Ученые создают ядерную энергетику будущего

09:05, 4 декабря 2019

Чистая и безопасная энергетика — это замкнутый ядерный топливный цикл реакторов на быстрых нейтронах

В Екатеринбурге сильная научная школа по высокотемпературной электрохимии. Фото: Григорий Постников / 66.RU.

Научный руководитель Института высокотемпературной электрохимии УрО РАН, заведующий кафедрой технологии электрохимических производств УрФУ Юрий Зайков вместе с коллегами занимается созданием новой, не имеющей мировых аналогов, технологии переработки отработавшего ядерного топлива в рамках проектного направления Росатома «Прорыв». Как решить задачу на практике и что это научное открытие принесет миру, он рассказал в рамках совместного проекта УрФУ и портала 66.RU «Человек наук».

Проект «Прорыв» предусматривает создание новой энергетики на базе замкнутого ядерного топливного цикла реакторов на быстрых нейтронах. Сегодня единственные в мире промышленные реакторы на быстрых нейтронах действуют на Белоярской АЭС. В этом у России конкурентное преимущество, которое нужно сохранить и развивать, считают ученые.

Новая жизнь переработанного топлива

Энергетика будущего — замкнутый ядерный топливный цикл реакторов на быстрых нейтронах. Схема выглядит так: получаем из реактора отработавшее ядерное топливо, убираем продукты деления ядерного топлива, а делящиеся материалы извлекаем и отдаем дальше на рефабрикацию — получение топлива, которое опять отправляется в реактор. Ядерно-топливный цикл замыкается.

В 2026 году мы должны выдать техническое задание, по которому спроектируют модуль переработки ядерного топлива в городе Северске, на Сибирском химическом комбинате. Решение этой задачи определит будущее энергетического рынка и конкурентоспособность наших ядерных технологий. По сути, мы участвуем в создании экологически безопасной ядерной энергетики — то, чем озабочен сегодня весь мир. Мы конкурируем с научными коллективами из США, Южной Кореи, Китая, Японии, Франции.

Для разработки технологии и оборудования требуются современные математические модели, в которых используются надежные экспериментальные данные, и цифровые двойники, учитывающие условия эксплуатации и нештатные ситуации всего процесса переработки отработанного ядерного топлива. Ошибок здесь допускать нельзя.

Преимущества новой ядерной энергетики

1. Безопасность.

В реакторе на быстрых нейтронах для охлаждения используется не вода, а жидкий свинец. Это позволит предотвратить аварии типа той, что произошла на «Фукусиме». В случае с жидкометаллическими теплоносителями возможные сценарии аварии исключают еще на стадии проекта.

2. Экономическая выгода.

Электроэнергия, которую дадут быстрые реакторы, будет в разы дешевле: чем больше глубина выгорания топлива, тем экономичнее ядерная энергетическая установка. Если на тепловых реакторах степень выгорания топлива достигает порядка 3,5–4%, то в этих реакторах — 12%, а в перспективе можно достичь 15–17%.

3. Бесконечные запасы.

Запасов ядерного топлива по предварительным расчетам должно хватить на 300 лет, и сырьевая база будет только расширяться. В реакторах на быстрых нейтронах можно использовать уран-238, а его куда больше в природе, чем урана-235, который нужен для тепловых реакторов.

Проблемы альтернативной энергетики

У возобновляемой энергетики есть право на жизнь. Но посчитайте: чтобы снабдить Екатеринбург электроэнергией, понадобится покрыть солнечными батареями площадь в 150 квадратных километров. Так что взять и отказаться от атомной энергетики в пользу только альтернативных источников невозможно. И атомная энергетика будет развиваться.

По материалам 66.RU