Белая земля. Системы нового поколения

 

Производство энергии

Основным требованием к ядерным реакторам для масштабного производства энергии является гарантированная безопасность. Сегодня из всех типов реакторов этому требованию удовлетворяют реакторы, охлаждаемые сплавом свинец-висмут, обладающие свойствами внутренне присущей безопасности.

Многие страны внесли вклад в разработку этих реакторных технологий. Реакторы этого типа использовались на атомных подводных лодках, и за время эксплуатации ими наработан ресурс около 80 реакторо-лет.

Физические свойства теплоносителя первого контура и конструкция реактора таковы, что радиационное загрязнение, опасное для населения, исключается при любых внешних воздействиях, включая пожар, взрыв, падение самолета, затопление, землетрясение, ошибка оператора и т.д. При любых аварийных режимах установка самоконсервируется в свинцово-висмутовый монолит, т.к. теплоноситель затвердевает при температуре 125 °С. Исключительно высокий уровень безопасности реактора характеризуется тем, что даже при разрушении защитной оболочки и нарушении герметичности первого контура, например, в случае диверсии не происходит ни разгона реактора, ни взрыва, ни пожара, ни выброса радиоактивных аэрозолей, при которых требуется эвакуация населения.

Система производства и обеспечения энергией "Белая земля" представляет собой сеть малых транспортабельных ядерных энергетических установок с теплоносителем свинец-висмут, которые работают в автономном режиме без перегрузки топлива около 10-15 лет. По окончании своей деятельности они возвращаются на переработку и заменяются другими, подобно электрическим батарейкам.

Топливо, используемое в этих ядерных Батарейках, не может быть применено в военных целях.

Размер и электрическая мощность Батареек (1, 5 и 50 МВт) выбраны таким образом, чтобы удовлетворить энергетические нужды большинства потребителей. Если необходимы энергоисточники промежуточной или большей мощности, они могут собираться из нескольких Батареек.

Свойства свинцово-висмутовых Батареек дают возможность:

· применять их как автономные источники энергии, т.е. производить энергию непосредственно на территории потребителя и отказаться от использования линий электропередач на дальние расстояния;

· использовать их для выработки не только электроэнергии, но и тепла и опреснения морской воды;

· безопасно транспортировать их к потребителю железнодорожным, воздушным и морским путем даже в труднодоступные районы;

· не производить никаких работ с ядерными материалами, исключить их транспортировку, хранение и утилизацию на территории потребителя;

· повысить надежность энергоснабжения за счет параллельного включения нескольких энергоисточников малой мощности в локальную сеть.

Простота и безопасность установок этого типа позволяет также повысить их экономические показатели, а именно:

· существенно снизить капитальные затраты благодаря серийности производства, принципиальному упрощению систем управления, защиты и безопасности, а также за счет повторного использования топлива, теплоносителя и конструкционных материалов;

· исключить затраты на перевозку топлива, перевозку, хранение и утилизацию жидких радиоактивных отходов;

· существенно снизить затраты на подготовку площадки и реабилитацию территории по окончании работы установки;

· существенно снизить эксплуатационные затраты;

· стабилизировать цену на тепло– и электроэнергию в течение времени жизни Батарейки (около 10-15 лет).

 

 

Замыкание топливного цикла. Утилизация отходов

 

Проблема замыкания топливного цикла в случае использования свинцово-висмутовых Батареек сводится к их перезарядке. Для этого в системе “Белая земля” предусмотрено специализированное предприятие, на котором сосредоточены технологии, решающие все вопросы обращения радиоактивных материалов.

Первым элементом производственного цикла являются технологии сухой переработки ядерных материалов, включающие газофторидные, экстракционные, электрохимические, плазменные и термодиффузионные методы. Эти методы позволяют разделить выгруженное отработавшее топливо на три фракции: топливо, пригодное для вторичного использования в реакторах, короткоживущие и долгоживущие изотопы.

Вторым элементом является жидкосолевой реактор-мусорщик, предназначенный для трансмутации долгоживущих изотопов в короткоживущие и стабильные. Эта технология была разработана в Ок-Риджской национальной лаборатории США, где экспериментальный жидкосолевой реактор успешно отработал несколько лет. Отдельные жидкосолевые технологии также были разработаны и применялись в России, Чехии и некоторых других странах. Опыт эксплуатации установок этого типа позволяет сделать вывод об их принципиальной пригодности к использованию в целостной энергетической системе следующего поколения.

Реакторы-мусорщики и технологии переработки объединены в рамках одного предприятия, которое является внутренней частью энергетической системы, задачей которого является в основном производство и регенерация топлива для Батареек, уничтожение радиоактивных отходов, а также попутное производство энергии для нужд предприятия и наработка изотопов на рынок. Основным отличием этого предприятия является замкнутость, изоляция от внешней среды, что дает возможность не вовлекать в цикл “непричастные” изотопы и не терять “свои”.

Переработка ядерных отходов на этом предприятии осуществляется по следующей схеме:

 

· отработавшее ядерное топливо подвергается сухой переработке и разделяется на фракции;

· уран и большая часть плутония направляются на изготовление топлива для Батареек;

· часть плутония вместе со всеми младшими актиноидами и долгоживущими продуктами деления поступают в жидкосолевой реактор, где происходит их трансмутация в стабильные и короткоживущие изотопы;

· короткоживущие продукты деления поступают в промежуточное хранилище, где или содержатся до полного распада, или могут быть взяты для использования в качестве сырья для промышленности, медицины и т.п.

 

Если обслуживание энергетических установок с теплоносителем свинец-висмут достаточно просто, то работа с ядерными материалами во внутренней части энергетической системы требует соответствующей квалификации, специальных знаний и высоких профессиональных и человеческих качеств обслуживающего персонала.

Франция, Великобритания, Россия, Япония, США и некоторые другие страны накопили достаточный опыт работы с ядерным топливом и радиоактивными отходами на специализированных предприятиях. Этот опыт и уровень развития технологий переработки в разных странах различный. Однако сегодня не представляется возможным, чтобы любая из этих стран была в состоянии самостоятельно утилизировать ядерные отходы в соответствии с требованиями замкнутого топливного цикла.

Единственный выход состоит в том, чтобы соединить усилия, опыт и технические возможности в единой международной программе и реализовать их в рамках единого мирового замкнутого топливного цикла, сняв, в конце концов, эту задачу с каждой отдельно взятой страны.

Чтобы утилизировать радиоактивные отходы со всего мира, достаточно несколько предприятий по их переработке и трансмутации. Они должны быть расположены на ограниченной удаленной территории (например, на острове), иметь международный статус и находиться под жестким контролем специально созданной организации. Такая организация будет в состоянии обеспечить гарантии безопасности и ядерного нераспространения, предоставить возможность контроля за своей деятельностью со стороны любого государства, международных экологических организаций и т.д.