Быстрый реактор и замкнутый цикл

За последние 12 лет доля быстрой  электроэнергии в мире сократилась  с 0,4% до 0,16%. Из 436 действующих реакторов лишь один работает на быстрых нейтронах. Из 369,544 ГВт установленной мощности лишь 0,6ГВт – у БН-600 [IAEA PRIS 2012].

 

 

Критика пропаганды атомной промышленности

 

Официальная версия

(сформирована в 50-60 годы, ныне  идет под кодовым названием  Ренессанс) 

1 Быстрый реактор дает нам дополнительное топливо в виде плутония, позволяя поднять коэффициент использования урана до 60%, из которых до 37% можно преобразовать в электрическую энергию (22% энергии урана можно превратить в электричество).

2 Быстрый реактор позволяет снизить количество альфа-излучающих нуклидов (отходов) за счет постоянно выжигаемого плутония.

3 Быстрый реактор более безопасен, чем РБМК и ВВЭР .

4 Быстрый реактор навсегда решает проблему топливообеспечения землян.

5 Быстрый реактор замкнет ядерный  топливный цикл и уничтожит  полностью или значительно сократит  запасы накопленного отработавшего ядерного топлива .

6 Быстрый реактор не выделяет  углекислоты в атмосферу.

7 Быстрый реактор не может быть использован террористами.

8 Быстрый реактор может работать  только в цикле с пирохимическими  (безводными) технологиями переработки  топлива.

 

Что на самом деле

Попытаемся проанализировать официальные тезисы.

Пункт 7. Насчет террористов. Вся история развития человечества, в том числе 70 лет истории атомного проекта, показывает, что технологии разрушения всегда опережают технологии созидания. Поэтому любой реактор при целенаправленной злоумышленной деятельности можно использовать как оружие массового поражения.

Непонятно, на каких фактах был  построен тезис об устойчивости быстрого реактора к террористической угрозе, ведь изначально он создавался как улучшенный аппарат для наработки оружейного плутония. Идея быстрого реактора заключалась в том, (как и сейчас заключается) что имея небольшое количество очень дорогого оружейного урана можно получить в сотни раз больше дешевого реакторного плутония.

Атомный реактор – это устройство для получения дешевого материала  для изготовления ядерного оружия. Быстрый атомный реактор –  это устройство для получения  еще более дешевого и более  качественного материала для  ядерного оружия.

Плутоний в БР накапливается в так называемом бланкете, то есть наружном слое активной зоны, где происходит трансмутация урана-238 в плутоний-239. Сейчас бланкет отсутствует в активной зоне БР, но никто не мешает использовать сами ТВС для производства плутония.

Есть мнение, что плутоний из рабочих ТВС нельзя использовать в качестве атомного оружия, так как в нем мала доля плутония-239, всего 50-70% против необходимых 90%. На это высказывание есть ответ США, которые в 1995 году продемонстрировали, что легко можно взорвать устройство с содержанием 239 массы менее 20%.

Насчет первого утверждения. Каков реальный коэффициент использования урана.

Быстрые реакторы (точнее, на сегодня единственный в мире промышленный реактор БН-600 и опытный БОР-60/12) сегодня сжигают пятый уран.  Бездарно уничтожают нейтронные запасы вместо того, чтобы их накапливать. У всех быстрых реакторов, которые были построены до сего дня, и хотя бы немного поработавших, коэффициент конверсии активной зоны меньше единицы. В бридерном режиме (то есть в режиме расширенного воспроизводства ядерного топлива) не работал ни один из них, ни дня, то есть ни один из этих реакторов не продемонстрировал работоспособность на топливе с массой изотопов 238 и выше. Расчетный коэффициент использования урана быстрых натриевых реакторов (при широкомасштабном внедрении скоростных технологий рефабрикации топлива) не более 4,5% против заявленных 60%. [Атомная промышленность СССР] (далее будет объяснено, почему необходимо быстро перерабатывать топливо, и почему нужна высокая эффективная плотность делящихся материалов в активной зоне реактора). Кроме того, для реализации этих 4,5% необходимо через 6 месяцев рефабрикованное  (регенерированное) топливо снова ставить в активную зону. Сегодняшние быстрые реакторы оставляют в отвале 99-99,5% обедненного урана, то есть коэффициент использования урана составляет 0,5-1%. Это лишь в 1,25 - 2,5 раз больше, чем у современных ВВЭР.

Действительно, параметры пара выше, отсюда и цикл Карно с большим  КПД.

Второе утверждение. О снижении альфа-активности отходов.

Режим уничтожения оружейного плутония на быстром реакторе действительно  можно реализовать. Это сегодня  единственное, на что способен быстрый  реактор. Перевести запасы оружейных  материалов в малопригодные для оружия взрывного типа, самозащищенные отходы можно. Однако это ведь обратная задача той, которую заявляют топ-менеджеры Росатома. Вектор направлен на 180 градусов от цели.

Теперь представим, что реактор  действительно заработает в режиме бридера. То есть будет из плутония делать еще больше плутония, начнет трансмутировать плутоний в плутоний', а плутоний' в плутоний''... При этом вместо элемента 94 начнут накапливаться элементы 95 и 96, в количестве от 1,5 до 3,5% от загруженной массы топлива [Kioto Minato, Japan. 2003]. То есть в 30 раз будет уменьшаться масса вредного остатка от производства атомного электричества. Но удельная активность этого остатка возрастет в 40-60 раз, что повысит радиационную опасность предприятия в 1,5 -2 раза в пересчете на единицу электроэнергии. (Америций-241 – 433 года, 242m – 152 года, 243 – 7370 лет. Кюрий-242 – 0,45 года, 243 – 28 лет, 244 – 18 лет, 245 -8500 лет) Конечно, в 50 раз уменьшится и время вредного воздействия на планету, но подумайте, что 500 лет, что 25 тысяч лет – все равно цивилизация не сможет пережить, ни тот, ни другой срок, если средний возраст человека станет менее 12 лет.

Радиоактивные материалы, особенно альфа-излучатели, имеют тенденцию к самодиспергированию и самораспространению в пространстве (воздухе). Человеческий организм работает как пылесос (~1л/сек= 31536 м³/год, поэтому при концентрации радиоактивных аэрозолей выше ПДК может накопить неблагоприятное количество…

Доказанных болезней, вызванных  небольшими дозами ионизирующих излучений, нет. Современная медицина говорит  просто о снижении среднего возраста. То есть, человек просто будет быстрее стареть. Предел 0,1 Ки/км² для плутония-239 определен МАГАТЭ как требующий полного отселения населения. При таком содержании плутония в окружающей среде будет невозможно воспроизведение цивилизованного человека.

Есть мнение, что Америций и Кюрий  можно сжигать в быстром реакторе. Есть факты, что никто этого не делал даже в килограммовых количествах. Сегодняшняя атомная промышленность накапливает 8 тонн америция ежегодно [Карелин «Трансмутация»]. А при переходе на быструю энергетику с сохранением сегодняшней генерации электроэнергии будет образовываться ежегодно по 16 тонн.

Есть мнение, что Америций и Кюрий  и есть та информация, которая появилась 40 лет назад. По расчетам японцев, в  топливо для БН типа МОКС можно загружать не более 3,2 % Америция. Опасно, реактор может выйти из под контроля из-за положительного температурного эффекта реактивности. А образуется его в равновесном топливе – до 3,5%. Ели увеличить безопасность реактора введением специальных материалов, тогда потеряется бридерный эффект. Круг не замыкается, задача принципиально не решается.

При работе системы «быстрый реактор  – пристанционный цикл рефабрикации топлива», оно же самое «пристанционный  ядерный топливный цикл», на кВт*час  будет образовываться столько же осколочных радионуклидов, как и на ВВЭР, однако альфа активность отходов от  топлива будет в 1,5-2 раза больше, чем на ВВЭР за счет минор-актинидов.

Выход из этого круга «довольно простой» – надо строить специальный реактор выжигатель минор актинидов, считайте америция и кюрия. Однако, никто этого реактора еще не спроектировал, не выбрал даже концепцию для разработки. Не слышал ни об одном специалисте, кто считает, что реактор может работать на америции и кюрии, без урана и плутония. То есть, опора на полный ноль.

Второй «довольно простой» - протонный  выжигатель. Очень дорогая (сердитая) штука, однако, и энергетический КПД у него как у слона, перевозящего дюжину мух.

Еще одна неприятная вещь. Слишком  малы критические массы у миноров (у некоторых в воде менее 50 г). Поэтому переработку в больших масштабах наладить будет невозможно, даже с помощью суперсовременных пиротехнологий. Оборудование будет иметь чайно-ложечное исполнение, и обслуживаться будет высококвалифицированным персоналом в сапогах и с погонами.

Третье утверждение. Безопасность любого энергоузла кроме технической составляющей имеет человеческую составляющую. Каков бы ни был крутой джип, для него найдется подходящая лужа. Для потопления Титаника (кстати, 14 апреля  будет столетие гибели) достаточно оказалось двух людей – бравого капитана и полуспящего впередсмотрящего. Так и для любого реактора найдется один или более разгильдяев, которые перепутают порядок, захотят сэкономить, оставят без присмотра. А реактор – сложная машина. По крайней мере, значительней сложней трансокеанского лайнера.

Сравнение Технической безопасности быстрого реактора с технической  безопасностью РБМК или ВВЭР образно  можно представить в виде вопроса  – что опасней, прыгнуть со скалы  или с самолета? То и то достаточно опасно, особенно без парашюта.

Безопасность обеспечивается отрицательным температурным коэффициентом реактивности, т.е. если вследствие флуктуации увеличился поток нейтронов, это не приведет к разгону реактора. Последовательность эффектов будет следующая: увеличение мощности - подъем температуры - уменьшение сечения захвата нейтронов - снижение мощности. Однако отрицательным температурным коэффициентом реактивности обладает реактор БН, загруженный ураном 235 при низкой степени выгорания. Эксплуатация быстрых реакторов становится экономически целесообразной если загружать их плутонием и достигать степени выгорания не менее ??.  При накоплении продуктов Am и Cm, обладающих положительным температурным коэффициентом реактивности, управляемость реактора будет неизбежно ухудшаться, а с определенного момента он может пойти в разгон со всеми вытекающими неблагоприятными последствиями.)

Четвертое утверждение включает запретное слово навсегда. Никогда не говорите этого слова. Даже звезды не вечны. Современные оценки дают цифру в 50 и 500-1500 лет, первое значение – при использовании ВВЭР, второе – при использовании некоего быстрого безопасного реактора образца 22-25 века, (который должны создать наши с вами потомки, то есть дети, внуки и т.д.. ) Для сравнения можно упомянуть газовые месторождения севера России. 300 лет разведанных запасов. Солнце 5000000000 лет.

Запасы в земляных недрах ядерного топлива для быстрой энергетики сравнимы с запасами угля и газа. Для современной атомной энергетики – с жизнью среднестатистического россиянина.

Дополнительно умалчиваемые данные, которые даже страшно превращать в информацию. Это количество РАО. То есть радиоактивных отходов. Их количество сегодня хватает для тотального уничтожения всего живого на Земле  без использования оружия взрывного типа. Все эти материалы – высокотоксичные вещества. Для примера – 0,1 Ки альфа хватает для отселения населения с территории 1 км² на неопределенное время. Для всей планеты хватит 51 млн. Ки. А если не считать океаны и полюса, то и 5 млн. Ки. Накоплено столько, что бесконтрольное хранение сможет «отселить» население Земли более 10 раз.

Пятое утверждение – это лозунг 60-х годов, который пока атомное сообщество игнорирует. Быстровики пока не видели рефабрикованного топлива, радиохимики пока не видели заводов по рефабрикации топлива для быстрых реакторов.

Кроме того, количество топлива в  топливном цикле настолько высоко, что утечка 0,01% этого материала  будет достаточно для создания целого ядерного арсенала.

Шестое утверждение верно. Неверно отношение к цеодва. За все время контроля содержания этого газа в атмосфере, то есть за 100 лет, было зафиксировано повышение с 0,033%^об до 0,037%^об.  Для человека безопасно 0,500%.

Все живое на планете Земля –  это мощная буферная система, потребляющая углекислоту. Скорость фотосинтеза прямо пропорциональна концентрации этого газа в атмосфере. До возникновения жизни, на Земле не было ни одного атома кислорода. Зеленые клетки снизили содержание СО₂ на Земле с 800% до 0,033% по отношению к сегодняшней атмосфере. Невозможно поверить, что такой поглотитель углекислоты испугается сотых долей процентов. Баланс может немного сдвинуться, но не так, как пугают нас Трофимы Денисовичи. У них и Каспий высох из-за Шевченковского реактора.

Восьмое утверждение

8 Быстрый реактор может работать  только в цикле с пирохимическими  (безводными) технологиями переработки  топлива.

Может сначала показаться, что напрасно отвергаются хорошо проверенные  водные технологии, ведь в 40-60-е годы ежедневно тонны облученного урана перерабатывались в плутоний. Причем, выдержка урана была 2-6 месяцев. Несмотря на кипящие растворы и большое количество гремучей смеси плутоний получали, практически без потерь.

Так почему же нельзя использовать водные технологии сейчас?

Не в одной радиационной опасности дело. Кроме тепловыделения и радиационного повреждения реагентов, вызванного радиационным распадом, существует ядерная опасность. При создании критических условий происходит СЦР.

Самоподдерживающаяся цепная реакция, точнее угроза СЦР, сильно влияет на размер оборудования. Проектирование аппаратов для радиохимической переработки топлива может проводить только небольшое количество организаций.

До сегодняшнего дня все используемые аппараты рассчитаны на отработанно  топливо водных реакторов, в котором практически нет изотопов с малыми критическими массами. Четные и нечетные ядра (по числу нейтронов) отличаются по критическим массам в 50-500 раз, в зависимости от элемента. Особая проблема содержится в америции – в тепловом америции критическая масса больше чем в быстром америции в 700 раз. Следовательно, при фракционировании топлива быстрых реакторов ядерная безопасность выйдет на первое место. Предварительные расчеты показывают, что безопасная масса быстрого америция составит 20-30 грамм, а безопасное количество ОЯТ БР в водных растворах составит 100-150 г.