Ở Nga, công việc đang được tiến hành để tạo ra một lò phản ứng hạt nhân mang tính cách mạng thuộc thế hệ thứ tư. Chúng ta đang nói về lò phản ứng BREST, nơi các doanh nghiệp thuộc tập đoàn nhà nước Rosatom hiện đang làm việc. Lò phản ứng đầy hứa hẹn này đang được xây dựng như một phần của dự án Đột phá. BREST là một dự án về lò phản ứng neutron nhanh với chất làm mát bằng chì, truyền nhiệt mạch kép tới tuabin, cũng như các thông số hơi siêu tới hạn. Dự án đã được phát triển ở nước ta từ cuối những năm 1980. Nhà phát triển chính của lò phản ứng này là NIKIET được đặt theo tên N. A. Dollezhal (Viện Nghiên cứu và Thiết kế về Kỹ thuật Điện).
Ngày nay, các nhà máy điện hạt nhân cung cấp cho Nga 18% sản lượng điện mà nước này tạo ra. Năng lượng hạt nhân rất quan trọng ở khu vực châu Âu của nước ta, đặc biệt là ở phía tây bắc, nơi nó chiếm 42% sản lượng điện. Hiện nay, có 10 nhà máy điện hạt nhân đang hoạt động ở Nga, trong đó vận hành 34 tổ máy điện. Hầu hết trong số họ sử dụng uranium làm giàu thấp làm nhiên liệu với hàm lượng đồng vị uranium-235 ở mức 2-5%. Đồng thời, nhiên liệu tại nhà máy điện hạt nhân không được tiêu thụ hết dẫn đến hình thành chất thải phóng xạ.
Nga đã tích lũy được 18 nghìn tấn uranium đã qua sử dụng và mỗi năm con số này đang tăng thêm 670 tấn. Tổng cộng, có 345 nghìn tấn chất thải này trên thế giới, trong đó 110 nghìn tấn là ở Hoa Kỳ. Vấn đề với việc xử lý các chất thải này có thể được giải quyết bằng một loại lò phản ứng mới, hoạt động theo chu trình khép kín. Việc tạo ra một lò phản ứng như vậy sẽ giúp đối phó với sự rò rỉ của công nghệ hạt nhân quân sự. Những lò phản ứng như vậy có thể được cung cấp an toàn cho bất kỳ quốc gia nào trên thế giới, vì về nguyên tắc sẽ không thể có được nguyên liệu thô cần thiết cho việc chế tạo vũ khí hạt nhân trên đó. Nhưng lợi thế chính của họ sẽ là an toàn. Những lò phản ứng như vậy có thể được khởi động ngay cả trên nhiên liệu hạt nhân cũ, đã qua sử dụng. Theo A. Kryukov, Tiến sĩ Khoa học Vật lý và Toán học, ngay cả những tính toán khá thô sơ cũng cho chúng ta biết rằng trữ lượng uranium đã qua sử dụng được tích lũy trong hơn 60 năm hoạt động của ngành công nghiệp hạt nhân sẽ đủ cho vài trăm năm tạo ra năng lượng.
Các lò phản ứng BREST là một dự án mang tính cách mạng theo hướng này. Lò phản ứng này rất phù hợp với bối cảnh bài phát biểu của Vladimir Putin tại Hội nghị Thượng đỉnh Thiên niên kỷ tại LHQ vào tháng 9/2000. Là một phần trong báo cáo của mình, Tổng thống Nga đã hứa với thế giới về một loại năng lượng hạt nhân mới: an toàn, sạch, loại trừ sử dụng vũ khí. Kể từ buổi thuyết trình đó, công việc thực hiện dự án Đột phá và tạo ra lò phản ứng BREST đã đạt được những tiến bộ đáng kể.
Nhìn chung về lò phản ứng BREST-300
Ban đầu, tổ máy BREST được thiết kế, sẽ cung cấp một tổ máy điện có công suất 300 MW, nhưng sau đó xuất hiện một dự án với công suất tăng lên 1200 MW. Đồng thời, tại thời điểm này, các nhà phát triển đã tập trung toàn bộ nỗ lực của họ vào lò phản ứng kém mạnh hơn BREST-OD-300 (trình diễn thử nghiệm) liên quan đến việc phát triển một lượng lớn các giải pháp thiết kế mới và kế hoạch thử nghiệm chúng. về một dự án tương đối nhỏ và rẻ khi thực hiện. Ngoài ra, công suất được chọn 300 MW (điện) và 700 MW (nhiệt) là công suất yêu cầu tối thiểu để có được tỷ lệ sinh sản nhiên liệu trong lõi lò phản ứng bằng nhau.
Hiện tại, dự án "Đột phá" đang được triển khai tại địa điểm của xí nghiệp thuộc tập đoàn nhà nước "Rosatom" thuộc Tổ hợp Hóa học Siberia (SCC) trên lãnh thổ của đơn vị lãnh thổ đóng (ZATO) Seversk (vùng Tomsk). Dự án này liên quan đến việc phát triển các công nghệ khép kín chu trình nhiên liệu hạt nhân, sẽ là nhu cầu trong ngành điện hạt nhân trong tương lai. Việc thực hiện dự án này trên thực tế tạo ra một tổ hợp năng lượng trình diễn thí điểm bao gồm: BREST-OD-300 - một lò phản ứng neutron nhanh với chất làm mát kim loại lỏng chì với chu trình nhiên liệu hạt nhân tĩnh và một mô-đun đặc biệt để chế tạo / tân trang nhiên liệu cho lò phản ứng này, cũng như một mô-đun để xử lý lại nhiên liệu đã sử dụng của nó. Dự kiến khởi động lò phản ứng BREST-OD-300 vào năm 2020.
Nhà thiết kế chung của tổ hợp năng lượng trình diễn thí điểm là VNIPIET St. Petersburg. Lò phản ứng đang được xây dựng bởi NIKIET (Moscow). Trước đó, có thông tin cho rằng việc phát triển lò phản ứng BREST ước tính khoảng 17,7 tỷ rúp, xây dựng mô-đun tái xử lý nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng - 19,6 tỷ rúp, mô-đun chế tạo và khu phức hợp khởi động tân trang nhiên liệu - 26,6 tỷ rúp. Nhiệm vụ chính của tổ hợp năng lượng đang được tạo ra phải là phát triển công nghệ vận hành lò phản ứng mới, sản xuất nhiên liệu mới và công nghệ tái chế nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng. Vì lý do này, quyết định khởi động lò phản ứng BREST-OD-300 ở chế độ năng lượng để tạo ra điện sẽ chỉ được đưa ra sau khi hoàn thành tất cả các công việc nghiên cứu trong dự án.
Vị trí xây dựng tổ hợp điện BREST-300 nằm trong khu vực nhà máy hóa chất phóng xạ của Tổ hợp hóa học Siberi. Công việc trên trang web này bắt đầu vào tháng 8 năm 2014. Theo ông Sergei Tochilin, Tổng giám đốc SKhK, việc san lấp mặt bằng theo phương thẳng đứng đã được thực hiện ở đây với việc đào một triệu mét khối đất, đặt dây cáp, lắp đặt đường ống dẫn nước công nghiệp và các công việc xây dựng khác đã hoàn thành. Hiện tại, nhà thầu "Java-Stroy" và nhà thầu phụ Seversky "Spetsteplokhimmontazh" tiếp tục tổ hợp công trình liên quan đến giai đoạn chuẩn bị. Ngày nay, 400 người làm việc tại công trường, với sự gia tăng nhịp độ làm việc tại cơ sở, số lượng thợ xây sẽ tăng lên 600-700 người. Các khoản đầu tư của nhà nước vào dự án này ước tính khoảng 100 tỷ rúp, theo dịch vụ báo chí của Tổ hợp Hóa học Siberia.
Một khu liên hợp năng lượng trình diễn thử nghiệm lớn nhất nước ta, khu phức hợp hành chính khép kín đang được xây dựng theo từng giai đoạn. Nhà máy đầu tiên xây dựng một nhà máy nhiên liệu nitride dự kiến sẽ được đưa vào vận hành vào năm 2017-2018. Trong tương lai, nhiên liệu sản xuất tại nhà máy này sẽ đi đến lò phản ứng trình diễn thử nghiệm BREST-300, việc xây dựng lò này sẽ bắt đầu vào năm 2016 và hoàn thành vào năm 2020, đây sẽ là giai đoạn hoàn thành thứ hai của dự án. Giai đoạn thứ ba của công việc dự tính việc xây dựng một nhà máy khác để tái chế nhiên liệu đã qua sử dụng. Dự án Đột phá sẽ hoạt động hoàn toàn vào năm 2023. Nhờ việc thực hiện dự án đầy tham vọng này, khoảng 1,5 nghìn việc làm mới sẽ xuất hiện ở thành phố Seversk. 6-8 nghìn công nhân sẽ trực tiếp tham gia thi công lắp đặt BREST-300.
Như người đứng đầu dự án lò phản ứng BREST-300 Andrei Nikolaev cho biết, tổ hợp điện trình diễn thử nghiệm ở thành phố Seversk sẽ bao gồm nhà máy lò phản ứng BREST-OD-300 với chu trình nhiên liệu hạt nhân tĩnh, cũng như tổ hợp sản xuất "nhiên liệu hạt nhân của tương lai." Chúng tôi đang nói về nhiên liệu nitride cho các lò phản ứng nhanh. Người ta cho rằng chính trên loại nhiên liệu này, bắt đầu từ những năm 20 của thế kỷ XXI, toàn bộ ngành công nghiệp điện hạt nhân sẽ hoạt động. Theo kế hoạch, lò phản ứng BREST-300 thử nghiệm sẽ trở thành lò phản ứng neutron nhanh đầu tiên trên thế giới với chất làm mát kim loại lỏng nặng. Theo dự án, nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng trong lò phản ứng BREST-300 sẽ được xử lý lại và sau đó được nạp lại vào lò phản ứng. Tổng cộng 28 tấn nhiên liệu sẽ được yêu cầu cho lần nạp đầu tiên của lò phản ứng. Hiện tại, việc phân tích nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng từ các kho chứa của Tổ hợp Hóa học Siberia đang được thực hiện - có thể một lượng sản phẩm nhất định có nguyên tố plutonium có thể được sử dụng để sản xuất nhiên liệu cho lò phản ứng BREST thử nghiệm.
Lò phản ứng BREST-300 sẽ có một số lợi thế đáng kể về mặt an toàn vận hành so với bất kỳ lò phản ứng nào đang hoạt động hiện nay. Lò phản ứng này sẽ có thể tự tắt trong trường hợp có sự sai lệch của bất kỳ thông số nào. Ngoài ra, một lò phản ứng neutron nhanh sử dụng nhiên liệu có biên độ phản ứng thấp hơn, và tăng tốc neutron nhanh chóng và khả năng xảy ra vụ nổ sau đó đơn giản là loại trừ. Chì, không giống như natri được sử dụng ngày nay như một chất mang nhiệt, là chất thụ động, và theo quan điểm hoạt động hóa học, chì an toàn hơn natri. Nhiên liệu nitrit đậm đặc chịu được các điều kiện nhiệt độ và các khuyết tật cơ học dễ dàng hơn, đáng tin cậy hơn nhiên liệu oxit. Ngay cả những tai nạn phá hoại nghiêm trọng nhất với việc phá hủy các rào cản bên ngoài (nắp tàu, các tòa nhà lò phản ứng, v.v.) sẽ không thể dẫn đến việc giải phóng phóng xạ đòi hỏi phải sơ tán dân cư và xa đất lâu dài sau đó, như đã xảy ra trong tai nạn Chernobyl năm 1986.
Các ưu điểm của lò phản ứng BREST bao gồm:
- an toàn bức xạ tự nhiên trong trường hợp xảy ra tất cả các loại tai nạn vì lý do bên ngoài và bên trong, bao gồm cả sự phá hoại mà không yêu cầu sơ tán dân cư;
- nguồn cung cấp nhiên liệu dài hạn (gần như không giới hạn về thời gian) do sử dụng hiệu quả uranium tự nhiên;
- không phổ biến vũ khí hạt nhân trên hành tinh bằng cách loại bỏ việc sản xuất trong quá trình vận hành plutonium cấp độ vũ khí và thực hiện công nghệ tại chỗ để tái chế nhiên liệu khô mà không cần tách plutonium và uranium;
- tính thân thiện với môi trường của việc sản xuất năng lượng và xử lý chất thải sau đó do chu trình nhiên liệu khép kín với sự biến đổi của các sản phẩm phân hạch tồn tại lâu dài, chuyển hóa và đốt cháy actinide trong lò phản ứng, làm sạch chất thải phóng xạ từ actinide, giữ và xử lý chất thải phóng xạ mà không vi phạm cân bằng bức xạ tự nhiên;
- khả năng cạnh tranh kinh tế, đạt được do sự an toàn tự nhiên của nhà máy điện hạt nhân và công nghệ của chu trình nhiên liệu được thực hiện, cung cấp cho lò phản ứng chỉ với 238U, loại bỏ các hệ thống an toàn kỹ thuật phức tạp, thông số chì cao, đảm bảo đạt được siêu tới hạn các thông số của mạch tuabin hơi và chu trình nhiệt động hiệu suất cao, giảm chi phí xây dựng.
Hình ảnh dự án khu phức hợp BREST. 1 - lò phản ứng, 2 - phòng tuabin, 3 - mô-đun tái xử lý SNF, 4 - mô-đun chế tạo nhiên liệu tươi.
Sự kết hợp của nhiên liệu mononitride, chất lượng tự nhiên của chất làm mát dẫn, các giải pháp thiết kế của lõi và mạch làm mát, các đặc tính vật lý của lò phản ứng nhanh đưa lò phản ứng BREST đến một cấp độ an toàn tự nhiên mới về chất lượng và có thể đảm bảo sự ổn định mà không cần kích hoạt các phương tiện bảo vệ khẩn cấp trong các tai nạn rất nghiêm trọng, không thể vượt qua đối với bất kỳ lò phản ứng nào hiện có và dự kiến trên thế giới:
- pháo tự hành của tất cả các cơ quan quản lý hiện có;
- tắt (kẹt) tất cả các máy bơm của mạch thứ nhất của lò phản ứng;
- tắt (kẹt) tất cả các máy bơm của mạch thứ 2 của lò phản ứng;
- giảm áp của tòa nhà hiệu trưởng;
- vỡ ống sinh hơi hoặc đường ống của mạch thứ cấp ở bất kỳ đoạn nào;
- việc xảy ra nhiều loại tai nạn;
- Không giới hạn thời gian hồi chiêu khi tắt nguồn hoàn toàn.
Dự án Đột phá đang được Rosatom thực hiện nhằm tạo ra một nền tảng công nghệ mới cho ngành công nghiệp hạt nhân Nga với chu trình nhiên liệu khép kín và giải quyết vấn đề nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng và chất thải phóng xạ (RW). Kết quả của việc thực hiện dự án đầy tham vọng này là việc tạo ra một sản phẩm cạnh tranh sẽ cung cấp cho các công nghệ của Nga vị trí dẫn đầu trong năng lượng hạt nhân thế giới và nói chung trong hệ thống năng lượng toàn cầu trong 30-50 năm tới.
