In Russia sono in corso i lavori per realizzare un rivoluzionario reattore nucleare appartenente alla quarta generazione. Si tratta del reattore BREST, sul quale stanno attualmente lavorando imprese che fanno parte dell'ente statale Rosatom. Questo promettente reattore è stato costruito come parte del progetto Breakthrough. BREST è un progetto di reattori a neutroni veloci con un refrigerante al piombo, un trasferimento di calore a doppio circuito alla turbina e parametri del vapore supercritico. Il progetto è stato sviluppato nel nostro paese dalla fine degli anni '80. Lo sviluppatore principale di questo reattore è NIKIET che prende il nome da N. A. Dollezhal (Istituto di ricerca e progettazione di ingegneria energetica).
Oggi, le centrali nucleari forniscono alla Russia il 18% dell'elettricità generata. L'energia nucleare è molto importante nella parte europea del nostro Paese, soprattutto nel nord-ovest, dove rappresenta il 42% della produzione di energia elettrica. Attualmente, ci sono 10 centrali nucleari che operano in Russia, che gestiscono 34 unità di potenza. La maggior parte di loro usa come combustibile l'uranio a basso arricchimento con un contenuto dell'isotopo uranio-235 al livello del 2-5%. Allo stesso tempo, il combustibile della centrale nucleare non viene completamente consumato, il che porta alla formazione di scorie radioattive.
La Russia ha già accumulato 18mila tonnellate di uranio esaurito e ogni anno questa cifra aumenta di 670 tonnellate. In totale nel mondo ci sono 345mila tonnellate di questi rifiuti, di cui 110mila negli Stati Uniti. Il problema del trattamento di questi rifiuti potrebbe essere risolto da un nuovo tipo di reattore, che funzionerebbe a ciclo chiuso. La creazione di un tale reattore aiuterebbe a far fronte alla fuoriuscita di tecnologia nucleare militare. Tali reattori potrebbero essere forniti in sicurezza a qualsiasi paese del mondo, poiché in linea di principio sarebbe impossibile ottenere le materie prime necessarie per la creazione di armi nucleari su di essi. Ma il loro principale vantaggio sarebbe la sicurezza. Tali reattori potrebbero essere avviati anche con il vecchio combustibile nucleare esaurito. Secondo A. Kryukov, dottore in scienze fisiche e matematiche, calcoli anche piuttosto approssimativi ci dicono che le riserve di uranio esaurito accumulate in 60 anni di attività dell'industria nucleare saranno sufficienti per diverse centinaia di anni di generazione di energia.
I reattori BREST sono un progetto rivoluzionario in questa direzione. Questo reattore si inserisce bene nel contesto del discorso di Vladimir Putin al Vertice del Millennio alle Nazioni Unite nel settembre 2000. Come parte del suo rapporto, il presidente russo ha promesso al mondo una nuova energia nucleare: sicura, pulita, escludendo l'uso di armi. Da quella presentazione, il lavoro sull'attuazione del progetto Breakthrough e sulla creazione del reattore BREST ha compiuto progressi significativi.
Vista generale del reattore BREST-300
Inizialmente, è stata progettata l'unità BREST, che avrebbe fornito un'unità di potenza con una capacità di 300 MW, ma in seguito è apparso un progetto con una capacità aumentata di 1200 MW. Allo stesso tempo, in questo momento, gli sviluppatori hanno concentrato tutti i loro sforzi sul reattore meno potente BREST-OD-300 (dimostrazione sperimentale) in connessione con lo sviluppo di una grande quantità di nuove soluzioni progettuali e piani per testarli su un progetto relativamente piccolo ed economico in fase di attuazione. Inoltre, la potenza selezionata di 300 MW (elettrica) e 700 MW (termica) è la potenza minima richiesta per ottenere il rapporto di allevamento del combustibile nel nocciolo del reattore pari all'unità.
Attualmente, il progetto "Breakthrough" viene implementato nel sito dell'impresa della società statale "Rosatom" della Siberian Chemical Combine (SCC) sul territorio dell'unità territoriale chiusa (ZATO) Seversk (regione di Tomsk). Questo progetto prevede lo sviluppo di tecnologie per chiudere il ciclo del combustibile nucleare, che sarà richiesto dall'industria nucleare del futuro. L'implementazione di questo progetto in pratica prevede la creazione di un complesso pilota dimostrativo di potenza costituito da: BREST-OD-300 - un reattore a neutroni veloci con un refrigerante in metallo liquido al piombo con un ciclo di combustibile nucleare stazionario e un modulo speciale per la fabbricazione / ristrutturazione di combustibile per questo reattore, nonché un modulo per il ritrattamento del combustibile esaurito. È previsto il lancio del reattore BREST-OD-300 nel 2020.
Il progettista generale del complesso energetico dimostrativo pilota è il VNIPIET di San Pietroburgo. Il reattore è in costruzione da NIKIET (Mosca). In precedenza è stato riferito che lo sviluppo del reattore BREST è stimato in 17,7 miliardi di rubli, la costruzione di un modulo di ritrattamento del combustibile nucleare esaurito - 19,6 miliardi di rubli, un modulo di fabbricazione e un complesso di avviamento per la ristrutturazione del combustibile - 26,6 miliardi di rubli. Il compito principale del complesso energetico in fase di creazione dovrebbe essere lo sviluppo della tecnologia per il funzionamento di un nuovo reattore, la produzione di nuovo combustibile e la tecnologia per il ritrattamento del combustibile nucleare esaurito. Per questo motivo, la decisione di avviare il reattore BREST-OD-300 in modalità power per generare elettricità sarà presa solo dopo il completamento di tutti i lavori di ricerca sul progetto.
Il cantiere del complesso energetico BREST-300 si trova nell'area dell'impianto radiochimico della Siberian Chemical Combine. I lavori su questo sito sono iniziati nell'agosto 2014. Secondo Sergei Tochilin, direttore generale di SKhK, qui è già stato effettuato un livellamento verticale con lo scavo di un milione di metri cubi di terreno, sono stati posati cavi, sono state installate condutture idriche industriali e sono stati completati altri lavori di costruzione. Attualmente, l'appaltatore "Java-Stroy" e il subappaltatore Seversky "Spetsteplokhimmontazh" continuano il complesso di lavori relativi al periodo preparatorio. Oggi 400 persone lavorano nel cantiere, con l'aumento del ritmo di lavoro nella struttura, il numero di costruttori crescerà fino a 600-700 persone. Gli investimenti statali in questo progetto sono stimati approssimativamente a 100 miliardi di rubli, secondo il servizio stampa della Siberian Chemical Combine.
Un complesso energetico dimostrativo sperimentale nel più grande complesso amministrativo chiuso del nostro paese è in costruzione a tappe. Il primo a costruire un impianto a combustibile nitruro dovrebbe essere commissionato nel 2017-2018. In futuro, il combustibile prodotto in questo impianto andrà al reattore sperimentale dimostrativo BREST-300, la cui costruzione inizierà nel 2016 e sarà completata nel 2020, questo sarà il completamento della seconda fase del progetto. La terza fase dei lavori prevede la realizzazione di un altro impianto per il ritrattamento del combustibile esaurito. Il progetto Breakthrough dovrebbe essere pienamente operativo entro il 2023. Grazie all'attuazione di questo ambizioso progetto, nella città di Seversk dovrebbero apparire circa 1,5 mila nuovi posti di lavoro. 6-8mila lavoratori parteciperanno direttamente alla costruzione dell'impianto BREST-300.
Come ha affermato il capo del progetto del reattore BREST-300 Andrei Nikolaev, il complesso sperimentale di potenza dimostrativa nella città di Seversk includerà l'impianto del reattore BREST-OD-300 con un ciclo di combustibile nucleare stazionario, nonché un complesso per la produzione di "combustibile nucleare del futuro". Si tratta di combustibile nitruro per reattori veloci. Si presume che sia su questo tipo di combustibile che, a partire dagli anni '20 del XXI secolo, funzionerà l'intera industria nucleare. Si prevede che il reattore sperimentale BREST-300 diventerà il primo reattore a neutroni veloci al mondo con un refrigerante in metallo liquido pesante. Secondo il progetto, il combustibile nucleare esaurito nel reattore BREST-300 verrà riprocessato e quindi ricaricato nel reattore. Saranno necessarie 28 tonnellate di combustibile per il caricamento iniziale del reattore. Attualmente è in corso l'analisi del combustibile nucleare esaurito dagli impianti di stoccaggio della Siberian Chemical Combine: è possibile che una certa quantità di prodotti con un elemento di plutonio possa essere utilizzata nella produzione di combustibile per il reattore sperimentale BREST.
Il reattore BREST-300 avrà una serie di vantaggi significativi in termini di sicurezza operativa rispetto a qualsiasi reattore in funzione oggi. Questo reattore sarà in grado di spegnersi da solo in caso di deviazione di qualsiasi parametro. Inoltre, un reattore a neutroni veloci utilizza carburante con un margine di reattività inferiore e sono semplicemente escluse una rapida accelerazione dei neutroni e la successiva possibilità di un'esplosione. Il piombo, a differenza del sodio utilizzato oggi come vettore di calore, è passivo e, dal punto di vista dell'attività chimica, è più sicuro del sodio. Il carburante nitruro denso tollera più facilmente le condizioni di temperatura e i difetti meccanici, è più affidabile del carburante ossido. Anche gli incidenti di sabotaggio più estremi con la distruzione di barriere esterne (coperchi di navi, edifici di reattori, ecc.) non potranno portare a rilasci radioattivi che richiederebbero l'evacuazione della popolazione e la successiva alienazione a lungo termine della terra, come è accaduto durante l'incidente di Chernobyl nel 1986.
I vantaggi del reattore BREST includono:
- sicurezza dalle radiazioni naturali in caso di incidenti di ogni genere per motivi esterni ed interni, compreso il sabotaggio, che non richiede l'evacuazione della popolazione;
- approvvigionamento di combustibile a lungo termine (quasi illimitato nel tempo) grazie all'uso efficiente dell'uranio naturale;
- non proliferazione delle armi nucleari sul pianeta mediante l'eliminazione della produzione durante il funzionamento di plutonio di tipo militare e l'implementazione della tecnologia in loco per il ritrattamento del combustibile secco senza separazione di plutonio e uranio;
- compatibilità ambientale della produzione di energia e successivo smaltimento dei rifiuti grazie a un ciclo del combustibile chiuso con trasmutazione di prodotti di fissione a vita lunga, trasmutazione e combustione di attinidi in un reattore, purificazione di rifiuti radioattivi da attinidi, detenzione e smaltimento di rifiuti radioattivi senza violare il bilancio delle radiazioni naturali;
- competitività economica, che si ottiene grazie alla sicurezza naturale della centrale nucleare e alla tecnologia del ciclo del combustibile implementato, alimentando il reattore con solo 238U, rifiuto di complessi sistemi di sicurezza ingegneristici, parametri di piombo elevati, che garantiscono il raggiungimento di livelli supercritici parametri del circuito della turbina a vapore e alta efficienza del ciclo termodinamico, riduzione dei costi di costruzione.
Immagine del progetto del complesso BREST. 1 - reattore, 2 - sala turbine, 3 - modulo di ritrattamento SNF, 4 - modulo di fabbricazione del combustibile fresco.
La combinazione di combustibile mononitruro, qualità naturali del refrigerante al piombo, soluzioni progettuali del nucleo e dei circuiti di raffreddamento, caratteristiche fisiche di un reattore veloce porta il reattore BREST a un livello qualitativamente nuovo di sicurezza naturale e consente di garantire stabilità senza innescare attivi mezzi di protezione di emergenza in incidenti molto gravi, che sono insormontabili per qualsiasi reattore esistente e progettato nel mondo:
- cannone semovente di tutti gli enti regolatori disponibili;
- spegnimento (blocco) di tutte le pompe del 1° circuito del reattore;
- spegnimento (blocco) di tutte le pompe del 2° circuito del reattore;
- depressurizzazione dell'edificio del rettorato;
- rottura dei tubi o delle tubazioni del generatore di vapore del circuito secondario in qualsiasi sezione;
- l'imposizione di una serie di incidenti;
- Tempo di raffreddamento illimitato allo spegnimento completo.
Il progetto Breakthrough attuato da Rosatom mira a creare una nuova piattaforma tecnologica per l'industria nucleare russa a ciclo chiuso del combustibile ea risolvere il problema del combustibile nucleare esaurito e dei rifiuti radioattivi (RW). Il risultato dell'attuazione di questo ambizioso progetto dovrebbe essere la creazione di un prodotto competitivo che fornirà alle tecnologie russe la leadership nell'industria mondiale dell'energia nucleare e in generale nel sistema energetico globale per i prossimi 30-50 anni.
