Станция получается значительно проще по конструкции, чем обычная АЭС, и за счёт этого дешевле. В ней используется авиационная газовая турбина, как рассчитанная на высокие температуры, и прямотрубные теплообменники с пластинчатым оребрением. Нет никаких промежуточных межфазных переходов теплоносителя, из пара в воду, на которых теряется тепло и снижается коэффициент полезного действия. Гелий разогревается до 850 градусов, при этом в активной зоне нет металлических деталей, то есть, плавиться там нечему. Вся установка полностью располагается под землёй, всё капсулировано. При этом даже отказ системы управления не ведёт к расплавлению топлива. Всё автоматически затухает и медленно остывает за счёт рассеивания тепла в грунт, окружающий станцию.
Никита Сергеевич озабоченно почесал нос:
– Товарищи, я не специалист, конечно, но вы ранее сами упоминали в разговорах, что графит при облучении и высокой температуре ещё и распухает со временем? А тут вы собираетесь в реакторе какие-то шарики катать? А ну как графит у вас распухнет, канал сузится, и застрянет ваш шарик внутри реактора? Оно, конечно, может, и не ё#нет, раз воды нет, но и работоспособность дорогостоящей установки нарушится. А как её под землёй чинить?
Вы поймите, я не против важных научных экспериментов. Я вам специально мои дилетантские сомнения высказываю, потому что сталкивался уже с ситуациями, когда разработчики углубляются в решение узкоспециальных проблем, и не замечают других трудностей, которые им кажутся несущественными именно потому, что «лежат на поверхности».
– Тут, Никита Сергеич, есть объективная трудность, – пояснил Александров. – Дешёвых и доступных материалов – замедлителей нейтронов не так много, я бы сказал – раз-два и обчёлся. В прямом смысле раз-два. Графит и вода. Лёгкая или тяжёлая. Всё остальное сильно дороже. Тут или на быстрые нейтроны переходить, но это – совсем другое, более дорогое топливо высокого обогащения, или графит, без вариантов.
– Понимаю. Эксперимент, безусловно, провести надо, это вы правильную работу затеяли, – одобрил Первый секретарь. – Но вот строительство полноразмерного реактора, да ещё и на космодроме, как мне представляется, надо затевать тогда, когда основные проблемы будут решены, и будет полная уверенность, что установка проработает достаточно долго, чтобы окупить расходы. А для получения водорода что нужно?
– Нужен будет трубопровод от Каспия, для подачи воды, – ответил Лейпунский. – Сейчас на опытном образце проводятся плановые эксперименты для изучения особенностей его конструкции и поведения под нагрузкой. Также необходимо отработать критически важную технологию изготовления электромагнитных подшипников для компрессора турбины, это поможет значительно продлить срок её эксплуатации. Технология совершенно новая, непростая, и востребованная также для гироскопов.
– Вот это правильно, – похвалил Никита Сергеевич. – Сразу думаете о всех возможных применениях.
– Именно так, – подтвердил Лейпунский. – В этой работе ещё одно важно – постепенно поднимая температуру газового теплоносителя, теоретически можно выйти на температуры плавления некоторых металлов. Я не говорю, что это будет просто, так как всё упирается в высокотемпературные конструкционные материалы для самого реактора и ТВЭЛов, но в принципе, если в активную зону не поступает кислород, то графит вполне будет держать такие температуры.
– Это вы к чему ведёте? – недоверчиво осведомился Никита Сергеевич.
– К тому, что в некоторых отдельных случаях такой реактор может даже использоваться в металлургии, – пояснил академик. – Я не имею в виду, что мы в ближайшие годы сможем перевести всю металлургию на атомную энергетику, но в перспективе, возможно, какая-то её часть могла бы использовать в качестве высокотемпературного источника энергии не кокс или электричество, а непосредственно поток горячего гелия из реактора.
Сейчас у нас вокруг металлургических заводов располагаются обширные отравленные зоны, где даже растительность погибла. Это – результат выбросов газа из доменных печей и труб. При этом при сгорании угля в атмосферу выбрасывается значительно больше радиоактивных изотопов, чем при нормальной работе обычной АЭС.
И посмотрите, для сравнения, на окрестности любой атомной станции. Абсолютно нормальная природа, трава, деревья, в пруде-охладителе ценную промысловую рыбу разводят...
– Вот теперь понимаю! – широко улыбнулся Никита Сергеевич. – Понятно, что вы в этом вопросе только в самом начале пути, так?
– Именно, – согласился Лейпунский. – Там ещё пилить и пилить, но если удастся добиться результата, то оно того стоит. 1 тонна обогащенного урана по тепловыделяющей способности равна 1350 тыс. тонн нефти или природного газа. Если процесс деления идет на быстрых нейтронах, следовательно, реакция захватывает основной изотоп урана-238, то исходя из соотношения теплотворных способностей и цен на уголь и уран, стоимость калории из основного изотопа урана оказывается примерно в 4000 раз дешевле, чем из угля. Это, конечно, если процессы «сжигания» и теплосъема не окажутся в случае урана значительно дороже, чем в случае угля. В случае медленных нейтронов стоимость «урановой» калории, если исходить из вышеприведенных цифр, будет, учитывая заметно меньшую распространенность изотопа урана-235, уже лишь в 30 раз дешевле «угольной» калории при прочих равных условиях, но это всё равно выгодно, учитывая значительно меньшее загрязнение окружающей среды, чем при сжигании угля или нефти. Конечно, если на АЭС не происходит аварий.
(источник – http://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/432441/Uran_fakty_i_faktiki)
– Да, но в результате работы АЭС образуется очень много радиоактивных отходов, – возразил Хрущёв. – Хранить их дорого и опасно, перерабатывать – ещё дороже и ещё опаснее.
– Здесь, Никита Сергеич, многое будет зависеть от того, какой будет выбран основной топливный цикл, – ответил академик Доллежаль. – Для реактора мощностью 1000 мегаватт, работающего с нагрузкой в 80 процентов, и вырабатывающего 7000 гигаватт-часов в год, в течение года требуется 20 тонн уранового топлива с содержанием 3,5 процента урана-235, который получают после обогащения примерно 153 тонн природного урана.
При этом для выработки энергии используется только 1 процент урана, 3 процента переходит в высокоактивные отходы, подлежащие захоронению в любом случае. Небольшая часть, менее процента, преобразуется в плутоний и другие актиноиды, теплоту и газообразные продукты распада. Около 96 процентов урана-238 остаётся в отработанном ядерном топливе.
В случае открытого топливного цикла, который у нас используется сейчас, всё это топливо считается отходами и после периода выдержки идёт на захоронение.
Его можно перерабатывать, так как в нём, например, содержится около 1 процента высококачественного плутония. Один процент от 20 тонн, это, как вы понимаете, 200 килограммов, то есть от 20 до 38 ядерных боеприпасов, в зависимости от конструкции, если считать чисто по критической массе. Либо его можно смешивать с обеднённым ураном, получая МОКС-топливо, и использовать затем в реакторах-размножителях.
Восстановленный уран может возвращаться на дополнительное обогащение, или поставляться в виде свежего топлива для действующих реакторов. Это получается так называемый закрытый топливный цикл. Он является эффективной системой максимального использования урана без его дополнительной добычи на рудниках. По энергетике экономия составляет примерно 30 процентов.
При этом количество отходов, подлежащих захоронению, снижается примерно до 3-4 процентов от общей массы находящегося в обращении урана, тогда как при открытом цикле в отходы уходит 96 процентов урана.
– Вас, Николай Петрович, послушать, так у закрытого цикла одни только плюсы, и никаких минусов? Что-то не верится, – проворчал Никита Сергеевич.
– Минусы есть, и существенные, – ответил академик Александров. – Закрытый топливный цикл – дорогое удовольствие. При открытом цикле отсутствует основной источник загрязнения окружающей среды радионуклидами – радиохимический завод. Радиоактивные вещества постоянно находятся в твёрдом состоянии в герметичной упаковке (в ОТВС), не происходит их «размазывание» по огромным площадям в виде растворов, газов при «штатных» и нештатных выбросах.