Будущее ядерной энергетики рождается в России
Представьте, что дрова, которые вы сожгли в печи, превращаются не в золу, а в новые дрова. Примерно так работает ядерный реактор на быстрых нейтронах. На выходе он дает новое топливо, которое можно снова пустить в дело. Когда-нибудь подобные реакторы спасут человечество от энергетического голода. Новый российский реактор «БРЕСТ-300» как раз такой. О том, как устроены реакторы на быстрых нейтронах, «Популярной механике» рассказали специалисты ГК «Росатом».
Пуск ядерного реактора нового поколения – это большое событие: они обновляются не чаще поколений истребителей и так же, как боевые самолеты, разительно отличаются от предшественников. Но пуск реактора нового, четвертого, поколения «БРЕСТ-300» – это больше чем обновление технологии. Этот реактор должен показать, что мирный атом может избавить Землю от проблем, связанных с хранением отработавшего ядерного топлива – и, когда придет срок, заменить углеводороды.
Лучший источник энергии
Наши основные источники энергии – нефть, газ и уголь – когда-нибудь закончатся. Эксперты спорят о том, когда это произойдет, но в том, что это рано или поздно случится, не сомневается никто. Когда последние кубометры природного газа достанут со дна океана, а нефть – из глубоких пластов породы, придется волей-неволей переходить на другие источники. А их понадобится много: по оценке МАГАТЭ, каждый год на протяжении последних десяти лет человечество потребляло на 1,5% больше энергии, чем в прошлый год.
Чем можно заменить углеводороды? Возобновляемые источники энергии – отличное решение, но не универсальное: солнце светит не всем частям планеты одинаково, ветер тоже дует не везде и не всегда. Солнечная и ветряная энергия, вместе взятые, способны удовлетворить не больше 40% спроса. Поэтому, как ни крути, людям придется полагаться на ядерную и термоядерную энергию. Получить от термоядерного реактора больше энергии, чем на него затрачено, ученые пока не смогли. Возможно, это удастся сделать на международной установке ITER во Франции – но пока она только строится, поэтому обозримое будущее все-таки остается за традиционной ядерной энергетикой, основанной на реакциях деления ядер.
Однако, чтобы заменить углеводороды, мирный атом должен быть переведен на новые рельсы. Если продолжить использовать уран так, как это делает подавляющее большинство атомных электростанций мира, разведанные запасы этого металла будут довольно быстро исчерпаны. «Оптимизировать» их можно с помощью новых технологий. В России такие технологии есть: это ядерные реакторы на быстрых нейтронах.
Нейтроны быстрые и медленные
Большая часть ядерных реакторов сегодня – это реакторы на медленных, или тепловых, нейтронах. Они работают на уране-235, который редко встречается в природе: от обычной урановой руды этот изотоп составляет всего 0,07%. Остальные 99,93% – это уран-238, который для топлива реакторов на медленных нейтронах не годится.
Здесь стоит пояснить, почему нейтроны в реакторе медленные: их замедляет вода, которую в тепловых реакторах используют в качестве теплоносителя. Пролетая сквозь воду, нейтроны теряют в энергии и в таком состоянии способны вызывать деление только ядер урана-235, в то время как изотоп 238 остается бесполезным балластом. Без замедления водой нейтроны поглощаются ядрами урана-238, которые в результате превращаются в нестабильные ядра плутония – а их можно использовать в качестве топлива. Поэтому для реактора на быстрых нейтронах те самые 99% урановой руды, которые составляет уран-238 – не бесполезный балласт, а основа для наработки нового топлива.