V Rusiji potekajo dela za ustvarjanje revolucionarnega jedrskega reaktorja, ki pripada četrti generaciji. Govorimo o reaktorju BREST, na katerem trenutno delujejo podjetja, ki so del državne korporacije Rosatom. Ta obetavni reaktor se gradi v okviru projekta Preboj. BREST je projekt hitrih nevtronskih reaktorjev s svinčenim hladilnim sredstvom, dvokrožnim prenosom toplote v turbino, pa tudi parametri nadkritične pare. Projekt se pri nas razvija od konca osemdesetih let. Glavni razvijalec tega reaktorja je NIKIET, imenovan po N. A. Dollezhal (Raziskovalno -projektni inštitut za energetiko).
Danes jedrske elektrarne Rusiji zagotavljajo 18% proizvedene električne energije. Jedrska energija je zelo pomembna v evropskem delu naše države, zlasti na severozahodu, kjer predstavlja 42% proizvodnje električne energije. Trenutno v Rusiji deluje 10 jedrskih elektrarn, ki upravljajo s 34 elektrarnami. Večina jih kot gorivo uporablja nizkoobogateni uran z vsebnostjo izotopa urana-235 na ravni 2-5%. Hkrati se gorivo v jedrski elektrarni ne porabi v celoti, kar vodi v nastanek radioaktivnih odpadkov.
Rusija je že nabrala 18 tisoč ton izrabljenega urana in vsako leto se ta številka poveča za 670 ton. Skupno je na svetu 345 tisoč ton teh odpadkov, od tega 110 tisoč ton v Združenih državah. Težavo pri predelavi teh odpadkov bi lahko rešili z novim tipom reaktorja, ki bi deloval v zaprtem ciklu. Ustvarjanje takega reaktorja bi pomagalo obvladati uhajanje vojaške jedrske tehnologije. Takšne reaktorje bi lahko varno dobavili vsem državam na svetu, saj načeloma ne bi bilo mogoče dobiti surovin, potrebnih za izdelavo jedrskega orožja na njih. Toda njihova glavna prednost bi bila varnost. Takšne reaktorje bi lahko zagnali tudi na starem, izrabljenem jedrskem gorivu. Po besedah A. Kryukova, doktorja fizikalnih in matematičnih znanosti, nam celo precej grobi izračuni povedo, da bodo rezerve izrabljenega urana, nabrane v 60 letih delovanja jedrske industrije, dovolj za nekaj sto let proizvodnje energije.
Reaktorji BREST so revolucionaren projekt v tej smeri. Ta reaktor se dobro ujema s kontekstom govora Vladimirja Putina na vrhu tisočletja v OZN septembra 2000. V okviru svojega poročila je ruski predsednik svetu obljubil novo jedrsko energijo: varno, čisto, brez uporabe orožja. Od te predstavitve je delo pri izvajanju projekta Preboj in ustvarjanju reaktorja BREST doseglo pomemben napredek.
Splošni pogled na reaktor BREST-300
Sprva je bila zasnovana enota BREST, ki bi zagotavljala energetsko enoto z močjo 300 MW, kasneje pa se je pojavil projekt s povečano zmogljivostjo 1200 MW. Hkrati so razvijalci v tem trenutku vse svoje moči usmerili v manj zmogljiv reaktor BREST-OD-300 (poskusna predstavitev) v povezavi z razvojem velike količine novih oblikovalskih rešitev in načrti za njihovo testiranje na relativno majhnem in poceni projektu v izvajanju. Poleg tega je izbrana moč 300 MW (električna) in 700 MW (toplotna) minimalna potrebna moč za dosego razmerja razmnoževanja goriva v jedru reaktorja, ki je enak enoti.
Trenutno se projekt "Preboj" izvaja na mestu podjetja državne korporacije "Rosatom" Sibirskega kemičnega kombinata (SCC) na ozemlju zaprte teritorialne enote (ZATO) Seversk (Tomska regija). Ta projekt vključuje razvoj tehnologij za zaprtje jedrskega gorivnega cikla, ki bo v prihodnosti v jedrski industriji povpraševan. Izvajanje tega projekta v praksi predvideva oblikovanje pilotnega demonstracijskega energetskega kompleksa, ki ga sestavljajo: BREST-OD-300-hitri nevtronski reaktor s hladilno tekočino iz svinčeve tekoče kovine s stacionarnim jedrskim gorivnim ciklom in posebnim modulom za izdelavo / obnovo goriva za ta reaktor, pa tudi modul za predelavo izrabljenega goriva. Leta 2020 se načrtuje zagon reaktorja BREST-OD-300.
Generalni projektant pilotnega demonstracijskega energetskega kompleksa je peterburški VNIPIET. Reaktor gradi NIKIET (Moskva). Prej so poročali, da je razvoj reaktorja BREST ocenjen na 17,7 milijard rubljev, izgradnja modula za predelavo izrabljenega jedrskega goriva - 19,6 milijard rubljev, modul za izdelavo in zagonski kompleks za obnovo goriva - 26,6 milijard rubljev. Glavna naloga ustvarjenega energetskega kompleksa bi morala biti razvoj tehnologije za delovanje novega reaktorja, proizvodnja novega goriva in tehnologije za predelavo izrabljenega jedrskega goriva. Zato se bo odločitev o zagonu reaktorja BREST-OD-300 v načinu delovanja za proizvodnjo električne energije sprejela šele po zaključku vseh raziskovalnih del na projektu.
Gradbišče energetskega kompleksa BREST-300 se nahaja na območju radiokemičnega obrata Sibirskega kemičnega kombinata. Dela na tem spletnem mestu so se začela avgusta 2014. Po besedah generalnega direktorja SKhK Sergeja Tochilina so tukaj že izvedli navpično izravnavo z izkopom milijona kubičnih metrov zemlje, položili kable, postavili industrijske vodovodne cevi in zaključili druga gradbena dela. Trenutno izvajalec "Java-Stroy" in podizvajalec Seversky "Spetsteplokhimmontazh" nadaljujeta kompleks del, povezanih s pripravljalnim obdobjem. Danes na gradbišču dela 400 ljudi, s povečanjem hitrosti del v objektu se bo število graditeljev povečalo na 600-700 ljudi. Po poročanju tiskovne službe Sibirskega kemičnega kombinata so državne naložbe v ta projekt približno ocenjene na 100 milijard rubljev.
Eksperimentalni demonstracijski energetski kompleks v največjem pri nas zaprtem upravnem kompleksu se gradi po fazah. Prvi, ki bo zgradil tovarno nitridnih goriv, naj bi bil predviden za zagon v letih 2017–2018. V prihodnosti bo gorivo, proizvedeno v tej tovarni, namenjeno poskusnemu demonstracijskemu reaktorju BREST-300, katerega gradnja se bo začela leta 2016 in bo končana leta 2020, to bo zaključek druge stopnje projekta. Tretja faza dela predvideva gradnjo drugega obrata za predelavo izrabljenega goriva. Projekt Preboj bi moral biti v celoti operativen do leta 2023. Zaradi izvajanja tega ambicioznega projekta bi se moralo v mestu Seversk pojaviti približno 1,5 tisoč novih delovnih mest. Pri gradnji naprave BREST-300 bo neposredno sodelovalo 6-8 tisoč delavcev.
Kot je povedal vodja projekta reaktorja BREST-300 Andrej Nikolaev, bo poskusni demonstracijski energetski kompleks v mestu Seversk vključeval reaktorsko napravo BREST-OD-300 s stacionarnim ciklom jedrskega goriva, pa tudi kompleks za proizvodnjo "jedrsko gorivo prihodnosti". Govorimo o nitridnem gorivu za hitre reaktorje. Predvideva se, da bo na tej vrsti goriva od 20. let XXI stoletja delovala celotna jedrska energija. Predvideno je, da bo poskusni reaktor BREST-300 postal prvi reaktor na hitrih nevtronih na svetu s hladilno tekočino iz težkih kovin. V skladu s projektom bodo izrabljeno jedrsko gorivo v reaktorju BREST-300 predelali in nato ponovno naložili v reaktor. Za prvo polnjenje reaktorja bo potrebnih 28 ton goriva. Trenutno poteka analiza izrabljenega jedrskega goriva iz skladišč Sibirskega kemičnega kombinata - možno je, da se pri proizvodnji goriva za poskusni reaktor BREST lahko uporabi določena količina izdelkov s plutonijevim elementom.
Reaktor BREST-300 bo imel v smislu obratovalne varnosti številne pomembne prednosti pred vsemi reaktorji, ki danes delujejo. Ta reaktor se bo lahko v primeru odstopanja od kakršnih koli parametrov sam izklopil. Poleg tega reaktor s hitrim nevtronom uporablja gorivo z nižjo mejo reaktivnosti, hitri pospešek nevtronov in posledična možnost eksplozije pa preprosto izključeni. Svinec je za razliko od natrija, ki se danes uporablja kot toplotni nosilec, pasiven, s stališča kemijske aktivnosti pa je svinec varnejši od natrija. Gosto nitridno gorivo lažje prenaša temperaturne razmere in mehanske napake, je bolj zanesljivo kot oksidno gorivo. Tudi najbolj skrajne sabotažne nesreče z uničenjem zunanjih ovir (pokrovi plovil, reaktorske zgradbe itd.) Ne bodo mogle voditi do radioaktivnih izpustov, ki bi zahtevali evakuacijo prebivalstva in posledično dolgotrajno odtujitev zemlje, kot se je zgodilo med nesreča v Černobilu leta 1986.
Prednosti reaktorja BREST vključujejo:
- varnost naravnega sevanja v primeru vseh vrst nesreč zaradi zunanjih in notranjih razlogov, vključno s sabotažo, ki ne zahteva evakuacije prebivalstva;
- dolgoročna (skoraj časovno neomejena) dobava goriva zaradi učinkovite rabe naravnega urana;
-neširjenje jedrskega orožja na planetu z odpravo proizvodnje med delovanjem plutonija za orožje in implementacijo tehnologije za predelavo suhega goriva na kraju samem brez ločevanja plutonija in urana;
- okolju prijazna proizvodnja energije in kasnejše odlaganje odpadkov zaradi zaprtega gorivnega cikla s transmutacijo dolgoživih fisijskih produktov, transmutacijo in zgorevanjem aktinidov v reaktorju, čiščenjem radioaktivnih odpadkov iz aktinidov, zadrževanjem in odlaganjem radioaktivnih odpadkov brez kršenja naravno sevalno ravnovesje;
- ekonomska konkurenčnost, ki je dosežena zaradi naravne varnosti jedrske elektrarne in tehnologije izvedenega gorivnega cikla, napajanje reaktorja s samo 238U, zavračanje kompleksnih inženirskih varnostnih sistemov, visoki parametri svinca, ki zagotavljajo doseganje nadkritičnih parametri vezja parne turbine in visok izkoristek termodinamičnega cikla, zmanjšanje stroškov gradnje.
Projektna podoba kompleksa BREST. 1 - reaktor, 2 - prostor za turbine, 3 - modul za predelavo SNF, 4 - modul za izdelavo svežega goriva.
Kombinacija mononitridnega goriva, naravnih lastnosti svinčeve hladilne tekočine, oblikovalske rešitve jedra in hladilnih krogov, fizikalne lastnosti hitrega reaktorja reaktor BREST prinašajo na kakovostno novo raven naravne varnosti in omogočajo stabilnost brez sprožitve aktivnega sredstva za nujno zaščito v zelo hudih nesrečah, ki so nepremostljive za katerega koli od obstoječih in predvidenih reaktorjev na svetu:
- samohodna pištola vseh razpoložljivih regulativnih organov;
- zaustavitev (zastoj) vseh črpalk 1. kroga reaktorja;
- zaustavitev (zastoj) vseh črpalk 2. kroga reaktorja;
- razbremenitev rektorjeve zgradbe;
- pretrganje cevi generatorja pare ali cevovodov sekundarnega kroga na katerem koli odseku;
- uvedba različnih nesreč;
- Neomejen čas ohlajanja pri popolnem izklopu.
Namen projekta Preboj, ki ga izvaja Rosatom, je ustvariti novo tehnološko platformo za rusko jedrsko industrijo z zaprtim gorivnim ciklom in rešiti problem izrabljenega jedrskega goriva in radioaktivnih odpadkov (RW). Rezultat izvajanja tega ambicioznega projekta bi moral biti oblikovanje konkurenčnega izdelka, ki bo ruskim tehnologijam v naslednjih 30-50 letih omogočil vodilno vlogo v svetovni industriji jedrske energije in na splošno v svetovnem energetskem sistemu.
