Топливные реакторы и бридеры

Топливные реакторы и бридеры

В любом тепловом реакторе количество вновь образующегося при его работе плутония-239 (прекрасного делящегося материала) меньше, чем сгоревшего урана-235. Соответствующее отношение (его часто называют коэффициентом конверсии) даже при полном использовании топливного потенциала образовавшегося плутония не может превысить величины 0,7 — 0,8. Поэтому ядерная энергетика, основанная на использовании лишь тепловых реакторов, существует лишь до тех пор, пока на разумном уровне рентабельности добычи доступен уран. А когда будет полностью израсходован природный уран-235 (0,71% в естественной смеси изотопов урана), она «встанет» — оставшийся уран-238 оказывается бесполезным. Замыкание топливного цикла не спасает положения — даже в предельном случае (при очень большом числе топливных рециклов) полезно используемая за счёт конверсии в плутоний часть урана-238 не превышает 5% от его начального количества. Следствием этого явится постепенный естественный спад такой ядерной энергетики и её практическое исчезновение через 100–150 лет.

Кардинально положение можно исправить, лишь научившись использовать значительную часть энергетического потенциала урана-238. А он огромен — около 87% ископаемых энергоресурсов нашей планеты. (см. рисунок на стр. 138). Этого можно добиться включением в замкнутый ЯТЦ быстрых реакторов на ядерном топливе с большим энерговыделением по плутонию (типа МОКС и СНУП). Дело в том, что деление ядер плутония быстрыми (без замедления) нейтронами обладает важнейшей особенностью: количество вторичных нейтронов в каждом поколении цепного процесса заметно выше, чем для урана. Появляется возможность не только поддерживать нейтронами цепную реакцию деления (без этого реактор — вообще не реактор), но и использовать их часть как-то иначе. Как говорят ядерщики, падает цена нейтрона.

У тепловых же реакторов цена нейтрона очень высока — каждый нейтрон на счету. Использовать их иначе, чем для поддержки цепной реакции, там не получится — реактор просто остановится. Вот эти «освободившиеся» нейтроны можно вывести из активной зоны быстрого реактора в особый объём, содержащий обеднённый уран-238 — так называемую «зону воспроизводства». В ней и будет накапливаться новый плутоний, при этом его количество может превышать количество плутония, сгоревшего в активной зоне. Такой реактор называется бридером, в нём отношение вновь наработанного плутония к количеству выгоревшего (коэффициент воспроизводства) может достигать величины 1,3–1,4. Поэтому атомная энергетика на основе замкнутого ЯТЦ, включающего бридеры, «не успокоится», пока не сожжёт весь доступный природный уран — не только уран-235, но и уран-238. А его, в любом разумном сценарии развития мировой энергетики, хватит на 2–4 тысячи лет.

При этом из рисунка очевидно, что роль иных видов ископаемых топлив в энергообеспечении человечества в перспективе не очень существенна. Становится понятной исключительное значение, которое имеет развитие технологии быстрых реакторов ,ведь речь идёт об энергообеспечении будущих поколений.

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить