Атомный реактор БМ-800 на Белоярской АЭС

В России развитию атомной энергетики уделяют особое внимание, так как это относительно безопасный и экологически чистый способ генерации электрической энергии. В развитых странах атомная промышленность обеспечивает более трети всей генерации электроэнергии.

Тот факт, что на атомных электростанциях в основном используют тепловые реакторы – делает уран 238 крайне дефицитным продуктом. Ученые всерьез озаботились истощением месторождений и добычи урана, и начали разрабатывать и тестировать технологии, которые позволяют воспроизводить топливо.

История реакторов на быстрых нейтронах

Впервые реактор на быстрых нейтронах БН-600 был апробирован на базе Белоярской атомной электростанции. Первые два энергоблока были оборудованы стандартными тепловыми реакторами, которые уже к 90-м годам прошлого века выработали свой ресурс эксплуатации. Третий энергоблок был оборудован уникальным на то время реактором на быстрых нейтронах, который впоследствии показал хорошие результаты, после чего было принято решение о создании его приемника – реактора БН-800.

В начале 2000-х годов Министерство атомной промышленности Российской Федерации получило задачу – обеспечить безопасную эксплуатацию действующих объектов ядерной энергетики, а также модернизировать действующие АЭС. Стали заменять израсходовавшие свой ресурс энергоблоки на более новые, где БН-600 оказался крайне востребованным. Первый в мире реактор БН-600, установленный на Белоярской АЭС к 2025 году окончательно израсходует свой ресурс.

Работа реактора

Реактор на быстрых нейтронах в процессе своей работы образует вторичные элементы, которые образуют плутоний-239 в процессе поглощения их урановой массой. Плутоний-239 применяется в качестве топлива для других ядерных реакторов, так как способен продолжать процесс дальнейшего деления.

Использование энергоблоков, которые оснащены реакторами на быстрых нейтронах позволяют значительно расширить топливную базу, а также существенно сократить радиоактивные отходы. Практически безотходную генерацию электрической энергии удается достичь за счет организации на станции замкнутого ядерно-топливного цикла.

Реактор БН-800 создавался как промежуточный вариант перед созданием коммерческого энергоблока с реактором БН-1200.

Топливо

Прежде чем приступить к описанию топлива для реактора на быстрых нейтронах БН-800, - стоит отметить, что на Земле существует только два изотопа всего двух химических веществ, которые обладают способностью расщепляться на меньших ядра, при этом выделяя огромное количество энергии.

Первый элемент имеет природное происхождение – это уран. Только один из трёх природных изотопов урана (оружейный U-235) обладает необходимыми для проведения ядерной реакции характеристиками.

Другой элемент искусственного происхождения и не встречается в природе, - это плутоний. Для нужд атомной промышленности подходит только его изотоп весом 239, - Pu 239.

Только эти два изотопа способны могут использоваться для цепной реакции деления. Неуправляемая реакция приводит к атомному взрыву, а управляемая (по-другому линейная или медленная) используется в ядерных реакторах на энергостанциях всего мира и в оружейных целях.

В реакторе на быстрых нейтронах БН-800 используется МОКС-топливо. Данное слово происходит от английского термина - Mixed-OXide fuel и представляет собой UО₂ + PuО₂ смешанное оксидное уран-плутониевое топливо. Использовать плутоний в качестве топлива для атомных электростанций решили еще в 40-х годах, однако реальные подвижки в данном направлении начались совсем недавно.

Цели, поставленные перед реактором БН-800

Основной задачей, которую призван решить реактор на быстрых нейтронах БН-800 – это исправная и бесперебойная работа на МОКС-топливе. По предварительным расчетам, - это станет возможно к 2019 году.

В случае, если заявленные планы воплотят в жизнь, - энергоблок №4 станет первым в мире, который имеет реактор на быстрых нейтронах, работающий на МОКС-топливе. По замыслу создателей, - БН-800 должен стать прототипом коммерческого реактора с жидкометаллическим теплоносителем БН-1200, который будет работать полностью на данного вида атомном топливе.

На базе энергоблока №4 на Белоярской АЭС будет проходить отладка новейших технологий, которые применяют для его эксплуатации и апробирование инновационного оборудования и узлов. Кроме того, особое внимание уделяется технологиям защиты окружающего пространства от влияния радиации.

Чем выгодно использование реакторов на быстрых нейтронах

Использование плутониево-уранового топлива позволяет значительно увеличить эффективность применения урановой руды для атомной промышленности. Кроме того, несомненно важным аспектом является тот факт, что использование атомных реакторов с жидкометаллическим теплоносителем на быстрых нейтронах позволяет выделять ядерные отходы, которые в течение трёхсот лет станут относительно безопасными для окружающей среды.

Реакторы, работающие на плутониевом топливе, обладают отличными показателями надежности и безопасности. Благодаря возможности нивелировать возможность расплавления активной зоны реактора, - уровень самозащиты атомного объекта приобретает очень высокие показатели.

Справка: История Белоярской атомной электростанции.