V Rusku probíhají práce na vytvoření revolučního jaderného reaktoru patřícího do čtvrté generace. Řeč je o BREST reaktoru, na kterém v současné době pracují podniky, které jsou součástí státní korporace Rosatom. Tento slibný reaktor se staví v rámci projektu Breakthrough. BREST je projekt rychlých neutronových reaktorů s olovnatým chladivem, dvouokruhovým přenosem tepla do turbíny a nadkritickými parametry páry. Projekt je u nás vyvíjen od konce 80. let minulého století. Hlavním vývojářem tohoto reaktoru je NIKIET pojmenovaný po N. A. Dollezhalovi (Výzkumný a konstrukční ústav energetiky).
Jaderné elektrárny dnes dodávají Rusku 18% elektřiny, kterou vyrábí. Jaderná energie je v evropské části naší země velmi důležitá, zejména na severozápadě, kde tvoří 42% výroby elektřiny. V současné době v Rusku funguje 10 jaderných elektráren, které provozují 34 energetických bloků. Většina z nich používá jako palivo nízko obohacený uran s obsahem izotopu uranu-235 na úrovni 2-5%. Palivo v jaderné elektrárně přitom není zcela spotřebováno, což vede ke vzniku radioaktivního odpadu.
Rusko již nashromáždilo 18 tisíc tun použitého uranu a každý rok se toto číslo zvyšuje o 670 tun. Celkově je na světě 345 tisíc tun tohoto odpadu, z toho 110 tisíc tun je ve Spojených státech. Problém se zpracováním těchto odpadů by mohl vyřešit nový typ reaktoru, který by pracoval v uzavřeném cyklu. Vytvoření takového reaktoru by pomohlo vyrovnat se s únikem vojenské jaderné technologie. Takové reaktory by mohly být bezpečně dodávány do všech zemí na světě, protože v zásadě by na nich nebylo možné získat suroviny nezbytné pro výrobu jaderných zbraní. Jejich hlavní výhodou by ale byla bezpečnost. Takové reaktory bylo možné spustit i na staré, vyhořelé jaderné palivo. Podle A. Kryukova, doktora fyzikálních a matematických věd, nám i poměrně hrubé výpočty říkají, že zásoby vyhořelého uranu nashromážděné za 60 let provozu jaderného průmyslu budou stačit na několik set let výroby energie.
Reaktory BREST jsou v tomto směru revolučním projektem. Tento reaktor dobře zapadá do kontextu projevu Vladimira Putina na summitu tisíciletí v OSN v září 2000. Ruský prezident v rámci své zprávy slíbil světu novou jadernou energii: bezpečnou, čistou, bez použití zbraní. Od této prezentace dosáhly práce na implementaci projektu Breakthrough a vytvoření BREST reaktoru významného pokroku.
Celkový pohled na reaktor BREST-300
Původně byl navržen blok BREST, který by poskytoval pohonnou jednotku o výkonu 300 MW, ale později se objevil projekt se zvýšenou kapacitou 1200 MW. Současně v tomto okamžiku vývojáři soustředili veškeré své úsilí na méně výkonný reaktor BREST-OD-300 (experimentální ukázka) v souvislosti s vývojem velkého množství nových konstrukčních řešení a plánů na jejich testování na relativně malém a levném implementačním projektu. Kromě toho je zvolený výkon 300 MW (elektrický) a 700 MW (tepelný) minimálním požadovaným výkonem pro dosažení poměru šlechtění paliva v jádru reaktoru rovnajícího se jednotě.
V současné době je projekt „Průlom“realizován v místě podnikání státní korporace „Rosatom“sibiřského chemického kombinátu (SCC) na území uzavřeného územního celku (ZATO) Seversk (oblast Tomsk). Tento projekt zahrnuje vývoj technologií pro uzavření jaderného palivového cyklu, o které bude v jaderné energetice v budoucnosti zájem. Realizace tohoto projektu v praxi zajišťuje vytvoření pilotního demonstračního energetického komplexu, který tvoří: BREST-OD-300-rychlý neutronový reaktor s olovnatým chladivem z tekutého kovu se stacionárním palivovým cyklem jader a speciálním modulem pro výrobu / rekonstrukci paliva pro tento reaktor, jakož i modul pro přepracování vyhořelého paliva. Spuštění reaktoru BREST-OD-300 se plánuje na rok 2020.
Generálním projektantem pilotního demonstračního energetického komplexu je petrohradský VNIPIET. Reaktor staví společnost NIKIET (Moskva). Dříve bylo oznámeno, že vývoj BREST reaktoru se odhaduje na 17,7 miliardy rublů, výstavba modulu na přepracování vyhořelého jaderného paliva - 19,6 miliardy rublů, výrobní modul a spouštěcí komplex pro obnovu paliva - 26,6 miliardy rublů. Hlavním úkolem vznikajícího energetického komplexu by měl být vývoj technologie pro provoz nového reaktoru, výroba nového paliva a technologie pro přepracování vyhořelého jaderného paliva. Z tohoto důvodu bude rozhodnutí o spuštění reaktoru BREST-OD-300 v energetickém režimu za účelem výroby elektřiny učiněno až po dokončení všech výzkumných prací na projektu.
Staveniště energetického komplexu BREST-300 se nachází v oblasti radiochemického závodu sibiřského chemického kombajnu. Práce na tomto webu začaly v srpnu 2014. Podle Sergeje Tochilina, generálního ředitele SKhK, zde již bylo provedeno svislé vyrovnání s hloubením milionu metrů krychlových zeminy, položeny kabely, instalovány průmyslové vodovody a byly dokončeny další stavební práce. V současné době dodavatel „Java-Stroy“a subdodavatel Seversky „Spetsteplokhimmontazh“pokračují v komplexu prací souvisejících s přípravným obdobím. Dnes na staveništi pracuje 400 lidí, s nárůstem tempa prací v zařízení poroste počet stavitelů na 600–700 lidí. Státní investice do tohoto projektu se podle tiskové služby Sibiřského chemického kombinátu odhadují zhruba na 100 miliard rublů.
Experimentální ukázkový energetický komplex v největším u nás uzavřeném administrativním komplexu se staví po etapách. První, kdo postaví závod na výrobu nitridových paliv, má být uveden do provozu v letech 2017-2018. V budoucnu bude palivo vyrobené v tomto závodě putovat do experimentálního demonstračního reaktoru BREST-300, jehož stavba začne v roce 2016 a bude dokončena v roce 2020, bude to dokončení druhé etapy projektu. Třetí etapa prací počítá s výstavbou dalšího závodu na přepracování vyhořelého paliva. Průlomový projekt by měl být plně funkční do roku 2023. Díky realizaci tohoto ambiciózního projektu by se ve městě Seversk mělo objevit zhruba 1,5 tisíce nových pracovních míst. Na stavbě instalace BREST-300 se bude přímo podílet 6–8 tisíc pracovníků.
Jak řekl vedoucí projektu reaktoru BREST-300 Andrei Nikolaev, experimentální demonstrační energetický komplex ve městě Seversk bude zahrnovat reaktorovou elektrárnu BREST-OD-300 se stacionárním jaderným palivovým cyklem a také komplex pro výrobu „jaderné palivo budoucnosti“. Mluvíme o nitridovém palivu pro rychlé reaktory. Předpokládá se, že právě od tohoto typu paliva bude od 20. let 20. století fungovat celý jaderný energetický průmysl. Plánuje se, že experimentální reaktor BREST-300 se stane prvním rychlým neutronovým reaktorem na světě s těžkým chladivem z tekutých kovů. Podle projektu bude vyhořelé jaderné palivo v reaktoru BREST-300 přepracováno a poté znovu naloženo do reaktoru. Na počáteční naplnění reaktoru bude potřeba celkem 28 tun paliva. V současné době probíhá analýza vyhořelého jaderného paliva ze skladů sibiřského chemického kombajnu - je možné, že určité množství produktů s plutoniovým prvkem lze použít při výrobě paliva pro experimentální BREST reaktor.
Reaktor BREST-300 bude mít řadu významných výhod z hlediska provozní bezpečnosti oproti jakémukoli reaktoru, který dnes pracuje. Tento reaktor se bude moci sám vypnout v případě odchylky jakýchkoli parametrů. Rychlý neutronový reaktor navíc využívá palivo s nižším rozpětím reaktivity a rychlé akcelerace neutronů a následná možnost výbuchu jsou jednoduše vyloučeny. Olovo, na rozdíl od dnes používaného sodíku jako nosiče tepla, je pasivní a z hlediska chemické aktivity je olovo bezpečnější než sodík. Husté nitridové palivo snáší snáze teplotní podmínky a mechanické závady, je spolehlivější než oxidové palivo. Ani nejextrémnější sabotážní havárie se zničením vnějších překážek (víka plavidel, budovy reaktorů atd.) Nebudou schopna vést k radioaktivnímu úniku, který by vyžadoval evakuaci populace a následné dlouhodobé odcizení půdy, jako se to stalo během havárie v Černobylu v roce 1986.
Mezi výhody reaktoru BREST patří:
- bezpečnost přirozeného záření v případě všech druhů nehod z vnějších i vnitřních důvodů, včetně sabotáže, která nevyžaduje evakuaci populace;
- dlouhodobé (téměř časově neomezené) dodávky paliva díky efektivnímu využívání přírodního uranu;
-nešíření jaderných zbraní na planetě vyloučením výroby během provozu plutonia na úrovni zbraní a zavádění technologie na místě pro přepracování suchého paliva bez oddělení plutonia a uranu;
- ekologičnost výroby energie a následná likvidace odpadu v důsledku uzavřeného palivového cyklu s transmutací štěpných produktů s dlouhou životností, transmutací a spalováním aktinidů v reaktoru, čištěním radioaktivního odpadu z aktinidů, uchováváním a ukládáním radioaktivního odpadu, aniž by došlo k porušení přirozená radiační bilance;
- ekonomická konkurenceschopnost, které je dosahováno díky přirozené bezpečnosti jaderné elektrárny a technologii implementovaného palivového cyklu, napájení reaktoru pouze 238U, odmítnutí složitých technických bezpečnostních systémů, vysoké parametry vedení, které zajišťují dosažení nadkritických parametry okruhu parní turbíny a vysoká účinnost termodynamického cyklu, snížení stavebních nákladů.
Obraz projektu komplexu NEJLEPŠÍ. 1 - reaktor, 2 - turbínová místnost, 3 - modul přepracování SNF, 4 - modul na výrobu čerstvého paliva.
Kombinace mononitridového paliva, přírodních vlastností olovnatého chladiva, konstrukčních řešení jádra a chladicích okruhů, fyzikálních charakteristik rychlého reaktoru přináší reaktor BREST na kvalitativně novou úroveň přirozené bezpečnosti a umožňuje zajistit stabilitu bez aktivace prostředky nouzové ochrany při velmi těžkých haváriích, které jsou nepřekonatelné pro kterýkoli ze stávajících a projektovaných reaktorů na světě:
- samohybné dělo všech dostupných regulačních orgánů;
- odstavení (zaseknutí) všech čerpadel 1. okruhu reaktoru;
- odstavení (rušení) všech čerpadel 2. okruhu reaktoru;
- odtlakování budovy rektora;
- prasknutí trubek parního generátoru nebo potrubí sekundárního okruhu v jakékoli sekci;
- uložení různých nehod;
- Neomezený čas cooldown při úplném vypnutí.
Průlomový projekt, který Rosatom realizuje, je zaměřen na vytvoření nové technologické platformy pro ruský jaderný průmysl s uzavřeným palivovým cyklem a řešení problému vyhořelého jaderného paliva a radioaktivního odpadu (RW). Výsledkem realizace tohoto ambiciózního projektu by mělo být vytvoření konkurenceschopného produktu, který poskytne ruským technologiím vedoucí postavení ve světovém jaderném energetickém průmyslu a obecně v globálním energetickém systému na dalších 30–50 let.
