W Rosji trwają prace nad stworzeniem rewolucyjnego reaktora jądrowego należącego do czwartej generacji. Mówimy o reaktorze BREST, nad którym obecnie pracują przedsiębiorstwa wchodzące w skład państwowej korporacji Rosatom. Ten obiecujący reaktor powstaje w ramach projektu Breakthrough. BREST to projekt reaktorów na neutronach prędkich z chłodziwem ołowiowym, dwuobwodowym transferem ciepła do turbiny oraz parametrami pary nadkrytycznej. Projekt rozwijany jest w naszym kraju od końca lat 80-tych. Głównym twórcą tego reaktora jest NIKIET im. N. A. Dollezhala (Instytut Badawczo-Projektowy Energetyki).
Dziś elektrownie atomowe dostarczają Rosji 18% wytwarzanej przez nią energii elektrycznej. Energetyka jądrowa jest bardzo ważna w europejskiej części naszego kraju, zwłaszcza na północnym zachodzie, gdzie odpowiada za 42% produkcji energii elektrycznej. Obecnie w Rosji działa 10 elektrowni jądrowych, które eksploatują 34 bloki energetyczne. Większość z nich wykorzystuje jako paliwo uran niskowzbogacony o zawartości izotopu uranu-235 na poziomie 2-5%. Jednocześnie paliwo w elektrowni jądrowej nie jest całkowicie zużywane, co prowadzi do powstawania odpadów radioaktywnych.
Rosja zgromadziła już 18 tysięcy ton zużytego uranu i co roku liczba ta wzrasta o 670 ton. Łącznie na świecie jest 345 tys. ton tych odpadów, z czego 110 tys. ton przypada na Stany Zjednoczone. Problem z przetwarzaniem tych odpadów mógłby rozwiązać nowy typ reaktora, który pracowałby w obiegu zamkniętym. Stworzenie takiego reaktora pomogłoby uporać się z wyciekiem wojskowej technologii jądrowej. Takie reaktory mogłyby być bezpiecznie dostarczane do dowolnych krajów na świecie, ponieważ w zasadzie niemożliwe byłoby uzyskanie surowców niezbędnych do stworzenia na nich broni jądrowej. Ale ich główną zaletą byłoby bezpieczeństwo. Takie reaktory można było uruchomić nawet na starym, wypalonym paliwie jądrowym. Według A. Kryukova, doktora nauk fizycznych i matematycznych, nawet dość przybliżone obliczenia mówią nam, że zapasy zużytego uranu zgromadzone przez 60 lat funkcjonowania przemysłu jądrowego wystarczą na kilkaset lat wytwarzania energii.
Rewolucyjnym projektem w tym kierunku są reaktory BREST. Reaktor ten dobrze wpisuje się w kontekst przemówienia Władimira Putina na Szczycie Milenijnym ONZ we wrześniu 2000 roku. W ramach swojego raportu rosyjski prezydent obiecał światu nową energię jądrową: bezpieczną, czystą, z wyłączeniem użycia broni. Od tej prezentacji prace nad realizacją projektu Breakthrough i stworzeniem reaktora BREST poczyniły znaczne postępy.
Widok ogólny reaktora BREST-300
Początkowo zaprojektowano blok BREST, który miałby zapewnić blok energetyczny o mocy 300 MW, ale później pojawił się projekt o zwiększonej mocy 1200 MW. Jednocześnie w tym momencie programiści skoncentrowali wszystkie swoje wysiłki na słabszym reaktorze BREST-OD-300 (demonstracja eksperymentalna) w związku z opracowaniem dużej ilości nowych rozwiązań konstrukcyjnych i planami ich przetestowania na stosunkowo niewielkim i tanim projekcie w realizacji. Dodatkowo wybrana moc 300 MW (elektryczna) i 700 MW (termiczna) jest minimalną mocą wymaganą do uzyskania współczynnika rozmnażania paliwa w rdzeniu reaktora równego jedności.
Obecnie projekt „Przełom” jest realizowany na terenie przedsiębiorstwa państwowej korporacji „Rosatom” Syberyjskiego Kombinatu Chemicznego (SCC) na terenie zamkniętej jednostki terytorialnej (ZATO) Siewiersk (obwód tomski). Projekt ten obejmuje opracowanie technologii zamykania jądrowego cyklu paliwowego, na które w przyszłości będzie zapotrzebowanie w energetyce jądrowej. Realizacja tego projektu w praktyce przewiduje stworzenie pilotażowego demonstracyjnego kompleksu energetycznego składającego się z: BREST-OD-300 – reaktora neutronów prędkich z chłodziwem ciekłym metalem ołowiowym ze stacjonarnym jądrowym cyklem paliwowym oraz specjalnym modułem do prefabrykacji/remontu paliwa do tego reaktora, a także moduł do przerobu zużytego paliwa. Planowane jest uruchomienie reaktora BREST-OD-300 w 2020 roku.
Generalnym projektantem pilotażowego demonstracyjnego kompleksu energetycznego jest petersburski VNIPIET. Reaktor buduje NIKIET (Moskwa). Wcześniej informowano, że rozwój reaktora BREST szacowany jest na 17,7 mld rubli, budowa modułu przetwarzania wypalonego paliwa jądrowego - 19,6 mld rubli, modułu produkcyjnego i kompleksu rozruchowego odnowy paliwa - 26,6 mld rubli. Głównym zadaniem tworzonego kompleksu energetycznego powinno być opracowanie technologii eksploatacji nowego reaktora, produkcji nowego paliwa oraz technologii przerobu wypalonego paliwa jądrowego. Z tego powodu decyzja o uruchomieniu reaktora BREST-OD-300 w trybie mocy w celu wytwarzania energii elektrycznej zostanie podjęta dopiero po zakończeniu wszystkich prac badawczych nad projektem.
Plac budowy kompleksu energetycznego BREST-300 znajduje się na terenie zakładów radiochemicznych Syberyjskiego Kombinatu Chemicznego. Prace nad tą stroną rozpoczęły się w sierpniu 2014 roku. Według Siergieja Toczilina, dyrektora generalnego SKhK, wykonano już niwelację pionową z wykopaniem miliona metrów sześciennych ziemi, ułożono kable, zainstalowano przemysłowe wodociągi i zakończono inne prace budowlane. Obecnie wykonawca „Java-Stroy” i podwykonawca Seversky „Spetsteplokhimmontazh” kontynuują kompleks prac związanych z okresem przygotowawczym. Dziś na budowie pracuje 400 osób, wraz ze wzrostem tempa prac na obiekcie liczba budowniczych wzrośnie do 600-700 osób. Według służb prasowych Syberyjskiego Kombinatu Chemicznego inwestycje państwa w ten projekt szacuje się na około 100 miliardów rubli.
Eksperymentalny demonstracyjny kompleks energetyczny w największym w naszym kraju zamkniętym kompleksie administracyjnym powstaje etapami. Uruchomienie pierwszej wytwórni paliw azotowych planowane jest na lata 2017-2018. W przyszłości paliwo produkowane w tym zakładzie trafi do eksperymentalnego reaktora demonstracyjnego BREST-300, którego budowa rozpocznie się w 2016 roku, a zakończy w 2020 roku, będzie to zakończenie drugiego etapu projektu. Trzeci etap prac przewiduje budowę kolejnego zakładu przerobu zużytego paliwa. Projekt Breakthrough powinien być w pełni operacyjny do 2023 roku. Dzięki realizacji tego ambitnego projektu w mieście Seversk powinno pojawić się około 1,5 tys. nowych miejsc pracy. W budowie instalacji BREST-300 bezpośrednio uczestniczyć będzie 6-8 tys. pracowników.
Jak powiedział szef projektu reaktora BREST-300 Andriej Nikołajew, eksperymentalny kompleks elektrowni demonstracyjnych w mieście Siewiersk będzie obejmował elektrownię reaktora BREST-OD-300 ze stacjonarnym jądrowym cyklem paliwowym, a także kompleks do produkcji „paliwo jądrowe przyszłości”. Mówimy o paliwie azotkowym do reaktorów prędkich. Zakłada się, że to na takim paliwie od lat 20. XXI wieku będzie funkcjonować cała energetyka jądrowa. Planuje się, że eksperymentalny reaktor BREST-300 stanie się pierwszym na świecie reaktorem prędkich neutronów z chłodziwem w postaci ciekłego metalu ciężkiego. Zgodnie z projektem wypalone paliwo jądrowe w reaktorze BREST-300 będzie ponownie przetwarzane, a następnie przeładowywane do reaktora. Do wstępnego załadowania reaktora potrzeba łącznie 28 ton paliwa. Obecnie trwa analiza wypalonego paliwa jądrowego z magazynów Syberyjskiego Kombinatu Chemicznego – możliwe, że pewna ilość produktów z elementem plutonowym może zostać wykorzystana do produkcji paliwa do eksperymentalnego reaktora BREST.
Reaktor BREST-300 będzie miał szereg istotnych zalet pod względem bezpieczeństwa operacyjnego w porównaniu z jakimkolwiek reaktorem działającym obecnie. Reaktor ten będzie mógł sam się wyłączyć w przypadku odchylenia dowolnych parametrów. Ponadto reaktor prędkich neutronów wykorzystuje paliwo o niższym marginesie reaktywności, a szybkie przyspieszenie neutronów i późniejsza możliwość wybuchu są po prostu wykluczone. Ołów, w przeciwieństwie do sodu używanego dziś jako nośnik ciepła, jest pasywny, az punktu widzenia aktywności chemicznej ołów jest bezpieczniejszy niż sód. Gęste paliwo azotkowe łatwiej toleruje warunki temperaturowe i uszkodzenia mechaniczne, jest bardziej niezawodne niż paliwo tlenkowe. Nawet najbardziej ekstremalne wypadki sabotażowe z niszczeniem barier zewnętrznych (pokrywy statków, budynki reaktorów itp.) nie będą w stanie doprowadzić do uwolnień radioaktywnych, które wymagałyby ewakuacji ludności i późniejszej długotrwałej alienacji ziemi, jak to miało miejsce podczas wypadek w Czarnobylu w 1986 roku.
Do zalet reaktora BREST należą:
- naturalne bezpieczeństwo radiacyjne w przypadku wszelkiego rodzaju wypadków spowodowanych przyczynami zewnętrznymi i wewnętrznymi, w tym sabotażowych, niewymagających ewakuacji ludności;
- długoterminowe (niemal nieograniczone w czasie) dostawy paliwa dzięki efektywnemu wykorzystaniu naturalnego uranu;
- nierozprzestrzenianie broni jądrowej na planecie poprzez eliminację produkcji plutonu bojowego w trakcie eksploatacji oraz wdrożenie na miejscu technologii przetwarzania suchego paliwa bez oddzielania plutonu i uranu;
- przyjazność dla środowiska wytwarzania energii i późniejszej utylizacji odpadów dzięki zamkniętemu cyklowi paliwowemu z transmutacją długożyciowych produktów rozszczepienia, transmutacją i spalaniem aktynowców w reaktorze, oczyszczaniem odpadów promieniotwórczych z aktynowców, przechowywaniem i składowaniem odpadów promieniotwórczych bez naruszania naturalna równowaga promieniowania;
- konkurencyjność ekonomiczna, którą osiąga się dzięki naturalnemu bezpieczeństwu elektrowni jądrowej i technologii realizowanego cyklu paliwowego, zasilaniu reaktora tylko 238U, odrzuceniu skomplikowanych inżynierskich systemów bezpieczeństwa, wysokich parametrach ołowiu, które zapewniają osiągnięcie nadkrytycznych parametry obiegu turbiny parowej i wysoka sprawność obiegu termodynamicznego, obniżenie kosztów budowy.
Obraz projektowy kompleksu BREST. 1 - reaktor, 2 - turbinownia, 3 - moduł przetwarzania SNF, 4 - moduł produkcji świeżego paliwa.
Połączenie paliwa monoazotkowego, naturalnych właściwości chłodziwa ołowiowego, rozwiązań konstrukcyjnych rdzenia i obwodów chłodzących, właściwości fizycznych reaktora prędkiego przenosi reaktor BREST na jakościowo nowy poziom naturalnego bezpieczeństwa i umożliwia zapewnienie stabilności bez wyzwalania aktywnego środki ochrony awaryjnej w przypadku bardzo poważnych awarii, nie do pokonania dla żadnego z istniejących i projektowanych reaktorów na świecie:
- działo samobieżne wszystkich dostępnych organów regulacyjnych;
- wyłączenie (zakleszczenie) wszystkich pomp I obwodu reaktora;
- wyłączenie (zakleszczenie) wszystkich pomp II obwodu reaktora;
- rozszczelnienie budynku rektoratu;
- pęknięcie rur wytwornicy pary lub rurociągów obiegu wtórnego na dowolnym odcinku;
- nałożenie różnych wypadków;
- Nieograniczony czas odnowienia przy całkowitym wyłączeniu.
Realizowany przez Rosatom projekt Przełom ma na celu stworzenie nowej platformy technologicznej dla rosyjskiego przemysłu jądrowego z zamkniętym cyklem paliwowym oraz rozwiązanie problemu wypalonego paliwa jądrowego i odpadów promieniotwórczych (RW). Efektem realizacji tego ambitnego projektu powinno być stworzenie konkurencyjnego produktu, który zapewni rosyjskim technologiom wiodącą pozycję w światowej energetyce jądrowej i ogólnie w globalnym systemie energetycznym na najbliższe 30-50 lat.
