Neutroni?

Neutroni ni chembe ambazo ni sehemu ya viini vingi vya atomiki, pamoja na protoni. Wakati wa mmenyuko wa mtengano wa nyuklia, kiini cha urani hugawanyika katika sehemu mbili na kwa kuongeza hutoa neutroni kadhaa. Wanaweza kuingia kwenye atomi zingine na kusababisha athari moja au zaidi ya mgawanyiko. Iwapo kila nyutroni iliyotolewa wakati wa kuoza kwa viini vya urani itagonga atomi za jirani, mlolongo wa athari unaofanana na theluji utaanza na kutolewa kwa nishati zaidi na zaidi. Ikiwa hakuna vizuizi, mlipuko wa nyuklia utatokea.

Lakini katika kinu cha nyuklia, baadhi ya nyutroni hutoka au kufyonzwa na vifyonzaji maalum. Kwa hiyo, idadi ya athari za fission inabakia sawa wakati wote, hasa ni nini kinachohitajika kupata nishati. Nishati kutoka kwa mmenyuko wa kuoza kwa mionzi hutoa joto, ambalo hutumika kutoa mvuke kuendesha turbine ya mtambo wa nguvu.

Neutroni zinazoweka majibu ya nyuklia mara kwa mara zinaweza kuwa na nishati tofauti. Kulingana na nishati, huitwa aidha ya joto au ya haraka (pia kuna baridi, lakini hizo hazifai kwa mimea ya nguvu za nyuklia). Reactors nyingi ulimwenguni zinategemea matumizi ya neutroni za joto, lakini Beloyarsk NPP ina Reactor ya haraka. Kwa nini?

Je, ni faida gani?

Katika kinu cha haraka cha nyutroni, sehemu ya nishati ya nyutroni huenda, kama katika vinu vya kawaida, ili kudumisha mmenyuko wa mgawanyiko wa sehemu kuu ya mafuta ya nyuklia, uranium-235. Na sehemu ya nishati inachukuliwa na shell iliyofanywa kwa uranium-238 au thorium-232. Vipengele hivi havina maana kwa mitambo ya kawaida. Neutroni zinapogonga viini vyake, hugeuka kuwa isotopu zinazofaa kutumika katika nishati ya nyuklia kama mafuta: plutonium-239 au uranium-233.

Uranium iliyoimarishwa. Tofauti na mafuta ya nyuklia yaliyotumika, urani haina karibu kuwa na mionzi kiasi kwamba inahitaji kushughulikiwa na roboti pekee. Unaweza hata kushikilia kwa muda mfupi kwa mikono yako umevaa glavu nene. Picha: Idara ya Nishati ya Marekani

Kwa hivyo, mitambo ya nyutroni ya haraka inaweza kutumika sio tu kusambaza nishati kwa miji na viwanda, lakini pia kuzalisha mafuta mapya ya nyuklia kutoka kwa malighafi ya bei nafuu. Ukweli ufuatao unazungumza juu ya faida za kiuchumi: kilo ya urani iliyoyeyushwa kutoka kwa madini inagharimu karibu dola hamsini, ina gramu mbili tu za uranium-235, na iliyobaki ni uranium-238.

Walakini, vinu vya haraka vya nyutroni kwa kweli hazitumiki ulimwenguni. BN-600 inaweza kuchukuliwa kuwa ya kipekee. Si Monju za Kijapani, wala Phoenix ya Ufaransa, au vinu kadhaa vya majaribio nchini Marekani na Uingereza vinavyofanya kazi kwa sasa: vinu vya joto viligeuka kuwa rahisi kuunda na kufanya kazi. Kuna idadi ya vikwazo kwenye njia ya vinu ambavyo vinaweza kuchanganya uzalishaji wa nishati na uzalishaji wa mafuta ya nyuklia. Na kwa kuzingatia uendeshaji wake wa mafanikio kwa miaka 35, wabunifu wa BN-600 waliweza kupitisha angalau baadhi ya vikwazo.

Shida ni nini?

Katika sodiamu. Kinu chochote cha nyuklia lazima kiwe na vijenzi na vipengele kadhaa: mikusanyiko ya mafuta yenye mafuta ya nyuklia, vipengele vya kudhibiti athari ya nyuklia, na kipozezi ambacho hufyonza joto linalozalishwa kwenye kifaa. Muundo wa vipengele hivi, muundo wa mafuta na baridi inaweza kutofautiana, lakini bila yao reactor haiwezekani kwa ufafanuzi.

Katika kinu cha haraka cha nyutroni, inahitajika kutumia nyenzo kama kipozezi ambacho hakihifadhi neutroni, vinginevyo zitageuka kutoka kwa haraka hadi polepole, za joto. Mwanzoni mwa nguvu ya nyuklia, wabuni walijaribu kutumia zebaki, lakini iliyeyusha mabomba ndani ya reactor na kuanza kuvuja nje. Chuma chenye sumu kali, ambacho pia kilikuwa chenye mionzi chini ya ushawishi wa mionzi, kilisababisha shida nyingi hivi kwamba mradi wa reactor ya zebaki uliachwa haraka.

Vipande vya sodiamu kawaida huhifadhiwa chini ya safu ya mafuta ya taa. Ingawa kioevu hiki kinaweza kuwaka, hakijibu pamoja na sodiamu na haitoi mvuke wa maji kutoka kwa hewa kwenda kwake. Picha: Superplus / Wikipedia

BN-600 hutumia sodiamu ya kioevu. Kwa mtazamo wa kwanza, sodiamu ni bora kidogo kuliko zebaki: inafanya kazi sana katika kemikali, humenyuka kwa ukali ikiwa na maji (kwa maneno mengine, hulipuka ikiwa inatupwa ndani ya maji) na humenyuka hata na vitu vilivyomo kwenye simiti. Hata hivyo, haiingilii na neutroni, na kwa kiwango sahihi cha kazi ya ujenzi na matengenezo ya baadaye, hatari ya kuvuja sio kubwa sana. Kwa kuongeza, sodiamu, tofauti na mvuke wa maji, inaweza kusukuma kwa shinikizo la kawaida. Ndege ya mvuke kutoka kwa mstari wa mvuke iliyopasuka chini ya shinikizo la mamia ya anga hukata chuma, kwa hiyo kwa maana hii sodiamu ni salama zaidi. Kuhusu shughuli za kemikali, inaweza pia kutumika kwa manufaa. Katika tukio la ajali, sodiamu humenyuka si tu kwa saruji, bali pia na iodini ya mionzi. Iodidi ya sodiamu haiondoki tena kwenye jengo la kinu cha nyuklia, wakati iodini ya gesi ilichangia karibu nusu ya uzalishaji wakati wa ajali kwenye kinu cha nyuklia huko Fukushima.

Wahandisi wa Soviet ambao walitengeneza vinu vya haraka vya nyutroni kwanza walijenga BR-2 ya majaribio (ile ambayo haikufanikiwa na zebaki), na kisha ya majaribio ya BR-5 na BOR-60 na sodiamu badala ya zebaki. Takwimu zilizopatikana kutoka kwao zilifanya iwezekane kuunda kinu cha kwanza cha "haraka" cha "haraka" BN-350, ambacho kilitumika katika kiwanda cha kipekee cha kemikali ya nyuklia na nishati - kiwanda cha nguvu ya nyuklia pamoja na mtambo wa kusafisha maji ya bahari. Katika Beloyarsk NPP, kinu cha pili cha aina ya BN - "haraka, sodiamu" - kilijengwa.

Licha ya uzoefu uliokusanywa wakati BN-600 ilizinduliwa, miaka ya kwanza iliharibiwa na mfululizo wa uvujaji wa sodiamu ya kioevu. Hakuna mojawapo ya matukio haya yaliyoleta tishio la mionzi kwa idadi ya watu au kusababisha udhihirisho mkubwa wa wafanyakazi wa mimea, na tangu mapema miaka ya 1990, uvujaji wa sodiamu umekoma kabisa. Ili kuweka hili katika muktadha wa kimataifa, Monju ya Japani ilikumbwa na uvujaji mkubwa wa sodiamu ya maji mwaka 1995, ambayo ilisababisha kuzima moto na kuzimwa kwa mtambo huo kwa miaka 15. Ni wabunifu wa Soviet pekee waliofaulu kutafsiri wazo la reactor ya haraka ya nyutroni kuwa kifaa cha viwandani badala ya majaribio, ambao uzoefu wao uliwaruhusu wanasayansi wa nyuklia wa Urusi kukuza na kujenga kinu cha kizazi kijacho - BN-800.

BN-800 tayari imejengwa. Mnamo Juni 27, 2014, kinu kilianza kufanya kazi kwa nguvu ya chini kabisa, na kuanza kwa umeme kunatarajiwa mnamo 2015. Kwa kuwa kuanzisha kinu cha nyuklia ni mchakato mgumu sana, wataalam hutenganisha mwanzo wa kimwili (mwanzo wa mmenyuko wa kujitegemea wa mnyororo) na kuanza kwa nishati, wakati ambapo kitengo cha nguvu huanza kusambaza megawati za kwanza za umeme. mtandao.

Beloyarsk NPP, jopo la kudhibiti. Picha kutoka kwa tovuti rasmi: http://www.belnpp.rosenergoatom.ru

Katika BN-800, wabunifu walitekeleza idadi ya maboresho muhimu, ikiwa ni pamoja na, kwa mfano, mfumo wa baridi wa hewa ya dharura kwa reactor. Watengenezaji wanasema faida yake ni uhuru kutoka kwa vyanzo vya nishati. Ikiwa, kama huko Fukushima, umeme hutoweka kwenye mmea wa nguvu za nyuklia, basi mtiririko wa kiboreshaji cha baridi bado hautatoweka - mzunguko utadumishwa kwa kawaida, kwa sababu ya upitishaji, kuongezeka kwa hewa moto. Na ikiwa msingi unayeyuka ghafla, kuyeyuka kwa mionzi haitatoka nje, lakini kwenye mtego maalum. Hatimaye, ulinzi dhidi ya overheating ni ugavi mkubwa wa sodiamu, ambayo katika tukio la ajali inaweza kunyonya joto linalozalishwa hata kama mifumo yote ya baridi itashindwa kabisa.

Kufuatia BN-800, imepangwa kujenga reactor ya BN-1200 na nguvu kubwa zaidi. Waendelezaji wanatarajia kwamba ubongo wao utakuwa reactor ya serial na itatumika sio tu katika Beloyarsk NPP, lakini pia katika vituo vingine. Hata hivyo, hii ni mipango tu ya sasa;

Beloyarsk NPP, tovuti ya ujenzi wa kitengo kipya cha nguvu. Picha kutoka kwa tovuti rasmi: http://www.belnpp.rosenergoatom.ru

Shida ni nini?

Katika uchumi na ikolojia ya mafuta. Reactor za neutroni za haraka hufanya kazi kwenye mchanganyiko wa oksidi ya uranium iliyoboreshwa na oksidi ya plutonium - hii ndiyo inayoitwa mafuta ya mox. Kinadharia, inaweza kuwa nafuu zaidi kuliko mafuta ya kawaida kutokana na ukweli kwamba hutumia plutonium au uranium-233 kutoka kwa uranium-238 ya bei nafuu au thoriamu iliyomwagika katika mitambo mingine, lakini hadi sasa mafuta ya mox ni duni kwa bei ya mafuta ya kawaida. Inageuka kuwa aina ya duara mbaya ambayo sio rahisi sana kuvunja: inahitajika kurekebisha teknolojia ya ujenzi wa vinu, uchimbaji wa plutonium na urani kutoka kwa nyenzo zilizowekwa kwenye kinu, na kuhakikisha udhibiti wa mitambo. yasiyo ya kuenea kwa vifaa vya juu. Wanaikolojia wengine, kwa mfano wawakilishi wa kituo kisicho cha faida cha Bellona, ​​​​wanaashiria kiwango kikubwa cha taka zinazozalishwa wakati wa usindikaji wa nyenzo zenye mionzi, kwa sababu pamoja na isotopu za thamani kwenye kinu cha haraka cha nyutroni, idadi kubwa ya radionuclides huundwa. haja ya kuzikwa mahali fulani.

Kwa maneno mengine, hata operesheni iliyofanikiwa ya kinururisho cha nyutroni chenyewe haitoi hakikisho la mapinduzi katika nishati ya nyuklia. Ni hali ya lazima, lakini haitoshi ya kuhama kutoka kwa hifadhi ndogo ya uranium-235 hadi uranium-238 inayopatikana zaidi na thorium-232. Iwapo wanateknolojia wanaohusika katika michakato ya kuchakata mafuta ya nyuklia na utupaji taka wa nyuklia wataweza kukabiliana na kazi zao ni mada ya hadithi tofauti.

Katika nakala zilizopita, tuligundua kuwa hakuna nishati ya jua itaweza kukidhi mahitaji ya ubinadamu (kwa sababu ya kuvunjika kwa kasi kwa betri na gharama zao), wala nishati ya nyuklia (tangu hata baada ya kupata pato chanya cha nishati kwenye mitambo ya majaribio, a. kiasi cha ajabu kinasalia kuwa matatizo katika njia ya matumizi ya kibiashara). Ni nini kinachobaki?

Kwa zaidi ya miaka mia moja, licha ya maendeleo yote ya wanadamu, wingi wa umeme hupatikana kutokana na mwako wa banal wa makaa ya mawe (ambayo bado ni chanzo cha nishati kwa 40.7% ya uwezo wa kuzalisha duniani), gesi (21.2%), bidhaa za petroli (5.5%) na umeme wa maji (nyingine 16.2%, kwa jumla yote haya ni 83.5% ya).

Kinachosalia ni nguvu za nyuklia, pamoja na vinu vya joto vya kawaida vya nyutroni (zinazohitaji U-235 adimu na ghali) na viyeyusho vya kasi vya nyutroni (vinavyoweza kuchakata U-238 asilia na thoriamu katika "mzunguko wa mafuta uliofungwa").

Ni nini "mzunguko wa mafuta uliofungwa" wa kizushi, ni tofauti gani kati ya mitambo ya neutroni ya haraka na ya mafuta, ni miundo gani iliyopo, ni lini tunaweza kutarajia furaha kutoka kwa haya yote na bila shaka - suala la usalama - chini ya kukata.

Kuhusu neutroni na uranium

Sote tuliambiwa shuleni kwamba U-235, wakati neutron inapoipiga, hugawanya na kutoa nishati, na neutroni nyingine 2-3 hutolewa. Kwa kweli, kila kitu ni ngumu zaidi, na mchakato huu unategemea sana nishati ya neutron hii ya awali. Hebu tuangalie grafu za sehemu ya msalaba (=uwezekano) wa mmenyuko wa kukamata nyutroni (U-238 + n -> U-239 na U-235 + n -> U-236), na mmenyuko wa mtengano wa U-235 na U-238 kulingana na nishati (=kasi) ya neutroni:

Kama tunavyoona, uwezekano wa kukamata nyutroni na mgawanyiko kwa U-235 huongezeka kwa kupungua kwa nishati ya nyutroni, kwa sababu katika vinu vya kawaida vya nyutroni nyutroni "hupunguzwa" katika grafiti/maji kiasi kwamba kasi yao inakuwa sawa na kasi ya vibration ya mafuta ya atomi kwenye kimiani ya kioo (kwa hivyo jina - neutroni za joto). Na uwezekano wa mgawanyiko wa U-238 na neutroni za joto ni mara milioni 10 chini ya U-235, ndiyo sababu ni muhimu kusindika tani za urani asilia ili kuchagua U-235.

Mtu anayeangalia grafu ya chini anaweza kusema: Lo, wazo nzuri! Na hebu kaanga U-238 ya bei nafuu na nyutroni 10 za MeV - inapaswa kusababisha mmenyuko wa mnyororo, kwa sababu kuna grafu ya sehemu ya msalaba kwa fission inakwenda juu! Lakini kuna tatizo - neutroni zinazotolewa kama matokeo ya mmenyuko zina nishati ya MeV 2 tu au chini (kwa wastani ~ 1.25), na hii haitoshi kuzindua majibu ya kujitegemea kwenye nyutroni za haraka katika U-238. (ama nishati zaidi inahitajika, au neutroni zaidi ziliruka kutoka kwa kila kitengo). Eh, ubinadamu hauna bahati katika ulimwengu huu ...

Walakini, ikiwa athari ya kujisimamia kwenye neutroni za haraka katika U-238 ingekuwa rahisi sana, kungekuwa na vinu vya asili vya nyuklia, kama ilivyokuwa kwa U-235 huko Oklo, na ipasavyo U-238 isingepatikana katika maumbile. fomu ya amana kubwa.

Hatimaye, ikiwa tunaacha asili ya "kujitegemea" ya majibu, bado inawezekana kugawanya U-238 moja kwa moja ili kuzalisha nishati. Hii inatumika, kwa mfano, katika mabomu ya nyuklia - nyutroni za 14.1MeV kutoka kwa majibu ya D+T hugawanya U-238 kwenye ganda la bomu - na hivyo nguvu ya mlipuko inaweza kuongezeka karibu bila malipo. Chini ya hali zinazodhibitiwa, kinabakia kuwa inawezekana kinadharia kuchanganya kinu cha thermonuclear na blanketi (ganda) la U-238 ili kuongeza nishati ya muunganisho wa thermonuclear kwa ~ mara 10-50 kutokana na mmenyuko wa mtengano.

Lakini unawezaje kutenganisha U-238 na waturiamu katika mmenyuko wa kujitegemea?

Mzunguko wa mafuta uliofungwa

Wazo ni kama ifuatavyo: hebu tuangalie sio sehemu ya msalaba wa fission, lakini sehemu ya msalaba wa kukamata: Kwa nishati inayofaa ya neutron (sio chini sana, na sio juu sana), U-238 inaweza kukamata nyutroni, na baada ya kuoza 2. inaweza kuwa plutonium-239:

Kutoka kwa mafuta yaliyotumika, plutonium inaweza kutengwa kwa kemikali ili kutengeneza mafuta ya MOX (mchanganyiko wa plutonium na oksidi za urani) ambayo inaweza kuchomwa katika vinu vya haraka na katika zile za kawaida za joto. Mchakato wa kuchakata tena kemikali ya mafuta yaliyotumika inaweza kuwa ngumu sana kwa sababu ya mionzi yake ya juu, na bado haijatatuliwa kabisa na kwa kweli haijafanywa (lakini kazi inaendelea).

Kwa waturiamu asilia - mchakato kama huo, waturiamu huchukua nyutroni, na baada ya mgawanyiko wa moja kwa moja, inakuwa uranium-233, ambayo imegawanywa kwa takriban njia sawa na uranium-235 na hutolewa kutoka kwa mafuta yaliyotumika kemikali:

Athari hizi, bila shaka, pia hutokea katika vinu vya kawaida vya joto - lakini kwa sababu ya msimamizi (ambayo hupunguza sana nafasi ya kukamata nyutroni) na vijiti vya kudhibiti (ambavyo hunyonya baadhi ya nyutroni), kiasi cha plutonium kinachozalishwa ni kidogo kuliko ile ya nyutroni. uranium-235 inayoungua. Ili kutoa vitu vingi vya fissile kuliko kuchomwa moto, unahitaji kupoteza neutroni chache iwezekanavyo kwenye vijiti vya kudhibiti (kwa mfano, kwa kutumia vijiti vya kudhibiti vilivyotengenezwa na urani ya kawaida), muundo, baridi (zaidi juu ya hii hapa chini) na kabisa. ondoa msimamizi wa nyutroni (graphite au maji ).

Kwa sababu ya ukweli kwamba sehemu ya msalaba wa fission kwa neutroni za haraka ni ndogo kuliko ile ya mafuta, ni muhimu kuongeza mkusanyiko wa nyenzo za fissile (U-235, U-233, Pu-239) kwenye msingi wa reactor kutoka 2-4. hadi 20% na zaidi. Na uzalishaji wa mafuta mapya unafanywa katika kanda na thorium / uranium ya asili iko karibu na msingi huu.

Kama bahati ingekuwa hivyo, ikiwa mpasuko unasababishwa na neutroni ya haraka badala ya ile ya joto, majibu hutoa ~ mara 1.5 neutroni zaidi kuliko katika kesi ya mgawanyiko wa neutroni za joto - ambayo hufanya majibu kuwa ya kweli zaidi:

Ni ongezeko hili la idadi ya nyutroni zinazozalishwa ambayo inafanya uwezekano wa kuzalisha kiasi kikubwa cha mafuta kuliko ilivyokuwa awali. Bila shaka, mafuta mapya hayachukuliwa kutoka kwa hewa nyembamba, lakini hutolewa kutoka kwa U-238 "isiyo na maana" na thorium.

Kuhusu baridi

Kama tulivyogundua hapo juu, maji hayawezi kutumika katika kinu cha haraka - hupunguza kasi ya neutroni kwa ufanisi sana. Ni nini kinachoweza kuchukua nafasi yake?

Gesi: Unaweza kupoza Reactor na heliamu. Lakini kutokana na uwezo wao mdogo wa joto, ni vigumu kupoza mitambo yenye nguvu kwa njia hii.

Metali za kioevu: sodiamu, potasiamu- hutumika sana katika mitambo ya haraka duniani kote. Faida ni kiwango cha chini cha myeyuko na hufanya kazi kwa shinikizo la karibu la anga, lakini metali hizi huwaka vizuri sana na hujibu kwa maji. Kitendo cha pekee cha nishati ya uendeshaji duniani, BN-600, kinatumia kipozezi cha sodiamu.

Kuongoza, bismuth- inayotumika katika vinu vya BREST na SVBR vinavyotengenezwa sasa nchini Urusi. Ya hasara za dhahiri - ikiwa reactor imepozwa chini ya kiwango cha kufungia cha risasi / bismuth - inapokanzwa ni vigumu sana na inachukua muda mrefu (unaweza kusoma kuhusu zisizo wazi kwenye kiungo kwenye wiki). Kwa ujumla, masuala mengi ya kiteknolojia yanabaki kwenye njia ya utekelezaji.

Zebaki- kulikuwa na kiboreshaji cha BR-2 kilicho na baridi ya zebaki, lakini kama ilivyotokea, zebaki huyeyusha haraka vifaa vya muundo wa kinu - kwa hivyo hakuna vinu tena vya zebaki vilivyojengwa.

Kigeni: Kikundi tofauti - vinu vya kuyeyuka vya chumvi - LFTR - hufanya kazi kwa matoleo tofauti ya floridi ya vifaa vya fissile (uranium, thorium, plutonium). Reactor 2 za "maabara" zilijengwa huko USA katika Maabara ya Kitaifa ya Oak Ridge katika miaka ya 60, na tangu wakati huo hakuna vinu vingine vilivyotekelezwa, ingawa kuna miradi mingi.

Uendeshaji wa mitambo na miradi ya kuvutia

Kirusi BOR-60- Kitendo cha majaribio cha haraka cha nyutroni, kinachofanya kazi tangu 1969. Hasa, hutumiwa kupima vipengele vya kimuundo vya reactor mpya za neutroni za haraka.

Kirusi BN-600, BN-800: Kama ilivyotajwa hapo juu, BN-600 ndiyo kinu cha nguvu cha nyutroni pekee chenye kasi duniani. Imekuwa ikifanya kazi tangu 1980, bado inatumia uranium-235.

Mnamo 2014, imepangwa kuzindua BN-800 yenye nguvu zaidi. Tayari imepangwa kuanza kutumia mafuta ya MOX (pamoja na plutonium), na kuanza kuendeleza mzunguko wa mafuta uliofungwa (na usindikaji na uchomaji wa plutonium iliyozalishwa). Kisha kunaweza kuwa na serial BN-1200, lakini uamuzi juu ya ujenzi wake bado haujafanywa. Kwa upande wa uzoefu katika ujenzi na uendeshaji wa viwanda wa mitambo ya nyutroni ya haraka, Urusi imeendelea zaidi kuliko mtu mwingine yeyote na inaendelea kuendeleza kikamilifu.

Pia kuna vinu vya haraka vya utafiti wa uendeshaji nchini Japani (Jōyō), India (FBTR) na Uchina (Kichina cha Majaribio cha Haraka cha Reactor).

Kinu cha Kijapani cha Monju- Reactor mbaya zaidi ulimwenguni. Ilijengwa mnamo 1995, na katika mwaka huo huo kulikuwa na uvujaji wa kilo mia kadhaa za sodiamu, kampuni hiyo ilijaribu kuficha ukubwa wa tukio hilo (hello Fukushima), Reactor ilifungwa kwa miaka 15. Mnamo Mei 2010, mtambo huo hatimaye ulianzishwa kwa nguvu iliyopunguzwa, lakini mnamo Agosti, wakati wa uhamishaji wa mafuta, crane ya tani 3.3 ilishuka kwenye kinu, ambayo mara moja ilizama kwenye sodiamu ya kioevu. Iliwezekana tu kupata crane mnamo Juni 2011. Mnamo Mei 29, 2013, uamuzi utafanywa wa kufunga reactor milele.

Kitendo cha mawimbi kinachosafiri: Miongoni mwa miradi inayojulikana ambayo haijatekelezwa ni "kinasa wimbi la kusafiri" - kiyeyeyusha wimbi la kusafiri, kutoka kwa kampuni ya TerraPower. Mradi huu ulikuzwa na Bill Gates - kwa hivyo waliandika kuuhusu mara mbili kwenye Habré: , . Wazo lilikuwa kwamba "msingi" wa reactor ulijumuisha uranium iliyoboreshwa, na karibu nayo kulikuwa na kaseti za U-238/thorium ambazo mafuta ya baadaye yangezalishwa. Kisha, roboti ingesogeza kaseti hizi karibu na kituo - na mwitikio ungeendelea. Lakini kwa kweli, ni ngumu sana kufanya kazi hii yote bila usindikaji wa kemikali, na mradi haukuanza.

Juu ya usalama wa nishati ya nyuklia

Ninawezaje kusema kwamba ubinadamu unaweza kutegemea nishati ya nyuklia - na hii baada ya Fukushima?

Ukweli ni kwamba nishati yoyote ni hatari. Tukumbuke ajali iliyotokea kwenye bwawa la Banqiao nchini China, ambalo lilijengwa, pamoja na mambo mengine, kwa madhumuni ya kuzalisha umeme - basi watu elfu 26 walikufa. hadi 171 elfu Binadamu. Ajali katika kituo cha umeme cha Sayano-Shushenskaya - watu 75 walikufa. Nchini Uchina pekee, wachimba migodi 6,000 hufa kila mwaka wakati wa uchimbaji wa makaa ya mawe, na hii haijumuishi matokeo ya kiafya ya kuvuta moshi kutoka kwa mitambo ya nishati ya joto.

Idadi ya ajali kwenye mitambo ya nyuklia haitegemei idadi ya vitengo vya nguvu, kwa sababu Kila ajali inaweza kutokea mara moja tu katika mfululizo. Baada ya kila tukio, sababu zinachambuliwa na kuondolewa katika vitengo vyote. Kwa hivyo, baada ya ajali ya Chernobyl, vitengo vyote vilirekebishwa, na baada ya Fukushima, nishati ya nyuklia ilichukuliwa kutoka kwa Wajapani kabisa (hata hivyo, pia kuna nadharia za njama hapa - Merika na washirika wake wanatarajiwa kuwa na uhaba wa urani. -235 katika miaka 5-10 ijayo).

Tatizo la mafuta yaliyotumiwa hutatuliwa moja kwa moja na mitambo ya neutroni ya haraka, kwa sababu Mbali na kuboresha teknolojia ya usindikaji wa taka, taka ndogo huzalishwa: nzito (actinides), bidhaa za athari za muda mrefu pia "huchomwa" na neutroni za haraka.

Hitimisho

Reactors za haraka zina faida kuu ambayo kila mtu anatarajia kutoka kwa mitambo ya nyuklia - mafuta kwao yatadumu ubinadamu kwa maelfu na makumi ya maelfu ya miaka. Hauitaji hata kuchimba - tayari imechimbwa na inalala

Maji-maji na reactors ya joto ya kuchemsha ndiyo inayotumiwa sana leo. Muundo wa mafuta yaliyotumiwa kutoka kwa mitambo tofauti hutofautiana kwa kiasi fulani. Inategemea, hasa, juu ya uchovu, lakini si tu. Katika reactor ya kawaida ya VVER yenye nguvu ya umeme ya MW 1000, kwa kutumia mafuta ya urani, tani 21 za mafuta ya nyuklia yaliyotumiwa (SNF) yenye kiasi cha 11 m 3 (1/3 ya jumla ya mzigo wa mafuta) huzalishwa kila mwaka. Tani 1 ya mafuta yaliyotumika, ambayo yametolewa hivi karibuni kutoka kwa kinu cha VVER, ina kilo 950-980 ya uranium-235 na 238, 5 - 10 kg ya plutonium, bidhaa za fission (1.2 - 1.5 kg ya cesium-137, 770 g ya technetium-90). , 500 g ya strontium -90, 200 g ya iodini-129, 12 - 15 g ya samarium-151), actinides ndogo (500 g ya neptunium-237, 120 - 350 g ya americium-241 na 243, 60 g ya curium -242 na 244), na pia kwa kiasi kidogo cha radioisotopu za seleniamu, zirconium, palladium, bati na vipengele vingine. Unapotumia mafuta ya MOX, mafuta yaliyotumiwa yatakuwa na americium na curium zaidi.

Bidhaa za fission

Katika miaka kumi ya kwanza, kutolewa kwa joto kwa mafuta yaliyotumiwa baada ya kupakua hupungua kwa takriban amri mbili za ukubwa na imedhamiriwa hasa na bidhaa za fission. Mchango mkubwa zaidi kwa shughuli ya mafuta yaliyotumiwa na muda wa kushikilia kwa miaka mitatu hufanywa na: 137 Cs + 137m Ba (24%), 144 Ce + 144 Pr (21%), 90 Sr + 90 Y (18%), 106 Ru + 106 Rh (16%), 147 Pm (10%), 134 Cs (7%), mchango wa jamaa wa 85 Kr, 154 Eu, 155 Eu ni takriban 1% ya kila isotopu.

Bidhaa za muda mfupi za fission

Nuclide	T 1/2	Nuclide	T 1/2
85 Kr	Miaka 10.8	137 Ks	Miaka 26.6
90 Sr	miaka 29	137m Ba	siku 156
90Y	siku 2.6	144 Ce	siku 284.91
106 Ru	siku 371.8	144 Pr	17.28 m
106 Rh	30.07 s	147 PM	Miaka 2.6
134 Cs	Miaka 2.3	154 EU	miaka 8.8
		155 EU	Miaka 4.753

Kwa miaka kadhaa baada ya kutokwa, wakati mafuta yaliyotumiwa yanahifadhiwa kwenye mabwawa yaliyojaa maji, hatari kuu ni kwamba kupoteza kwa maji ya baridi kunaweza kusababisha mafuta ya joto hadi joto la juu la kutosha kuwasha alloy ya zirconium ambayo vijiti vya mafuta. hufanywa, na kusababisha kutolewa kwa bidhaa tete za fission za mionzi.

Bidhaa za muda mrefu za fission

Kwa muda mrefu (miaka 10 4 -10 6), bidhaa hizi zinaweza kusababisha hatari kutokana na uhamaji wao mkubwa zaidi kuliko ule wa actinides.

Actinides

Actinidi ndogo ni pamoja na isotopu za muda mrefu na za muda mrefu za neptunium (Np-237), americium (Am-241, Am-243) na curium (Cm-242, Cm-244, Cm-245).

Neptunium

Neptunium, ambayo inawakilishwa zaidi na isotopu pekee Np-237, hutolewa kutoka kwa isotopu ya uranium U-235 kulingana na mlolongo ufuatao:

Mpango wa kuoza kwake kwa kiini cha binti aliyeishi kwa muda mrefu una fomu

Np-237 (T 1/2 = 2.14 10 miaka 6; α) → Pa-233 (T 1/2 = siku 27; β) → U-233 (T 1/2 = 1.59 miaka 10 5; α)

Kuchambua mienendo ya mabadiliko katika shughuli za nuclei katika mnyororo wa kuoza, tunaweza kusema kwamba Np-237 na Pa-233 zitakuwa katika usawa wa kidunia na shughuli zao zitakuwa sawa, na shughuli ya Pa-233 itakuwa ndogo sana na. inaweza kupuuzwa.

Tabia za mionzi ya Np-237 na Ra-233

C 0 - shughuli maalum ya nyenzo kwa kilo 1 ya Np-237 (Ci / kg); Q - nishati ya kuoza (MeV);
E α - nishati ya α-chembe (MeV); E β - wastani wa nishati ya chembe β (MeV);
E γ - jumla ya nishati ya γ quanta (keV); W - kutolewa kwa joto (W / kg).

Neptunium, ambayo inawakilishwa zaidi na isotopu moja Np-237, inachangia kwa kiasi kikubwa sumu ya mionzi ya muda mrefu kutokana na nusu ya maisha yake marefu. Hata hivyo, Np-237 haitoi mchango mkubwa kwa kutolewa kwa joto. Np-237 inaweza kupitishwa katika vinu vya joto na vya haraka.

Amerika

Isotopu za muda mrefu za americium zinazozalishwa kwa wingi katika viyeyusho vya mafuta ya neutroni ni pamoja na isotopu za Am-241 na Am-243. Isotopu ya Am-242m inazalishwa kwa kiasi kidogo zaidi, lakini maudhui yake katika americium iliyotolewa kutoka kwa mafuta yaliyotumiwa yanaweza kuwa na athari kubwa kwa sifa za mionzi ya neutroni ya nyenzo.
Isotopu za Americium Am-241, Am-243 na isotopu za curium Cm-242, Cm-244 na Cm-245 hutolewa kutoka kwa isotopu ya uranium U-238 kulingana na minyororo ifuatayo:

Am-241
Katika mafuta ya nyuklia yaliyotumika, Am-241 ndiyo isotopu kuu ya americium, ingawa pia kuna Am-242, Am-242m na Am-243.
Mpango wa kuoza wa Am-241 kwa kiini cha binti aliyeishi kwa muda mrefu una fomu

Am-241 (T 1/2 = 4.32 10 2 miaka; α) → Np-237 (T 1/2 = 2.14 10 6 miaka; α)

Tangu T 1/2 (Am-241)<< T 1/2 (Np-237), то радиационные характеристики процесса определяются исключительно параметрами распада собственно Аm-241

Am-243
Mpango wa kuoza wa Am-243 kwa kiini cha binti aliyeishi kwa muda mrefu una fomu

Am-243 (T 1/2 = 7.38 10 3 miaka; α) → Np-239 (T 1/2 = siku 2.35; β) → Pu-239 (T 1/2 = 2.42 10 4 miaka; α)

Am-243 na Np-239 ziko katika usawa wa mionzi na shughuli zao ni sawa.

Am-242m
Vitendo vya joto vya nyutroni pia hutoa isoma ya muda mrefu ya Am-242m

Am-242m (T 1/2 = 1.52 miaka 10 2; γ) → Am-242 (T 1/2 = saa 16; 82% β; 18% EZ*) →
→ Pu-242 (T 1/2 = 3.76 10 miaka 5; α) → Cm-242 (T 1/2 = 1.63 10 siku 2; α) → Pu-238 (T 1/2 = miaka 88; α )

Radionuclides zifuatazo huchangia mionzi ya nyenzo zilizo na Am-242m:
Am-242m, Am-242, Cm-242

Tabia za mionzi ya Am-241, Am-243, Np-239, Am-242m, Am-242 na Cm-242

Isotopu	T 1/2	C 0	Aina kutengana	Q	E α	Eβ	E γ	W
Am-241	4.32 · 10 2 miaka	3.44 10 3	α	5.64	5.48		29	1.11 10 2
Am-243	7.38 · 10 miaka 3	200	α	5.44	5.27	0	48	6.6
Np-239	Siku 2.35		β	0.72	0	0.118	175
Am-242m	1.52 · 10 2 miaka	9.75 10 3	γ	0.072	0	0	49	310
Am-242	Saa 16	1.75 10 3 8 10 3	EZ β	0.75, 17.3% 0.66, 82.7%	0 0	0 0.16	18
Cm-242	1.63 · 10 siku 2	8 10 3	α	6.2	6.1	0	1.8

Americium ndiye mchangiaji mkuu wa shughuli za gamma na sumu ya mionzi ya mafuta yaliyotumiwa takriban miaka 500 baada ya kupakua, wakati mchango wa bidhaa za fission hupungua kwa maagizo kadhaa ya ukubwa. Americium yote inaweza kubadilishwa katika mtiririko mkali wa neutroni kwa kutumia athari za kukamata na kugawanyika.

Curium

Cm-242
Mpango wa kuoza wa Cm-242 unaonekana kama hii:

Sm-242 (T 1/2 = siku 163; α) → Pu-238 (T 1/2 = miaka 87.7; α) → U-234 (T 1/2 = 2.46 10 miaka 5; α)

Shughuli ya Cm-242 hupungua haraka, wakati shughuli ya Pu-238 inaongezeka na, haraka sana, katika ≈ miaka 3.4, shughuli za Pu-238 na Cm-242 zinalinganishwa, wakati shughuli ya Cm-242 inapungua takriban 200. nyakati ikilinganishwa na kiwango cha awali.

Tabia za mionzi ya Cm-242 na Pu-238

Сm-244
Mpango wa kuoza wa Cm-244 unaonekana kama hii:

Cm-244 (T 1/2 = miaka 18.1; α) → Pu-240 (T 1/2 = 6.56 10 miaka 3; α).

Tabia za mionzi ya Cm-244

Сm-245
Mpango wa kuoza wa Cm-245 unaonekana kama hii:

Cm-245 (T 1/2 = 8.5 10 miaka 3; α) → Pu-241 (T 1/2 = miaka 14.4; β) → Am-241 (T 1/2 = 4.33 10 2 miaka; α) .

Katika t >> T 1/2 (Pu-241), shughuli ya Pu-241 iko katika usawa na shughuli ya Cm-245.

Tabia za mionzi ya Cm-245 na Pu-241

Curium inachangia sana shughuli za gamma, utoaji wa nyutroni, na sumu ya mionzi. Curium haifai vyema kwa ubadilishaji kwa sababu sehemu za mgawanyiko na kunasa za isotopu kuu (Cm-242 na Cm-244) ni ndogo sana. Ingawa Cm-242 ina nusu ya maisha mafupi sana (siku 163), inatolewa kila wakati kwa mafuta ya mionzi kupitia kuoza.
Am-242m (nusu ya maisha miaka 141).

Kutolewa kwa joto na radiotoxicity ya mafuta ya nyuklia yaliyotumiwa

Mchele. 3. Utoaji wa joto wa mafuta yaliyotumika kutoka kwa kinusi cha maji na kuchomwa kwa 50 GWd/tm

Katika Mtini. Mchoro wa 3 unaonyesha kutolewa kwa joto kwa mafuta yaliyotumiwa kutoka kwa kicheriri cha maji nyepesi na kuchomwa kwa 50 GWd/tm. Burnup inafafanuliwa kama uwiano wa nishati ya joto inayozalishwa wakati wa kampeni ya reactor kwa wingi wa mafuta yaliyopakiwa. Baada ya kuhifadhi kwa takriban miaka 40, ni asilimia chache tu ya mionzi ya asili iliyobaki kwenye mafuta yaliyotumika. Uzalishaji wa joto hupungua kwa kasi katika miaka 200 ya kwanza baada ya kushuka. Aidha, kwa miaka 60 ya kwanza, mchango mkubwa wa kutolewa kwa joto hutoka kwa kuoza kwa bidhaa za fission. Michango kubwa zaidi hutolewa na 137 Cs + 137 Ba na 90 Sr + 90 Y. Licha ya ukweli kwamba actinides ndogo huzalishwa kwa kiasi kidogo katika reactors, hutoa mchango mkubwa kwa kutolewa kwa joto, mavuno ya neutron na radiotoxicity ya mafuta yaliyotumiwa. . Baada ya miaka 60, actinides inashinda kwa kiasi cha kutolewa kwa joto. Baada ya miaka 200, uzalishaji wa joto karibu kabisa unasababishwa na actinides - plutonium na americium. Kupungua kwa polepole kwa kutolewa kwa joto kunatokana na maisha marefu ya nusu ya 241 Am, 238 Pu, 239 Pu na 240 Pu.
Katika Mtini. Mchoro wa 4 unaonyesha jinsi kiwango cha kipimo cha mionzi ya nje kutoka kwa mafuta ya nyuklia iliyotumiwa hubadilika kwa wakati.

Mchele. 4. Utegemezi wa muda wa kiwango cha kipimo cha mionzi kutoka tani moja ya mafuta ya nyuklia yaliyotumika baada ya kupakua kutoka kwa reactor na kuchomwa kwa 38 GW / t kwa umbali wa mita 1.

Karibu mwaka mmoja baada ya kupakia mafuta, wakati mafuta yaliyotumiwa yanapakuliwa kutoka kwa reactor, kiwango cha dozi kutoka tani 1 ni kuhusu 1000 Sv / h. Hii inamaanisha kuwa kipimo hatari, kama Sv 5, huchukuliwa ndani ya sekunde 20. Kiwango kinategemea kabisa mchango wa mionzi ya gamma. Mionzi hupungua kwa muda, lakini kiwango cha kipimo baada ya miaka 40, wakati mafuta yaliyotumiwa lazima yawekwe kwenye hifadhi ya kina, bado ni ya juu kwa 65 Sv / h. Kwa hiyo, wakati wa kushughulikia mafuta ya nyuklia yaliyotumiwa, hatua za ulinzi dhidi ya mionzi ya nje zinahitajika, kutoka kwa upakuaji kutoka kwa reactor hadi utupaji wa mwisho. Kutoka Mtini. 4 inaweza kuonekana kuwa kipimo kutoka kwa mionzi ya neutroni daima ni kidogo sana kuliko kutoka kwa mionzi ya gamma, lakini mionzi ya neutroni hupungua polepole zaidi.
Katika miongo michache ya kwanza, sumu ya mionzi huamuliwa zaidi na bidhaa za mtengano kama vile 90 Sn na 137 Cs na bidhaa zao za kuoza. Baada ya uhifadhi wa muda kwa takriban miaka 40, ni asilimia chache tu ya mionzi asilia inabaki kwenye mafuta yaliyotumika. Katika kipindi cha miaka mia kadhaa, kuoza kwa radionuclides nyingi na mchango mkuu wa sumu ya mionzi hufanywa na actinides ya muda mrefu (plutonium na americium). Mionzi ya sumu ya mafuta iliyotumiwa itapungua hadi kiwango cha sumu ya mionzi ya madini ya urani katika miaka 100,000.

Mchele. 5. Utegemezi wa radiotoxicity ya mafuta yaliyotumiwa kwa wakati kwa kuchomwa kwa 60 GW: siku / t.

Na matarajio ambayo uongozi katika eneo hili huleta.

Teknolojia za nyuklia nchini Urusi zimekuwa zikichukua nafasi maalum kila wakati: zilihakikisha usalama wa kimkakati, zilidumisha usawa wa kimataifa katika hatua za ukuu wa wapinzani kwenye hatua ya ulimwengu katika uwanja wa teknolojia ya kijeshi, na kuhakikisha usalama wa nishati. Katika ulimwengu wa kisasa, maendeleo ya teknolojia ya nyuklia na mionzi ni moja ya injini za maendeleo ya viwanda na kijamii (mradi mkubwa wa kiteknolojia bila shaka unageuka kuwa nguzo ya ushawishi juu ya elimu, ikolojia, uchumi na utamaduni).

Hivi sasa, dunia inadaiwa takriban 13% ya umeme wote unaozalishwa kwa teknolojia ya nyuklia, na gharama ya chini zaidi kwa kilowati saa na viwango vya chini zaidi vya uchafuzi wa mazingira.

Wakati wa kujenga mtambo wa nyuklia, ili kufikia angalau baadhi ya takwimu kuhusu athari za mazingira na uzalishaji wa CO2, hata uzalishaji kutoka kwa jenereta za dizeli za wafanyakazi wa ujenzi huzingatiwa.

Kwa mtazamo wa kiteknolojia tu, inafaa kuzingatia kwamba utendaji unaovutia wa nishati ya nyuklia umepatikana kwa kutumia vinu ambavyo vinafanya kazi kwa neutroni "za joto" au "polepole" - neutroni ambazo zimepitia msimamizi maalum (maji, maji mazito au grafiti), kutupa nishati ya ziada na kuzindua majibu ya mnyororo wa nyuklia unaojitegemea. Ipasavyo, kiwango cha athari na shida nyingi za muundo wa uhandisi ambazo lazima zisuluhishwe kwa operesheni iliyofanikiwa ya kinukta cha nyuklia hutegemea idadi ya neutroni za bure zinazopatikana kwa athari ya nyuklia na uwezo wa mafuta kuzikamata. Kulingana na uchunguzi wa wanasayansi, katika teknolojia ya kinachojulikana kama viboreshaji haraka (a.k.a. "wafugaji" au "reactors za wafugaji") kuna ziada ya nyutroni, flux ya nyutroni 2.3 ya nyutroni za bure huundwa dhidi ya 1 kwa reactors za joto. Uwezo huu mkubwa, pamoja na matumizi ya moja kwa moja ya kuzalisha nishati, unaweza kutumika kwa ajili ya kuzaliana kwa mafuta ya nyuklia na kutatua matatizo mengine: ujumuishaji wa umeme na joto, uondoaji wa chumvi ya maji, uzalishaji wa hidrojeni na wengine.

Sekta ya nishati ya nyuklia inayofanya kazi leo hutumia karibu uranium-235 pekee kama mafuta, ambayo maudhui yake ni 0.7% tu katika urani ya zamani. Asilimia ya uranium-235 katika seli za mafuta huletwa kwa kiasi cha uendeshaji kupitia taratibu maalum za kuimarisha. Reactors za haraka zinaweza kutoa plutonium, ambayo inahusisha uzalishaji wa uranium-238, ambayo leo huenda kwenye maghala / taka, maudhui ambayo katika madini ya kuchimbwa ni 99.3% iliyobaki; na plutonium, kwa upande wake, ni bora zaidi kama mafuta ya vinu vya joto vinavyofanya kazi leo, yaani, katika mitambo ya haraka ya mafuta zaidi hutolewa kuliko inavyotumiwa!

Kulingana na makadirio ya IAEA, akiba iliyothibitishwa ya uranium-235 itadumu takriban miaka 85 - hii ni agizo la ukubwa chini ya mafuta au gesi. Nishati hiyo ya nyuklia ni wazi haina mustakabali wa muda mrefu. Lakini picha inabadilika sana wakati wa kuzingatia kuanzishwa kwa kiwango kikubwa cha vinu vya nyuklia vya neutroni na kufunga mzunguko wa mafuta.

Toleo hili la maendeleo linafungua kwa matumizi ya rasilimali zote za asili za uranium (235 na 238), pamoja na thoriamu na zinazozalishwa na plutonium ya kiwango cha silaha, na kisha hifadhi zilizogunduliwa zitatosha kwa (kulingana na makadirio mbalimbali) takriban miaka 2500, kwa kuzingatia ukuaji thabiti wa matumizi ya nishati na uhaba wa rasilimali kulingana na Malthus. Haishangazi kwamba wafugaji tangu mwanzo wa maendeleo ya nishati ya nyuklia walizingatiwa msingi wa siku zijazo wa tasnia ya uzalishaji wa nyuklia ulimwenguni. Kiwango cha ukuzaji wa teknolojia hufanya kama "kikomo": kufanya kazi na vinu vya haraka, ambayo inamaanisha kufunga mzunguko wa mafuta, pia inahitaji tata ya gharama kubwa na ngumu kwa kuchakata tena na kuchakata mafuta ya nyuklia. Lakini, licha ya gharama ya juu ya kuchakata mafuta yaliyotumika kutoka kwa mitambo ya haraka, kiasi kidogo kinachohitajika cha nyenzo zilizosindikwa ili kupata kitengo cha plutonium hufanya mchakato huu kuwa wa faida kiuchumi - ikilinganishwa na usindikaji wa leo wa taka kutoka kwa mitambo ya joto.

Kuzungumza juu ya taka zilizokusanywa za mionzi: vinu vya haraka hufanya iwezekane kusindika plutonium ya kiwango cha silaha na actinidi ndogo (neptunium, americium, curium) iliyotolewa kutoka kwa mafuta yaliyotumiwa ya vinu vya kawaida vya joto (actinides ndogo kwa sasa inawakilisha sehemu hatari sana ya taka ya mionzi). Mafuta yanayotumika kutoka kwa vinu vya polepole ndio mafuta mapya kwa mustakabali wa nishati ya nyuklia, na mustakabali huo tayari unakuja. Na biashara mbili nzima zenye uwezo wa kusindika tena mafuta ya nyuklia yaliyowekwa ziko nchini Urusi. Hakuna viwanda vingi zaidi duniani kuliko vile viwili vya Kirusi.

Mbio za ulimwengu kwa vinu vya kasi

Kinu cha kwanza cha nyuklia duniani kilikuwa "polepole": kilijengwa na Enrico Fermi chini ya viwanja vya magharibi vya uwanja wa mpira wa Chuo Kikuu cha Chicago kutoka kwa vitalu vya grafiti na uranium, iliyozinduliwa kwa dakika 28 kwa msaada wa vile na vile mnamo 1942 na haikuwa na kabisa. ulinzi kutoka kwa mifumo ya mionzi na baridi. Kulingana na maelezo ya Bw. Fermi mwenyewe badala sahihi, maendeleo yalionekana kama "rundo la unyevu wa matofali nyeusi na magogo ya mbao," ambayo kwa kweli ilikuwa. Lakini hata wakati huo aliota kujenga kinu cha haraka.

Reactor za kwanza za haraka, ipasavyo, zilionekana Amerika: huko Los Alamos mnamo 1946, stendi ya Clementine ilianza kufanya kazi, ambamo zebaki ilifanya kama baridi ya kigeni; na mwaka wa 1951, umeme wa kwanza wa umeme EBR-1 (Reactor ya Majaribio ya Breeder) yenye nguvu ya MW 0.2 tu ilizinduliwa huko Idaho, ambayo ilionyesha uwezekano wa uzalishaji wa wakati huo huo wa umeme na mafuta ya nyuklia katika kifaa kimoja na kuashiria mwanzo wa historia. ya nishati ya nyuklia. Baadaye, mnamo 1963, kinu cha nyutroni cha Enrico Fermi chenye nguvu ya takriban MW 100 kilizinduliwa huko Detroit, lakini miaka mitatu tu baadaye kulikuwa na ajali mbaya na kuyeyuka kwa sehemu ya msingi - hata hivyo, bila athari kwa mazingira. au watu.

Uwezekano wa kupanua uzalishaji wa plutonium, muhimu kwa mradi wa nyuklia wa Soviet, ulithibitishwa katika kinu cha kwanza cha utafiti wa Soviet na jina la nomenclature-rahisi BR-1, iliyozinduliwa huko Obninsk mnamo 1956. Iliwezekana kupata data muhimu kwa ukuzaji wa kiboreshaji cha nishati haraka tu kwenye toleo la zamani la BR-5, iliyoundwa mnamo 1959. Baadaye, mwaka wa 1970, reactor ya majaribio ya BOR-60 ilizinduliwa huko RIAR (Dimitrovgrad), ambayo bado hutoa jiji kwa joto na umeme. Zaidi ya hayo, teknolojia hiyo pia ilijaribiwa katika kinu cha kwanza cha kasi cha nyutroni duniani, BN-350, ambacho kilizinduliwa mnamo 1973 na kilijishughulisha na uzalishaji wa nishati na uondoaji wa maji kwenye nyika hadi kuzimwa kwake katika miaka ya 1990. Walakini, BN-350 ilisimamishwa sio kwa sababu ya uchovu wa rasilimali za kiufundi, lakini kwa sababu ya wasiwasi juu ya ubora wa operesheni yake baada ya kuanguka kwa USSR.

Mnamo mwaka wa 1980, kama ilivyo leo, ndicho kinu pekee cha nyutroni kinachofanya kazi kwa haraka duniani. Leo, reactor ya kizazi kipya BN-1200, iliyopangwa kwa ajili ya ujenzi wa serial, tayari iko katika hatua ya kubuni ya kiufundi imepangwa kwa 2025. Pia, ifikapo 2020, imepangwa kuzindua reactor ya haraka ya MW 300 na risasi-bismuth; baridi kwenye eneo la Kiwanda cha Kemikali cha Siberia huko Seversk - teknolojia hii imejaribiwa kwa miongo kadhaa katika vinu vya manowari na meli za kuvunja barafu.

Mwishoni mwa miaka ya 1950, Uingereza na Ufaransa zilijiunga na viongozi wa mbio za nyuklia na miradi yao wenyewe. Mnamo 1986, muungano wa nchi za Uropa uliunganisha Reactor ya Superphoenix kwenye mtandao, wakati wa uundaji ambao suluhisho zingine zilizomo katika Soviet BN-600 zilikopwa, lakini mnamo 1996 mradi huo ulifungwa bila haki ya kufufuliwa. Ukweli ni kwamba, kupitia juhudi za vyombo vya habari, hysteria ya wingi iliongezeka karibu na "Superphoenix": reactor inayojengwa ilihusishwa hasa na uzalishaji wa plutonium.

Machafuko hayo, yaliyokithiri katika uwanja wa vyombo vya habari, yalisababisha maandamano ya watu elfu sitini, na kuwa ghasia za mitaani, na mwaka mmoja baada ya uzinduzi wa kimwili, jengo la kinu cha nyuklia lilipigwa risasi katika salvos tano katika Rhone kutoka kwa Soviet RPG-7. kizindua mabomu ya kukinga tanki.

Kwa bahati nzuri, waandishi wa sherehe hii ya maisha hawakuweza kusababisha uharibifu mkubwa kwa kituo. Lakini mradi huo ulighairiwa hivi karibuni. Walakini, mnamo 2010, Wafaransa walirudi tena kwenye ujenzi wa kinu cha haraka cha nyutroni na baridi ya sodiamu - mradi huo unaitwa "Astrid", uwezo uliopangwa ni 600 MW. Na ingawa Ufaransa inategemea maendeleo yake katika programu yake ya haraka ya kinu, bado inatumia vifaa vya urutubishaji vya Kirusi.

Wachina wanajaribu kupata na kumpita kila mtu ulimwenguni, ikiwa ni pamoja na kwa sababu wamezidiwa na India, ambayo, baada ya kuahirishwa mara nyingi, inapanga kuzindua maonyesho ya haraka ya muundo wake, PFBR-500, mwaka huu. Baada ya kuwaagiza, India inataka kuanza ujenzi wa mfululizo wa vitengo sita vya nguvu vya kibiashara vya MW 500 kila moja na katika eneo moja ili kujenga kiwanda cha kuchakata mafuta ya nyuklia, kwa kutumia thorium yake ya mafuta ya nyuklia, ambayo wanayo mengi.

Wajapani, kwa upande wake, kinyume na majibu yaliyotarajiwa baada ya ajali ya Fukushima, wanaendelea kufufua kinu cha haraka cha Monzu, ambacho kilifanya kazi kutoka 1994 hadi 1995. Kwa njia, mtu haipaswi kudanganywa kuhusu janga la Fukushima: nishati ya nyuklia kwa ujumla ina sifa ya maendeleo ya mzunguko. Baada ya kila ajali (Kisiwa cha Maili Tatu, Chernobyl, Fukushima), nia ya mitambo ya nyuklia inadhoofika kidogo, lakini mahitaji ya umeme yanaamuru tena umuhimu wao wa kitengo - na kisha vizazi vifuatavyo vya vinu vya umeme vinawekwa katika operesheni, na aina mpya za kinga. taratibu.

Kwa jumla, takriban dhana 30 za kinusi za haraka zimetengenezwa kote ulimwenguni, ambazo baadhi zilijaribiwa kwa majaribio katika maunzi. Lakini leo nchi moja tu inaweza kujivunia teknolojia iliyothibitishwa na uendeshaji usio na shida wa mitambo ya haraka ya viwanda katika kwingineko yake ya kitaifa - na hiyo ni Urusi.

Uhandisi Mgumu

Faida za mitambo ya haraka ni dhahiri, kama vile ugumu wa uhandisi wa uumbaji wao. Ukosefu wa teknolojia muhimu ni moja ya sababu kuu kwa nini mitambo ya haraka haijaenea zaidi. Kama ilivyoelezwa hapo awali, maji, msimamizi wa nyutroni, hawezi kutumika katika mitambo ya haraka, hivyo metali za kioevu hutumiwa: kutoka kwa sodiamu ya kawaida hadi aloi za risasi-bismuth. Utumiaji wa kupozea kwa chuma kioevu chini ya hali ya kutolewa kwa nishati kali zaidi kuliko katika vinu vya jadi huleta shida nyingine kubwa - sayansi ya vifaa. Vipengee vyote vya chombo cha kiyeyusho na mifumo ya kiyeyeyuta lazima vifanywe kwa nyenzo maalum zinazostahimili kutu ambavyo vinaweza kustahimili sifa ya 550°C ya sodiamu kimiminika kwenye kiyeyezi chenye kasi.

Shida ya kuchagua nyenzo zinazofaa imeunda changamoto nyingi kwa ustadi usio na mwisho wa wahandisi wa ndani. Wakati mkusanyiko mmoja wa mafuta kwenye msingi wa kinu cha kufanya kazi ulipopinda, ili kuiondoa, wanasayansi wa nyuklia wa Ufaransa walivumbua njia tata na ya gharama kubwa ya "kuona" kupitia safu ya sodiamu ya kioevu. Warusi walipokuwa na tatizo kama hilo, wahandisi wetu waliamua kutumia kwa umaridadi kamera rahisi ya video iliyo katika aina ya kengele ya kupiga mbizi—mrija wenye argon inayovuma kutoka juu—ili kuruhusu waendeshaji kupata seli za mafuta zilizoharibika haraka na kwa ufanisi.

Kwa kweli, ugumu wa uhandisi wa kinu cha haraka huathiri gharama yake, ambayo kwa sasa - wakati mitambo ya haraka iko zaidi kwenye uwanja wa dhana - ni kubwa zaidi kuliko ile ya mitambo ya joto. Michakato yote ya kufunga mzunguko wa mafuta ya nyuklia pia ni ghali kabisa: teknolojia zinapatikana, zimethibitishwa, zimejaribiwa na kuendelezwa, lakini bado hazijaletwa kwenye kiwango cha kibiashara cha utiririshaji. Kwa bahati nzuri, kwa Urusi hii ni suala la miongo miwili au mitatu ijayo.

Nguvu laini ya neutroni za haraka

Ubora wa kiteknolojia usiopingika wa Urusi katika kufunga mzunguko wa mafuta ya nyuklia unapaswa kutekelezwa kimkakati katika hatua ya dunia. Urusi inaweza kuchukua mzigo wa uongozi katika kuunda miundombinu ya kimataifa ambayo ingehakikisha ufikiaji sawa wa nishati ya nyuklia kwa mataifa yote yanayovutiwa, wakati huo huo ikihakikisha kwa uaminifu kufuata matakwa ya serikali ya kutoeneza nguvu. Mpango wa utekelezaji wa mpango huu unajumuisha maeneo yafuatayo:

Uundaji wa vituo vya kimataifa vya urutubishaji uranium (IUEC), ambayo ya kwanza iko Angarsk;

Uundaji wa vituo vya kimataifa vya kuchakata tena na kuhifadhi mafuta ya nyuklia yaliyotumika (sio kila mtu analamba midomo yake kwenye nafasi zetu wazi);

Uundaji wa vituo vya kimataifa vya kutoa mafunzo kwa wafanyikazi waliohitimu kwa vinu vya nyuklia na kufanya utafiti wa pamoja katika uwanja wa teknolojia za nyuklia zinazolindwa dhidi ya uenezi usioidhinishwa.

Kufikia leo, sehemu iliyoendelezwa zaidi ya programu iliyopendekezwa ilikuwa ni hoja ya kuundwa kwa IUEC: vituo kama hivyo vinafanya kazi kama ubia wa kibiashara ambao haufurahii usaidizi wa serikali. Bodi ya wakurugenzi ya makampuni hayo inapaswa kujumuisha wawakilishi wa serikali, wafanyakazi wa makampuni ya mzunguko wa mafuta ya nyuklia na wataalam wa IAEA, na wa mwisho watakuwa washauri bila haki ya kupiga kura, ambao lengo lao litakuwa kuthibitisha kazi ya kituo na kuthibitisha vitendo vyake binafsi. Ipasavyo, nchi zisizo za nyuklia hazitaruhusiwa kupata teknolojia ya uboreshaji, na hili ni suala zito.

Kwa bahati mbaya, vifungu vilivyosalia vya mpango wa kuunda miundombinu ya kimataifa ya nishati ya nyuklia havijapokea maudhui yoyote ya maana. Katika uhusiano huu, swali la asili linatokea: kuna dhamana yoyote kwamba matoleo haya ya unyonyaji wa kisiasa wa uwezo wa kiufundi hayatageuka kuwa fantasia zilizosahau kwenye karatasi?

Ili kutoka katika hali hii, ili kuvutia nchi nyingi zinazoendelea zinazopenda matumizi ya amani ya nishati ya nyuklia, kuanza mpango wa vituo vya kimataifa vya mzunguko wa mafuta ya nyuklia, ni muhimu kujaza mapendekezo haya kwa utabiri, utafiti na kisayansi na kiufundi. maudhui.

Wakati nchi ndogo na zinazoendelea zinashiriki katika miradi mikubwa ya utafiti katika uchumi wa nishati ya nyuklia, wanaweza kuona faida zao halisi kutokana na kushiriki katika mipango hii na kuelewa ni mabadiliko gani yanahitajika katika programu zao za kitaifa.

Kiwango cha juu kinachotambuliwa cha teknolojia ya mitambo ya haraka nchini Urusi, nchi pekee inayoendesha kinu cha viwanda cha aina hii, pamoja na uzoefu katika usindikaji wa mafuta ya nyuklia, itaruhusu Urusi kudai jukumu la mmoja wa viongozi katika ulimwengu wa nishati ya nyuklia kwa muda mrefu. muda.

Utekelezaji wa mafanikio wa mapendekezo ya Kirusi ya kuunda miundombinu ya nyuklia ya kimataifa ni jambo muhimu kwa maendeleo ya baadaye ya nishati ya kimataifa, bila kutaja nafasi ya Urusi katika maendeleo haya. Utekelezaji wa mapendekezo ya Kirusi unaweza, baada ya muda, sio tu kuhakikisha usalama wa nishati ya nyuklia ya kimataifa na kujitosheleza kwa mafuta, lakini pia kurekebisha mazingira ya soko la umeme kwa ujumla: tishio la uhaba wa aina zote za umeme. nishati ya kisukuku, ikiwa ni pamoja na urani, katika hatua fulani itakuwa karibu zaidi na halisi zaidi kuliko inaweza kuonekana.

Katika kukabiliana na kupanda kwa bei za hidrokaboni duniani, katika kipindi cha miaka ishirini iliyopita kumekuwa na ongezeko la nia ya nishati mbadala. Hata hivyo, kuna sababu kadhaa za kuamini kwamba mbadala pekee inayoweza kutumika kwa kizazi cha jadi cha mafuta inaweza tu kuwa nishati ya nyuklia. Vitabu vizito sana na nene vimeandikwa juu ya kulinganisha matarajio ya nishati ya nyuklia na kizazi kinachoweza kurejeshwa, ambacho, kwa kifupi, kinasema kwamba katika siku zijazo, athari za haraka - na uongozi wa kiteknolojia wa Urusi - unaangaza juu yetu katika miongo ijayo.

Kinu cha kipekee cha nyutroni cha haraka cha Urusi kinachofanya kazi katika Kiwanda cha Nguvu za Nyuklia cha Beloyarsk kililetwa kwa nguvu ya megawati 880, huduma ya wanahabari ya Rosatom inaripoti.

Reactor inafanya kazi katika kitengo cha nguvu nambari 4 cha NPP ya Beloyarsk na kwa sasa inafanyiwa majaribio ya kawaida ya vifaa vya kuzalisha. Kwa mujibu wa mpango wa majaribio, kitengo cha nguvu kinahakikisha kwamba nguvu za umeme hudumishwa kwa kiwango cha angalau megawati 880 kwa saa 8.

Nguvu ya kinu inaongezwa kwa hatua ili hatimaye kupokea uthibitisho katika kiwango cha nguvu cha muundo cha megawati 885 kulingana na matokeo ya majaribio. Kwa sasa, reactor imethibitishwa kwa nguvu ya megawati 874.

Hebu tukumbuke kwamba NPP ya Beloyarsk inaendesha mitambo miwili ya neutroni ya haraka. Tangu 1980, Reactor ya BN-600 imekuwa ikifanya kazi hapa - kwa muda mrefu ilikuwa kinu pekee cha aina hii ulimwenguni. Lakini mnamo 2015, uzinduzi wa awamu wa reactor ya pili ya BN-800 ilianza.

Kwa nini hii ni muhimu sana na inachukuliwa kuwa tukio la kihistoria kwa tasnia ya nyuklia ya ulimwengu?

Reactors za neutroni za haraka hufanya iwezekanavyo kutekeleza mzunguko wa mafuta uliofungwa (haujatekelezwa kwa sasa katika BN-600). Kwa kuwa uranium-238 pekee ni "kuchomwa," baada ya usindikaji (kuondoa bidhaa za fission na kuongeza sehemu mpya za uranium-238), mafuta yanaweza kupakiwa tena kwenye reactor. Na kwa kuwa mzunguko wa uranium-plutonium hutoa plutonium zaidi kuliko kuoza, mafuta ya ziada yanaweza kutumika kwa reactor mpya.

Zaidi ya hayo, njia hii inaweza kutumika kuchakata plutonium ya kiwango cha silaha za ziada, pamoja na plutonium na actinidi ndogo (neptunium, americium, curium) inayotolewa kutoka kwa mafuta yaliyotumiwa kutoka kwa vinu vya kawaida vya joto (actinides ndogo kwa sasa inawakilisha sehemu hatari sana ya taka ya mionzi) . Wakati huo huo, kiasi cha taka ya mionzi ikilinganishwa na mitambo ya joto hupunguzwa kwa zaidi ya mara ishirini.

Kwa nini, licha ya faida zao zote, jenereta za neutroni za haraka hazijaenea? Hii ni hasa kutokana na upekee wa muundo wao. Kama ilivyoelezwa hapo juu, maji hayawezi kutumika kama baridi, kwani ni msimamizi wa neutroni. Kwa hivyo, mitambo ya haraka hutumia metali katika hali ya kioevu - kutoka kwa aloi za risasi-bismuth za kigeni hadi sodiamu ya kioevu (chaguo la kawaida kwa mimea ya nyuklia).

"Katika mitambo ya nyutroni ya haraka, mizigo ya joto na mionzi ni ya juu zaidi kuliko katika mitambo ya joto," Mikhail Bakanov, mhandisi mkuu wa Beloyarsk NPP, anaelezea PM. - Hii inasababisha haja ya kutumia vifaa maalum vya kimuundo kwa chombo cha reactor na mifumo ya ndani ya reactor. Majumba ya vijiti vya mafuta na mikusanyiko ya mafuta hayajatengenezwa kwa aloi za zirconium, kama katika vinu vya joto, lakini kwa vyuma maalum vya chromium vilivyounganishwa, ambavyo haviwezi kuathiriwa na "uvimbe" wa mionzi. Kwa upande mwingine, kwa mfano, chombo cha reactor haiko chini ya mizigo inayohusishwa na shinikizo la ndani - ni juu kidogo tu kuliko shinikizo la anga.

Kulingana na Mikhail Bakanov, katika miaka ya kwanza ya operesheni shida kuu zilihusishwa na uvimbe wa mionzi na kupasuka kwa mafuta. Shida hizi, hata hivyo, zilitatuliwa hivi karibuni, vifaa vipya vilitengenezwa - kwa mafuta na kwa nyumba za fimbo za mafuta. Lakini hata sasa, kampeni ni mdogo sio sana kwa kuchoma mafuta (ambayo kwenye BN-600 hufikia 11%), lakini kwa maisha ya rasilimali ya vifaa ambavyo mafuta, vijiti vya mafuta na makusanyiko ya mafuta hufanywa. Matatizo zaidi ya kiutendaji yalihusishwa hasa na uvujaji wa sodiamu katika saketi ya pili, metali inayofanya kazi kwa kemikali na hatari ya moto ambayo humenyuka kwa ukali inapogusana na hewa na maji: "Ni Urusi na Ufaransa pekee ndizo zilizo na uzoefu wa muda mrefu katika kuendesha vinu vya umeme vya haraka vya neutroni. . Sisi na wataalam wa Ufaransa tulikabili shida sawa tangu mwanzo. Tulizitatua kwa mafanikio, tangu mwanzo kutoa njia maalum za kuangalia ukali wa mizunguko, ujanibishaji na kukandamiza uvujaji wa sodiamu. Lakini mradi wa Ufaransa haukuwa tayari kwa shida kama hizo, matokeo yake, kinu cha Phenix kilifungwa mnamo 2009.

"Matatizo yalikuwa sawa," anaongeza Nikolai Oshkanov, mkurugenzi wa Beloyarsk NPP, "lakini yalitatuliwa hapa na Ufaransa kwa njia tofauti. Kwa mfano, mkuu wa mojawapo ya makusanyiko ya Phenix alipoinama ili kuinyakua na kuipakua, wataalamu wa Ufaransa walitengeneza mfumo tata na wa gharama kubwa wa ‘kuona’ kupitia safu ya sodiamu. Na tatizo lile lile lilipotokea kwetu, mmoja wa wahandisi wetu alipendekeza kutumia kamera ya video iliyowekwa katika muundo rahisi kama kengele ya kupiga mbizi - bomba lililofunguliwa chini na agoni inayopulizwa kutoka juu. Mara tu myeyusho wa sodiamu ulipotolewa, waendeshaji waliweza kuhusisha utaratibu kupitia kiungo cha video na mkusanyiko uliopinda uliondolewa kwa ufanisi.

Eneo amilifu la kiyeyeyusha cha nyutroni haraka hupangwa kama kitunguu, katika tabaka

Mikusanyiko 370 ya mafuta huunda kanda tatu zilizo na urutubishaji tofauti wa uranium-235 - 17, 21 na 26% (hapo awali kulikuwa na kanda mbili tu, lakini ili kusawazisha kutolewa kwa nishati, tatu zilifanywa). Wamezungukwa na skrini za upande (mablanketi), au kanda za kuzaliana, ambapo makusanyiko yenye uranium iliyopungua au ya asili, yenye hasa ya isotopu 238, iko kwenye mwisho wa vijiti vya mafuta juu na chini ya msingi pia kuna vidonge vya kupungua uranium, ambayo huunda skrini za mwisho (uzalishaji wa kanda).

Makusanyiko ya mafuta (FA) ni seti ya vipengele vya mafuta (vitu vya mafuta) vilivyokusanyika katika nyumba moja - zilizopo maalum za chuma zilizojaa pellets za oksidi ya urani na utajiri mbalimbali. Ili kuhakikisha kwamba vipengele vya mafuta havigusana, na baridi inaweza kuzunguka kati yao, waya mwembamba hujeruhiwa kwenye zilizopo. Sodiamu huingia kwenye mkusanyiko wa mafuta kupitia mashimo ya chini ya kusukuma na hutoka kupitia madirisha katika sehemu ya juu.

Chini ya mkusanyiko wa mafuta kuna shank iliyoingizwa kwenye tundu la commutator, juu kuna sehemu ya kichwa, ambayo mkusanyiko unachukuliwa wakati wa overload. Makusanyiko ya mafuta ya uboreshaji tofauti yana maeneo tofauti ya kuweka, kwa hivyo haiwezekani kufunga kusanyiko mahali pabaya.

Ili kudhibiti reactor, fimbo 19 za fidia zilizo na boroni (nyutroni ya kunyonya) ili kulipa fidia ya kuchomwa kwa mafuta, vijiti 2 vya kudhibiti moja kwa moja (kudumisha nguvu fulani), na vijiti 6 vya ulinzi vinavyotumika hutumiwa. Kwa kuwa mandharinyuma ya nyutroni ya uranium iko chini, kwa uanzishaji unaodhibitiwa wa kinu (na udhibiti katika viwango vya chini vya nishati) "mwangaza" hutumiwa - chanzo cha fotoneutroni (gamma emitter pamoja na berili).

Vitengo vya nguvu vilivyo na vinu vya haraka vya nyutroni vinaweza kupanua kwa kiasi kikubwa msingi wa mafuta ya nishati ya nyuklia na kupunguza uchafu wa mionzi kwa kuandaa mzunguko wa mafuta ya nyuklia uliofungwa. Ni nchi chache tu zilizo na teknolojia kama hizo, na Shirikisho la Urusi, kulingana na wataalam, ndiye kiongozi wa ulimwengu katika uwanja huu.

Reactor ya BN-800 (kutoka "sodiamu ya haraka", yenye nguvu ya umeme ya megawati 880) ni kiyeyea cha majaribio cha nyutroni cha haraka cha viwandani na kipozezi cha chuma kioevu, sodiamu. Inapaswa kuwa mfano wa vitengo vya nguvu vya kibiashara, vyenye nguvu zaidi na vinu vya BN-1200.

vyanzo