ในรัสเซีย งานกำลังดำเนินการเพื่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบปฏิวัติวงการที่เป็นของคนรุ่นที่สี่ เรากำลังพูดถึงเครื่องปฏิกรณ์ BREST ซึ่งองค์กรที่เป็นส่วนหนึ่งของรัฐ Rosatom กำลังทำงานอยู่ เครื่องปฏิกรณ์ที่มีแนวโน้มว่าจะถูกสร้างขึ้นโดยเป็นส่วนหนึ่งของโครงการ Breakthrough BREST เป็นโครงการของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบนิวตรอนเร็วที่มีสารหล่อเย็นตะกั่ว การถ่ายเทความร้อนแบบสองวงจรไปยังกังหัน ตลอดจนพารามิเตอร์ไอน้ำวิกฤตยิ่งยวด โครงการนี้ได้รับการพัฒนาในประเทศของเราตั้งแต่ช่วงปลายทศวรรษ 1980 ผู้พัฒนาหลักของเครื่องปฏิกรณ์นี้คือ NIKIET ตั้งชื่อตาม N. A. Dollezhal (สถาบันวิจัยและออกแบบวิศวกรรมพลังงาน)
วันนี้โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ให้รัสเซีย 18% ของกระแสไฟฟ้าที่ผลิตได้ พลังงานนิวเคลียร์มีความสำคัญมากในส่วนของยุโรปในประเทศของเรา โดยเฉพาะอย่างยิ่งในภาคตะวันตกเฉียงเหนือ ซึ่งคิดเป็น 42% ของการผลิตไฟฟ้า ปัจจุบันมีโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ 10 แห่งที่ดำเนินการในรัสเซีย ซึ่งดำเนินการ 34 หน่วยพลังงาน ส่วนใหญ่ใช้ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะต่ำเป็นเชื้อเพลิงที่มีปริมาณไอโซโทปยูเรเนียม-235 ที่ระดับ 2-5% ในเวลาเดียวกัน เชื้อเพลิงที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ไม่ได้ถูกบริโภคจนหมด ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของกากกัมมันตภาพรังสี
รัสเซียได้สะสมยูเรเนียมใช้แล้ว 18,000 ตัน และทุกปีตัวเลขนี้เพิ่มขึ้น 670 ตัน โดยรวมแล้วมีขยะจำนวน 345,000 ตันในโลกซึ่ง 110,000 ตันอยู่ในสหรัฐอเมริกา ปัญหาเกี่ยวกับการประมวลผลของเสียเหล่านี้สามารถแก้ไขได้โดยเครื่องปฏิกรณ์ชนิดใหม่ ซึ่งจะทำงานเป็นวงจรปิด การสร้างเครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าวจะช่วยรับมือกับการรั่วไหลของเทคโนโลยีนิวเคลียร์ทางทหาร เครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าวสามารถจัดหาได้อย่างปลอดภัยให้กับประเทศใด ๆ ในโลก เนื่องจากโดยหลักการแล้วมันเป็นไปไม่ได้ที่จะได้รับวัตถุดิบที่จำเป็นสำหรับการสร้างอาวุธนิวเคลียร์ในเครื่องเหล่านี้ แต่ข้อได้เปรียบหลักของพวกเขาคือความปลอดภัย เครื่องปฏิกรณ์ดังกล่าวสามารถเริ่มทำงานได้แม้กระทั่งกับเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้วเก่า จากข้อมูลของ A. Kryukov ดุษฎีบัณฑิตสาขาวิทยาศาสตร์กายภาพและคณิตศาสตร์ แม้การคำนวณที่ค่อนข้างหยาบจะบอกเราว่าปริมาณสำรองของยูเรเนียมใช้แล้วที่สะสมมากกว่า 60 ปีของการดำเนินงานของอุตสาหกรรมนิวเคลียร์จะเพียงพอสำหรับการผลิตพลังงานหลายร้อยปี
เครื่องปฏิกรณ์ BREST เป็นโครงการปฏิวัติในทิศทางนี้ เครื่องปฏิกรณ์นี้เข้ากับบริบทของสุนทรพจน์ของวลาดิมีร์ ปูตินในการประชุมสุดยอดสหัสวรรษที่องค์การสหประชาชาติเมื่อเดือนกันยายน พ.ศ. 2543 เป็นอย่างดี ในรายงานของเขา ประธานาธิบดีรัสเซียสัญญากับโลกว่าด้วยพลังงานนิวเคลียร์ชนิดใหม่: ปลอดภัย สะอาด ไม่รวมการใช้อาวุธ นับตั้งแต่การนำเสนอนั้น งานในการดำเนินโครงการ Breakthrough และการสร้างเครื่องปฏิกรณ์ BREST ก็มีความคืบหน้าอย่างมาก
มุมมองทั่วไปของเครื่องปฏิกรณ์ BREST-300
ในขั้นต้น หน่วย BREST ได้รับการออกแบบซึ่งจะให้หน่วยพลังงานที่มีความจุ 300 MW แต่ต่อมาโครงการปรากฏขึ้นพร้อมกับกำลังการผลิตที่เพิ่มขึ้น 1200 MW ในเวลาเดียวกัน ณ เวลานี้ นักพัฒนาได้จดจ่อกับความพยายามทั้งหมดของพวกเขาในเครื่องปฏิกรณ์ที่ทรงพลังน้อยกว่า BREST-OD-300 (การสาธิตทดลอง) ที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาโซลูชันการออกแบบใหม่จำนวนมากและแผนการทดสอบ ในโครงการที่ค่อนข้างเล็กและราคาถูกในการดำเนินการนอกจากนี้ กำลังไฟฟ้าที่เลือก 300 เมกะวัตต์ (ไฟฟ้า) และ 700 เมกะวัตต์ (ความร้อน) เป็นกำลังไฟฟ้าขั้นต่ำที่ต้องการเพื่อให้ได้อัตราส่วนการผสมพันธุ์เชื้อเพลิงในแกนเครื่องปฏิกรณ์เท่ากับเอกภาพ
ขณะนี้โครงการ "การพัฒนา" กำลังดำเนินการที่ไซต์ขององค์กรของรัฐ "Rosatom" ของ Siberian Chemical Combine (SCC) ในอาณาเขตของหน่วยดินแดนปิด (ZATO) Seversk (ภูมิภาค Tomsk) โครงการนี้เกี่ยวข้องกับการพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อปิดวงจรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ซึ่งจะเป็นที่ต้องการของอุตสาหกรรมพลังงานนิวเคลียร์ในอนาคต การดำเนินการตามโครงการนี้ในทางปฏิบัติจัดให้มีการสร้างศูนย์พลังงานสาธิตนำร่องซึ่งประกอบด้วย: BREST-OD-300 - เครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนที่รวดเร็วพร้อมสารหล่อเย็นโลหะตะกั่วที่มีวัฏจักรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์แบบคงที่และโมดูลพิเศษสำหรับการผลิต / ตกแต่งใหม่ ของเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องปฏิกรณ์นี้ เช่นเดียวกับโมดูลสำหรับการแปรรูปเชื้อเพลิงที่ใช้แล้วอีกครั้ง มีการวางแผนที่จะเปิดตัวเครื่องปฏิกรณ์ BREST-OD-300 ในปี 2020
ผู้ออกแบบทั่วไปของศูนย์พลังงานสาธิตนำร่องคือ VNIPIET ของเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก เครื่องปฏิกรณ์กำลังถูกสร้างขึ้นโดย NIKIET (มอสโก) ก่อนหน้านี้มีรายงานว่าการพัฒนาเครื่องปฏิกรณ์ BREST อยู่ที่ประมาณ 17.7 พันล้านรูเบิล การสร้างโมดูลการแปรรูปเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้ว - 19.6 พันล้านรูเบิล โมดูลการแปรรูปและศูนย์การเริ่มต้นปรับปรุงเชื้อเพลิง - 26.6 พันล้านรูเบิล งานหลักของศูนย์พลังงานที่ถูกสร้างขึ้นควรเป็นการพัฒนาเทคโนโลยีสำหรับการใช้งานเครื่องปฏิกรณ์ใหม่ การผลิตเชื้อเพลิงใหม่ และเทคโนโลยีสำหรับการแปรรูปเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้วใหม่ ด้วยเหตุผลนี้ การตัดสินใจเปิดตัวเครื่องปฏิกรณ์ BREST-OD-300 ในโหมดพลังงานเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าจะเกิดขึ้นหลังจากเสร็จสิ้นการวิจัยทั้งหมดในโครงการเท่านั้น
สถานที่ก่อสร้างโรงไฟฟ้า BREST-300 ตั้งอยู่ในพื้นที่โรงงานเคมีกัมมันตภาพรังสีของ Siberian Chemical Combine งานบนเว็บไซต์นี้เริ่มในเดือนสิงหาคม 2014 ตามที่ Sergei Tochilin ผู้อำนวยการทั่วไปของ SKhK ได้ทำการปรับระดับแนวตั้งแล้วที่นี่ด้วยการขุดดินหนึ่งล้านลูกบาศก์เมตร วางสายเคเบิล ติดตั้งท่อส่งน้ำอุตสาหกรรม และงานก่อสร้างอื่นๆ ได้เสร็จสิ้นลงแล้ว ปัจจุบันผู้รับเหมา "Java-Stroy" และผู้รับเหมาช่วง Seversky "Spetsteplokhimmontazh" ยังคงซับซ้อนของงานที่เกี่ยวข้องกับระยะเวลาเตรียมการ วันนี้ 400 คนทำงานที่ไซต์ก่อสร้าง ด้วยความเร็วของงานที่โรงงานเพิ่มขึ้น จำนวนผู้สร้างจะเพิ่มขึ้นเป็น 600-700 คน การลงทุนของรัฐในโครงการนี้อยู่ที่ประมาณ 100 พันล้านรูเบิล ตามบริการกดของ Siberian Chemical Combine
คอมเพล็กซ์พลังงานสาธิตทดลองที่ใหญ่ที่สุดในประเทศของเรากำลังสร้างศูนย์การจัดการแบบปิดในขั้นตอนต่างๆ โรงงานแห่งแรกที่สร้างเชื้อเพลิงไนไตรด์มีกำหนดจะเริ่มดำเนินการในปี 2560-2561 ในอนาคต เชื้อเพลิงที่ผลิตในโรงงานแห่งนี้จะถูกส่งไปยังเครื่องปฏิกรณ์สาธิตทดลอง BREST-300 ซึ่งจะเริ่มก่อสร้างในปี 2559 และจะแล้วเสร็จในปี 2563 ซึ่งจะเป็นการแล้วเสร็จของระยะที่สองของโครงการ ขั้นตอนที่สามของงานคือการก่อสร้างโรงงานแห่งอื่นเพื่อนำเชื้อเพลิงใช้แล้วไปแปรรูปใหม่ โครงการ Breakthrough ควรจะดำเนินการอย่างเต็มรูปแบบภายในปี 2023 ต้องขอบคุณการดำเนินโครงการที่มีความทะเยอทะยานนี้ งานใหม่ประมาณ 1.5 พันตำแหน่งควรปรากฏขึ้นในเมือง Seversk คนงาน 6-8,000 คนจะเข้าร่วมโดยตรงในการก่อสร้างการติดตั้ง BREST-300
ในฐานะหัวหน้าโครงการเครื่องปฏิกรณ์ BREST-300 Andrei Nikolaev กล่าวว่าศูนย์รวมพลังสาธิตทดลองในเมือง Seversk จะรวมถึงโรงงานเครื่องปฏิกรณ์ BREST-OD-300 ที่มีวัฏจักรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่อยู่กับที่ตลอดจนคอมเพล็กซ์สำหรับการผลิต "เชื้อเพลิงนิวเคลียร์แห่งอนาคต" เรากำลังพูดถึงเชื้อเพลิงไนไตรด์สำหรับเครื่องปฏิกรณ์แบบเร็ว สันนิษฐานว่าเป็นเชื้อเพลิงประเภทนี้ซึ่งเริ่มตั้งแต่ช่วงทศวรรษที่ 20 ของศตวรรษที่ XXI อุตสาหกรรมพลังงานนิวเคลียร์ทั้งหมดจะทำงาน มีการวางแผนว่าเครื่องปฏิกรณ์ทดลอง BREST-300 จะกลายเป็นเครื่องปฏิกรณ์นิวตรอนเร็วเครื่องแรกของโลกที่มีสารหล่อเย็นโลหะเหลวหนักตามโครงการ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้วในเครื่องปฏิกรณ์ BREST-300 จะถูกแปรรูปใหม่แล้วบรรจุลงในเครื่องปฏิกรณ์ใหม่ จะต้องใช้เชื้อเพลิงทั้งหมด 28 ตันสำหรับการโหลดเริ่มต้นของเครื่องปฏิกรณ์ ปัจจุบัน การวิเคราะห์เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้วจากสถานที่จัดเก็บของ Siberian Chemical Combine กำลังดำเนินการอยู่ ซึ่งเป็นไปได้ว่าผลิตภัณฑ์จำนวนหนึ่งที่มีองค์ประกอบพลูโทเนียมสามารถนำมาใช้ในการผลิตเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องปฏิกรณ์ BREST รุ่นทดลองได้
เครื่องปฏิกรณ์ BREST-300 จะมีข้อได้เปรียบที่สำคัญหลายประการในแง่ของความปลอดภัยในการปฏิบัติงานเหนือเครื่องปฏิกรณ์ที่ทำงานอยู่ในปัจจุบัน เครื่องปฏิกรณ์นี้จะสามารถปิดเครื่องได้เองในกรณีที่พารามิเตอร์ใด ๆ เบี่ยงเบนไป นอกจากนี้ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบนิวตรอนเร็วยังใช้เชื้อเพลิงที่มีอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่ต่ำกว่า และการเร่งความเร็วของนิวตรอนอย่างรวดเร็วและความเป็นไปได้ที่จะเกิดการระเบิดในเวลาต่อมาก็ถูกตัดออกไป ตะกั่วซึ่งแตกต่างจากโซเดียมที่ใช้ในปัจจุบันในฐานะตัวพาความร้อน เป็นแบบพาสซีฟ และจากมุมมองของกิจกรรมทางเคมี ตะกั่วนั้นปลอดภัยกว่าโซเดียม เชื้อเพลิงไนไตรด์หนาแน่นทนต่อสภาวะอุณหภูมิและข้อบกพร่องทางกลได้ง่ายกว่า และมีความน่าเชื่อถือมากกว่าเชื้อเพลิงออกไซด์ แม้แต่การก่อวินาศกรรมที่รุนแรงที่สุดด้วยการทำลายสิ่งกีดขวางภายนอก (ฝาเรือ อาคารเครื่องปฏิกรณ์ ฯลฯ) ก็ไม่สามารถนำไปสู่การปลดปล่อยกัมมันตภาพรังสีที่จะต้องมีการอพยพของประชากรและการจำหน่ายที่ดินในระยะยาวตามมา เช่นที่เกิดขึ้นในระหว่าง อุบัติเหตุเชอร์โนบิลในปี 2529
ข้อดีของเครื่องปฏิกรณ์ BREST ได้แก่:
- ความปลอดภัยจากรังสีธรรมชาติในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุทุกประเภท ด้วยเหตุผลภายนอกและภายใน รวมถึงการก่อวินาศกรรมที่ไม่ต้องการการอพยพของประชากร
- การจ่ายเชื้อเพลิงระยะยาว (เกือบไม่จำกัดเวลา) เนื่องจากการใช้ยูเรเนียมธรรมชาติอย่างมีประสิทธิภาพ
- การไม่แพร่ขยายอาวุธนิวเคลียร์บนโลกโดยการกำจัดการผลิตระหว่างการทำงานของพลูโทเนียมเกรดอาวุธและการใช้เทคโนโลยีในสถานที่สำหรับการแปรรูปเชื้อเพลิงแห้งโดยไม่แยกพลูโทเนียมและยูเรเนียม
- ความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมของการผลิตพลังงานและการกำจัดของเสียที่ตามมาเนื่องจากวัฏจักรเชื้อเพลิงแบบปิดด้วยการเปลี่ยนรูปของผลิตภัณฑ์ฟิชชันที่มีอายุการใช้งานยาวนาน การเปลี่ยนรูปและการเผาไหม้ของแอคติไนด์ในเครื่องปฏิกรณ์ การทำให้บริสุทธิ์ของกากกัมมันตภาพรังสีจากแอคติไนด์ การกักเก็บและการกำจัดของเสียกัมมันตภาพรังสีโดยไม่ละเมิด ความสมดุลของรังสีธรรมชาติ
- ความสามารถในการแข่งขันทางเศรษฐกิจซึ่งทำได้เนื่องจากความปลอดภัยตามธรรมชาติของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์และเทคโนโลยีของวัฏจักรเชื้อเพลิงที่ดำเนินการ, ป้อนเครื่องปฏิกรณ์ด้วย 238U เท่านั้น, การปฏิเสธระบบความปลอดภัยทางวิศวกรรมที่ซับซ้อน, พารามิเตอร์ตะกั่วสูงซึ่งรับประกันความสำเร็จของวิกฤตยิ่งยวด พารามิเตอร์ของวงจรกังหันไอน้ำและวงจรอุณหพลศาสตร์ที่มีประสิทธิภาพสูง ลดต้นทุนการก่อสร้าง
ภาพโครงการของ BREST complex 1 - เครื่องปฏิกรณ์ 2 - ห้องกังหัน 3 - โมดูลการประมวลผลซ้ำ SNF, 4 - โมดูลการผลิตเชื้อเพลิงสด
การผสมผสานของเชื้อเพลิงโมโนไนไตรด์ คุณภาพตามธรรมชาติของสารหล่อเย็นตะกั่ว การออกแบบโซลูชั่นของแกนกลางและวงจรการหล่อเย็น ลักษณะทางกายภาพของเครื่องปฏิกรณ์แบบเร็วทำให้เครื่องปฏิกรณ์ BREST มีความปลอดภัยตามธรรมชาติในระดับใหม่ และทำให้มั่นใจได้ถึงความเสถียรโดยไม่ต้องกระตุ้น วิธีการป้องกันฉุกเฉินในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุร้ายแรง ซึ่งไม่สามารถเอาชนะได้สำหรับเครื่องปฏิกรณ์ที่มีอยู่และที่คาดการณ์ไว้ในโลก:
- ปืนอัตตาจรของหน่วยงานกำกับดูแลที่มีอยู่ทั้งหมด
- การปิด (ติดขัด) ของปั๊มทั้งหมดในวงจรที่ 1 ของเครื่องปฏิกรณ์
- การปิด (ติดขัด) ของปั๊มทั้งหมดของวงจรที่ 2 ของเครื่องปฏิกรณ์
- ความกดดันของอาคารอธิการบดี
- การแตกของท่อกำเนิดไอน้ำหรือท่อของวงจรทุติยภูมิในส่วนใดส่วนหนึ่ง
- การจัดเก็บอุบัติเหตุต่างๆ
- คูลดาวน์ไม่จำกัดเวลาเมื่อปิดเครื่อง
โครงการความก้าวหน้าที่ดำเนินการโดย Rosatom มีวัตถุประสงค์เพื่อสร้างแพลตฟอร์มเทคโนโลยีใหม่สำหรับอุตสาหกรรมนิวเคลียร์ของรัสเซียด้วยวัฏจักรเชื้อเพลิงแบบปิดและการแก้ปัญหาเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้แล้วและกากกัมมันตภาพรังสี (RW) ผลลัพธ์ของการดำเนินการตามโครงการที่มีความทะเยอทะยานนี้ควรเป็นการสร้างผลิตภัณฑ์ที่สามารถแข่งขันได้ซึ่งจะทำให้เทคโนโลยีของรัสเซียเป็นผู้นำในด้านพลังงานนิวเคลียร์ของโลกและโดยทั่วไปในระบบพลังงานโลกในอีก 30-50 ปีข้างหน้า