A Rússia s’està treballant per crear un reactor nuclear revolucionari de la quarta generació. Parlem del reactor BREST, en el qual treballen actualment empreses que formen part de la corporació estatal Rosatom. Aquest prometedor reactor s’està construint com a part del projecte Breakthrough. BREST és un projecte de reactors de neutrons ràpids amb refrigerant de plom, una transferència de calor de doble circuit a la turbina, així com paràmetres de vapor supercrítics. El projecte es desenvolupa al nostre país des de finals dels anys vuitanta. El principal desenvolupador d’aquest reactor és NIKIET que porta el nom de N. A. Dollezhal (Institut de Recerca i Disseny d’Enginyeria Energètica).
Avui en dia, les centrals nuclears proporcionen a Rússia el 18% de l’electricitat que genera. L’energia nuclear és molt important a la part europea del nostre país, especialment al nord-oest, on representa el 42% de la generació elèctrica. Actualment, a Rússia hi ha 10 centrals nuclears que funcionen amb 34 unitats de potència. La majoria d'ells utilitzen urani baix enriquit com a combustible amb un contingut de l'isòtop urani-235 al nivell del 2-5%. Al mateix temps, el combustible de la central nuclear no es consumeix completament, cosa que provoca la formació de residus radioactius.
Rússia ja ha acumulat 18 mil tones d’urani gastat i cada any aquesta xifra augmenta en 670 tones. En total, hi ha 345 mil tones d’aquest residu al món, de les quals 110 mil són als Estats Units. El problema del processament d’aquests residus es podria resoldre mitjançant un nou tipus de reactor que funcionaria en un cicle tancat. La creació d’aquest reactor ajudaria a fer front a la filtració de tecnologia nuclear militar. Aquests reactors es podrien subministrar amb seguretat a qualsevol país del món, ja que en principi seria impossible obtenir les matèries primeres necessàries per a la creació d’armes nuclears. Però el seu principal avantatge seria la seguretat. Aquests reactors es podrien engegar fins i tot amb combustible nuclear vell i gastat. Segons A. Kryukov, doctor en Ciències Físiques i Matemàtiques, fins i tot càlculs bastant aproximats ens indiquen que les reserves d’urani gastat acumulades durant 60 anys de funcionament de la indústria nuclear seran suficients per a diversos centenars d’anys de generació d’energia.
Els reactors BREST són un projecte revolucionari en aquesta direcció. Aquest reactor s’adapta bé al context del discurs de Vladimir Putin a la Cimera del Mil·lenni a l’ONU el setembre del 2000. Com a part del seu informe, el president rus va prometre al món una nova energia nuclear: segura, neta, excloent l'ús d'armes. Des d’aquesta presentació, els treballs en la implementació del projecte Breakthrough i la creació del reactor BREST han avançat significativament.
Vista general del reactor BREST-300
Inicialment, es va dissenyar la unitat BREST, que proporcionaria una unitat de potència amb una potència de 300 MW, però més tard va aparèixer un projecte amb una capacitat augmentada de 1200 MW. Al mateix temps, en aquest moment, els desenvolupadors han concentrat tots els seus esforços en el reactor menys potent BREST-OD-300 (demostració experimental) en relació amb el desenvolupament d’una gran quantitat de noves solucions de disseny i plans per provar-les. en un projecte relativament petit i econòmic en implementació. A més, la potència seleccionada de 300 MW (elèctrica) i 700 MW (tèrmica) és la potència mínima necessària per obtenir la proporció de generació de combustible al nucli del reactor igual a la unitat.
Actualment, el projecte "Breakthrough" s'està implementant al lloc de l'empresa de la corporació estatal "Rosatom" de la Siberian Chemical Combine (SCC) al territori de la unitat territorial tancada (ZATO) de Seversk (regió de Tomsk). Aquest projecte consisteix en el desenvolupament de tecnologies per tancar el cicle del combustible nuclear, que tindrà una demanda en la indústria d'energia nuclear del futur. La implementació d’aquest projecte a la pràctica preveu la creació d’un complex pilot de demostració d’energia format per: BREST-OD-300 - un reactor de neutrons ràpid amb un refrigerant de metall líquid de plom amb un cicle de combustible nuclear estacionari i un mòdul especial per a la fabricació / reforma de combustible per a aquest reactor, així com un mòdul per reprocessar el combustible gastat. Està previst llançar el reactor BREST-OD-300 el 2020.
El dissenyador general del complex energètic de demostració pilot és el VNIPIET de Sant Petersburg. El reactor està sent construït per NIKIET (Moscou). Anteriorment, es va informar que el desenvolupament del reactor BREST s'estima en 17.700 milions de rubles, la construcció d'un mòdul de reprocessament de combustible nuclear gastat - 19.600 milions de rubles, un mòdul de fabricació i un complex d'engegada de reforma de combustible - 26.600 milions de rubles. La tasca principal del complex energètic que es crea hauria de ser el desenvolupament de la tecnologia per al funcionament d’un nou reactor, la producció de combustible nou i la tecnologia per reprocessar el combustible nuclear gastat. Per aquest motiu, la decisió de llançar el reactor BREST-OD-300 en el mode de potència per generar electricitat només es prendrà després de finalitzar tots els treballs de recerca del projecte.
El lloc de construcció del complex d’energia BREST-300 es troba a la zona de la planta radioquímica de la combinació química siberiana. Les obres d’aquest lloc van començar a l’agost del 2014. Segons Sergei Tochilin, director general de SKhK, aquí ja s’ha dut a terme un anivellament vertical amb l’excavació d’un milió de metres cúbics de terra, s’han col·locat cables, s’han instal·lat canonades d’aigua industrials i s’han acabat altres treballs de construcció. Actualment, el contractista "Java-Stroy" i el subcontractista de Seversky "Spetsteplokhimmontazh" continuen el complex d'obres relacionades amb el període preparatori. Avui en dia, 400 persones treballen al lloc de construcció, amb l’augment del ritme de treball a la instal·lació, el nombre de constructors creixerà fins a 600-700 persones. Segons el servei de premsa de la Siberian Chemical Combine, les inversions estatals en aquest projecte s’estimen aproximadament en 100.000 milions de rubles.
S’està construint per etapes un complex experimental d’energia demostrativa al complex administratiu tancat més gran del nostre país. Està previst que la primera a construir una planta de combustible de nitrur es posi en marxa el 2017-2018. En el futur, el combustible produït en aquesta planta es destinarà al reactor de demostració experimental BREST-300, la construcció del qual començarà el 2016 i s’acabarà el 2020, la finalització de la segona etapa del projecte. La tercera etapa dels treballs preveu la construcció d’una altra planta per al processament de combustible gastat. El projecte Breakthrough hauria d’estar totalment operatiu el 2023. Gràcies a la implementació d'aquest ambiciós projecte, haurien d'aparèixer al voltant de 1,5 mil llocs de treball nous a la ciutat de Seversk. De 6 a 8.000 treballadors participaran directament en la construcció de la instal·lació BREST-300.
Com va dir el cap del projecte del reactor BREST-300, Andrei Nikolaev, el complex experimental de demostració d’energia a la ciutat de Seversk inclourà la planta del reactor BREST-OD-300 amb un cicle de combustible nuclear estacionari, així com un complex per a la producció de "combustible nuclear del futur". Estem parlant de combustible de nitrur per a reactors ràpids. Se suposa que és sobre aquest tipus de combustible que, a partir dels anys 20 del segle XXI, funcionarà tota la indústria de l'energia nuclear. Està previst que el reactor BREST-300 experimental es converteixi en el primer reactor de neutrons ràpid del món amb un refrigerant de metall líquid pesat. Segons el projecte, el combustible nuclear gastat al reactor BREST-300 es reprocessarà i es tornarà a carregar al reactor. Es requeriran un total de 28 tones de combustible per a la càrrega inicial del reactor. Actualment, s’està realitzant l’anàlisi del combustible nuclear gastat procedent de les instal·lacions d’emmagatzematge de la combinació química siberiana: és possible que es pugui utilitzar una certa quantitat de productes amb un element de plutoni en la producció de combustible per al reactor BREST experimental.
El reactor BREST-300 tindrà una sèrie d’avantatges significatius en termes de seguretat operativa respecte a qualsevol reactor que funcioni avui. Aquest reactor podrà apagar-se sol en cas de desviació d'alguns paràmetres. A més, un reactor de neutrons ràpid utilitza combustible amb un marge de reactivitat inferior i simplement es descarta l'acceleració ràpida de neutrons i la possibilitat posterior d'una explosió. El plom, a diferència del sodi que s’utilitza avui com a transportador de calor, és passiu i, des del punt de vista de l’activitat química, el plom és més segur que el sodi. El combustible de nitrur dens tolera les condicions de temperatura i els defectes mecànics amb més facilitat, és més fiable que el combustible d’òxid. Fins i tot els accidents de sabotatge més extrems amb la destrucció de barreres externes (tapes de vaixells, edificis de reactors, etc.) no podran provocar alliberaments radioactius que requeririen l’evacuació de la població i la consegüent alienació a llarg termini de la terra, com va passar durant l'accident de Txernòbil el 1986.
Els avantatges del reactor BREST inclouen:
- seguretat contra les radiacions naturals en cas de tota mena d’accidents per motius externs i interns, inclòs el sabotatge, que no requereix l’evacuació de la població;
- Subministrament de combustible a llarg termini (gairebé il·limitat en el temps) a causa de l'ús eficient d'urani natural;
- la no proliferació d'armes nuclears al planeta mitjançant l'eliminació de la producció durant l'operació de plutoni de qualitat i la implementació de tecnologia in situ per al processament de combustible sec sense separació de plutoni i urani;
- Respecte mediambiental de la producció d’energia i posterior eliminació de residus a causa d’un cicle tancat de combustible amb transmutació de productes de fissió de llarga vida, transmutació i combustió d’actínids en un reactor, purificació de residus radioactius d’actínids, retenció i eliminació de residus radioactius sense violar la equilibri de la radiació natural;
- competitivitat econòmica, que s’aconsegueix a causa de la seguretat natural de la central nuclear i la tecnologia del cicle de combustible implementat, alimentant el reactor amb només 238 U, rebuig de sistemes de seguretat d’enginyeria complexos, paràmetres de plom elevats, que garanteixen l’assoliment de supercrítics paràmetres del circuit de la turbina de vapor i alta eficiència del cicle termodinàmic, reducció dels costos de construcció.
Imatge del projecte del complex BREST. 1 - reactor, 2 - sala de turbines, 3 - mòdul de reprocessament SNF, 4 - mòdul de fabricació de combustible fresc.
La combinació de combustible mononitrí, qualitats naturals del refrigerant de plom, solucions de disseny del nucli i circuits de refrigeració, característiques físiques d’un reactor ràpid aporta al reactor BREST un nou nivell de seguretat natural qualitativament i permet assegurar l’estabilitat sense activar mitjans de protecció d'emergència en accidents molt greus, que són insalvables per a qualsevol dels reactors existents i projectats al món:
- pistola autopropulsada de tots els organismes reguladors disponibles;
- parada (bloqueig) de totes les bombes del primer circuit del reactor;
- parada (bloqueig) de totes les bombes del segon circuit del reactor;
- despresurització de l'edifici del rector;
- trencament de tubs o canonades del generador de vapor del circuit secundari en qualsevol secció;
- la imposició de diversos accidents;
Temps de refredament il·limitat en apagar-se completament.
El projecte Breakthrough que està implementant Rosatom té com a objectiu crear una nova plataforma tecnològica per a la indústria nuclear russa amb un cicle tancat del combustible i resoldre el problema del combustible nuclear gastat i els residus radioactius (RW). El resultat de la implementació d’aquest ambiciós projecte hauria de ser la creació d’un producte competitiu que doti les tecnologies russes de lideratge en la indústria nuclear mundial i, en general, en el sistema energètic mundial durant els propers 30-50 anys.
