Версия для печати

Гелий всех времен и народов

Новая технология позволит значительно снизить себестоимость электроэнергии, производимой на АЭС
Машков Игорь
Фото: politarktika.ru

Число действующих энергоблоков на АЭС может достичь тысячи при нынешних программах развития атомной энергетики в России, Китае, Индии. В этом случае природные запасы урана в 16 миллионов тонн будут исчерпаны за 80 лет. Прогноз изменится с переходом к использованию реакторов с быстрыми нейтронами, исходным материалом для которых является уран-238 (U-238).

Представим, что человечество использует все запасы, превратив их в радиоактивные отходы (РАО). Что с ними делать? По современным представлениям – переработать и захоронить. Такая технология годится для ограниченных количеств РАО, но в данном случае речь идет о миллионах тонн и большом количестве могильников. Основная доля радиоактивности РАО связана с элементами с периодами полураспада 30–50 лет. Это значит, что могильники будут фонить веками. Все это время они должны эксплуатироваться и охраняться. Весьма непроизводительное и дорогостоящее занятие.

Природа дала решение, как избавиться от радиоактивных элементов: все они в естественных условиях распадаются, однако очень медленно. Значит, нужно найти способы ускорения. Специалисты утверждают: «Сам эффект ускорения, известный с 1947 года, не противоречит ни одному из известных законов физики. Президиум АН СССР поставил задачу разработать мероприятия по организации исследований по управлению процессами радиоактивного распада».

Возникает идея отвода тепла гелием, который может подаваться непосредственно на турбину

Атомная промышленность России вырабатывает и поставляет на рынок около четверти мирового объема электроэнергии. Структурно ее себестоимость логично представить по технологическим этапам добычи и обогащения урана, непосредственно выработки электроэнергии и хранения РАО. Затраты в каждой части структуры ориентировочно составляют одну треть.

Добыча и обогащение урана привязаны к месторождениям. А выработку электроэнергии и место хранения РАО технологически возможно объединить и разместить в одном месте. В городе Северске Томской области реализуется программа Росатома «Прорыв». В ее основе концепция «сжигания» топлива в реакторе на быстрых нейтронах (БРЕСТ) и последующего «дожигания» РАО, прошедших этап обогащения через минорные актиниды. То есть не хранение РАО, а утилизация. Полное преобразование РАО в ТБО возможно только через 300 лет. Но в любом случае это намного короче, чем хранение на протяжении тысячи лет, что предлагается сейчас.

Концепция безопасности реактора БРЕСТ декларируется как «нулевая». Он включает в себя 10 тысяч тонн свинца и множество конструктивных особенностей, направленных на отведение тепла из активной зоны (АЗ). Предполагается, что в случае нештатного выхода из эксплуатации какого-либо технологического звена сам реактор просто погаснет по условию невозможности прогреть выше точки кипения общий объем свинца. Выдержать температурный баланс «выработка тепла – отдача тепла» и обеспечить диапазон его регулирования в области активной зоны при таких объемах теплоносителя крайне затруднительно. Конструктивно процесс передачи тепла от свинца к водяному пару имеет ряд технологических этапов и соответственно будет затратным при эксплуатации турбин, вырабатывающих электроэнергию. К тому же технологическая концепция реактора очень громоздкая, нерегулируемая по критериям температурного диапазона, необходимого при более глубоком «дожигании» подготовленного из РАО топлива.

Но его безопасность может и должна обеспечиваться простотой конструкции, дублированием технологической концепции теплоотвода из активной зоны. У свинца высокая теплоемкость, он очень медленно нагревается, имея температуру кипения почти в пять раз выше плавления. Поэтому применение свинца как ключевого элемента безопасности вполне обоснованно. Он нейтрален для нейтронов, которые необходимы для поддержания и регулирования ядерной реакции в активной зоне. Гелий также нейтрален для нейтронов и представлен в общепромышленной практике в виде газа. И возникает идея отвода тепла гелием, который может подаваться непосредственно на турбину. Данная технологическая концепция прошла экспертизу патентования и получила положительное решение. Уменьшение объема свинца и дублирование теплопередачи несколькими системами теплоотвода с гелием позволит регулировать температурный диапазон, необходимый для более полного «дожигания» РАО с декларированием уровня системы безопасности реактора как «нулевой». Гелиевые турбины существуют в общепромышленной практике, хотя и не получили широкого распространения. Однако сверхтекучесть гелия не проблема, а всего лишь задача, которая конструктивно решаема.

Повторим: этап хранения радиоактивных отходов – от 300 до тысячи лет, срок в любом случае немаленький с возможным влиянием на геополитические процессы. Желательно ускорить процессы распада радиоактивных элементов (РАЭ), находящихся в РАО. Еще в 1940 году АН СССР сформулировала задачи для решения проблем ускорения распада. Но по объективным факторам они были свернуты. Ныне решение найдено.

На СХК в Северске существовала лаборатория, которая совместно с НИИ ЯФ при ТПИ работала над задачей синтеза радиоактивных элементов. В ходе экспериментов на специальной установке был обнаружен эффект ускорения распада РАЭ. Результаты до воздействия на них и после него отличались и были выше, чем в тот же период нахождения РАЭ в естественных условиях. В 2016-м на этой же установке были проведены эксперименты с различными РАЭ. Получены показания об изменении состояния после воздействия некоторых РАЭ. Результаты экспериментов выходили за уровень погрешности приборов и устойчиво показывали наличие разности скорости распада при воздействии относительно естественного в большую сторону. Конструирование установки и истоки данного эффекта принадлежат Геннадию Хандорину и Владимиру Шадрину. Эффект Хандорина – Шадрина подтвержден работами на уровне общелабораторной практики, которая проводилась группой энтузиастов в 2017 году на площадях НИИ ЯФ при ТПУ.

Реализация концепции совмещения выработки электроэнергии и хранения РАО с последующей утилизацией целесообразна на более высоком уровне, чем программа «Прорыв». Возможность переработки РАО с эффектом более глубокого «дожигания» РАЭ и утилизации в ТБО позволит значительно снизить себестоимость электроэнергии на АЭС. Технологический комплекс уменьшается в размерах и стоимости, в последующем может унифицироваться по мощности с сокращением затрат на общестроительные работы.

Цифры

Четыре тысячи АЭС нужно построить для прекращения эксплуатации всех угольных и углеводородных станций.

16 миллионов тонн составляют общемировые запасы урана.

0,711 процента U-235 содержится в природной смеси изотопов урана.

Игорь Машков,
политолог

Опубликовано в выпуске № 16 (779) за 30 апреля 2019 года

Загрузка...

 

 

  • Past:
  • 3 дня
  • Неделя
  • Месяц