Реферат "БРЕСТ"
творческая работа учащихся по физике (11 класс)

IX региональный конкурс реферативных и исследовательских работ учащихся образовательных учреждений Саратовской области «Атомная энергетика - гордость России»

Номинация: «Реакторы нового поколения – недорогая и чистая энергия»

«Строительство уникального реактора БРЕСТ в Томской области»

         Работу выполнила

Гудкова Злата Андреевна,  ученица 11 «А» МОУ «СОШ № 45»

e-mail: zlatagudkova2004@yandex.ru

тел.: +79658812355

Руководитель

Дружинина Эльвира Олеговна,

учитель физики и математики  МОУ «СОШ №45»

e-mail: elvira.ol@mail.ru

раб.тел. (8452) 293154

                                               Саратов – 2022 г.

Оглавление

1. Введение

1. Актуальность проблемы.................................стр. 3
2. Цели и задачи проекта....................................стр. 3-4

II. Основная часть

1. Объявление о строительстве...................................стр. 5
2. У истоков возникновения проекта “Прорыв".......стр. 5-6
3. Блок “будущего”......................................................стр. 6-7
4. Свинцовый теплоноситель - впервые в мире.......стр. 7
5. Четвёртое поколение..............................................стр. 8
6. Преимущества и особенности реактора нового поколения.................................................................стр. 8-9
7. Экологические аспекты проекта “Прорыв”.........стр. 9-10
8. Переработка топлива и получение новых компонентов............................................................стр. 10-11
9. Перспектива проекта “Прорыв”...........................стр. 11

III. Заключение

IV. Используемая литература

Введение

Эксперты в области энергетики ожидают, что в XXI веке резко возрастет спрос на энергию, в особенности в развивающихся странах, где сегодня свыше миллиарда человек не имеют доступа к современным энергетическим услугам. Для удовлетворения глобального спроса на энергию потребуется на 75% увеличить к 2050 г. первичное энергоснабжение.

Решением проблемы может стать активное развитие ядерной энергетики, одной из самых молодых и динамично развивающихся отраслей глобальной экономики. Атомные электростанции практически не производят выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в ходе своей эксплуатации. ГЭС, АЭС и автономные источники энергии входят в число источников самых низких объемов выбросов CO2, если учитывать выбросы в течение всего энергетического жизненного цикла.

Развитие ядерной энергетики на протяжении многих лет считается перспективным направлением во многих странах мира, что объясняется минимальным воздействием на окружающую среду и высокими запасами данного вида топлива^[1].

Актуальность проблемы

Ядерная энергетика активно развивается и приобретает главенствующее положение в мировой экономике. На сегодняшний день госкорпорация «Росатом» осуществляет масштабную программу сооружения АЭС как в Российской Федерации, так и за рубежом. Росатом сооружает в России 3 новых энергоблока. Портфель зарубежных заказов включает 35 блоков на разных стадиях реализации.

В своём проекте я бы хотела детально рассмотреть один из строящихся в России (а именно в Томской области) энергоблоков нового поколения – БРЕСТ-ОД-300, который, безусловно, имеет свои преимущества и особенности.  

Цели и задачи проекта

Цель: изучение основных характеристик энергоблока нового поколения – БРЕСТ-ОД-300 и его особенности

Задачи:

• Рассмотреть основные этапы становления (строительства) реактора нового типа
• Выяснить принцип действия энергоблока нового поколения
• Показать преимущества данной инновации, дальновидность и необычность идеи Росатома по созданию БРЕСТА-ОД-300

Решение данных задач в проекте осуществлялось на основе применения эмпирических методов исследования: изучения разнообразных источников

информации и анализа полученных сведений.

Основная часть

Объявление о строительстве

В Северске на площадке "Сибирского химического комбината" (СХК) госкорпорации "Росатом" в рамках Года науки и технологий стартовало строительство первого в мире энергоблока нового поколения БРЕСТ-ОД-300.

В торжественной обстановке с участием руководства российской атомной отрасли и Томской области началась заливка первого бетона в фундамент. Энергоблок установленной электрической мощностью 300 МВт войдет в состав опытно-демонстрационного энергетического комплекса (ОДЭК), который возводят на СХК в рамках отраслевого проекта "Прорыв", реализуемого с 2010-х годов. Ожидается, что реактор БРЕСТ начнет работу во второй половине 20-х гг. XXI столетия.

Как сообщает научный руководитель проектного направления "Прорыв" Евгений Адамов, бывший в 1998-2001 годах министром атомной энергии Росии, реактор станет «сердцем» комплекса, воплощающего в себе новое качество ядерной энергетики. В нем окажутся в принципе невозможны аварии типа Чернобыля и Фукусимы, одновременно будут решаться ключевые сырьевые и экологические задачи атомной отрасли. И все это завязано на обеспечение конкурентоспособности с другими видами генерации. 

У истоков возникновения проекта «Прорыв»

Все, что сейчас делается в проектном направлении "Прорыв", началось для Евгения Адамова и его ближайших коллег еще в Курчатовском институте после того, как произошла авария на АЭС "Три-Майл-Айленд" в США в 1979 году и особенно после Чернобыльской аварии 1986 года. Они начали не только выяснять непосредственно причины аварий, смотреть на недочеты конструкции реакторов либо на ошибки персонала АЭС, но и стали смотреть более глубоко – на всю историю создания ядерных реакторов в мире. И анализ, проведённый учёными, показал, что есть технологические аспекты, решения, которые позволят в принципе избежать того, что бросает наибольшую тень на ядерную энергетику. Ведь мало кто в обществе разбирается в вопросах обращения с облученным ядерным топливом, радиоактивными отходами, вопросах нераспространения, вопросах экономики применительно к ядерной энергетике. А вот аварии ментально очень сильно сказываются на отношении к ней.

Вместе с единомышленниками Адамову удалось сформулировать пять основных подходов по решению проблем крупномасштабной ядерной энергетики. Первое – исключить аварии на атомных станциях, требующие эвакуации населения. Второе – максимально возможно использовать весь энергетический потенциал природного урана в замкнутом ядерном топливном цикле на базе реакторов на быстрых нейтронах. Третье – решать проблему с радиоактивными отходами, приближаясь к так называемому радиационно-эквивалентному их захоронению (то есть, в пределе, захоранивать отходы с такой активностью, какую имеет природное сырье в руде). Четвертое – технологически укрепить режим нераспространения. Пятое – это, разумеется, конкурентоспособность с другими видами генерации. И когда были сформулированы эти тезисы, стало понятно, что речь идет о новой технологической платформе ядерной энергетики.

в 2000 году Владимир Путин выступил на "Саммите тысячелетия" с предложением об энергетическом обеспечении устойчивого развития человечества на базе новой платформы ядерной энергетики, которая к тому времени была проработана настолько, что по каждому из ее элементов можно было давать конкретные ответы. К сожалению, после этого в российской атомной отрасли работы затормозились. И только после прихода к ее руководству Сергея Кириенко родилась ориентированная федеральная целевая программа по ядерным энерготехнологиям нового поколения, в которой была сформулирована задача, решаемая с 2013 года в рамках проектного направления "Прорыв"^[2].

Блок «будущего»

Аббревиатура БРЕСТ имеет двойное толкование: это название реакторной установки на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем и одновременно обозначение концепции "быстрого" реактора, обладающего свойством естественной безопасности.

Лежащие в основе ОДЭК^[3] технологии одновременно позволят решать ключевые сырьевые и экологические задачи атомной отрасли, а также укрепить режим нераспространения. И все это завязано на обеспечение конкурентоспособности с другими видами генерации. БРЕСТ — не единственно возможная, но первая концепция, отвечающая совокупности требований крупномасштабной атомной энергетики по безопасности и экономике и направленная на решение задач устойчивого развития.

ОДЭК, помимо реактора БРЕСТ, включает в себя комплекс по производству так называемого смешанного нитридного уран-плутониевого ядерного топлива для реактора, а также комплекс по переработке отработавшего топлива. В результате получится пристанционный замкнутый ядерный топливный цикл, что даст возможность на одной площадке не только вырабатывать электричество, но и готовить из топлива, выгружаемого из реактора, новое.

Создало реактор предприятие "Росатома" "Ордена Ленина Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники имени Доллежаля" (НИКИЭТ). Новый атомный "энергокомплекс будущего" строится там, где в конце 1950-х годов заработала первая отечественная промышленная атомная электростанция (Сибирская АЭС) — она начиналась с реактора ЭИ-2, сконструированного под руководством академика Николая Доллежаля.

БРЕСТ — прототип реактора на быстрых нейтронах БР-1200 также со свинцовым теплоносителем, который, в свою очередь, станет основой коммерческого энергоблока большой электрической мощности порядка 1200 МВт.

Свинцовый теплоноситель - впервые в мире

Выбор свинца в качестве теплоносителя на первый взгляд представляется странным: никто в мире этого не делал. «Да, действительно, ранее созданные реакторы на быстрых нейтронах используют в качестве теплоносителя натрий, и сейчас в рамках проектного направления "Прорыв" разрабатывается реакторная установка БН-1200 с натриевым теплоносителем»,— говорит Вадим Лемехов. Но выбор свинца неслучаен и обусловлен целым рядом технических достоинств:

• малой замедляющей способностью свинца (эффективная циркуляция во всех режимах работы);
• инертностью взаимодействия при контакте с окружающими средами — воздухом и водой, что исключает пожары и взрывы;
• высокой температурой кипения свинца (1745°C), что исключает аварии с кризисом теплообмена и быстрым разрушением тепловыделяющих элементов;
• низкой активируемостью.

Четвёртое поколение

В нынешнем веке Россия первой построила и ввела в эксплуатацию атомные энергоблоки с реакторами так называемого поколения 3+, а сейчас речь идет об освоении технологий установок четвертого поколения.

Но дело не только в цифровом обозначении — с четвертым поколением ядерных энерготехнологий термин "реактор" заменяется более корректным словом "система", что включает в себя как непосредственно сам реактор, так и переработку (рециклирование) его ядерного топлива.

Согласно новым требованиям мирового атомного сообщества, такие системы должны обладать более высокими эксплуатационными показателями, чем предыдущие поколения, в области обеспечения устойчивого развития, конкурентоспособности с другими видами генерации, безопасности и надежности, а также защиты от распространения, оправдывая использование в их отношении выражения "технологический прорыв".

Сейчас развитие атомной энергетики в мире во многом еще сдерживается боязнью аварий, связанных с выбросами радиоактивных веществ. А различные комплексы безопасности, которыми оснащены современные энергоблоки, значительно повышают стоимость АЭС. И противоречивые требования экономики и безопасности гармонично удовлетворить было бы невозможно, если бы не реакторы на быстрых нейтронах с их уникальными ядерно-физическими свойствами (сейчас вся мировая атомная энергетика построена на реакторах на так называемых тепловых нейтронах, и только в России на Белоярской АЭС эксплуатируются два "быстрых" энергетических реактора).

Преимущества и особенности реактора нового поколения

Российским специалистам удалось показать, что можно так спроектировать ядерные реакторы на быстрых нейтронах, что их безопасность будет основываться на законах природы, а не на создании дополнительных инженерных барьеров и увеличении персонала. Это и есть принцип естественной безопасности, который лег в основу концепции БРЕСТа.

Что касается решения сырьевых задач атомной энергетики, то здесь не используется уран-235, которого в природном менее одного процента. А сочетание свойств плотного нитридного уран-плутониевого ядерного топлива и свинцового теплоносителя дает возможность работать БРЕСТу в так называемом равновесном топливном режиме: когда ядерного "горючего", плутония, нарабатывается столько, сколько "сгорает". Он в составе отработавшего ядерного топлива идет для изготовления новых партий свежего топлива для БРЕСТа, извне подпитываемых только отвальным (обедненным) ураном-238, и так по кругу. Цикл замыкается.

Укрепление режима нераспространения в рамках концепции реактора достигается тем, что в нем не образуется "лишнего" плутония, годного для военных целей. В БРЕСТе нет и так называемого уранового бланкета — зоны, в которой под действием нейтронов уран превращался бы в высококачественный оружейный плутоний. Кроме того, технологии переработки топлива без выделения этого радиоактивного металла делают конечный продукт просто непригодным в качестве начинки для ядерных зарядов. Вдобавок при изготовлении топлива не требуется обогащать уран, что также снимает многие риски с точки зрения нераспространения.

Экологические аспекты проекта «Прорыв»

В рамках сценария развития в 21 веке ядерной энергетики России с реакторами на тепловых и быстрых нейтронах установлено:

• выравнивание ожидаемых доз облучения от РАО и от природного сырья (радиационная эквивалентность) достигается через 287 лет после наработки отходов ядерной энергетики

в 2100 г.;

• выравнивание пожизненных радиационно-обусловленных рисков возможной индукции онкозаболеваний от РАО и от природного сырья (радиологическая эквивалентность) достигается через 99 лет после наработки отходов ядерной энергетики в 2100 г.

Подготовлен атлас радиоэкологической обстановки в 30-ти км зоне АО "СХК", отражающий состояние окружающей среды в районе до начала эксплуатации. Сделан он для того, чтобы в дальнейшем, спустя годы, когда все объекты опытно-демонстрационного энергокомплекса вступят в строй, провести повторные исследования экологических и природных параметров и сравнить их с теми, что отражены в атласе.

В 2017 году сразу несколько научно-исследовательских институтов приступили к работе над его исполнением. Путём взятия большого количества соответствующих проб были исследованы практически все природных и сельскохозяйственные ресурсы^[4].

Экологическая безопасность достигается использованием специфических технологий регенерации и рефабрикации отработавшего горючего реактора, заключающихся в его очистке от продуктов деления, добавлении к очищенной смеси обедненного урана при изготовлении нового топлива. В результате так называемые минорные актиниды, наиболее опасные радиоактивные вещества возвращаются в реактор, где происходит их "пережигание". Выделенные продукты деления (радиоактивные отходы) направляются на длительную контролируемую выдержку в специальных хранилищах с последующим помещением их в устойчивые композиции для окончательного захоронения без нарушения природного радиационного баланса Земли.

Переработка топлива и получение новых компонентов

На сегодняшний день при строительстве реактора нового поколения «Брест» выделяют несколько основных подходов будущей переработки топлива. Во-первых, это гидрометаллургия - технология переработки, берущая свое начало со времен первого атомного проекта, когда надо было получать оружейный плутоний. И поэтому она доведена до такой стадии, что ее можно было бы использовать и для переработки топлива БРЕСТа. Но при этом все же есть ряд ограничений, связанных, в том числе, с короткой послереакторной выдержкой ОЯТ^[5] применительно к БРЕСТу. Но если подольше выдерживать ОЯТ перед переработкой, то это значит, что в пределах замкнутого цикла делящихся материалов станет больше.

Есть другая технология переработки – так называемая пирохимия. У нее есть свои преимущества, в частности, она дает возможность перерабатывать ОЯТ уже в первые годы после выгрузки из реактора. Но ее освоение потребовало больше времени. К работе над энергоблоком нового поколения  подключён академический институт Уральского отделения РАН в Екатеринбурге – Институт высокотемпературной электрохимии. И благодаря его участию появляется возможность снять первичную, большую радиоактивность с помощью пирохимии, а затем при необходимости использовать гидрометаллургию.

Если в 2026 году БРЕСТ начнёт свою работу, то переработка понадобится не ранее 2028 года. Этот запас по времени позволяет рассмотреть различные подходы. Также рассматривается и плазмохимическую технологию, при которой облученное топливо переводится в состояние плазмы, после чего в электромагнитном поле происходит разделение изотопов. 

Перспектива проекта «Прорыв»

Несмотря на то, что строительство началось только в июне 2021 года, проектное направление "Прорыв" по своей системе организации работ сравнимо с советским атомным проектом. На сегодняшний день есть четкая дорожная карта работ, начиная от полномасштабных научных исследований, конструирования и производства оборудования и заканчивая проектированием, строительством и вводом объектов ОДЭК в эксплуатацию. Правила оценки эффективности исследований и допустимых технологических рисков основаны на критериях получения конкретных результатов. В результате возможно ввести единые, объективные требования к детальному планированию, контролю и приемке результатов НИОКР, спланировать достижение доказательной базы для перехода к созданию необходимого оборудования. И, конечно, удалось собрать уникальный коллектив людей – причем как на верхнем уровне проекта, так и на предприятиях, в составе которых выделены специальные Центры ответственности.

Заключение

Сегодня корпорацией “Росатом” запущен принципиально новый атомный проект, нацеленный на новую энергетику. Единственный очевидный, масштабный, технологически обоснованный безуглеродный способ добычи энергии – это ядерная энергетика. Она уникальна по своей сути, она безуглеродная, она не сжигает кислород и не выбрасывает ничего в атмосферу. В этом смысле она идеально отвечает сегодняшнему запросу цивилизации. Однако есть одно «но» - это отработавшее ядерное топливо. И вот замыкание ядерного топливного цикла, фактически возврат в природу того, что мы взяли, это и есть природоподобная ядерная энергетика. Строительства энергоблока нового поколения “БРЕСТ-ОД-300”, обладающего способностью использовать для производства энергии вторичные продукты топливного цикла, - та самая природоподобная ядерная энергетика.

Благодаря переработке ядерного топлива бесконечное количество раз ресурсная база атомной энергетики станет практически неисчерпаемой. При этом для будущих поколений снимается проблема накопления отработавшего ядерного топлива. Успешная реализация этого проекта позволит России стать первым в мире носителем атомной технологии, полностью отвечающей принципам устойчивого развития – в экологичности, доступности, надежности и эффективности использования ресурсов. Сегодня наша страна вновь подтверждает репутацию лидера мирового прогресса в области ядерных технологий, предлагая человечеству уникальные решения, направленные на улучшение жизни людей.

Используемая литература

1. Департамент коммуникаций АО «ТВЭЛ», пресс-служба АО «Прорыв»
2. «Экологическое прогнозирование в ядерной энергетике XXI века», Ташлыков О. Л., Щеклеин С. Е. (2015 год)
3. Концепция проекта “Прорыв”
4. https://www.rosatom.ru/journalist/news/rosatom-nachal-stroitelstvo-unikalnogo-energobloka-s-reaktorom-na-bystrykh-neytronakh-brest-od-300/ - Росэнергоатом
5. https://ria.ru/20210608/energoblok-1736090576.html - РИА “Новости”
6. https://ria.ru/20210602/adamov-1735086952.html?in=t - РИА “Новости”