НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПЛАТФОРМА ДЛЯ КРУПНОМАСШТАБНОЙ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Проектное направление “ПРОРЫВ”

Е.О. АДАМОВ, В.А.ПЕРШУКОВ

Вводная лекция для каф. 89 МИФИ «Технология ЗЯТЦ»

Содержание

2

2

​

1. Необходимость НТП ЯЭ

2. Техническая безопасность

3. Экологическая безопасность

4. Политическая нейтральность

5. Устойчивое топливообеспечение

6. Конкурентоспособность

7. Научно-технический задел

8. Основные результаты ПН “ПРОРЫВ”

9. Основные задачи ПН “ПРОРЫВ” до 2035 г.

Выводы

3

3

1

НЕОБХОДИМОСТЬ

НОВОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПЛАТФОРМЫ

ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Современная ЯЭ

4

Годовые потоки ядерных материалов

в открытом топливном цикле ТР 1ГВт (э)

Современная мировая ЯЭ - тепловые реакторы (ТР) с урановым топливом в режиме ОЯТЦ

Первичным сырьё для топлива ТР - природный уран, содержащий 0.7% делящегося изотопа (U-235)

ЯТ делается из обогащенного урана, содержащего до 4-5% U-235.

В ОЯТЦ отходами ЯЭ являются ОЯТ и отвалы обогатительного производства - обедненный уран.

5

5

Технологическая база ЯЭ на основе LWR достаточна для прогнозируемых (до 2050 г.) масштабов строительства АЭС.

Однако потенциал её в решении долгосрочных энергетических проблем ограничен из-за

Пределы роста ЯЭ на �«старой» технологической платформе

несоответствия уровня технической безопасности

основному требованию к крупномасштабной ЯЭ –

исключению аварий, требующих эвакуации населения

​

Три Майл Айлэнд – 1979 г.

Чернобыль – 1986 г.

Фукусима – 2011 г.

СИСТЕМНЫЕ ПРОБЛЕМЫ �“старой” технологической платформы ЯЭ

1. Низкая эффективность использования добываемого природного урана.

6

2. Отсутствие экологически приемлемого обращения с ДВАО (младшие актиноиды и др);

3. Риск переключения ДМ, обращающихся в ЯТЦ, на военные или террористические цели

Относительный энергетический потенциал природных ресурсов мира (для органического топлива: данные BP на конец 2008 г., для урана - 235: RAR 3,3 млн.т - IAEA - TECDOC-1629, 2009)

7

Барьеры на пути развития глобальной ЯЭ

Глобальная ЯЭ в последние 30 лет находится в кризисном состоянии. Максимальная доля АЭС в выработке глобальной электроэнергии в 18% была достигнута в начале 90-х. На сегодня она снизилась до 10,7 %. Прогнозы признанных энергетических организаций, указывают на вероятность дальнейшего снижения этой доли до уровня однозначных цифр.

Ввод новых блоков АЭС за 10 последних лет примерно равен выводу из эксплуатации и уступает по масштабам вводу мощностей альтернативной энергетики

Основным барьером на пути развития современной ЯЭ, является проблема конкурентоспособности, которая упирается в проблему безопасности

Попытки решить проблему безопасности путём создания дополнительных активных средств защиты привели к снижению конкурентоспособности ЯЭ в сравнении с органической энергетикой.

ЗАДАЧИ НТП

8

1. Техническая безопасность ЯЭ: исключение аварий, требующих эвакуации населения может открыть возможность крупномасштабного развития ядерной энергетики

​

• Экологическая безопасность ЯТЦ: решение проблем обращения с ДВАО (МА и др.) и накопления ОЯТ может снять ограничение, связанное с общественной приемлемостью ЯЭ

​

3. Политическая нейтральность ЯТЦ: технологическая поддержка режима нераспространения может снять ограничение, связанное с политической приемлемостью ЯЭ

​

4. Устойчивое топливообеспечение ЯЭ: ЗЯТЦ может стать основой долговременной обеспеченности ЯЭ (на тысячи лет) топливными сырьевыми ресурсами

​

5. Конкурентоспособность ЯЭ

“СТРАТЕГИЯ-2000”

9

Требования, нацеленные на преодоление проблем современной ЯЭ в областях безопасности, сырьевой базы, ядерных отходов, нераспространения и экономичности, впервые были выработаны в России в конце ХХ века и представлены в одобренной Правительством страны «Стратегии развития атомной энергетики России в первой половине XXI века» («Стратегия-2000 г.»):

10

ЗЯТЦ с БР - основа крупномасштабной ЯЭ

В рамках организованного в начале века крупнейшего международного форума GENERATION-IV страны-разработчики ядерных технологий выработали требования к реакторам нового 4-го поколения. Среди шести технологий, выбранных для совместного развития, четыре - это различные технологии БР и ЗЯТЦ.

​

В рамках другого крупнейшего международного проекта МАГАТЭ ИНПРО, были сформулированы требования пользователей к инновационным ЯЭ системам, удовлетворяющим принципам устойчивого развития. Исследования ИНПРО также подтвердили важность развития технологий БР и ЗЯТЦ в особенности для стран с большим парком АЭС или планирующих масштабное развитие ЯЭ. В то же время многие страны с малым парком АЭС предпочтение отдают ТР поколения 3+.

​

​

​

​

11

Особенности программ развития БР и ЗЯТЦ в энергодефицитных странах

​

Для интенсивно развивающихся экономик Индии и Китая, имеющих небольшой парк АЭС и планирующих масштабное развитие ЯЭ с достижением уровня сотни ГВт(Э) к середине 21 века, основная цель развития технологий ЗЯТЦ с БР – это решение сырьевой проблемы ЯЭ.

Решение это предполагается достичь поэтапно:

​

• Ускоренное освоение и коммерциализация в период до 2030 года продемонстрированных в мире технологий БН, МОХ топлива и водной переработки ОЯТ, обеспечивающих на первом этапе умеренные темпы воспроизводства делящихся материалов (КВ=1.2) для ввода ограниченного числа АЭС с БН.

​

2. Разработка, демонстрация и переход в будущем в БН на металлическое топливо и сухие методы переработки ОЯТ для ускорения темпов воспроизводства делящихся материалов (КВ=1.5), необходимых для обеспечения масштабного ввода новых АЭС с БН.

​

​

12

Особенности программ развития БР и ЗЯТЦ в энергонасыщенных странах

США, Респ. Корея. Умеренный рост ЯЭ. Основная проблема накопленные ОЯТ. Основная цель развития БР и ЗЯТЦ -разработка модульных БН на металлическом топливе с КВ <1 и ПЯТЦ, для выжигания в будущем (после 2040 г.) ядерных материалов из ОЯТ ТР.

Франция, Япония. Отсутствие роста мощностей ЯЭ. Основная задача разработка безопасных БР для замены в будущем после 2040 г. парка ТР и утилизации ОЯТ МОКС ТР. Разрабатываются БН с КВ=1 на усов. МОКС топливе с усов. водной переработкой ОЯТ. Концептуальные исследования по выжиганию МА - ЖСР, АДС, БР с газовым теплоносителем.

ЕС. Противоречивая ситуация в разных странах. Основной акцент на проблеме ОЯТ и безопасности. Концептуальные исследования по выжиганию МА, АДС, БР с тяжелым теплоносителем, БР с газовым теплоносителем КВ=1.

​

13

Особенности программы развития ЗЯТЦ с БР в России

1. 2000 г. - СТРАТЕГИЯ РАЗВИТИЯ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ РОССИИ В ПЕРВОЙ ПОЛОВИНЕ XXI ВЕКА

2. 2010 г. - ФЦП «Ядерные энерготехнологии нового поколения на период 2010 - 2015 годов и на перспективу до 2020 года»

3. 2012 г. – ПРОЕКТНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ “ПРОРЫВ” (в рамках ФЦП)

4. 2018 г. - СТРАТЕГИЯ РАЗВИТИЯ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ РОССИИ ДО 2050 ГОДА И ПЕРСПЕКТИВЫ НА ПЕРИОД ДО 2100 ГОДА

14

14

Основания для разработки НТП в России

​

​

• Стратегия развития атомной энергетики России в первой половине ХХI века, одобрена Правительством РФ 25 мая 2000 г.
• Энергетическая стратегия России на период до 2030 г., утверждена распоряжением Правительства РФ от 13 ноября 2009 г. №1715-р
• Федеральная целевая программа «Ядерные энерготехнологии нового поколения на период 2010-2015 годов и на перспективу до 2020 года», утверждена постановлением Правительства РФ от 03 февраля 2010 г. №50
• Техническое задание на разработку и внедрение технологий ядерной энергетики естественной безопасности на основе реакторов на быстрых нейтронах и замкнутого ядерного топливного цикла (проектное направление «Прорыв»). Утверждено ГД “Росатом” Кириенко С.В. в июне 2015 г.

15

ФЦП «Ядерные энерготехнологии нового поколения» и проект “ПРОРЫВ”

Свинцово-висмутовый 13,2(3,7)

Плотное топливо 18,2 (13,9)

МОХ- топливо 8,8 (6,4)

Сухая переработка�ОЯТ 9 (9)

Окончательное удаление РАО 1 (1)

Линейка �быстрых реакторов

Технологии�топливного цикла

Многоцелевой быстрый реактор 16,4 (14,8)

Большие физические стенды 1,6 (1,6)

Продление БОР-60 �0,6 (0,6)

Экспер. база УТС �7,7 (7,7)

Ускорительная база, в т.ч. У-70 1,4 (1,4)

Байкал �3,5(3,5)

Преобразование энергии 1,2 (1,2)

Детекторы 1 (1)

НИОКР по �термояду 2,8 (2,8)

Упрочнение поверхности 1 (1)

Базы данных �2,8 (2,8)

Расчетные коды 3,9(3,9)

Материаловедение 3 (3)

Исследовательская база в России

Обеспечивающий НИОКР

ИТЭР

ФАИР

Термоядерный �синтез

Новый тип энергоблоков АЭС

Фундаментальная �наука

Общий объем финансирования на 2010 - 2020 годы – 128,2 млрд.руб.

НТП: ЗЯТЦ c БЫСТРЫМИ РЕАКТОРАМИ

16

Годовые потоки ядерных материалов

в замкнутом ядерном топливном цикле БР 1ГВт (э)

Оптимальным топливом БР является смесь природного U-238 и плутония (Pu). Физика БР такова, что в процессе деления Pu в реакторе параллельно в результате захвата избыточных нейтронов ядрами природного урана-238 в топливе накапливается новый Pu в количестве, равном или превышающем сгоревший первоначальный Pu.

Переработка ОЯТ и возврат накопленного Pu и невыгоревшего урана в топливный цикл БР позволяет до 100 раз сократить потребность в природном уране и в 10 раз массу тяжелых ядер в высокоактивных отходах (ВАО).

17

17

2

ТЕХНИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

НОВОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПЛАТФОРМЫ

ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

18

18

ТЕХНИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ НТП

ЦЕЛЬ

​

​

ИСКЛЮЧИТЬ АВАРИИ

​

на АЭС и других предприятиях ЯТЦ,

​

ТРЕБУЮЩИЕ ЭВАКУАЦИИ НАСЕЛЕНИЯ

​

​

19

19

ТЕХНИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ НТП

ПУТИ РЕАЛИЗАЦИИ ЦЕЛИ

• Исключить реактивностные аварии (разгон на мгновенных нейтронах), которые могут привести к необходимости эвакуации населения

​

• Исключить аварии с потерей теплоотвода, которые могут привести к необходимости эвакуации населения

​

• Исключить пожары и взрывы на АЭС, которые могут привести к необходимости эвакуации населения

20

ТЕХНИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ НТП -

исключить реактивностные аварии

СРЕДСТВА РЕАЛИЗАЦИИ ЦЕЛИ

​

Исключить разгон на мгновенных нейтронах путём уменьшения запаса реактивности за счёт:

​

• плотного топлива для АЗ с нулевым запасом реактивности на выгорание (равновесный состав ЯТ)

​

• малого полного отрицательного температурного эффекта реактивности (1-3%)

​

А также путём использования пассивных органов аварийной защиты на основе температурного принципа действия

21

ТЕХНИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ НТП - исключить тяжёлые аварии с потерей теплоотвода

СРЕДСТВА РЕАЛИЗАЦИИ ЦЕЛИ

• Воздушный теплообменник РУ

​

• Естественная циркуляция теплоносителя с отводом тепла через воздушный теплообменник РУ

​

• Уменьшение гидравлического сопротивления АЗ для увеличения естественной циркуляции теплоносителя

​

• Использование перепада уровней теплоносителя для сохранения принудительного расхода (например, при обесточивании)

22

22

ТЕХНИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ НТП исключить пожары и взрывы, которые могут привести к эвакуации населения

СРЕДСТВА РЕАЛИЗАЦИИ ЦЕЛИ

Пожары и взрывы на РУ с выбросом радиоактивности должны быть исключены либо за счет физических и химических свойств теплоносителя и конструкционных материалов, не вступающих во взрыво- или пожароопасное взаимодействие с окружающей средой (водой и воздухом) с выделением водорода, либо за счет глубоко эшелонированной защиты, обеспечиваемой проектными конструктивными решениями

​

23

23

3

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

НОВОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПЛАТФОРМЫ

ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

24

24

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ НТП

ЦЕЛЬ

​

​

ОБЩЕСТВЕННО - ПРИЕМЛЕМОЕ

​

ОБРАЩЕНИЕ С ДВАО (МА и др.) и

​

ИСКЛЮЧЕНИЕ НАКОПЛЕНИЯ ОЯТ

​

​

​

25

25

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ НТП

ПУТИ РЕАЛИЗАЦИИ ЦЕЛИ

​

• Запрет на захоронение РАО, содержащих экологически значимые количества ДВАО

• Сократить количество хранящегося ОЯТ ТР и исключить накопление ОЯТ БР

​

• Изоляция РАО

26

26

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ НТП

​

СРЕДСТВА РЕАЛИЗАЦИИ ЦЕЛИ

​

• ПЕРЕРАБОТКА ОЯТ ТР и БР

​

​

• ТРАНСМУТАЦИЯ МА:
• в энергетических ядерных реакторах
• в специальных “дожигателях”

​

• ЗАХОРОНЕНИЕ РАО

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ НТП�переработка ОЯТ БР�технологии для переработки ОЯТ БР

Водно−экстракционная (гидрометаллургическая)

​

​

​

- радиационная поражаемость

экстрагента

​

- большое количество ТРО и НРО

Пироэлектрохимическая

​

​

​

- низкая очистка от продуктов

деления (Коч.≤100)

- низкая производительность

единичной технологической нитки

​

Н Е Д О С Т А Т К И

- длительность послереакторной

выдержки (до 3 лет )

- сложность операции

«растворение – осветление»

- «грязный» ЗЯТЦ

​

- удорожание рефабрикации топлива

Экологическая безопасность НТП трансмутация МА в БР

• Рециклирование Cm в топливе нецелесообразно, Cm лучше выделить и хранить до полного распада в плутоний
• Рециклирование Np в составе ЯТ приводит к несущественному ухудшению свойств топлива и вполне допустимо
• Схема рецикла Am требует тщательной оптимизации по технико-экономическим показателям. В варианте таблеточного топлива целесообразнее гетерогенное выжигание или выжигание в специализированном быстром реакторе.

28

Экологическая безопасность НТП захоронение РАО

Переработка ОЯТ БР для рецикла невыгоревшего урана и плутония открывает возможность решения проблемы отходов в ЯЭ путём выбора оптимальных подходов к обращению с различными компонентами ДВАО.

29

30

30

4

ПОЛИТИЧЕСКАЯ НЕЙТРАЛЬНОСТЬ

НОВОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПЛАТФОРМЫ

ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

31

31

ПОЛИТИЧЕСКАЯ НЕЙТРАЛЬНОСТЬ НТП

ЦЕЛЬ

​

CНЯТИЕ ПОЛИТИЧЕСКИХ ОГРАНИЧЕНИЙ

из-за

ВОЗМОЖНОСТИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ДЕЛЯЩИХСЯ

​

МАТЕРИАЛОВ, ОБРАЩАЮЩИХСЯ в ЯТЦ,

на

ВОЕННЫЕ и ТЕРРОРИСТИЧЕСКИЕ ЦЕЛИ

​

​

​

​

32

ПУТИ РЕАЛИЗАЦИИ ЦЕЛИ

• Исключить наработку плутония оружейного качества в бланкетах энергетических реакторов (для стран, не входящих в “ядерный клуб”
• Исключить наработку “избыточного” плутония в АЗ
• Исключить выделение чистого плутония при переработке ОЯТ
• Минимизировать время нахождения плутония вне РУ в процессе его обращения в ЯТЦ

СРЕДСТВА РЕАЛИЗАЦИИ ЦЕЛИ

• БН-1200 с КВА ≈ 1 (плотное ЯТ)
• БРЕСТ-1200 с КВА ≈ 1 (плотное ЯТ)
• при водной переработке ОЯТ БР: оптимизированная водная схема на заводе РТ-1 и водная схема на ОДЦ
• гибридная переработка ОЯТ БР
• Пристанционный ЯТЦ
• Пристанционный Ядерный Топливный Цикл

ПОЛИТИЧЕСКАЯ НЕЙТРАЛЬНОСТЬ НТП

33

33

ПОЛИТИЧЕСКАЯ НЕЙТРАЛЬНОСТЬ НТП

​

ПРОБЛЕМЫ

​

Одними технологическими средствами проблему нераспространения делящихся материалов, обращающихся в ЯТЦ не решить

​

34

34

5

СЫРЬЕВАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ

НОВОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПЛАТФОРМЫ

ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

35

35

СЫРЬЕВАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ НТП

ЦЕЛЬ

​

долговременная обеспеченность ЯЭ

(на тысячи лет)

топливными

сырьевыми ресурсами

​

36

СЫРЬЕВАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ НТП

ПУТИ РЕАЛИЗАЦИИ ЦЕЛИ

​

• Полное воспроизводство делящихся нуклидов в активной зоне
• Переход к закрытому (“замкнутому”) ЯТЦ

​

СРЕДСТВА РЕАЛИЗАЦИИ ЦЕЛИ

​

• Быстрый реактор с КВ > 1
• БН -1200
• БРЕСТ -1200
• Переработка ОЯТ
• Фабрикация ЯТ из продуктов переработки ОЯТ и природного (или отвального) урана

37

СЫРЬЕВАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ НТП - переход к закрытому ЯТЦ

Все типы БР в ЗЯТЦ позволяют сменить сырьевую базу ЯЭ с ограниченного U-235 (0,7% природного U) на практически неограниченный U-238 (99,3%). БР на 1 ГВт (эл.) потребляет в год 0,7 т отвального урана, по сравнению со 160 т природного урана в ВВЭР. Такая сырьевая база открывает перспективы масштабного использования АЭ для решения проблем устойчивого развития.

Энергетический потенциал запасов различного типа сырья в России

С учетом U-238

Без учета U-238

38

38

6

КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТЬ

НОВОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПЛАТФОРМЫ

ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

39

39

КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТЬ НТП

​

ПУТИ РЕАЛИЗАЦИИ ЦЕЛИ

​

• Исключение и упрощение ряда систем безопасности АЭС

​

• Снижение материалоёмкости при упрощении конструкции РУ

​

• Снижение топливной составляющей

​

• Снижение затрат на транспортировку

​

КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТЬ НТП исключение и упрощение ряда систем безопасности АЭС�

40

ВВЭР

- аварийная защита реактора;

• система пассивного отвода тепла;

- система аварийного газоудаления;

- система аварийного и планового расхолаживания первого контура и бассейна выдержки;

- система аварийного расхолаживания парогенератора;

- система пассивного залива активной зоны;

- система аварийного впрыска высокого давления;

• система аварийного охлаждения низкого давления;
• система аварийного охлаждения высокого давления;
• система защиты первого контура от превышения давления;
• система защиты второго контура от превышения давления.

Предусмотрены также специальные системы

управления запроектными авариями:

- быстрого ввода бора;

- аварийного снижения давления в первом контуре;

- удержания расплавленной активной зоны.

​

​

БРЕСТ-ОД-300

​

- аварийная защита реактора;

- система аварийного охлаждения реактора (пассивная);

• система локализации аварии (защиты от превышения давления в 1 контуре);
• система защиты второго контура от превышения давления.

​

​

​

Сопоставление перечня Систем Безопасности РУ ВВЭР и БРЕСТ (без общестанционных)

41

41

КОНУРЕНТОСПОСОБНОСТЬ НТП снижение затрат на транспортировку при ПЯТЦ

​

​

​

Пристанционный Ядерный Топливный Цикл

​

​

​

Сравнительная конкурентоспособность энерготехнологий

42

1. АЭС с РУ ВВЭР-ТОИ конкурентоспособна только при консервативных ТЭП ПГУ
2. При улучшении ТЭП ПГУ (оптимальные значения по лучшим аналогам) АЭС с ВВЭР-ТОИ теряют конкурентоспособные позиции (снижение LCOE для ПГУ может составить ~20%)
3. Установленные требования к АЭС ПЭК с БР-1200 позволяют поддержать конкурентоспособность атомной энергетики даже при оптимальных ТЭП ПГУ

(*) данные по КВЛ ВВЭР-ТОИ приняты согласно Типовому графику сооружения 2-х блочной АЭС (Приказ ГК «Росатом» от 28.11.2016 №1164)

1. Снижение удельных КВЛ АЭС с БР по сравнению с ТР ~20% (*)
2. Снижение стоимости электроэнергии АЭС с БР по сравнению с ТР ~15%

43

43

7

НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ЗАДЕЛ

НОВОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПЛАТФОРМЫ

ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

44

44

1. Развита физика, теплогидравлика и накоплен машиностроительный опыт для создания БР
2. Полностью освоена технология БР с натриевым теплоносителем (БР-5, БН-350, �БН-600, БН-800)
3. Заложены технологические основы использования тяжёлого теплоносителя
4. Выполнены основные НИР и часть НИОКР для создания базовой ЯЭ с реакторами на быстрых нейтронах

НТП: научно-технологический задел (1)

45

45

5. Достигнуты опытно-промышленный и экспериментальный уровни технологии замыкания ядерного топливного цикла:

• водная технология переработки ОЯТ реакторов ВВЭР-440 и БН-600 на заводе РТ-1
• таблеточная технология производства оксидного смешанного уран-плутониевого топлива (МОХ)
• таблеточная технология производства плотного нитридного смешанного уран-плутониевого топлива (MNIT)

6. Выполнен НИР по:

• вибротехнологии производства МОХ–топлива
• нитридному топливу на основе таблеточного производства
• неводным методам переработки ОЯТ (пирохимическая и газофторидная технологии)

НТП:научно-технологический задел (2)

​

46

Эволюция быстрых реакторов с

Na -теплоносителем

47

НТП: научно-технологический задел (4)

Pb-Bi стенд

(1951г.)

АПЛ-705

опытная

(1971г.)

АПЛ-705 серийные

(1976-1996гг.)

СВБР-100 тех.проект

Опытная АПЛ проекта 645

(1963г.)

48

48

8

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПО РАЗРАБОТКЕ И ФОРМИРОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ НТП

в рамках ПН “ПРОРЫВ”

49

Технологические элементы НТП ЯЭ

​

В рамках ПН “ПРОРЫВ”

​

• Опытно-демонстрационный комплекс (ОДЭК):
• Энергоблок с РУ БРЕСТ ОД-300 со свинцовым теплоносителем
• Модуль фабрикации и рефабрикации плотного ЯТ (МФР)
• Модуль переработки ОЯТ (МП)

2. Энергоблок с РУ БН-1200

​

3. Промышленные энергокомплексы с РУ БН-1200 с натриевым теплоносителем и РУ БР-1200 со свинцовым теплоносителем и технологиями ЗЯТЦ (ПЭК)

​

В рамках ФЦП “Ядерные энерготехнологии нового поколения”

• Многоцелевой быстрый исследовательский реактор (МБИР)
• Модернизация БОР-60
• Полифункциональный радиохимический комплекс (ПРК)

​

​

ПРОЕКТ «ПРОРЫВ»: ИСКЛЮЧЕНИЕ АВАРИЙ С ПОТЕРЕЙ ОХЛАЖДЕНИЯ И С РАЗГОНОМ РЕАКТОРА НА МГНОВЕННЫХ НЕЙТРОНАХ

50

Интегральная конструкция РУ – позволяет локализовать течи теплоносителя в объёме корпуса РУ и исключить осушение активной зоны. Это исключает аварии, требующие эвакуации населения.

Запас реактивности в РУ БРЕСТ c MNIT-топливом

БН-1200-MNIT

БН-1200-MOКС

БН-800

Равновесное плотное топливо – исключение реактивностных аварий в РУ

• Разработан регламент
• Разработаны и согласованы с потенциальным поставщиком ТУ на поставку свинца реакторной чистоты
• Разработаны конструкции оборудования системы
• Средство контроля качества теплоносителя (ДАК) прошло приёмочные испытания
• Успешно проведены испытания натурного макета диспергатора газа
• Работает более 5 стендов в разных организациях

51

Технология свинцового теплоносителя

​

51

Лабораторное, опытное производство MNIT-топлива для РУ БРЕСТ и БН

• Лабораторные установки для изготовления и исследования СНУП топлива:
• ВНИИНМ – образцы топливо и твэлы БН-600, МИР, БОР-60
• ВНИИТФ – образцы, топливо и твэлы БОР-60 (начало изготовления – 2016 г.)
• НИИАР – образцы с МА, топливо, твэлы и ЭТВС БОР-60

• Экспериментальные установки изготовления твэлов и ЭТВС БН-600 (до 12 ТВС/год):
• КЭУ-1 на СХК – экспериментальная технология СНУП топлива (до 200 кг/год)
• КЭУ-2 на СХК - освоение промышленной технологии СНУП топлива с 2016 год)

​

Поставлено на облучение 21 ЭТВС с >1200 твэлов

Достигнуто максимальное выгорание 9%.т.а., макс доза 106 сна

Работоспособность подтверждена по результатам ПРИ 12 ЭТВС БН-600 и 2 ОУ БОР-60 (более 70 твэлов)

52

53

Комбинированная схема позволяет:

• перерабатывать ОЯТ с низким временем выдержки и высоким выгоранием
• обеспечивает поддержку режима нераспространения
• предусматривает потери ДМ ≤ 0,1 %
• получает продукты, пригодные для фабрикации топлива
• обеспечивает низкие объемы ВАО
• предусматривает выделение Am и Cm и отделять Am от Cm

РН-процесс – комбинированная технология переработки ОЯТ БР

54

Обращению с РАО

Разработаны ТП на весь перечень оборудования обращения с РАО ОДЭК, в том числе:

• Малогабаритные установки высокотемпературной переработки ВАО:
• Индукционно-шлаковая переплавка КМ с доизвлечением актинидов;
• Индукционная переплавка ЖРО и ВАО пирохимии в аппаратах с «холодным» тиглем (с возможным получением стеко- или минералоподобных матриц);
• Установка цементирования САО (для всей номенклатуры технологических и нетехнологических ЖРО категории САО);
• Установка ультразвуковой отмывки фильтрматериалов от ДМ.

​

Специфичесие РАО при использовании нитридного ЯТ – С-14

• фильтрация мелкодисперсной твердой фазы С-14 (пирохимический передел), утилизация (цементирование) отработавших фильтров;
• очистка газовых выбросов С-14 до санитарных норм (гидрометаллургический передел), фиксация С-14 в водонерастворимой форме (CaCO₃), утилизация (цементирование)

​

Приведение С-14 к РАО 2 класса (долгоживущие САО) по классификации �Нац. оператора

Основные характеристики ОДЭК

55

ГЦНА

Парогенератор

Корпус

Активная зона

Коллектор САОР

56

Основные элементы и технические характеристики РУ БРЕСТ ОД-300

56

57

СТРОИТЕЛЬСТВО МОДУЛЯ ФАБРИКАЦИИ ПЛОТНОГО ТОПЛИВА

www.proryv2020.ru

58

СТРОИТЕЛЬСТВО ЭНЕРГОБЛОКА БРЕЧСТ ОД 300

Первый бетон, РУ БРЕСТ-ОД-300, 8 июня 2021г

www.proryv2020.ru

59

59

9

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ПО РАЗРАБОТКЕ И ФОРМИРОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ НТП

в рамках ПН “ПРОРЫВ” до 2035 г.

ДАЛЬНЕЙШИЕ ЗАДАЧИ НИОКР ПН “ПРОРЫВ”

НИОКР объектов ОДЭК (до пуска в эксплуатацию):

• АСУ ОДЭК, ИМ, ММ, ЭМ
• РУ БРЕСТ: стендовые исследования ГЦН, ПГ, технология контроля теплоносителя, физизмерения на БФС, исследования на макетах изделий АЗ, обоснование оборудования систем РУ и ЭБ., конструкционные материалы и технологии
• ПЯТЦ:
• создание промышленного технологического оборудования МФР (печного, прессового, техники дистанционного управления технологическим оборудованием и процессами).
• НИР и НИОКР по технологическим процессам МП: переработка ОЯТ и обращение с РАО.
• СНУП:
• Развитие программы КПРЭО: обоснования ТВЭ до выгорания 12%

НИОКР на ОДЭК:

• Физика АЗ с равновесным топливом
• Опыт эксплуатации РУ с свинцовым теплоносителем
• Оптимизация опытно-промышленных технологий ЗЯТЦ

НИОКР в обоснование объектов ПЭК:

• ОП – обоснование конкурентоспособности ЯЭ с ЗЯТЦ на БР
• СНУП – ускоренное обоснование ТВЭ до выгорания 12% и его переработки
• БН-1200 – завершение программы НИОКР
• БР-1200 – выполнение программы НИОКР
• Объекты ЗЯТЦ – выполнение программ НИОКР

НИОКР общесистемный по проектному направлению:

• Нормативная база
• Оптимизация двухкомпонентной ЯЭ при замыкании ЯТЦ на базе тепловых и быстрых РУ
• НИОКР по РАО для реализации радиационно-эквивалентного обращения ДМ в ЗЯТЦ
• Развитие кодов для разработки РУ, ЗЯТЦ и обоснования безопасности

60

61

61

Сегодня приоритетной задачей атомной отрасли является - создание ЯЭНП для НТП.

Своевременная создание и коммерциализация этих технологий позволит:

• обеспечить масштабное развитие ЯЭ России к концу столетия;
• решить все вопросы ЯЭ в области ОЯТ и ВАО;
• постепенно исключить использование в ЯЭ оружейных технологий и материалов;
• расширить экспорт ядерных технологий и услуг.

В случае успеха – ЯЭ сможет сыграть важнейшую роль в решении ключевой сегодня проблемы для страны – перевода её экономики на инновационный устойчивый путь развития.

Заключение