כורי נויטרונים מהירים הם התפתחות ייחודית של מדענים רוסים ועתיד תעשיית הכוח הגרעינית כולה

האטום השלווה הוא אחד מעמודי התווך של אנרגיית העולם, שבלעדיו החברה המודרנית פשוט בלתי אפשרית. למרות כל היתרונות של תחנות כוח גרעיניות קיימות, הפגם העיקרי היה ונשאר לרשות הדלק הגרעיני המושקע.

נראה כי בעיה זו תיפתר גם - הודות להתפתחות הרוסית הייחודית של מחזור דלק גרעיני סגור, שיישומו אפשרי בכורים גרעיניים המשתמשים בנויטרונים מהירים.

מה הבעיה של כוח גרעיני מודרני

אז, האטום השלווה משרת את האנושות כבר יותר מתריסר שנים לייצור חשמל ברחבי העולם. אבל יש בעיה אחת רצינית מאוד. לא כל האורניום הטבעי מתאים כדלק לכורים גרעיניים.

אורניום 238 נפוץ בטבעו (92 פרוטונים, 146 נויטרונים), וחלקו ברזרבות העולם הוא 99.3% מסך האורניום על פני כדור הארץ. אבל זה פשוט לא מתאים לכורים גרעיניים כדלק.

רק 0.7% הנותרים מהאספקה ​​העולמית בצורת אורניום -235 (92 פרוטונים, 143 נויטרונים) יכולים לשמש דלק. אך אפילו חלק זה שנותר מהאורניום לא ניתן לקחת ולהטען אותו בכור. עליו להיות מועשר מראש וחלקו של אורניום -235 במסה הכוללת של אורניום -238 גדל בכ- 700 פעמים.

מסתבר שלמרות עתודות העולם העצומות, אורניום שמתאים באמת לדלק יספיק, על פי חישובים ממוצעים, למשך 50 שנה בלבד.

הכל לא קודר כמו שזה נראה במבט ראשון. אורניום -238 עדיין יכול להיות מותאם לכורים גרעיניים. נכון, לשם כך יש צורך להמיר אורניום -238 לפלוטוניום -239, ותהליך זה אפשרי רק כאשר הוא נחשף לנויטרונים מהירים.

כפי שמתברר, השינוי הזה לא קל. אחרי הכל, רוב הכורים המודרניים פועלים על נויטרונים "איטיים", שמאטים אותם בכוונה מכיוון שאורניום -235 "לא רוצה לתקשר" עם נויטרונים מהירים. אך אורניום -238, להיפך, אינו מעורב בתהליך הטרנספורמציה על נויטרונים איטיים.

לא ניתן לבצע מבחינה כלכלית את הפיכת האורניום -238 לפלוטוניום -239 בנפרד. הרבה יותר יעיל להשתמש בזה במה שנקרא נויטרונים נוספים הנוצרים במהלך תגובת הריקבון. לכן, בכורים מודרניים, הם מוסרים במיוחד באמצעות בולמים.

אז עלינו לשלב "זבל" אורניום -238 ו"תקן "אורניום -235 במקום אחד - כור אטומי. ואז ניתן יהיה גם לייצר חשמל ולהפוך באופן ספציפי אורניום 238 "מיותר" לדלק גרעיני חדש לכורים. אך תנאי מוקדם לכך הוא העובדה שהוא (הכור) חייב לפעול על נויטרונים מהירים.

אך יצירת כור נויטרונים מהיר שכזה עובד באמת התגלה כבעיה גדולה עבור מהנדסים רבים. ורק מהנדסים רוסים-מדענים התמודדו עם המשימה.

כורי נויטרונים מהירים, מה התכונה שלהם

לכן, אנו זקוקים לכור שפועל על אורניום -235, ובאותה עת עלינו לגרום לו לעבוד על נויטרונים מהירים. על מנת שזה יתאפשר, יש צורך להגדיל משמעותית את צפיפות שטף הנויטרונים (כך שאורניום -235 יהיה מוכן יותר לקיים אינטראקציה עם נויטרונים מהירים).

משמעות הדבר היא כי יהיה צורך להשתמש בדלק מועשר יותר, בעוד שמשטר הטמפרטורה וזרמי הנויטרונים יהיו קשים משמעותית - יהיה צורך בחומרים יציבים יותר.

בנוסף, יש להימנע מחומרים שיאטו את הנויטרונים. כלומר הגרסה הקלאסית - מים - אינה מתאימה במקרה זה, מכיוון שהיא מאטה באופן מושלם נויטרונים.

זו הסיבה שכספית שימשה כנוזל קירור בשלבים הראשונים של פיתוח כורים מהירים, אך אפשרות זו ננטשה במהירות בגלל רעילותה הגבוהה של המתכת.

בשלבים הבאים של הניסויים הם ניסו מתכות כמו עופרת, ביסמוט ונתרן.

החומרים המבטיחים ביותר היו נתרן ועופרת. ובשלב הראשון הצליחו המהנדסים הסובייטים "לאלף" את הנתרן.

הכור המסחרי הראשון, הפועל לחלוטין במלואו, היה הכור הסובייטי BN-600. וכבר בשנת 2015, Rosatom השיקה את הכור BN-800 (נתרן). זהו כור ייחודי מסוגו, שכבר מותאם להפעלת דלק פלוטוניום עם מחזור רבייה סגור מלא.

מה היתרון של כורים מהירים

חישובים ראשוניים מראים כי בזכות טכנולוגיה זו אחוז הדלק הגרעיני המתאים לכורים עולה בחדות מ -0.7% ל -30% צנועים.

כתוצאה מכך, עתודות הדלק האפקטיביות יגדלו פי 43 בערך, מה שאומר שהן צריכות להספיק לא במשך כ- 50 שנה, אלא ליותר משנתיים אלפי שנים. אני חושב שיש הבדל אפילו עם חישוב גס מאוד.

בנוסף, כורים מסוגלים לתפקד באופן מלא על דלק גרעיני שהוצא מ"אט " כורים, שמבטיח פיתרון לכאב הראש הגדול ביותר של אקולוגים - כיצד להיפטר מגרעין שהוצא לתדלק.

כמו כן, כורים כאלה הם הרבה יותר בטוחים. אחרי הכל, הם משתמשים בנתרן במקום במים מחוממים בלחץ גבוה. נתרן הופך נוזלי ב 100 מעלות צלזיוס, ועובר לשלב הרתיחה רק ב 900 מעלות.

בואו נזכור כיצד עובדת מערכת הקירור על כורים גרעיניים "קונבנציונליים". שם, מים בלחץ עצום משמשים כנוזל קירור. ברור שלחץ גבוה הוא סיכון גבוה לדיכאון ולתאונה.

אין בעיות כאלה עם נתרן. מכיוון שנקודת הרתיחה גבוהה, ניתן לשמור עליה בלחץ רגיל, מה שאומר שאין סיכוי לפריצה ותאונה.

גם במקרה של מצב לא תקין, תגובתיות הנתרן תשחק גם לטובת בטיחות. בעת אינטראקציה עם חמצן ואדי לחות באטמוספירה, נתרן ייקשר לכימיקל מתמשך תרכובות שנותרו בשטח התחנה, ואינן מתפזרות באזור, ומתפשטות רדיואקטיביות זיהום.

רוסיה מקדימה את השאר

למרות ניסיונות רבים של מדינות שונות, רק לרוסיה, ובמיוחד לרוזאטום, יש גרסה מסחרית מן המניין של כור נויטרונים מהיר.

ואכן, אפילו הצרפתים (עם התפתחותם המבטיחה של "הכור הפניקס") לא הצליחו להתמודד עם בעיית ההפעלה התקופתית של מערכות ההגנה, והם הפסיקו את הפרויקט ב -2010.

היפנים בדקו גם את גרסתם שלהם - כור המונג'ו, אך לאחר סדרת תאונות הם החליטו לפרק אותו.

ההודים רצו גם ליצור כור נויטרונים מהיר משלהם, אך שום דבר לא קרה.

ברוסיה הטכנולוגיה מתפתחת בצורה חלקה וכבר מתבצעת עבודה על פרויקט הכור המהיר BN-1200, בו משמשים עופרת מותכת כנוזל קירור. על פי התוכנית, היא תפעל באופן מלא עד שנת 2030.

מתברר שרוסיה היא המדינה היחידה שיכולה באמת לייצר אנרגיה גרעינית יעיל ובטוח באמת עקב עיצוב ייחודי - כור נויטרונים מהיר.