Los reactores de neutrones rápidos son un desarrollo único de los científicos rusos y el futuro de toda la industria de la energía nuclear.

El átomo pacífico es uno de los pilares de la energía mundial, sin el cual la sociedad moderna es simplemente imposible. A pesar de todas las ventajas de las centrales nucleares existentes, el principal defecto fue y sigue siendo la eliminación del combustible nuclear gastado.

Parece que este problema también se resolverá, gracias al desarrollo único ruso de un ciclo de combustible nuclear cerrado, cuya implementación es posible en reactores nucleares que utilizan neutrones rápidos.

¿Cuál es el problema de la energía nuclear moderna?

Entonces, el átomo pacífico ha estado sirviendo a la humanidad para generar electricidad en todo el mundo durante más de una docena de años. Pero hay un problema muy serio. No todo el uranio natural es adecuado como combustible para reactores nucleares.

El uranio-238 está muy extendido en la naturaleza (92 protones, 146 neutrones) y su participación en las reservas mundiales es del 99,3% del uranio total de la Tierra. Pero simplemente no es adecuado para reactores nucleares como combustible.

Solo el 0,7% restante del suministro mundial en forma de uranio 235 (92 protones, 143 neutrones) puede servir como combustible. Pero incluso esta parte restante del uranio no puede simplemente tomarse y cargarse en el reactor. Debe enriquecerse previamente y la proporción de uranio-235 en la masa total de uranio-238 aumentará unas 700 veces.

Resulta que, a pesar de las enormes reservas mundiales, el uranio que es realmente adecuado para combustible será suficiente, según cálculos promedio, solo para 50 años.

No todo es tan sombrío como parece a primera vista. El uranio-238 todavía se puede adaptar para reactores nucleares. Es cierto que para esto es necesario convertir el uranio-238 en plutonio-239, y este proceso solo es posible cuando se expone a neutrones rápidos.

Resulta que esta transformación no es fácil. Después de todo, la mayoría de los reactores modernos funcionan con neutrones "lentos", que se ralentizan deliberadamente, ya que el uranio-235 "no quiere comunicarse" con neutrones rápidos. Pero el uranio-238, por el contrario, no participa en el proceso de transformación de los neutrones lentos.

No es económicamente viable llevar a cabo la transformación del uranio-238 en plutonio-239 por separado. Es mucho más eficiente utilizar para esto los llamados neutrones extra, que se forman durante la reacción de desintegración. Por lo tanto, en los reactores modernos, se eliminan especialmente mediante absorbentes.

Así que necesitamos combinar el uranio-238 "basura" y el uranio-235 "correcto" en un solo lugar: un reactor atómico. Y entonces será posible generar electricidad y transformar específicamente el uranio-238 "innecesario" en un nuevo combustible nuclear para reactores. Pero un requisito previo para esto es el hecho de que (el reactor) debe operar con neutrones rápidos.

Pero crear un reactor de neutrones tan rápido que funcione realmente resultó ser un gran problema para muchos ingenieros. Y solo los ingenieros-científicos rusos hicieron frente a la tarea.

Reactores de neutrones rápidos, cuál es su característica

Entonces, necesitamos un reactor que funcione con uranio-235 y, al mismo tiempo, debemos hacerlo funcionar con neutrones rápidos. Para que esto sea posible, es necesario aumentar significativamente la densidad del flujo de neutrones (para que el uranio-235 esté más dispuesto a interactuar con los neutrones rápidos).

Esto significa que tendrá que utilizarse un combustible más enriquecido, mientras que el régimen de temperatura y los flujos de neutrones serán mucho más duros, se necesitarán materiales más estables.

Además, se deben evitar los materiales que ralentizarán los neutrones. Es decir, la versión clásica, el agua, no es adecuada en este caso, ya que ralentiza perfectamente los neutrones.

Es por eso que el mercurio se utilizó como refrigerante en las primeras etapas del desarrollo de reactores rápidos, pero esta opción se abandonó rápidamente debido a la alta toxicidad del metal.

En las siguientes etapas de los experimentos, probaron metales como el plomo, el bismuto y el sodio.

Se descubrió que los materiales más prometedores eran el sodio y el plomo. Y en la primera etapa, los ingenieros soviéticos lograron "domesticar" el sodio.

El primer reactor comercial de neutrones rápidos totalmente operativo fue el reactor soviético BN-600. Y ya en 2015, Rosatom lanzó el reactor BN-800 (sodio). Este es un reactor único en su tipo, que ya está adaptado para operar con combustible de plutonio con un ciclo de reproducción completamente cerrado.

¿Cuál es la ventaja de los reactores rápidos?

Los cálculos preliminares muestran que gracias a esta tecnología, el porcentaje de combustible nuclear apto para reactores aumenta drásticamente de un modesto 0,7% a 30%.

En consecuencia, las reservas efectivas de combustible aumentarán aproximadamente 43 veces, lo que significa que deberían ser suficientes no para unos 50 años, sino para más de dos milenios. Creo que hay una diferencia incluso con un cálculo muy aproximado.

Además, esos reactores son capaces de funcionar plenamente con combustible nuclear gastado desde "lentos" reactores, que promete una solución al mayor dolor de cabeza de los ambientalistas: cómo deshacerse de la energía nuclear gastada. combustible.

Además, estos reactores son mucho más seguros. Después de todo, usan sodio en lugar de agua caliente a alta presión. El sodio se vuelve líquido a 100 grados Celsius y llega a la etapa de ebullición solo a 900 grados.

Recordemos cómo funciona el sistema de refrigeración en reactores nucleares "convencionales". Allí, el agua a una presión enorme actúa como refrigerante. Obviamente, la alta presión es un alto riesgo de despresurización y accidente.

No existen tales problemas con el sodio. Dado que el punto de ebullición es alto, se puede mantener a presión normal, lo que significa que no hay posibilidad de que se produzca una ruptura o un accidente.

Incluso en el caso de una situación anormal, la reactividad del sodio también jugará a favor de la seguridad. Al interactuar con el oxígeno y el vapor de humedad en la atmósfera, el sodio se unirá a sustancias químicas persistentes. compuestos que permanecerán en el territorio de la estación y no se esparcirán por el distrito, propagando radioactivos contaminación.

Rusia está por delante del resto

A pesar de los numerosos intentos de varios países, solo Rusia, y en particular Rosatom, tiene una versión comercial completa de un reactor de neutrones rápidos.

De hecho, incluso los franceses (con su prometedor desarrollo del "reactor Phoenix") no lograron hacer frente al problema del funcionamiento periódico de los sistemas de protección y detuvieron el proyecto en 2010.

Los japoneses también probaron su propia versión, el reactor Monju, pero después de una serie de accidentes decidieron desmontarlo.

Los indios también querían crear su propio reactor de neutrones rápidos, pero no pasó nada.

En Rusia, la tecnología se está desarrollando sin problemas y ya se está trabajando en el proyecto del reactor rápido BN-1200, en el que se utiliza plomo fundido como refrigerante. Según el plan, estará en pleno funcionamiento para 2030.

Resulta que Rusia es el único país que realmente puede producir energía nuclear. eficiente y verdaderamente seguro gracias a un diseño único: un reactor de neutrones rápidos.