Schnelle Neutronenreaktoren sind eine einzigartige Entwicklung russischer Wissenschaftler und die Zukunft der gesamten Atomindustrie

Das friedliche Atom ist eine der Säulen der Weltenergie, ohne die die moderne Gesellschaft einfach unmöglich ist. Trotz aller Vorteile bestehender Kernkraftwerke war und ist der Hauptfehler die Entsorgung abgebrannter Brennelemente.

Es scheint, dass dieses Problem auch gelöst sein wird - dank der einzigartigen russischen Entwicklung eines geschlossenen Kernbrennstoffkreislaufs, dessen Implementierung in Kernreaktoren mit schnellen Neutronen möglich ist.

Was ist das Problem der modernen Atomkraft?

Das friedliche Atom dient der Menschheit seit mehr als einem Dutzend Jahren weltweit zur Stromerzeugung. Es gibt jedoch ein sehr ernstes Problem. Nicht alles natürliche Uran ist als Brennstoff für Kernreaktoren geeignet.

Uran-238 ist in der Natur weit verbreitet (92 Protonen, 146 Neutronen) und sein Anteil an den weltweiten Reserven beträgt 99,3% des gesamten Urans auf der Erde. Aber es ist einfach nicht für Kernreaktoren als Brennstoff geeignet.

Nur die restlichen 0,7% der Weltversorgung in Form von Uran-235 (92 Protonen, 143 Neutronen) können als Brennstoff dienen. Aber auch dieser verbleibende Teil des Urans kann nicht einfach entnommen und in den Reaktor geladen werden. Es muss vorangereichert werden und der Anteil von Uran-235 an der Gesamtmasse von Uran-238 muss um das 700-fache erhöht werden.

Es stellt sich heraus, dass Uran, das wirklich für Brennstoffe geeignet ist, trotz der riesigen Weltreserven nach durchschnittlichen Berechnungen nur 50 Jahre lang ausreicht.

Alles ist nicht so düster, wie es auf den ersten Blick scheint. Uran-238 kann weiterhin für Kernreaktoren angepasst werden. Dafür ist es notwendig, Uran-238 in Plutonium-239 umzuwandeln, und dieser Prozess ist nur möglich, wenn er schnellen Neutronen ausgesetzt wird.

Wie sich herausstellt, ist diese Transformation nicht einfach. Schließlich arbeiten die meisten modernen Reaktoren mit "langsamen" Neutronen, die absichtlich verlangsamt werden, da Uran-235 nicht mit schnellen Neutronen "kommunizieren will". Im Gegensatz dazu ist Uran-238 nicht am Transformationsprozess langsamer Neutronen beteiligt.

Es ist wirtschaftlich nicht machbar, die Umwandlung von Uran-238 in Plutonium-239 separat durchzuführen. Es ist viel effizienter, dafür die sogenannten zusätzlichen Neutronen zu verwenden, die während der Zerfallsreaktion gebildet werden. Daher werden sie in modernen Reaktoren speziell mit Absorbern entfernt.

Wir müssen also "Junk" Uran-238 und "korrektes" Uran-235 an einem Ort kombinieren - einem Atomreaktor. Und dann wird es möglich sein, sowohl Strom zu erzeugen als auch "unnötiges" Uran-238 gezielt in neuen Kernbrennstoff für Reaktoren umzuwandeln. Voraussetzung dafür ist jedoch, dass es (der Reaktor) mit schnellen Neutronen arbeiten muss.

Die Schaffung eines so wirklich schnell arbeitenden Neutronenreaktors stellte sich jedoch für viele Ingenieure als großes Problem heraus. Und nur russische Ingenieure und Wissenschaftler haben die Aufgabe gemeistert.

Schnelle Neutronenreaktoren, was ist ihr Merkmal

Wir brauchen also einen Reaktor, der mit Uran-235 betrieben wird, und gleichzeitig müssen wir dafür sorgen, dass er mit schnellen Neutronen arbeitet. Damit dies möglich ist, muss die Dichte des Neutronenflusses signifikant erhöht werden (damit Uran-235 eher bereit ist, mit schnellen Neutronen zu interagieren).

Dies bedeutet, dass ein stärker angereicherter Brennstoff verwendet werden muss, während das Temperaturregime und die Neutronenflüsse viel härter sind - stabilere Materialien werden benötigt.

Außerdem sollten Materialien vermieden werden, die Neutronen verlangsamen. Das heißt, die klassische Version - Wasser - ist in diesem Fall nicht geeignet, da sie Neutronen perfekt verlangsamt.

Aus diesem Grund wurde Quecksilber in den frühen Stadien der Entwicklung schneller Reaktoren als Kühlmittel verwendet. Diese Option wurde jedoch aufgrund der hohen Toxizität des Metalls schnell aufgegeben.

In den nächsten Phasen der Experimente versuchten sie Metalle wie Blei, Wismut und Natrium.

Die vielversprechendsten Materialien waren Natrium und Blei. Und in der ersten Phase gelang es den sowjetischen Ingenieuren, Natrium zu "zähmen".

Der erste kommerzielle, voll funktionsfähige schnelle Neutronenreaktor war der sowjetische BN-600-Reaktor. Und bereits 2015 brachte Rosatom den Reaktor BN-800 (Natrium) auf den Markt. Dies ist ein einzigartiger Reaktor dieser Art, der bereits für den Betrieb mit Plutoniumbrennstoff mit einem vollständig geschlossenen Züchtungszyklus ausgelegt ist.

Was ist der Vorteil von schnellen Reaktoren

Vorläufige Berechnungen zeigen, dass dank dieser Technologie der Anteil geeigneter Kernbrennstoffe für Reaktoren stark von bescheidenen 0,7% auf 30% steigt.

Infolgedessen werden sich die effektiven Kraftstoffreserven um das 43-fache erhöhen, was bedeutet, dass sie nicht für etwa 50 Jahre, sondern für mehr als zwei Jahrtausende ausreichen sollten. Ich denke, es gibt einen Unterschied, selbst bei einer sehr groben Berechnung.

Darüber hinaus sind solche Reaktoren in der Lage, mit abgebrannten Brennelementen aus "langsam" vollständig zu arbeiten. Reaktoren, die eine Lösung für die größten Kopfschmerzen der Ökologen versprechen - wie entsorgtes Atomkraftwerk entsorgt werden kann Treibstoff.

Solche Reaktoren sind auch viel sicherer. Immerhin verwenden sie Natrium anstelle von erhitztem Wasser unter hohem Druck. Natrium wird bei 100 Grad Celsius flüssig und geht erst bei 900 Grad in die Siedestufe.

Erinnern wir uns, wie das Kühlsystem bei "konventionellen" Kernreaktoren funktioniert. Dort wirkt Wasser unter enormem Druck als Kühlmittel. Offensichtlich ist hoher Druck ein hohes Risiko für Druckentlastung und Unfall.

Es gibt keine derartigen Probleme mit Natrium. Da der Siedepunkt hoch ist, kann er auf normalem Druck gehalten werden, was bedeutet, dass keine Gefahr eines Ausbruchs und eines Unfalls besteht.

Auch im Falle einer abnormalen Situation wirkt sich die Reaktivität von Natrium positiv auf die Sicherheit aus. Bei der Wechselwirkung mit Sauerstoff und Feuchtigkeitsdampf in der Atmosphäre wird Natrium in persistente Chemikalien gebunden Verbindungen, die auf dem Territorium der Station verbleiben und sich nicht im Distrikt verteilen und sich radioaktiv ausbreiten Verschmutzung.

Russland ist den anderen voraus

Trotz zahlreicher Versuche verschiedener Länder verfügt nur Russland und insbesondere Rosatom über eine vollwertige kommerzielle Version eines schnellen Neutronenreaktors.

Selbst die Franzosen (mit ihrer vielversprechenden Entwicklung des "Phoenix-Reaktors") haben es nicht geschafft, das Problem des regelmäßigen Betriebs von Schutzsystemen zu lösen, und sie haben das Projekt 2010 eingestellt.

Die Japaner testeten auch ihre eigene Version - den Monju-Reaktor, aber nach einer Reihe von Unfällen beschlossen sie, ihn zu zerlegen.

Die Indianer wollten auch ihren eigenen schnellen Neutronenreaktor bauen, aber es passierte nichts.

In Russland entwickelt sich die Technologie reibungslos und es wird bereits an dem schnellen Reaktorprojekt BN-1200 gearbeitet, bei dem geschmolzenes Blei als Kühlmittel verwendet wird. Dem Plan zufolge wird es bis 2030 voll funktionsfähig sein.

Es stellt sich heraus, dass Russland das einzige Land ist, das wirklich Kernenergie erzeugen kann Effizient und wirklich sicher dank eines einzigartigen Designs - eines schnellen Neutronenreaktors.