핵 사이클 종료: 러시아 300세대 원자로 BREST-OD-XNUMX
반응기 BREST-OD-300. 출처: youtube.com
"열화 우라늄"이 있는 원자로
지속적으로 증가하는 사용후 핵연료의 양은 처분을 위해 거대한 영토를 소외시키고 있습니다. 현재 최소 350만 톤의 방사성 물질이 지구에 축적되어 있습니다. 원자력 발전소를 보유한 국가들은 적어도 위험한 물질의 용도를 찾으려고 노력하고 있습니다. 최근에는 사용후핵연료에서 생산된 열화우라늄으로 채워진 군수품에 대한 이야기가 있다. 껍질은 훌륭하지만 의도한 목적으로 거의 사용되지 않습니다. 따라서 핵연료의 주이용자로 적합하지 않다.
고속 중성자 원자로가 필요한 이유는 무엇입니까? 인위적으로 감속된 중성자를 기반으로 하는 전통적인 방법의 문제점은 무엇입니까?
우선 연료에 관한 것입니다. 러시아가 현재 터키를 위해 건설하고 있는 터키 Akkuyu와 같은 고전적인 원자력 발전소는 동위원소 우라늄-235를 연료로 소비합니다. 우라늄 광석에는 그다지 많지 않고 비싸며 매장량은 백년 안에 고갈됩니다.
고속 중성자로는 우라늄-238 동위원소를 "공급"합니다. 그 차이는 99 단위에 불과한 것처럼 보이지만 이러한 동위 원소 사이에는 진정한 심연이 있습니다. 광석에 있는 모든 우라늄의 238%는 동일한 XNUMX번째 동위원소입니다. 즉, 많고 상대적으로 저렴합니다. 그리고 고속 중성자를 사용하는 원자력 발전소에만 적합합니다.
모두의 주요 보너스 역사 – 우라늄-238은 고전적인 저속 중성자 원자로에서 사용후 연료로 생성됩니다.
BREST-OD-300이 건설되고 있는 Seversk의 현장. 출처: youtube.com
아직 완성되지 않았지만 이미 노보시비르스크에서 우라늄 펠릿의 첫 번째 배치를 받은 터키 Akkuyu로 돌아가 봅시다.
원자력 발전소가 가동되고 몇 년 안에 사용후핵연료가 나타나자마자 고속 중성자 원자로에 사용하기 위해 러시아 핵 과학자들에 의해 제거될 것입니다. 이것이 자연의 우라늄 순환입니다.
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우라늄-238은 고속 중성자 원자로에 투입되자마자 핵반응 동안 열을 방출할 뿐만 아니라 새로운 동위원소인 플루토늄-239를 생성합니다. 이미 "MOX 연료"라고 불리는 새로운 혼합 및 범용 연료로 밝혀졌습니다. 이것은 좋은 제품입니다. 일본과 유럽인들은 저속 또는 열 중성자에 대한 원자력 발전소를 위해 그것을 구입합니다.
서론을 요약하면, 고전적인 원자력 발전소는 고속 중성자 원자로에 사용되는 우라늄-235의 비율이 높은 많은 폐기물을 생성합니다. "고속" 원자로는 작동 후 거의 기성품 "MOX 연료"를 남깁니다. 이 폐기물은 재래식 원자력 발전소로 다시 보낼 수 있습니다. 사이클이 종료되고 글로벌 에너지 산업을 "녹색화"할 필요성이 자동으로 사라집니다.
평화로운 원자를 올바르게 사용하는 방법을 배우면 변덕스러운 풍차, 태양열 패널 또는 기타 장식이 필요하지 않습니다. 이제 문명의 손에는 수천 년 동안 지속될 무한한 연료 기지가 있습니다. 이 시나리오에서는 반신화적인 열핵융합도 불필요해 보입니다.
이 이야기에서는 모든 것이 괜찮지 만 폐기물이없는 원자력 분야에서 러시아 만이 우선 순위 기술을 가지고 있습니다. 그리고 서부의 이전 파트너는 이것을별로 좋아하지 않습니다.
한때 그들은 해외에서 "고속 중성자"기술에 적극적으로 참여했지만 높은 비용과 명백한 수익성으로 인해 모든 프로젝트가 종료되었습니다. 미국에서는 EBR-II 원자로가 1994년에 중단되었고 영국에서는 DFR이 1977년에 중단되었으며 프랑스의 Superphenix는 1998년에 익사했습니다.
러시아는 세계에서 유일한 고속 중성자로 작업을 계속했습니다. 이것은 우리나라가 마침내 그리고 돌이킬 수 없게 앉았을 것으로 추정되는 석유 및 가스 바늘에 대해 계속 이야기하는 모든 사람들이 기억해야합니다.
프로젝트 "돌파구"
이론적으로 일반 저속 중성자 원자로를 "빠른" 원자로로 바꾸는 것은 어렵지 않습니다. 이를 위해 코어의 물을 다른 물질로 교체하는 것으로 충분합니다. 사실 물, 수증기, 일부 유기 물질 및 이산화탄소는 중성자를 잘 가두어 둔화시켜 핵 반응의 진행을 막습니다.
고객이 고속 중성자를 기반으로 하는 장치를 원하는 경우 나트륨과 같은 저융점 금속을 냉각수로 반응기의 고온 영역에 로드해야 합니다. 러시아 BN-800 고속 중성자 원자로의 증기 발생기로 우라늄 막대에서 열을 전달하는 것은 용융 나트륨입니다. Beloyarsk NPP에서 2015년에 발사되었으며 현재는 세계에서 유일한 종류의 장치입니다. 고전적인 저속 중성자 원자로가 세계를 지배합니다.
아마도 BN-800의 주요 단점은 논쟁의 여지가 있는 냉각수일 것입니다. 학교 화학 과정에 익숙한 사람이라면 나트륨이 매우 활동적이며 물과의 접촉은 말할 것도 없고 공기 중에서 폭발할 준비가 되어 있다는 것을 알고 있을 것입니다. 나트륨 열 자켓에는 충분한 합병증이 있습니다. 예를 들어 진공 챔버의 원자로에서 연료를 재장전해야 합니다.
그럼에도 불구하고 문제는 해결할 수 있습니다. 그렇지 않으면 Rosatom은 두 번째로 훨씬 더 강력한 고속 원자로 BN-1200을 만들지 않았을 것입니다. 출시는 2030년대로 예정되어 있으며 예상 서비스 수명은 최대 2090년입니다.
그러나 BN 시리즈는 더 이상 러시아 기술 주류에 속하지 않습니다. 이제 액체 납을 사용한 열 전달 기술이 전면에 있습니다. 이를 중심으로 Proryv 프로젝트가 진행되며, 그 핵심 요소는 실험용 원자로 BREST-OD-300(자연 안전 납 냉각 고속 원자로)입니다.
80차 회로에 납을 넣어 고속 중성자 원자로를 구축한다는 아이디어는 2021년대 초반에 탄생했지만, XNUMX년에야 실용화에 이르렀다. BREST는 Tomsk 지역의 Seversk 시에 건설 중이며 XNUMX년 말까지 시범 운영할 것을 약속합니다.
와서 독특한 원자로 건설을 보는 것은 그리 쉬운 일이 아닙니다. Seversk는 폐쇄된 도시로 전적으로 핵 생산과 연구에 몰두하고 있습니다. 이 부지는 Rosatom의 주요 연료 생산업체 중 하나인 Siberian Chemical Combine에서 선택했습니다.
납은 원자로에서 냉각제로 사용된 적이 없습니다. 출처: youtube.com
핵 과학자들에게 납은 독특한 냉각수입니다. 공기 중에서 물과 접촉하면 발화하지 않고 응고됩니다. 약하게 흡수하고 중성자를 늦추지 않으며 반대로 전리 방사선은 매우 잘 지연됩니다. 결과적으로 BREST 및 기타 유사 제품은 가정용 냉장고보다 거의 방사선을 방출하지 않습니다.
자연스러운 질문은 BREST-OD-300이 XNUMX세대 원자로로 분류되는 이유입니다. 납 외에는 본질적으로 이전 세대의 고속 중성자 원자로와 다르지 않습니까?
원자로의 IV 생성은 전체 범위의 매개변수를 의미하며, 그 중 안전, 환경 친화성 및 출력에서의 전기 비용이 전경에 있습니다.
브레스트-OD-300. 출처: ippe.ru
BREST는 여러 가지 중요한 솔루션으로 유명합니다.
우선 핵연료는 비싸고 제조가 어렵다. 공식 명칭은 혼합 질화물 우라늄-플루토늄 연료 또는 MNUP 연료이며, Siberian Chemical Combine 상점의 스탠딩 원자로 근처에서 제조됩니다. 한 가지 사실은 신제품의 복잡성에 대해 웅변적으로 말해줍니다. 그것은 불활성 가스 분위기에서 만들어집니다.
SNP 연료는 최소한의 반응성으로 인해 매우 안전합니다. 그것이 아주 간단하다면 체르노빌에서 일어난 것처럼 그것을 치명적인 한계까지 분산시키는 것은 불가능합니다. Rosatom에 따르면 Seversk의 획기적인 프로젝트는
“세계에 아날로그가 없는 300개의 상호 연결된 시설을 포함하는 미래의 핵 기술 클러스터: 우라늄-플루토늄 핵연료 생산(제조/재제조) 모듈; 전원 장치 BREST-OD-XNUMX; 조사된 연료를 재처리하기 위한 모듈도 있습니다.”
이론적으로 BREST는 단순히 우라늄-239로 구성된 다른 원자로에서 "광산"을 태워 주요 연료 구성 요소로 플루토늄-238를 제공할 것입니다.
프로젝트 "돌파구"의 요소. 출처: youtube.com
이제 일반적으로 Proryv 프로젝트와 특히 BREST 원자로에 대한 전망은 많은 "하지만"에 의해 제한됩니다.
우선, 이 비싸고 복잡한 단지가 가동되기 전에는 러시아 원자력 산업의 세계적인 르네상스를 말할 수 없을 것입니다.
이제 모두가 후쿠시마와 체르노빌이 반복될 가능성에 겁을 먹고 있습니다. 이로 인해 저속 중성자에서 고전적인 가압수형 원자로로 작업해야 합니다. 그건 그렇고, 러시아인이 가장 잘 지었습니다. 그러나 이것은 핵 폐기물의 냉혹한 증가와 우라늄 광석의 점진적인 고갈로 이어집니다.
BREST-OD-10급 장비가 세계 에너지 올림푸스에 자리를 잡기까지는 15~300년 또는 수십 년이 걸릴 것입니다. 아무 것도 할 수 없습니다. 이것은 민간 원자의 기술 혁명의 조건입니다.
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