• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
05.06.2023
Александр Березин
6
36 533

Томские физики предложили «вечное» ядерное топливо

4.6

Предложенные тепловыделяющие элементы для атомных реакторов позволяют им работать без перегрузки топлива много лет подряд. Это крайне актуально для АЭС малой мощности, на Крайнем Севере или в любых других зонах, удаленных от единых энергосистем, включая тропические острова.

©Страна Росатом / Автор: Татьяна Соловьёва

Множество изолированных энергосистем на Земле вынуждены использовать как основной источник электроэнергии дизель-генераторы. Стоимость электричества от них измеряется десятками рублей за киловатт-час даже в тропиках. На российском Крайнем Севере, где завоз солярки возможен лишь часть года, ситуация еще сложнее. В силу изолированности малых энергосистем ВЭС и СЭС никак не могут закрыть их потребности: в безветренную ночь (в том числе долгую, полярную) все равно приходится опираться на дорогие и выбрасывающие много опасных микрочастиц дизель-генераторы.

Чтобы решить вопрос, «Росатом» достаточно давно разрабатывает реакторы на основе ледокольных — малой мощности, но при этом компактных, то есть подходящих для небольших энергосистем, где некуда девать лишнюю генерацию. Они используют топливо, обогащенное по урану-235 в несколько раз выше (до 18,6%), чем в обычных АЭС (менее 5%),

Однако и у таких систем есть ограничения. Например, на плавучей атомной электростанции «Академик Ломоносов» с реактором КЛТ-40С надо перегружать топливо каждые 3-4 года. Отработавшее в реакторе топливо для своей замены требует непростой и громоздкой установки, да еще площадки для «мокрого хранения» вынутых стержней с топливом. Для малых реакторов это не так-то дешево. На время перегрузок еще и возникает нужда в дублирующей ТЭЦ,, подменяющей простаивающую АЭС.

Проблему можно было бы решить, заменив его «резервной» плавучей станцией, но тогда хорошо бы увеличить срок работы малой АЭС до перегрузки. Это позволит иметь меньше «подменных» плавучих станций, что снизило бы расходы. К сожалению, сделать это в случае реактора на медленных нейтронах достаточно сложно: параметры традиционного топлива на основе оксида урана просто не позволяют эксплуатировать стержни с таким топливом много лет подряд.

Физики из Томского политеха предложили достаточно необычное решение проблемы. Они попробовали рассчитать, насколько реально заменить обычное ядерное топливо — смесь из оксида урана-238 и оксида урана-235 — на смесь оксида тория-232 и урана-233. Соответствующую статью опубликовали в Annals of Nuclear Energy.

Тория на нашей планете в несколько раз больше, чем урана, но специфика его в том, что сам по себе, как и уран-238, он не делится (как и все четные изотопы). Чтобы использовать его в АЭС, нужно сперва облучить нейтронами торий-232. Часть его атомов тогда захватит по нейтрону и станет ураном-233 (пройдя через цепочку трансмутаций торий-232+нейтрон – торий-233 — протоактиний-233 — уран-233), который уже энергично делится. Однако ториевый цикл существенно меняет теплофизические свойства реактора. А полное перепроектирование малых реакторов — достаточно затратный проект.

Плавучая АЭС / © Страна Росатом

Томские исследователи попытались рассчитать, что и насколько надо поменять в реакторе КЛТ-40С для плавучей АЭС, чтобы адаптировать его под ториевый цикл. Получилось, что для этого надо несколько увеличить диаметры ТВЭЛ — тепловыделяющих элементов реактора. За счет такого увеличения тепловая напряженность на поверхности ТВЭЛ не вырастет. А это позволит без снижения безопасности реактора и с использованием тех же материалов ТВЭЛ и реактора перевести его на новые виды топлива. Причем время между его перегрузками вырастет на 75%.

Один из авторов работы Владимир Нестеров рассказал о ее сути:

«Мы выяснили, что рост диаметра ТВЭЛ приводит к удовлетворительным значениям теплофизических параметров из-за снижения плотности теплового потока с поверхности тепловыделяющего элемента».

Хотя работа действительно показывает возможность создания малых водо-водяных реакторов для Крайнего Севера, способных работать там много дольше обычного, достаточно неочевидно, что подход авторов будет реализован именно в таком виде. Ключевая причина: он потребует перехода на ториевый цикл. На сегодня реакторов на таком цикле в России нет, да и в мировой ядерной энергетике — тоже.

Нужно ли на них переходить — не совсем ясно. Да, тория в четыре раза больше, чем урана, но, как отмечал Naked Science, при использовании реакторов на быстрых нейтронах ни о каком дефиците урана тоже говорить не приходится.

Наконец, малые реакторы для Крайнего Севера сейчас активно переводят с плавучей платформы на сухопутную: например, в Якутии строят сугубо сухопутный РИТМ — это «потомок» КЛТ-40С. Сухопутный реактор на завод никто не отбуксирует, поэтому там все равно будут создавать систему для перегрузки отработавшего топлива и его хранения в бассейне.

В теории можно было избежать подобных проблем, используя проекты типа БН-ГТ-50, то есть реакторы на 50 мегаватт электрической мощности, вообще не требующие перегрузки за все 40 лет службы. Это достигается за счет того, что такой реактор работает на быстрых нейтронах и нарабатывает энергетический плутоний из урана-238, позволяя не добавлять в него новое топливо очень долго.

Однако руководство «Росатома» нацелено на наиболее консервативные — по возможности — решения, и такой непохожий на современные реакторы проект, как БН-ГТ, вряд ли может найти понимание. К тому же у госкорпорации нет достаточно весомых внутриотраслевых лоббистов, что снижает шансы на реализацию этого проекта примерно до нуля, несмотря на весьма серьезные технико-экономические преимущества.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Вчера, 11:06
НИУ ВШЭ

Энцелад — один из крупнейших спутников Сатурна, где потенциально может существовать внеземная микробная жизнь. Исследователи НИУ ВШЭ и ИКИ РАН вычислили характеристики пылевой плазмы и электрических полей, а также концентрацию фотоэлектронов вблизи поверхности спутника. Несмотря на удаленность Энцелада от Солнца, фотоэффект на его поверхности оказался важен для формирования пылевой плазмы.

Позавчера, 16:57
ПНИПУ

Шаровая молния — выдумка или реальное явление, что такое темная материя и как она влияет на массу Вселенной? Для чего предназначены узоры на кончиках пальцев? Как мы «заражаемся» зевотой и почему мы чихаем, глядя на солнце? Отчего правшей больше, чем левшей и что нужно, чтобы сработал эффект плацебо? Об этом рассказали ученые Пермского Политеха.

Позавчера, 08:27
Александр Березин

Популярная гипотеза о доставке большого объема легких элементов на древнюю Землю с кометами и астероидами получила существенный удар: «импорт» был весьма невелик. Значит, вода и многое другое, необходимое для возникновения жизни, никогда не исчезали с лица нашей планеты.

18 июня
Сколтех

Ученые из Сколтеха, Цзилиньского университета и Центра передовых исследований в области науки и технологий высокого давления в Пекине (HPSTAR), а также их немецкие коллеги синтезировали и исследовали новый тип сверхпроводника с высоким содержанием водорода — супергидрид лантана типа A15 с формулой La4H23. Новый материал обладает сверхпроводимостью при температуре ниже −168 градусов и давлении в 1,2 миллиона атмосфер.

Позавчера, 16:57
ПНИПУ

Шаровая молния — выдумка или реальное явление, что такое темная материя и как она влияет на массу Вселенной? Для чего предназначены узоры на кончиках пальцев? Как мы «заражаемся» зевотой и почему мы чихаем, глядя на солнце? Отчего правшей больше, чем левшей и что нужно, чтобы сработал эффект плацебо? Об этом рассказали ученые Пермского Политеха.

17 июня
Игорь Байдов

Американские военные планируют разработать психостимулятор, действие которого можно активировать в мозге с помощью ближнего ИК-излучения. Такая технология поможет пилотам ВВС США сохранять бдительность во время длительных боевых вылетов. Привыкания или побочных эффектов препарат вызывать не будет.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

27 мая
Андрей

Европейские гляциологи, используя первые снимки Восточной Антарктиды 1937 года, а также фотографии середины XX века и современные спутниковые данные, отследили, как менялись ледники в этом регионе на протяжении 85 лет.

10 июня
Александр Березин

Исследователи из США выяснили, что примерно два миллиона лет назад Солнечная система захватила хвост облака холодного межзвездного газа. В результате гелиосфера сильно сжалась, дав галактическим лучам свободно облучать все планеты системы. Это должно было вызвать и серьезные проблемы с климатом.

[miniorange_social_login]

Комментарии

6 Комментариев
Maxim Miller
19.10.2023
-
0
+
В Билибино, в Заполярье, работает АЭС. Что ещё надо? Берите и стройте.
Влад Ого
07.06.2023
-
0
+
Эта тема на счёт тория раздувается уже 15 лет точно , сначала начали с электро автомобиля на тории в который таблетку аспирина положишь и 2 года заправлять не надо . Надо было бы ,построили бы уже давно. Как видеокамеры на дорогах которые тысячами поставили в центральном регионе. Они нафиг не нужны половина точно .Спонсировали фиг знает кто и доход от них получает государство и фиг знает кто
>> Однако руководство «Росатома» нацелено на наиболее консервативные — по возможности — решения, и такой непохожий на современные реакторы проект, как БН-ГТ, вряд ли может найти понимание. Вопрос не в понимании. Знаете, есть такая черта у изобретателей - строить из себя непонятых гениев. То, что проект имеет технико-экономические преимущества еще большой вопрос. А мои любимые проекты те, которые обладают целой горой всяких плюшек и преимуществ, но только один недостаток - построить так, чтоб хорошо работало, технологически невозможно, или стоит как 3 обычные станции, но это же мелочи, правда?))
    " То, что проект имеет технико-экономические преимущества еще большой вопрос." В чем именно вопрос? Его материалоемкость многократно ниже, чем у современных реакторов. В чем же тогда вопрос? "А мои любимые проекты те, которые обладают целой горой всяких плюшек и преимуществ, но только один недостаток - построить так, чтоб хорошо работало, технологически невозможно, или стоит как 3 обычные станции, но это же мелочи, правда?))" БН-ГТ вполне можно построить. Да, в идеале 10% атомов натрия там неплохо бы заменить свинцом, но и тут нет ничего нереального.
Affidavit Donda
05.06.2023
-
1
+
//нужно сперва облучить нейтронами торий-232. Часть его атомов тогда захватит по нейтрону// и станет ураном-233 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Торий-232, захвативший один нейтрон, станет торием-233. Чтобы стать ураном-233 ему надо захватить протон.
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно