menghasilkan plutonium sebanyak yang dikonsumsinya. Reaktor yang sama dengan daya yang lebih tinggi akan menghasilkan lebih banyak bahan bakar daripada yang akan dikonsumsi. Jadi, sekali dimuat, reaktor Brest akan beroperasi seperti Perpetuum Mobile biasa. Hanya sedikit pasokan uranium yang habis akan dibutuhkan. Nah, dan uranium-238, seperti yang telah saya sebutkan, diakumulasikan oleh industri nuklir dalam jumlah seperti itu yang akan bertahan selamanya.

panci besar

- Sehingga Anda dapat membayangkan sebuah reaktor, - Andrei Nikolaev melanjutkan. - Ini adalah panci dengan tinggi 17 meter dan diameter 26 meter. Rakitan bahan bakar akan diturunkan ke dalamnya. Penukar panas - timah cair akan bersirkulasi melaluinya. Semua peralatan dari dan hanya untuk produksi Rusia. Ini akan menjadi reaktor yang benar-benar aman dengan margin reaktivitas kurang dari satu. Artinya, sesuai dengan hukum fisika, ia tidak memiliki cukup reaktivitas untuk berakselerasi. Kecelakaan skala besar di atasnya tidak mungkin terjadi. Evakuasi penduduk tidak akan pernah diperlukan. Kegagalan apa pun, jika itu terjadi, tidak akan melampaui batas bangunan perusahaan. Bahkan emisi ke atmosfer sebagai akibat dari kecelakaan hipotetis tidak akan terjadi.

Pembersihan otomatis pendingin akan diperkenalkan di reaktor Brest-300. Pendingin reaktor baru, yaitu timbal, tidak perlu diganti. Ini menghilangkan pemborosan bermasalah lain dari tenaga nuklir tradisional - LRW.

Masalah diselesaikan di sepanjang jalan

Penulis proyek Brest-300 adalah NIKIET yang dinamai Dollezhal. Uang dialokasikan tepat waktu, konstruksi berjalan sesuai rencana, pabrik fabrikasi bahan bakar akan menjadi yang pertama mulai beroperasi. Peluncuran reaktor dijadwalkan pada 2024 … Kemudian modul pemrosesan ulang bahan bakar akan selesai. Sejalan dengan konstruksi, pekerjaan R&D terus berlanjut. Sebagai hasil dari pekerjaan ini, perubahan secara berkala dilakukan pada konstruksi, sehingga titik waktu akhir tidak disebutkan.

Proyek Brest memiliki pencela di kalangan akademis. Bisa dimaklumi, proyek tersebut memenangkan kompetisi yang diikuti oleh beberapa institut ternama. Kritikus mengatakan teknologi yang digunakan di Brest belum selesai. Secara khusus, mereka mempertanyakan penggunaan lelehan timbal sebagai pembawa panas, dan seterusnya. Kami tidak akan membahas detailnya, mereka terlalu rumit dan ambigu. Di sisi lain, mengapa kita tidak mempercayai ilmuwan atom kita? Semua proyek yang Uni Soviet, dan setelah itu Rusia lakukan dalam industri nuklir, selangkah lebih maju dari rekan-rekan barat dan timur mereka. Jadi alasan apa kita harus percaya bahwa hal-hal akan berubah kali ini? Tampaknya bagi saya bahwa Anda hanya harus bahagia untuk Rosatom dan TVEL dan pada saat yang sama untuk diri sendiri, karena ini kita perusahaan.