Kjernefysiske teknologier. Kjernefysiske teknologier. Støtter kjedereaksjonen

Generasjon 3-reaktorer kalles "avanserte reaktorer". Tre slike reaktorer er allerede i drift i Japan, og flere er under utvikling eller bygging. Det er rundt tjue forskjellige typer reaktorer av denne generasjonen under utvikling. De fleste av dem er "evolusjonære" modeller, utviklet på grunnlag av andre generasjons reaktorer, med endringer gjort basert på innovative tilnærminger. I følge World Nuclear Association er generasjon 3 preget av følgende punkter: Et standardisert design for hver type reaktor gjør det mulig å fremskynde lisensprosedyren, redusere kostnadene for anleggsmidler og varigheten av byggearbeidet. Forenklet og mer robust design, noe som gjør dem enklere å håndtere og mindre utsatt for feil under drift. Høy tilgjengelighet og lengre levetid - omtrent seksti år. Reduserer muligheten for ulykker med kjernesmelting Minimal påvirkning på miljøet. Dyp drivstoffutbrenthet for å redusere drivstofforbruk og produksjonsavfall.

Til tross for mangfoldet og forskjellene i scenarier for fremtidig energiutvikling, er det en rekke bestemmelser som er urokkelige for å lage prognoser på dette området:

1. befolkningsvekst og globalt energiforbruk i verden;
2. Økende konkurranse om begrensede og ujevnt fordelte fossile brenselressurser;
3. økende avhengighet av den ustabile situasjonen i områdene til oljeeksporterende land;
4. økende miljørestriksjoner;
5. den økende forskjellen i energiforbruk mellom de rikeste og fattigste landene.

Under disse forholdene øker rollen til atomenergi (NE) som en stabiliserende faktor i energi og sosiopolitisk utvikling.

Til tross for alle sine problemer, er "atomkraft" Russland fortsatt en stormakt både når det gjelder militær makt og når det gjelder økonomisk utvikling (atomteknologi i den russiske økonomien).

Det var den russiske presidenten som talte i FN på tusenårsmøtet (september 2000) med initiativet til å sikre energistabilitet i utvikling basert på kjernefysiske teknologier. Dette initiativet viste seg å være ekstremt betimelig og fikk støtte fra verdenssamfunnet: fire resolusjoner fra IAEAs generalkonferanse og to resolusjoner fra FNs generalforsamling hilser initiativet fra den russiske presidenten velkommen som å møte utviklingslandenes ambisjoner og som en måte å harmonisere forholdet mellom industriland og utviklingsland.

Initiativet til presidenten for den russiske føderasjonen er en politisk handling, ikke et teknisk prosjekt. Så dette ble akseptert av verdenssamfunnet og ble reflektert i det internasjonale IAEA-prosjektet INPRO - om utviklingen av et innovativt konsept for kjernekraftverk og kjernefysisk brenselssyklus (NFC), unntatt bruk av de mest "sensitive" materialene og teknologiene i den globale energisektoren – «gratis» plutonium og høyt anriket uran, og åpner fundamentalt nye livsutsikter for verden» (september 2000).

Gjennomføringen av det internasjonale INPRO-prosjektet gjorde det mulig å forene innsatsen til eksperter fra 21 IAEA-medlemsland og utvikle krav og kriterier for utvikling av kjernekraftverk, kjernekraftverk og kjernefysiske brenselssykluser.

Vektleggingen av innholdet i presidentens forslag som et politisk initiativ gjorde det mulig å "sunnere" atmosfæren til IAEA, av vestlige land betraktet som en organisasjon med politifunksjoner, og orienterte IAEA til rollen som et verdensforum for å diskutere stedet for kjernekraft i verden, og spesielt for utviklingsland - i samsvar med initiativet presidenten. Videre innebærer initiativet til presidenten i Den russiske føderasjonen overføring av ny innovativ kjernefysisk teknologi for atomkraftverk og kjernefysiske brenselssykluser til en ny generasjon av forskere og ingeniører - som en arv fra vår kunnskap og erfaring. Det nye IAEA-programmet innen "kunnskapsbevaring" er fokusert på å bevare kunnskap og erfaring i det mest avanserte og nøkkelen for fremtidig utvikling (men ikke etterspurt i dag) innen kjernekraft - raske nøytronreaktorer i en lukket kjernebrenselssyklus.

Bevaring og overføring av kunnskap til en ny generasjon overlapper oppgaven med globalt samarbeid innen atomenergi: «Vest – Øst» og «Nord – Sør»; å overføre kunnskap både i tid og rom – til nye regioner (først og fremst til utviklingsland, hvor 4/5 av klodens befolkning bor og mindre enn 1/25 av kjernekraftkapasiteten brukes).

Dette var grunnen til å fremme initiativet til å opprette et internasjonalt kjernefysisk universitet (på initiativ fra IAEA, støttet av World Nuclear Association (WNA) og World Association of Nuclear Operators (WANO)) - en logisk utvikling av initiativene av presidenten i den russiske føderasjonen.

Men i den praktiske gjennomføringen av kjernekraftutviklingsprogrammet i landet og i gjennomføringen av våre tekniske prosjekter på det internasjonale markedet, blir negative trender tydeligere og tydeligere. Den første klokken har allerede hørt: tapet av anbudet i Finland, noe som betyr for spesialister et praktisk tap av sjanser for en plass på markedet ikke bare i Europa, men også (av samme grunner som i Finland) en nedgang i sjansene for suksess i de kommende tiårene i Kina, så vel som i andre asiatiske land. Dessuten vil situasjonen på det internasjonale markedet i nær fremtid bli mye mindre gunstig på grunn av følgende årsaker:

• dekommisjonering av NPP-kraftenheter som Rosatom (TVEL Concern) leverer drivstoff til (Ignalina NPP, en rekke Kozloduya-enheter, etc.);
• tiltredelse til Den europeiske union av østeuropeiske land - eiere av atomkraftverk med VVER-type reaktorer;
• slutt på forsyninger av kjernebrensel til USA under HEU-LEU-kontrakten etter 2013;
• idriftsettelse av et anlegg med sentrifugeteknologi i USA etter 2006;
• opprettelse av transnasjonale selskaper i atomsektoren (konsentrasjon av ressurser, reduksjon av kostnader);
• implementering av nye konkurransedyktige kjernekraftverksprosjekter utviklet av USA (AR-1000,
• HTGR) og andre land (EPR).

I tillegg er det en rekke interne vanskeligheter som kompliserer utviklingen av atomindustrien (sammen med mangel på investeringsmidler):

• avvikling av kjernekraftverk ved slutten av levetiden;
• stenging av tre industrielle reaktorer i Zheleznogorsk og Seversk;
• reduksjon av reserver av billige uranråvarer akkumulert i tidligere år;
• restriksjoner på rettighetene til statlige enhetsforetak;
• ufullkommen investerings- og tariffpolitikk.

Selv med maksimalt mulig bruk av virksomhetens egne midler (i samsvar med Russlands energistrategi), vil bidraget fra atomkraftverk til landets energibalanse være svært beskjedent, til tross for det enorme teknologiske og personelle potensialet til «atomkraften» .

Situasjonen har forverret seg betydelig nylig på grunn av reformen av det russiske atomkomplekset og transformasjonen av det mektige regjeringsorganet Minatom til Rosatom-byrået. I den innledende fasen av den vellykkede utviklingen av atomforsvaret og energikomplekset var statens rolle avgjørende i alle henseender: organisatorisk, økonomisk og vitenskapelig, fordi dette komplekset bestemte landets suverene makt og fremtidige økonomi. Det er åpenbart for spesialister at landets kjernefysiske skjold og globale kjernefysiske teknologier er to sider av et enkelt vitenskapelig og teknologisk kompleks. Uten kostnadseffektiv fredelig bruk av kjernefysisk teknologi, vil et "atomskjold" enten kollapse den russiske økonomien eller bli et "skjold" som ikke sikrer landets fullstendige sikkerhet.

Samtidig viste hovedmekanismen og grunnlaget for Russlands suverenitet - atomkomplekset - seg å være utenfor den direkte innflytelsessfæren til statsoverhodet - Russlands president.

Som en konsekvens fører mangelen på klarhet i en reell kjernekraftstrategi til tap av kontinuitet mellom generasjoner. Dermed har Russland, det mest avanserte landet innen utvikling av raske nøytronreaktorer og innen høyere kjernefysisk utdanning, i dag ikke et nasjonalt program for å bevare kjernefysisk kunnskap og erfaring, på samme måte som det ikke har et nasjonalt program for deltakelse i World Nuclear University.

VIDERE UTVIKLING AV atomenergi

Ytterligere effektiv utvikling av kjernefysiske teknologier på grunn av deres spesielle "følsomhet" er umulig uten tett internasjonalt samarbeid. Samtidig er det veldig viktig å identifisere den teknologiske og "markedsmessige" nisjen der innenlandsk utvikling fortsatt har prioritet.

På verdensmarkedet for tradisjonell kjernekraft vil det i nær fremtid være ytterligere utvidelse av European Power Reactor (EPR), som vant anbudet i Finland, samt de amerikanske AR-1000 og asiatiske (koreanske og japanske) reaktorene.

Mangelen på en fullført teknisk design og usikkerhet med tidspunktet for referansedemonstrasjonen av den nye generasjonen VVER (VVER-1500), samt mangelen på et "standard", fullt gjennomført VVER-1000-prosjekt, gjør Russlands posisjon i utenlandske markedet for tradisjonelle kraftenheter sårbare. For å velge et handlingsprogram, er det først og fremst nødvendig å gjennomføre en komparativ analyse av hovedindikatorene for de innenlandske VVER-1000- og VVER-1500-prosjektene med deres vestlige konkurrenter på implementeringstidspunktet.

Under disse forholdene, tatt i betraktning kontraktsmessige forpliktelser i Kina og India, er det nødvendig å konsentrere midler om ferdigstillelse og demonstrasjon for innenlandske og utenlandske markeder av en standard konkurrerende VVER-1000 og implementering av en teknisk design av VVER-1500 som kan sammenlignes med ytelsesvilkår til EPJ.

Markedet (innenlands og eksternt) for innovative små atomkraftverk kan potensielt være gunstig for Russland. Omfattende innenlandsk erfaring med utvikling og etablering av atomkraftverk for marine- og isbryterflåten (mer enn 500 atomreaktorer) og det unike ved husholdningsvann-vann og flytende metall (Pb-Bi) atomkraftverk atomkraftverk, sammen med det potensielt enorme energimarkedet i utviklingsland, gjør dette området til en prioritet for innenlandske og utenlandske markeder. Russland er et ideelt testområde for å demonstrere den harmoniske utviklingen av tradisjonelle kjernekraftverk (med VVER-1000-enheter) og innovative utviklinger av små kjernekraftverk (elektrisitet, avsalting, oppvarming). Samtidig kan det demonstreres muligheten for å leie forsyning av et «produkt» (atomkraftenhet, drivstoff), i stedet for teknologi, som er en av mulighetene for å løse «ikke-sprednings»-problemet.

Avgjørende her kan være etablering av små transportable atomkraftverk (for eksempel flytende) med en sammenhengende driftsperiode (uten overbelastning gjennom hele driftsperioden) på ~10–20 år.

Rollen til raske nøytronreaktorer for fremtidig utvikling av kjernekraft som grunnlag for å løse problemet med drivstoffforsyning ved bruk av både uran-plutonium og thorium-uran lukkede brenselssykluser er generelt anerkjent.

Rollen til utviklingen og implementeringen av en ny generasjon av raske nøytron-kjernebrenselreaktorer og nye metoder for reprosessering av kjernebrensel for å lukke kjernebrenselssyklusen og løse problemet med tilnærmet ubegrenset drivstoffforsyning for kjernekraft er viktig. Det anerkjente avanserte nivået av hurtigreaktorteknologi i Russland, det eneste landet som driver en kommersiell reaktor av denne typen, kombinert med erfaring innen reprosessering av kjernebrensel, vil tillate Russland på lang sikt å kreve rollen som en av lederne innen global kjernekraft , tilby tjenester for produksjon og reprosessering av kjernefysisk brensel til mange land rundt om i verden, samtidig som man reduserer risikoen for spredning av kjernefysiske våpen, inkludert gjennom energiutnyttelse av plutonium av "våpenkvalitet".

En nødvendig og obligatorisk betingelse for å løse dette problemet er først og fremst utviklingen av en fullstendig lukket kjernebrenselssyklus, som vil kreve ganske alvorlige investeringer i:

• kompleks for produksjon av plutoniumbrensel for hurtigreaktorer og MOX-brensel for VVER-reaktorer;
• plutonium brensel behandlingen kompleks;
• kompleks for produksjon og prosessering av thoriumbrensel.

Spørsmålet om å bygge et kjernekraftverk med BN-800 er foreløpig vanskelig å løse. Bygging krever mange kostnader. Følgende er gitt som argumenter for behovet for en rask konstruksjon av BN-800:

• behandling av uran-plutonium drivstoff;
• energiutnyttelse av "overskudd" plutonium av våpenkvalitet;
• bevaring av kunnskap og erfaring i utviklingen av raske reaktorer i Russland.

Samtidig overstiger spesifikke kapitalinvesteringer og kostnadene for levert elektrisitet for BN-800 betydelig de for kjernekraftverk med VVER-reaktorer.

I tillegg virker det dyrt å gjennomføre hele produksjonskomplekset for å lukke drivstoffsyklusen og bare bruke den for én BN-800.

Det er umulig å fullt ut realisere fordelene med kjernekraft uten dens deltakelse i produksjonen av kunstig flytende brensel for transport og andre industrielle applikasjoner. Opprettelsen av kjernekraftverk med høytemperatur heliumreaktorer er en måte å bruke atomenergi til å produsere hydrogen og dens utbredte bruk i hydrogenøkonomiens tid. For å oppnå dette målet er det nødvendig å fullføre utviklingen av prosjektet og opprette en demonstrasjonsenhet for utvikling av høytemperatur heliumkjølte reaktorer som er i stand til å generere varme ved temperaturer opp til 1000 ° C, for produksjon av elektrisitet med høy effektivitet i gassturbinsyklusen og for å levere høytemperatur varme og elektrisitet til hydrogenproduksjonsprosesser, og også teknologiske prosesser innen vannavsaltning, kjemisk industri, oljeraffinering, metallurgisk og annen industri.

De fleste analytikere erkjenner at innovasjonsutfordringene til kjernekraft må tas opp i løpet av de neste to tiårene for å sikre kommersiell introduksjon av ny teknologi på trettitallet av dette århundret.

Derfor står vi i dag overfor et presserende behov for å utvikle og implementere teknologiske innovasjoner som sikrer langsiktig og storstilt utvikling av landets atomenergi, kjernefysiske teknologier som sikrer implementeringen av deres historiske rolle i Russlands fremtid. Å løse dette problemet er umulig alene. Aktivt samarbeid med det globale atomsamfunnet er nødvendig. Imidlertid viser dette verdenssamfunnet sin intensjon om å forlate oss på siden av atomveien.

Å utvikle innovative kjernefysiske teknologier er en vanskelig, kapitalkrevende oppgave. Løsningen er utenfor makten til ett land. Derfor vokser samarbeid i utviklingen av innovative kjernefysiske teknologier i verdenssamfunnet – både på mellomstatlig nivå og på nivå med industribedrifter. Det er et tegn på dette

i forhold til avtalen om utvikling av ny generasjon kjernekraftsystemer signert 28. februar 2005 av USA, England, Frankrike, Japan og Canada: hurtig heliumreaktor; rask natrium reaktor; rask bly reaktor; smeltet salt reaktor; lettvannsreaktor med superkritiske parametere; ultrahøy temperaturreaktor. Russland, som har unik erfaring med noen av disse teknologiene, deltar ikke i dette partnerskapet. Hva er dette: midlertidig ekskommunikasjon eller en stabil posisjon for våre vestlige partnere?

NØDVENDIGE HANDLINGER

En aktiv statlig politikk er nødvendig i landets brensel- og energikompleks, rettet mot å sikre akselerert utvikling av kjernefysisk teknologi: med en konsentrasjon av innsats og midler for å øke statsstøtten i investeringspolitikken og i innovative kjernekraftprosjekter.

Det er nødvendig å danne finansielle og økonomiske mekanismer for å støtte og stimulere innovative aktiviteter innen kjernekraft.

Det er åpenbart at markedet, uten ytterligere tiltak for statlig regulering, ikke fører landets økonomi inn på en høyteknologisk utviklingsbane, og kjernekraft og kjernefysisk brenselssyklus er et av områdene med strukturelle endringer i landets økonomi og gjennombrudd. teknologier i det 21. århundre.

Det synes nødvendig å gjenopprette effektive bedriftsbånd i kjeden "vitenskap - prosjekt - industri" basert på økonomiske metoder, samtidig som man styrker rollen til ledende statlige vitenskapelige sentre, som er og vil være "kollektive eksperter" som garanterer kompetansen til beslutninger fra statlige strukturer i feltet atomteknologi.

Det er behov for å prioritere innovative prosjekter (inkludert med aktiv deltakelse av russiske eksperter i det internasjonale IAEA INPRO-prosjektet), konsentrere innsatsen (økonomisk og organisatorisk) om teknologier og prestasjoner som kan gi Russland en verdig plass i det internasjonale atomteknologimarkedet og utvide landets eksportkapasitet. Det er nødvendig å etablere internasjonalt samarbeid for å utvikle ny generasjon kjernefysiske systemer.

Det er nødvendig å sikre akkumulering, bevaring og overføring av kunnskap og erfaring innen det nukleære feltet, med aktiv involvering av forskere i atomindustrien gjennom økonomiske (finansielle, etc.) og organisatoriske insentiver for studenter, hovedfagsstudenter og tiltrekning av ledende ingeniører, forskere og vitenskapsmenn til å jobbe i de "ledende" kjernefysiske universitetene og avdelingene i landet: MEPhI, OIATE, MVTU, MPEI, MIPT, MAI, MSU, etc. Den praktiske gjennomføringen av oppgaven med å bevare kjernefysisk kunnskap og erfaring kan oppnås gjennom utvikling, godkjenning og implementering av et "nasjonalt program" på dette området, etableringen av det russiske kjernefysiske senterets kunnskap og teknologi (integrert vitenskapelig og utdanningssenter).

KONKLUSJON

De langsiktige interessene til Russlands energi og nasjonale sikkerhet, samt landets bærekraftige utvikling, krever en økning i andelen kjernekraft i produksjonen av elektrisitet, hydrogen, industriell og husholdningsvarme. Den enorme teknologiske erfaringen og det vitenskapelige og tekniske potensialet akkumulert over 50 år med atomkraft i landet tillater Russland, under hensiktsmessige forhold og innovasjonspolitikk, å nå "kjernefysisk forkant" og bli en av lederne for den neste atomæraen til fordel av sine folk, samt en ledende leverandør av kjernefysisk teknologi, utstyr, kunnskap og erfaring til utviklingsland.

SLUTTEN PÅ KAPITALISMEN ER UUNÅgåelig

Så langt bruker den nåværende kjernekraftindustrien i verden uran, som eksisterer i form av to isotoper: uran-238 og uran-235. Uran-238 har tre nøytroner til. Derfor, i naturen (på grunn av særegenhetene ved opprinnelsen til universet vårt) er det mye mer uran-238 enn "235". I mellomtiden, for at atomenergi – for at en kjedereaksjon skal oppstå – er det uran-235 som trengs. Det er på denne isotopen, isolert fra massen av naturlig uran, at atomenergi utvikles frem til i dag.

DET ENESTE POSITIVE PROGRAMMET

Den eneste lovende retningen som kjernekraft kan utvikles i er tvungen fisjon av uran-238 og thorium-232. I den tas nøytroner ikke som et resultat av en kjedereaksjon, men fra utsiden. Fra en kraftig og kompakt akselerator festet til reaktoren. Dette er de såkalte YRES – kjernerelativistiske kjernekraftverk. Igor Ostretsov og teamet hans er tilhengere av utviklingen av denne spesielle retningen, og anser den som den mest kostnadseffektive (bruk av naturlig uran-238 og thorium) og trygg. YRES kan dessuten være et massefenomen.

Imidlertid var det nettopp for å prøve å formidle denne ideen til den øverste ledelsen i Den russiske føderasjonen og for å erklære alle tre retningene i Rosatoms utvikling for blindveier at I. Ostretsov ble utvist fra presidentkommisjonen for modernisering. Og hans institutt for kjernekraft gikk konkurs.

Dette er en langvarig idé - å tilpasse en akselerator av elementære partikler til en atomreaktor og få helt sikker energi. Det vil si at resultatet er en eksplosjonssikker reaktor hvor det ikke er noen superkritisk masse av spaltbare produkter. En slik reaktor kan operere på uran fra avfallsdeponier fra radiokjemiske anlegg, naturlig uran og thorium. Nukleonstrømmene fra akseleratoren spiller rollen som en aktivator-tenner. Slike underkritiske reaktorer vil aldri eksplodere, de produserer ikke plutonium av våpenkvalitet. Dessuten kan de "etterbrenne" radioaktivt avfall og bestrålt kjernebrensel (drivstoffstaver). Her er det mulig å fullstendig bearbeide langlivede aktinidprodukter fra brenselelementer (drivstoffelementer) fra ubåter og gamle atomkraftverk til kortlivede isotoper. Det vil si at volumet av radioaktivt avfall reduseres betydelig. Faktisk er det mulig å skape en ny type sikker atomenergi – relativistisk. På samme tid, for alltid å løse problemet med mangel på uran for stasjoner.

Det var bare én hake: akseleratorene var for store og energikrevende. De drepte hele "økonomien".

Men i USSR, i 1986, var såkalte lineære bakoverbølgede protonakseleratorer, ganske kompakte og effektive, blitt utviklet. Arbeidet med dem ble utført ved den sibirske grenen av USSR Academy of Sciences av fysikk- og teknologistudent A.S. Bogomolov (en medstudent av I. Ostretsov ved Physics and Technology Institute) som en del av opprettelsen av strålevåpen: en russisk asymmetrisk og billig svar på det amerikanske «star wars»-programmet. Disse kjøretøyene passer perfekt inn i lasterommet til det tunge Ruslan-flyet. Når vi ser fremover, la oss si i en teknologisk variant at de er muligheten for å lage trygge og svært kostnadseffektive elektronukleære stasjoner. I et annet alternativ kan omvendte bølgeakseleratorer oppdage et kjernefysisk stridshode (atomkraftverk) på stor avstand og deaktivere enhetene, noe som forårsaker ødeleggelse av kjernen eller atomstridshodet. I hovedsak er dette nettopp de tingene som folk fra Igor Nikolaevich Ostretsovs team foreslår å bygge i den russiske føderasjonen i dag.

Hvis vi går tilbake i tid, fikk akseleratorene basert på bakoverbølgen til akademiker Bogomolov navnet BWLAP i Vesten - Backward Wave Linear Accelerator for Protons. Amerikanerne studerte i 1994 den vitenskapelige og tekniske arven til det beseirede Sovjetunionen og lette etter noe verdifullt å fjerne fra vraket, og satte stor pris på akseleratorene fra Sibir.

TAPTE ÅR

I hovedsak, under normal regjering, kunne russerne ha utviklet YRT-teknologi allerede på 1990-tallet, og skaffet både ultraeffektiv atomenergi og enestående våpen.

Foran meg ligger brev sendt i 1994 og 1996 til daværende første visestatsminister Oleg Soskovets av to legendariske sovjetiske akademikere - Alexander Savin og Gury Marchuk. Alexander Savin er deltaker i USSR-atomprosjektet under ledelse av Lavrenty Beria og Igor Kurchatov, en Stalin-prisvinner og deretter sjefen for det sentrale forskningsinstituttet "Kometa" (satellittvarslingssystemer for kjernefysiske missilangrep og IS-satellittjagerfly). Guriy Marchuk er en stor arrangør av arbeid innen datateknologi, den tidligere lederen av statskomiteen for vitenskap og teknologi (GKNT) i Sovjetunionen.

Den 27. april 1996 skriver Alexander Ivanovich Savin til Soskovets at under ledelse av Central Research Institute "Kometa", jobbet ledende team fra USSR Academy of Sciences og Defense Departments med å lage "avanserte teknologier for å lage stråle" missilforsvarssystemer." Det er nettopp derfor BWLAP-akseleratoren ble laget. A. Savin skisserer områdene for mulig anvendelse av denne teknologien: ikke bare bygging av trygge atomkraftverk, men også opprettelsen av svært følsomme komplekser for å oppdage eksplosiver i bagasje og containere, og opprettelse av midler for behandling av langlivede radioaktive stoffer. avfall (aktinider) til kortlivede isotoper, og en radikal forbedring i metoder for strålebehandling og diagnostisering av kreft ved bruk av protonstråler.

Og her er et brev fra Guriy Marchuk til samme O. Soskovets datert 2. desember 1994. Han forteller at Vitenskapsakademiets sibirske gren lenge har vært klar for arbeid med å lage atomkraftverk med underkritiske reaktorer. Og tilbake i mai 1991 henvendte G. Marchuk, som president for USSR Academy of Sciences, til M. Gorbatsjov (materiale 6618 i spesialmappen til presidenten for USSR) med et forslag "om storstilt utplassering av arbeid på lineære akseleratorer – dual-use teknologier." Synspunktene til slike akademiker-generelle designere som A.I. Savin og V.V. Glukhikh, samt visepresidentene for Academy of Sciences V.A. Koptyug og R.V. Petrov og andre vitenskapelige myndigheter var konsentrert der.

Guriy Ivanovich argumenterte overfor Soskovets: la oss utvide akseleratorkonstruksjonen i Russland, løse problemet med radioaktivt avfall, bruke nettstedene til departementet for atomenergi i Den russiske føderasjonen i Sosnovy Bor. Heldigvis er både lederen av Minatom V. Mikhailov og forfatteren av bakoverbølgeakselerasjonsmetoden A. Bogomolov enige om dette. For alternativet til et slikt prosjekt er bare aksept av amerikanske forslag "mottatt av den sibirske grenen av det russiske vitenskapsakademiet, ... for å utføre arbeid med midler og under full kontroll av USA med deres overføring og implementering i de nasjonale laboratoriene i landet deres - i Los Alamos, Argonne og Brookhaven. Vi kan ikke gå med på dette..."

På slutten av 1994 foreslo Marchuk å involvere både Sosnovy Bor og St. Petersburg NPO Electrophysics i prosjektet, og markerte dermed begynnelsen på en nyskapende økonomi: tilstrømningen av «svært tiltrengte valutamidler fra utenlandske forbrukere... pga. til utvikling av produkter i en svært vitenskapelig mettet sektor...» Det vil si Sovjet I denne forbindelse var bisonen godt 10-15 år foran russiske myndigheter: tross alt artikkelen «Forward Russia!» kom først høsten 2009.

Men så ble den sovjetiske vitenskapelige bisonen ikke hørt. Allerede i 1996 informerte A. Savin O. Soskovets: de ga ikke penger, til tross for ditt positive svar i 1994, til tross for støtten fra statskomiteen for forsvarsindustri og atomenergidepartementet i Den russiske føderasjonen. Phystechmed-programmet er verdt det. Gi meg 30 millioner dollar...

Ikke tillatt…

I dag, hvis vi implementerer programmet med det grunnleggende All-Russian Scientific Research Institute of Nuclear Engineering, vil programmet for å lage en ny generasjon kjernekraftverk (YARES - kjernefysiske relativistiske stasjoner) ta maksimalt 12 år og kreve 50 milliarder dollar. Faktisk vil 10 milliarder av dem bli brukt på utviklingen av moderne reversbølgeakseleratorer. Men salgsmarkedet her er over 10 billioner "grønt". Samtidig må det lages superkraftige, men sikre atomkraftverk for skip (både overflaten og under vann), og i fremtiden – for romfartøy.

Det er bare nødvendig å gjenopplive programmet for å bygge akseleratorer på omvendt bølge. Kanskje til og med på premissene for internasjonalt samarbeid.

HVOR MANGE NYE BLOKKER TRENGER DU?

I følge I. Ostretsov er det rett og slett ikke noe alternativ til den relativistiske retningen innen kjernekraft. Minst et halvt århundre fremover. Nukleær relativistiske ES er trygge og rene.

De kan bli en eksportvare og et middel til raskt og billig å forsyne hele verden med ganske billig og ren energi. Ingen sol- eller vindkraftverk er konkurrenter her. For å oppnå en anstendig levestandard trenger en person 2 kilowatt strøm. Det vil si at for hele jordens befolkning (i fremtiden - 7 milliarder sjeler) må du ha 14 tusen kjernekraftenheter på en million kW hver. Og nå er det bare 4 tusen av dem (gamle typer, ikke YRT), hvis du teller hver blokk som en million-pluss. Det er ingen tilfeldighet at IAEA på 1970-tallet snakket om behovet for å bygge 10 tusen reaktorer innen år 2000. Ostretsov er selvsikker: Dette skal bare være atomreaktorer som opererer på naturlig uran og thorium.

Det er ikke nødvendig å samle drivstoff her - og du kan umiddelbart bygge så mange blokker du trenger. Samtidig produserer ikke atomreaktorstasjoner plutonium. Det er ikke noe problem med spredning av atomvåpen. Og selve drivstoffet til atomenergi faller i pris mange ganger.

OSTRETSOV FAKTOR

I dag er lederen for de som prøver å utvikle YRT i den russiske føderasjonen Igor Ostretsov.

I løpet av sovjetårene var han en suksessfull forsker og designer. Takket være ham, på 1970-tallet, ble plasmausynlighetsutstyr født for ballistiske missilstridshoder, og deretter for kryssermissilet X-90 "Meteor". Det er nok å si at takket være litiumplasmaakseleratoren i Matsesta-eksperimentet, forsvant romfartøyet av Soyuz-klassen fra radarskjermen (reduserte radiosynligheten til romfartøyet med 35-40 desibel). Deretter ble utstyret testet på en rakett av typen "Satan" (i sin bok minner I. Ostretsov varmt om hjelpen han fikk fra assistenten til rakettens generelle designer, Leonid Kuchma). Da Matsesta ble slått på, forsvant rakettstridshodet rett og slett fra radarskjermene. Plasmaet som omsluttet "hodet" under flukt spredte radiobølgene. Disse verkene til I. Ostretsov er fortsatt ekstremt viktige i dag - for å bryte gjennom det lovende amerikanske missilforsvarssystemet. Fram til 1980 utførte Igor Ostretsov vellykket arbeid med å lage plasmautstyr for det hypersoniske kryssermissilet Meteorite i høy høyde. Her ble ikke radiobølgene spredt av plasmaet (fordi raketten fløy i atmosfæren), men ble absorbert av det. Men det er en annen historie.

I 1980 gikk Igor Ostretsov på jobb ved Research Institute of Nuclear Engineering. Det var der han tenkte på problemet med å skape renest mulig atomenergi med et minimum av avfall og ikke produsere spaltbare materialer for atomvåpen. Dessuten en som ikke ville bruke sjelden uran-235.

Løsningen på problemet lå i et lite studert område: i effekten av høyenerginøytroner på "ikke-splissile" aktinider: thorium og uran-238. (De spalter ved energier større enn 1 MeV.) «I prinsippet kan nøytroner av enhver energi produseres ved hjelp av protonakseleratorer. Men inntil nylig hadde akseleratorer ekstremt lave effektivitetsfaktorer. Først på slutten av det tjuende århundre dukket det opp teknologier som gjorde det mulig å lage protonakseleratorer med tilstrekkelig høy effektivitet...» skriver forskeren selv.

Takket være hans bekjentskap med akademiker Valery Subbotin, knyttet til likvideringen av Tsjernobyl-ulykken, var I. Ostretsov i stand til å gjennomføre et eksperiment i 1998 ved Institute of Nuclear Physics i Dubna. Nemlig behandlingen av en blysammenstilling ved hjelp av en stor akselerator med en protonenergi på 5 gigaelektron-volt. Bly begynte å dele seg! Det vil si at muligheten for å lage kjernekraft (en kombinasjon av en akselerator og en subkritisk reaktor) ble fundamentalt bevist, hvor verken uran-235 eller plutonium-239 var nødvendig. Med store vanskeligheter var det mulig å gjennomføre 2002-eksperimentet ved akseleratoren i Protvino. En 12-timers behandling av et blymål ved en akselerator i energiområdet fra 6 til 20 GeV førte til at bly... 10 dager "fonyl" som et radioaktivt metall (8 röntgener er doseverdien på overflaten kl. først). Dessverre fikk ikke I. Ostretsov muligheten til å utføre lignende eksperimenter med thorium og uran-238 (aktinider). Merkelig motstand fra det russiske departementet for atomenergi begynte. Men det viktigste ble bevist: atomrelativistisk energi ved å bruke "grove" typer drivstoff er mulig.

PÅ TERSKELEN TIL ET MULIG ENERGIGENOMBRUDD

En ting manglet: en liten, men kraftig gasspedal. Og det ble funnet: det var en Bogomolov-akselerator på en bakoverbølge. Som I. Ostretsov skriver, vil subkritiske reaktorer med akseleratorer gjøre det mulig å oppnå den høyeste konsentrasjonen av spaltbare kjerner – nesten hundre prosent (ved 2-5 % i nåværende reaktorer og ved 20 % i raske nøytronreaktorer).

Kjernerelativistiske kraftverk (NRES) vil kunne bruke de kolossale reservene av thorium i Russland (1,7 millioner tonn). Tross alt, bare 20 km fra Siberian Chemical Plant (Tomsk-7) er det en gigantisk thoriumforekomst, ved siden av er det en jernbane og infrastrukturen til et kraftig kjemisk anlegg. YRES kan operere i flere tiår på én reaktorlast. Samtidig, i motsetning til raske nøytronreaktorer, produserer de ikke "atomeksplosiver", noe som betyr at de trygt kan eksporteres.

På begynnelsen av 2000-tallet lærte Igor Ostretsov om A. Bogomolovs kompakte lineære akseleratorer, møtte ham - og de patenterte i hovedsak en ny kjernekraftteknologi. Vi beregnet de nødvendige kapitalinvesteringene, estimerte arbeidsprogrammet og de som skulle utføre dem. Så perioden for å lage det første YRES er ikke mer enn 12 år.

Og selve omvendte bølgeakseleratorene er en superinnovasjon. Bogomolov-maskinen, på størrelse med en trolleybuss, får plass om bord i Ruslan, og blir en detektor av atomvåpen på stor avstand – og kan ødelegge dem med en stråle av protoner. Dette er faktisk et strålevåpen som kan gjøres enda mer avansert og langtrekkende. Men i nær fremtid vil det være mulig å lage teknologi for å oppdage atomladninger transportert av sabotører og terrorister (for eksempel på sivile skip) og for å ødelegge dem med en rettet partikkelstråle. Det er beregninger som viser: en stråle av nøytroner kan ødelegge skipsreaktoren til et målskip på et millisekund, og gjøre den om til en "mini-Tsjernobyl" på grunn av frenetisk akselerasjon.

Og selvfølgelig inkluderer YRT plasmateknologier for radiousynlighet - for missiler og fly i fremtidens Russland.

Det eneste som gjenstår er å opprette et statlig vitenskapelig senter for kjernefysisk relativistisk energi og utvikling av kjernefysisk strålingsteknologi. For ingen privat kapital har rett til å arbeide i et slikt område, som dessuten har en uttalt «dobbel» karakter. Spillet er verdt lyset: etter å ha utviklet atomenergi, vil russerne bli monopolister og høste ublu profitt fra et helt nytt marked. Hva er kostnadene ved å fullstendig behandle, ved hjelp av Yares, langlivet atomavfall som gjenstår etter nedleggelsen av gamle atomkraftverk! Dette er hundrevis av milliarder av dollar.

DOSSIER. Fra et brev fra nestleder for statsdumaen i den russiske føderasjonen Viktor Ilyukhin til president Dmitrij Medvedev.

«...I ti år har landet vårt jobbet med kjernerelativistiske teknologier (NRT), basert på samspillet mellom ladede partikkelstråler oppnådd ved bruk av akseleratorer med kjernene til tunge elementer.

Kjernekraftteknologier utvikler seg på fem hovedområder: 1) energi; 2) militære applikasjoner, primært strålevåpen; 3) fjerninspeksjon av uautorisert transport av kjernefysiske materialer; 4) grunnleggende fysikk; 5) ulike teknologiske, spesielt medisinske applikasjoner.

Verktøyet for å implementere YRT er den modulære kompakte bakoverbølgeakseleratoren (BWLAP).

Russiske patenter ble oppnådd for akselerator- og kjernefysisk strålingsteknologi basert på protoner og tunge, inkludert uran, kjerner (I.N. Ostretsov og A.S. Bogomolov).

En undersøkelse av muligheten for å lage strålevåpen basert på kjernefysisk strålingsteknologi ble utført av spesialister fra det 12. hoveddirektoratet for det russiske forsvarsdepartementet og Rosatom, som bekreftet realiteten med å lage strålevåpen basert på kjernefysisk stråling, langt overlegen i alt respekterer strålevåpen laget i dag av avanserte land (USA, Kina, Japan, Frankrike).

Derfor er det for øyeblikket bare Russland som kan skape et kampkompleks, hvis opprettelse alle utviklede land streber etter å skape og som radikalt kan endre metodene for krigføring og maktbalansen i verden.

På spørsmålet om utvikling av arbeid med kjernefysiske strålingsteknologier ble det holdt et møte 6. desember 2008 med lederen av føderasjonsrådet for den russiske føderasjonens føderale forsamling S.M. Mironov med deltakelse av ledelsen av det 12. hoveddirektoratet for det russiske forsvarsdepartementet, ansvarlige representanter for føderasjonsrådet i Den russiske føderasjonen, VNIIEF kjernefysiske senter (Sarov) og forfatterne av kjernefysiske strålingsteknologier ..."

TRIST REALITET

Nå har veiene til Ostretsov og Bogomolov divergert. Staten finansierte ikke arbeidet med russiske reversbølgeakseleratorer. Og vi måtte se etter vestlige kunder. Bogomolovs BWLAP-teknologi tilhører ikke ham alene. Og andre fant kunder i USA. Heldigvis er påskuddet godt – å utvikle teknologi for langdistansedeteksjon av atomladninger i navnet til kampen mot internasjonal terrorisme. En ny (fra Erefs tider, 2003-modell) akademiker Valery Bondur tok opp saken. Generaldirektør for den statlige institusjonen - Scientific Center for Aerospace Monitoring "Aerospace" av Utdannings- og vitenskapsdepartementet og det russiske vitenskapsakademiet, sjefredaktør for tidsskriftet "Earth Exploration from Space". Som Viktor Ilyukhin og Leonid Ivashov skrev til presidenten for den russiske føderasjonen, "For øyeblikket har landet vårt fullført arbeidet med teoretisk og eksperimentell forskning på metoden for fjerninspeksjon av kjernefysiske materialer under en kontrakt med det amerikanske selskapet DTI (CIA). Avtale nr. 3556 datert 27. juni 2006 er utført av firmaet "Isintek", akademiker Bondur V.G. (Vedlegg 1) med støtte fra FSB i Den russiske føderasjonen. Nå i USA (Los Alamos Laboratory) er det tatt en beslutning om å lage et ekte inspeksjons- og kampsystem basert på arbeidet som utføres i vårt land.

I henhold til russisk lov må verk av denne klassen gjennomgå undersøkelse av det 12. instituttet til den 12. statsadministrasjonen til Forsvarsdepartementet i Den russiske føderasjonen før de overføres til utlandet. Denne bestemmelsen blir åpenbart krenket med full samvittighet fra administrasjonen til presidenten for Den russiske føderasjonen, Den russiske føderasjonens sikkerhetsråd og Rosatom.

Dette programmet, hvis det implementeres, vil tillate landet vårt, sammen med statene som fjerninspeksjonssystemet vil bli installert til, å kontrollere spredningen av kjernefysiske materialer over hele verden, for eksempel innenfor rammen av en internasjonal organisasjon for å bekjempe kjernefysisk terrorisme , som vil være tilrådelig å bli ledet av en av Russlands toppledere. Dessuten vil alt arbeid bli finansiert med utenlandske midler.

Vi ber deg, kjære Dmitry Anatolyevich, om å gi instruksjoner om å umiddelbart foreta en undersøkelse av materialet som er overført til USA og etablere kretsen av personer som er involvert i dette enestående bruddet på den russiske føderasjonens grunnleggende interesser og sikkerhet. For dette formålet, opprette en arbeidsgruppe bestående av representanter for din administrasjon, 12. hoveddirektorat i RF Forsvarsdepartementet og forfatterne av dette brevet..."

Dermed kan fruktene av det dedikerte arbeidet til innenlandske innovative fysikere gå til USA. Og der, og ikke her, vil kjernefysiske relativistiske teknologier utvikle seg - energien og våpnene til neste tidsalder ...

HVEM JOBBER DEN GÅVENDE ROSATOM FOR?

Vel, for nå er Rosatom opptatt med å jobbe hovedsakelig i USAs interesser.

Vet du hvorfor han ikke vil legge merke til det sanne perspektivet i utviklingen? Fordi dens hovedfunksjon er overføring av sovjetiske reserver av uran-235 til amerikanske atomkraftverk (HEU-LEU-avtalen, Gore-Chernomyrdin, 1993).

Hvorfor kjøper Rosatom eierandeler i utenlandske gruvevirksomheter for naturlig uran? For å berike det på våre bedrifter bygget i USSR (og derfor billig) - og igjen levere drivstoff til atomkraftverk til Amerika. USA minimerer dermed sine strømproduksjonskostnader. Ja, og bestrålt kjernebrensel - SNF - vil bli sendt fra Vesten til den russiske føderasjonen for resirkulering.

Hva er utsiktene her? Utsiktene for Russland er rent koloniale...

Grunnleggende kjernefysiske teknologier Kjernefysiske teknologier er teknologier basert på forekomsten av kjernefysiske reaksjoner, samt teknologier som tar sikte på å endre egenskapene og behandlingen av materialer som inneholder radioaktive elementer eller elementer som kjernefysiske reaksjoner oppstår på Kjerneenergiteknologier: - Teknologier for kjernefysiske reaktorer som bruker termiske nøytroner -Teknologier for raske nøytron-atomreaktorer -Teknologier for høy- og ultrahøytemperatur-atomreaktorer

Kjernefysiske kjemiske teknologier: - Teknologier for kjernefysiske råmaterialer og kjernebrensel - Teknologier for materialer av kjernefysisk teknologi Kjernefysiske teknologier for isotopanriking og produksjon av monoisotopiske og høyrente stoffer: - Gassdiffusjonsteknologier - Sentrifugeteknologier - Laserteknologier Nukleærmedisinske teknologier

Befolkningsveksten og globalt energiforbruk i verden, en akutt mangel på energi, som bare vil øke når naturressursene tømmes og etterspørselen etter den vokser raskere; Økende konkurranse om begrensede og ujevnt fordelte fossile brenselressurser; forverring av et kompleks av miljøproblemer og økende miljørestriksjoner; økende avhengighet av den ustabile situasjonen i regionene i oljeeksporterende land og den gradvise økningen i hydrokarbonpriser; Bestemmelser som er uforanderlige for å lage prognoser innen fremtidige scenarier:

Den økende forskjellen i nivået på energiforbruket til de rikeste og fattigste landene, forskjellen i nivåene på energiforbruket til forskjellige land, skaper potensialet for sosial konflikt; hard konkurranse mellom teknologileverandører for kjernekraftverk; behovet for å utvide anvendelsesområdet for kjernefysiske teknologier og storskala energiteknologisk bruk av atomreaktorer for produksjonsområder; behovet for å gjennomføre strukturelle endringer og reformer under de tøffe forholdene i en markedsøkonomi osv. Bestemmelser som er urokkelige for å lage prognoser innen framtidsscenarioer:

Andel av land i globale CO 2 -utslipp USA - 24,6% Kina - 13% Russland - 6,4% Japan - 5% India - 4% Tyskland - 3,8%. Et kjernekraftverk med en elektrisk kapasitet på 1 GW sparer 7 millioner tonn CO 2 -utslipp per år sammenlignet med kullfyrte termiske kraftverk, og 3,2 millioner tonn CO 2 -utslipp sammenlignet med gassfyrte termiske kraftverk.

Kjernefysisk utvikling Det er rundt 440 kommersielle atomreaktorer i drift rundt om i verden. De fleste av dem er lokalisert i Europa og USA, Japan, Russland, Sør-Korea, Canada, India, Ukraina og Kina. IAEA anslår at minst 60 flere reaktorer vil komme online innen 15 år. Til tross for variasjonen av typer og størrelser, er det bare fire hovedkategorier av reaktorer: Generasjon 1 - reaktorer av denne generasjonen ble utviklet på 1950- og 1960-tallet, og er modifiserte og utvidede atomreaktorer for militære formål, beregnet for fremdrift av ubåter eller for produksjon av plutonium Generasjon 2 – de aller fleste reaktorer i kommersiell drift tilhører denne klassifiseringen. Generasjon 3 – reaktorer av denne kategorien er for tiden i drift i noen land, hovedsakelig i Japan. Generasjon 4 – dette inkluderer reaktorer som er på utviklingsstadiet og som planlegges innført om noen år.

Kjernefysisk utvikling Generasjon 3-reaktorer kalles "avanserte reaktorer". Tre slike reaktorer er allerede i drift i Japan, og flere er under utvikling eller bygging. Det er rundt tjue forskjellige typer reaktorer av denne generasjonen under utvikling. De fleste av dem er "evolusjonære" modeller, utviklet på grunnlag av andre generasjons reaktorer, med endringer gjort basert på innovative tilnærminger. I følge World Nuclear Association er generasjon 3 preget av følgende punkter: Et standardisert design for hver type reaktor gjør det mulig å fremskynde lisensprosedyren, redusere kostnadene for anleggsmidler og varigheten av byggearbeidet. Forenklet og mer robust design, noe som gjør dem enklere å håndtere og mindre utsatt for feil under drift. Høy tilgjengelighet og lengre levetid - omtrent seksti år. Reduserer muligheten for ulykker med kjernesmelting Minimal påvirkning på miljøet. Dyp drivstoffutbrenthet for å redusere drivstofforbruk og produksjonsavfall. Generasjon 3

Tredje generasjons atomreaktorer Europeisk trykkvannsreaktor (EPR) EPR er en modell utviklet fra franske N4 og tyske KONVOI, andre generasjons design bestilt i Frankrike og Tyskland. Ball Bed Modular Reactor (PBMR) PBMR er en høytemperatur gasskjølt reaktor (HTGR). Trykkvannsreaktor Følgende typer store reaktordesign er tilgjengelige: APWR (utviklet av Mitsubishi og Westinghouse), APWR+ (japansk Mitsubishi), EPR (fransk Framatome ANP), AP-1000 (American Westinghouse), KSNP+ og APR-1400 (koreansk) selskaper) og CNP-1000 (China National Nuclear Corporation). I Russland har selskapene Atomenergoproekt og Gidropress utviklet en forbedret VVER-1200.

Reaktorkonsepter valgt for Generasjon 4 GFR - Gasskjølt hurtigreaktor LFRBlykjølt hurtigreaktor MSR - Smeltet saltreaktor: Uranbrensel smeltes i natriumfluoridsalt som sirkulerer gjennom grafittkanalene i kjernen. Varmen som genereres i det smeltede saltet fjernes til sekundærkretsen Natriumkjølt hurtigreaktor VHTR - Ultrahøytemperaturreaktor: Reaktoreffekt 600 MW, kjernekjølt med helium, grafittmoderator. Det regnes som det mest lovende og lovende systemet rettet mot å produsere hydrogen. VHTR-kraftproduksjon forventes å bli svært effektiv.

Vitenskapelig forskning er grunnlaget for atomindustriens aktivitet og utvikling All praktisk virksomhet innen kjernekraft er basert på resultatene av grunnleggende og anvendt forskning på materiens egenskaper Grunnforskning: grunnleggende egenskaper og struktur av materien, nye energikilder ved nivå av grunnleggende interaksjoner Forskning og kontroll av materialegenskaper - Strålingsmaterialevitenskap, frembringelse av strukturelle korrosjonsbestandige, varmebestandige, strålingsbestandige stål, legeringer og komposittmaterialer

Vitenskapelig forskning er grunnlaget for atomindustriens aktivitet og utvikling Design, design, teknologi. Opprettelse av enheter, utstyr, automasjon, diagnostikk, kontroll (generell, medium og presisjonsteknikk, instrumentproduksjon) Prosessmodellering. Utvikling av matematiske modeller, beregningsmetoder og algoritmer. Utvikling av parallelle databehandlingsmetoder for å utføre nøytronikk, termodynamiske, mekaniske, kjemiske og andre beregningsstudier ved bruk av superdatamaskiner

AE på mellomlang sikt Verden forventes å doble kjernekraftkapasiteten innen 2030. Den forventede økningen i kjernekraftkapasiteten kan oppnås basert på videreutvikling av termiske nøytronreaktorteknologier og åpen sløyfe kjernefysisk brenselssyklus Hovedproblemene til moderne kjernekraft kraftverk er relatert til akkumulering av brukt kjernebrensel (dette er ikke radioaktivt avfall!) og risikoen for spredning i verden av sensitive teknologier for kjernefysisk brenselssyklus og kjernefysiske materialer

Oppgaver for å skape et teknologisk grunnlag for storskala kjernekraftverk Utvikling og implementering av raske nøytronforedlingsreaktorer i kjernekraftverk Fullstendig lukking av kjernefysisk brenselssyklus i kjernekraftverk for alle spaltbare materialer Organisering av et nettverk av internasjonalt kjernebrensel og energi sentre for å tilby en rekke tjenester innen kjernefysisk brenselssyklus Utvikling og implementering av reaktorer i kjernekraftverk for industriell varmeforsyning, hydrogenproduksjon, vannavsalting og andre formål Implementering av en optimal ordning for resirkulering av svært radiotoksiske mindre aktinider i kjernekraft planter

PRODUKSJON OG ANVENDELSE AV HYDROGEN Under oksidasjonen av metan på en nikkelkatalysator er følgende hovedreaksjoner mulige: CH 4 + H 2 O CO + ZH 2 – 206 kJ CH 4 + CO 2 2 CO + 2H 2 – 248 kJ CH 4 + 0,5 O 2 CO + 2H kJ CO + H 2 O CO 2 + N kJ Høytemperaturkonvertering utføres i fravær av katalysatorer ved temperaturer °C og trykk opp til 3035 kgf/cm 2, eller 33,5 Mn/m 2 ; i dette tilfellet skjer nesten fullstendig oksidasjon av metan og andre hydrokarboner med oksygen til CO og H 2. CO og H 2 skilles lett.

PRODUKSJON OG ANVENDELSE AV HYDROGEN Reduksjon av jern fra malm: 3CO + Fe 2 O 3 2Fe + 3CO 2 Hydrogen er i stand til å redusere mange metaller fra oksidene deres (som jern (Fe), nikkel (Ni), bly (Pb), wolfram (W), kobber (Cu), etc.). Så, når det varmes opp til en temperatur på °C og over, reduseres jern (Fe) med hydrogen fra alle dets oksider, for eksempel: Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O

Konklusjon Til tross for alle sine problemer, er Russland fortsatt en stor «atommakt», både når det gjelder militær makt og når det gjelder økonomisk utviklingspotensial (atomteknologi i den russiske økonomien). Atomskjoldet er en garantist for Russlands uavhengige økonomiske politikk og stabilitet over hele verden. Valget av kjernefysisk industri som motor for økonomien vil først gjøre at maskinteknikk, instrumentproduksjon, automasjon og elektronikk osv. kan bringes opp til et anstendig nivå, hvor det vil være en naturlig overgang fra kvantitet til kvalitet.

FORBUNDSBYRÅ FOR UTDANNING

MOSKVA ENGINEERING FYSICS INSTITUTE (STATE UNIVERSITY)

V.A. Apse A.N. Shmelev

For universitetsstudenter

Moskva 2008

UDC 621.039.5(075) BBK 31.46ya7 A77

Apse V.A., Shmelev A.N. Kjernefysiske teknologier: Opplæringen. M.:

MEPhI, 2008. – 128 s.

En kort beskrivelse av hovedteknologiene til den moderne kjernebrenselssyklusen presenteres: fra utvinning av uranmalm til deponering av radioaktivt avfall. Hovedoppmerksomheten rettes mot de grunnleggende prinsippene som er innebygd i hver teknologi, en beskrivelse av utstyret som brukes og betingelsene for implementering av den teknologiske prosessen. En analyse av betydningen av hver teknologi for å opprettholde det nukleære ikke-spredningsregimet er gitt.

Manualen er beregnet på studenter med spesialisering innen regnskap, kontroll av kjernefysiske materialer og fysisk beskyttelse av atomfarlige anlegg, for metodisk støtte av masterutdanningen "FZU og K NM" i retning av "Teknisk fysikk", opplæring av fysikere ingeniører i spesialitet 651000 i retning av "Nuclear Physics and Technologies" "og fremtidige.

Håndboken ble utarbeidet som en del av Innovative Education Program.

Anmelder: Dr. Phys.-Math. Sciences Yu.E. Titarenko

ISBN 978-5-7262-1031-5 © Moscow Engineering Physics Institute (State University), 2008

Introduksjon................................................. ...................................................... ........
Kapittel 1. Kjernebrenselkonsept......................................... ........ .....
Kapittel 2. Konseptet om kjernefysisk brenselssyklus...................................
Kapittel 3. Utvinning og primærbehandling av naturlige kjernefysiske materialer......
Kapittel 4. Isotopanrikning av uran........................................... ......... ..
Kapittel 5. Produksjonsteknologier for drivstoffstaver og drivstoffelementer...................................
	Drivstoffbruksteknologi
	atomreaktorer ................................................... ............................
	Transport av bestrålt drivstoff...................................
	Teknologier for behandling av bestrålt atomkraft
	brensel................................................. ......................................................
	Teknologier for behandling av radioaktivt avfall..........
Bibliografi................................................ . ............................

INTRODUKSJON

Emnet for kurset er kjernefysiske teknologier, eller teknologier for håndtering av kjernefysiske materialer (NM), som vanligvis inkluderer de stoffene uten hvilke det er umulig å initiere og fortsette to selvopprettholdende kjernefysiske reaksjoner, ledsaget av frigjøring av en stor mengde energi .

1. Kjedereaksjon av fisjon av kjerner av tunge isotoper.

For eksempel, når 235 U-isotopen spaltes av nøytroner, dannes to fisjonsprodukter, 2–3 nøytroner som er i stand til å fortsette reaksjonen og omtrent 200 MeV termisk energi frigjøres:

235 U + n → PD1 + PD2 + (2–3)n + 200 MeV.

Derfor inkluderer kjernefysiske materialer isotoper av uran og thorium (fra naturlige elementer), isotoper av kunstige transuranelementer (hovedsakelig plutonium, samt isotoper Np, Am, Cm, Bk Cf). Dette inkluderer også 233 U, en kunstig isotop av uran, som kan oppnås ved nøytronbestråling av thorium.

2. Reaksjonen av termonukleær fusjon av kjerner av lette isotoper.

For eksempel, når deuterium og tritium interagerer, dannes heliumkjerner og nøytroner og omtrent 21 MeV termisk energi frigjøres:

D + T → 4 He + n + 21 MeV.

Derfor inkluderer kjernefysiske isotoper hydrogenisotoper: deuterium og tritium. Naturlig hydrogen inneholder 0,015 % deuterium. Tritium finnes ikke i naturlig hydrogen på grunn av dets raske nedbrytning (halveringstid T1/2 = 12,3 g). Tungtvann (D2 O) og litium er også klassifisert som kjernefysiske materialer, fordi litiumisotopen 6 Li er i stand til intensivt å produsere tritium i reaksjonen 6 Li(n,α )T. Tverrsnittet for (n,α)-reaksjonen av 6 Li for termiske nøytroner er 940 barn. Innhold på 6 Li i naturlig litium –

Dermed inkluderer NM:

1) kilde NM – uran- og thoriummalm, naturlig uran

Og thorium, utarmet uran (uran med redusert innhold 235 U);

2) spesielle kjernefysiske materialer – anriket uran (uran med økt innhold 235 U), plutonium av en hvilken som helst isotopsammensetning og 233 U;

3) transuraniske elementer (Np, Am, Cm, Bk, Cf);

4) tungtvann, deuterium, tritium, litium.

De tre første kategoriene av kjernefysiske materialer er assosiert med kjernekraft, basert på fisjonsreaksjonen til tunge kjerner av nøytroner, og den fjerde - med den termonukleære reaksjonen til lette isotoper. Siden etableringen av kraftverk basert på denne reaksjonen fortsatt er et uløst problem, vil kurset fokusere på teknologier basert på kjernefysiske materialer av de tre første kategoriene.

Kjernefysiske teknologier inkluderer teknologier for produksjon av kjernefysiske materialer, deres lagring, bruk, transport, prosessering, mulig gjenbruk av regenerert kjernefysisk materiale eller deponering dersom videre bruk er umulig.

Mye oppmerksomhet i kurset vil bli viet til koblingen av kjernefysiske teknologier med spørsmål om sikker håndtering av kjernefysiske materialer. Begrepet «sikkerhet» i forhold til kjernefysiske materialer kan brukes i vid forstand, inkludert strålesikkerhet, kjernefysisk sikkerhet og sikkerhet vedrørende spredning av kjernefysiske våpen.

Under strålesikkerhet refererer til beskyttelse mot skadelige faktorer ved direkte eksponering for alle typer ioniserende stråling.

Under atomsikkerhet forstås som å forhindre en kritisk tilstand av et system som inneholder NM, dvs. forhindrer forekomsten av en selvopprettholdende fisjonskjedereaksjon. Et brudd på atomsikkerheten kan resultere i en atomeksplosjon, en termisk eksplosjon, eller i det minste et strålingsutbrudd og overeksponering av personell.

Under sikkerhet i forhold til spredning av kjernefysiske materialer,

sikkerhet mot tyveri av kjernefysiske materialer med det formål å lage kjernefysiske eksplosive enheter eller radiologiske våpen er påkrevd. IAEA bruker for tiden begrepet "Nuclear security" for å referere til denne typen sikkerhet, i motsetning til begrepet "Nuclear safety", som refererer til atomsikkerheten nevnt ovenfor.

Hovedfokuset i dette kurset vil være på beskrivelsen av kjernefysiske teknologier og deres analyse fra et synspunkt om å sikre ikke-

distribusjon av kjernefysiske materialer, dvs. fra et atomsikkerhetsperspektiv. Ikke-spredning av kjernefysiske materialer kan garanteres dersom det under arbeid med dem skapes slike forhold at tyveri og bruk av kjernefysiske materialer til ulovlige formål blir så vanskelig og farlig, og risikoen for oppdagelse av slike handlinger er så høy at potensielle krenkere ville bli tvunget til å forlate intensjonene sine.

Dette betyr at kjernefysiske teknologier må utstyres med et slikt system for fysisk beskyttelse, regnskap og kontroll av kjernefysiske materialer slik at:

a) det var veldig vanskelig å komme til YAM-ene og stjele dem; b) ethvert tyveri av en liten mengde kjernefysisk materiale utført av anleggspersonell

ble raskt oppdaget, og ytterligere forsøk på tyveri ble stoppet;

c) autorisert tyveri av kjernefysisk materiale ble lett oppdaget av nasjonale eller internasjonale inspeksjonsmyndigheter.

Så, hovedtemaet for kurset er kjernefysisk teknologi fra synspunktet om ikke-spredning av kjernefysisk.

Følgende hovedspørsmål vil bli diskutert nedenfor:

1. Kjernebrenselssyklus (NFC). Gjennomgang av hovedstadiene i kjernefysisk brenselssyklus fra utvinning av naturlige kjernefysiske materialer til deponering av radioaktivt avfall (RAW).

2. Teknologier for utvinning og primærbehandling av naturlige kjernefysiske materialer.

3. Reserver i forekomster av naturlige kjernefysiske materialer og hastigheten på deres produksjon.

4. Anrikningsteknologier for kjernefysisk materiale for produksjon av kjernebrensel. Anrikningsteknologier fra et ikke-spredningsperspektiv.

5. Metodikk for å beregne arbeidsintensiteten og energiintensiteten til anrikningsteknologier. Separasjon fungerer. Energiintensitet for separasjonsoperasjoner i forskjellige teknologier.

6. Teknologier for produksjon av kjernebrensel, brenselstaver og brenselelementer.

7. Teknologier for bruk av kjernefysiske materialer i kjernefysiske reaktorer. Strategier for omlastingsoperasjoner.

8. Midlertidig lagring av bestrålt kjernebrensel (SNF) ved kjernekraftverk og transport av det.

9. Teknologier for kjemisk prosessering av brukt kjernebrensel. Reprosesseringsteknologier med økt beskyttelse mot spredning av kjernefysisk materiale.

10. Teknologier for behandling og deponering av radioaktivt avfall. Prosjekter for etablering av lagringsanlegg for radioaktivt avfall i geologiske formasjoner.

Kapittel 1. KONSEPT AV KJERNEBREVEL

Kjernebrensel er kjernefysisk materiale som inneholder nuklider som spalter når de samhandler med nøytroner. Spaltbare nuklider er:

1) naturlige isotoper av uran og thorium;

2) kunstige isotoper av plutonium (produkter av sekvensiell fangst av nøytroner av isotoper, starter med 238 U);

3) isotoper av transuraniske elementer (Np, Am, Cm, Bk, Cf);

4) kunstig isotop 233 U (nøytronfangstprodukt av tori-

Som regel er isotoper av uran, plutonium og thorium med et jevnt massetall ("jevn" isotoper 238 U, 240 Pu, 242 Pu, 232 Th) spaltbare

bare høyenerginøytroner (fisjonsreaksjonsterskelen for dem er omtrent 1,5 MeV). Samtidig spaltes isotoper av uran og plutonium med et oddetall («odde» isotoper 235 U, 239 Pu, 241 Pu, 233 U) av nøytroner av enhver energi, inkludert termiske nøytroner. Dessuten, jo lavere nøytronenergien er, jo høyere er mikroseksjonene for fisjon av ulike isotoper.

Spekteret av nøytroner som sendes ut under fisjon er et spekter av raske nøytroner (gjennomsnittlig energi 2,1 MeV) som raskt bremser ned under fisjonsterskelen til partallsisotoper. Dette betyr at en fisjonskjedereaksjon på jevne isotoper er vanskelig å oppnå, siden bare en liten brøkdel av nøytronene har energier over fisjonsterskelen til disse isotoper. Samtidig, for å opprettholde en kjedereaksjon på ulike isotoper, er det ønskelig å bremse fisjonsnøytroner til termisk energi, noe som er ganske realistisk.

Kjernebrensel som kun inneholder naturlige spaltbare isotoper (235 U, 238 U, 232 Th) kalles primær. Kjernebrensel som inneholder fissile nuklider oppnådd kunstig (233 U, 239 Pu, 241 Pu) kalles sekundær.

Isotopene 238 U og 232 Th er naturlige kjernefysiske materialer, uegnet for bruk som kjernebrensel, siden de spaltes kun av raske nøytroner. Men disse isotopene kan brukes til å produsere kunstige fissile nuklider

(233 U, 239 Pu), dvs. for reproduksjon av sekundært kjernebrensel. Disse nuklidene kalles ofte fruktbare isotoper.

På det nåværende stadiet er kjernekraft basert på naturlig uran, som består av tre isotoper:

1) 238 U; innhold – 99,2831 %; halveringstid T1/2 =

4,5 10 9 år;

2) 235 U; innhold – 0,7115%; halveringstid T1/2 = 7,1 108 år;

3) 234 U; innhold – 0,0054 %; Halveringstid T1/2 = 2,5 105 år.

Forresten, jordens alder (omtrent 6 milliarder år) er sammenlignbar med halveringstiden på 238 U.

Interessant nok er 234 U produktet av ett α-forfall på 238 U og to β-forfall av mellomliggende isotoper. Denne kjeden av isotopiske overganger kan skrives i følgende form:

238 U(α)234 Th(β,T1/2 =24 dager)234 Pa(β,T1/2 = 6,7 timer)234 U.

Alle isotoper av uran er radioaktive, sender ut α-partikler med en energi på 4,5–4,8 MeV, og kan også spontant spalte med utslipp av nøytroner (for eksempel 13 n/s med 1 kg 238 U).

235 U-isotopen er det eneste naturlige kjernefysiske materialet som kan dele nøytroner av enhver energi (inkludert termiske nøytroner) med dannelse av en overflødig mengde raske nøytroner. Det er takket være disse overflødige nøytronene at en fisjonskjedereaksjon blir mulig. Men i naturlig uran finnes isotopen 235 U bare på et nivå på 0,71%. De fleste kraftreaktorer i drift opererer på uran anriket med 235 U isotopen til 2–5%. Raske reaktorer bruker 15–25 % anriket uran. Forskningsreaktorer bruker ofte uran med middels til høy anrikning (opptil 90 %). IAEA anbefaler for tiden at medlemslandene gradvis konverterer forskningsreaktorene sine til drivstoff med ikke mer enn 20 % anrikning. Den kritiske massen av uran anriket til 20 % er 830 kg, og tyveri av en slik mengde uran fra forskningsreaktorer er praktisk talt umulig.

Anriket uran er uran som inneholder 235 U i en mengde større enn konsentrasjonen i naturlig uran. Uran skiller seg ut:

1) lavt beriket – X 5 < 5%;

2) medium beriket – X 5 fra 5 til 20%;

3) svært beriket – X 5 fra 20 til 90%;

4) superanriket (våpenklasse) – X 5 > 90%.

Ved produksjon av anriket uran dannes utarmet uran som et biprodukt, d.v.s. uran med 235 U innhold under naturlige nivåer. Moderne anrikningsteknologi er ledsaget av dannelsen av utarmet uran, hvor innholdet av 235 U vanligvis er på nivået 0,2–0,3%.

Innholdet på 235U i naturlig uran (0,71 %) har ikke alltid vært slik når man vurderer geologiske tidsskalaer. Halveringstiden for 235 U er omtrent 6 ganger kortere enn for 238 U (0,7 109 år mot 4,5 109 år). Derfor var tidligere anrikningen av naturlig uran større enn 0,71%. Ved urangruven i Oklo (Gabon) i 1973 ble det oppdaget uran med et unormalt lavt innhold på 235 U, kun 0,44 %. Tidligere hadde det aldri blitt observert noe avvik på 235 U-innholdet fra standardverdien på 0,71 %. Beregningsstudier har vist at for ca. 1,8 milliarder år siden, da anrikningen av naturlig uran var ca. 3 %, i nærvær av en moderator, som lettvann, en fisjonskjedereaksjon eller naturlig atomreaktor, oppsto inne i uranmalmen og ble opprettholdt i omtrent 600 tusen år. Oklo", som et resultat av at 235 U brant opp. I følge beregninger var den gjennomsnittlige termiske effekten til "Oklo" 25 kW med en nøytronfluks på 4.108 n/cm2 s. Den totale energiproduksjonen til Oklo over 600 tusen år utgjorde 15 GW per år, noe som tilsvarer energiproduksjonen til LNPP i 2,5 år.

Hovedisotopen av naturlig uran, 238 U, blir ved fangst av nøytroner til sekundært kjernebrensel, isotopen 239 Pu, etter to påfølgende β-forfall:

238 U(n,γ)239 U(β,Т1/2 =23,5’)239 Np(β,Т1/2 =2,3 dager)239 Pu.

Akkumuleringen av 233 U-isotopen skjer på samme måte når naturlig thorium bestråles med nøytroner. Når nøytroner fanges, forvandles 232 Th til 233 U etter to β-forfall:

232 Th(n,γ)233 Th(β,T1/2 =23,3’)233 Pa(β,T1/2 =27,4 dager)233 U.

Men for å gjennomføre disse transformasjonene i en atomreaktor må primært atombrensel lokaliseres der, dvs. isotop 235 U, i stand til å initiere en selvopprettholdende fisjonskjedereaksjon, ledsaget av generering av overflødige nøytroner, som kan brukes til å produsere sekundært kjernebrensel i nøytronfangereaksjoner med fruktbare isotoper. Tilstedeværelsen i brenselet til termiske kraftreaktorer av en stor mengde av den fruktbare isotopen 238 U (95–97%) tillater delvis reproduksjon av kjernebrensel.

Følgende typer kjernebrensel brukes:

1) rene metaller, metallegeringer, intermetalliske forbindelser;

2) keramikk (oksider, karbider, nitrider);

3) metall keramikk(cermetpartikler av metallbrensel er dispergert i en keramisk matrise);

4) dispergert brensel (drivstoffmikropartikler i et beskyttende skall er spredt i en inert, for eksempel grafitt, matrise).

Den viktigste strukturelle formen for brensel i en atomreaktor er brenselelementet (fuel element). Den består av en aktiv del, som inneholder brensel og avlskjernefysiske materialer, og et ytre hermetisk skall. Vanligvis er skallet laget av metall (rustfritt stål, zirkoniumlegeringer), og i sfæriske brenselsstaver av HTGR-drivstoff er mikropartikler belagt med lag av silisiumkarbid og pyrolytisk karbon.

faste drivstoffstaver: 5–10 mm i diameter, 2,5–6 m i lengde, dvs. h/d 500. Typisk antall brenselsstaver i en reaktor: VVER-440 inneholder ca. 44.000 brenselsstaver, VVER-1000 - 48.000 brenselsstaver, RBMK-1000 - 61.000 brenselsstaver. Drivstoffstaver er kombinert til brenselelementer (FA): fra flere deler til flere hundre brenselsstaver i en FA. I drivstoffsamlinger er drivstoffstaver strengt adskilt, det skapes betingelser for pålitelig varmefjerning fra drivstoffstaver og for å kompensere for den termiske utvidelsen av materialene deres.