Reaktor neutron cepat adalah pengembangan unik ilmuwan Rusia dan masa depan seluruh industri tenaga nuklir

Atom damai adalah salah satu pilar energi dunia, yang tanpanya masyarakat modern mustahil. Terlepas dari semua keuntungan dari pembangkit listrik tenaga nuklir yang ada, kelemahan utama adalah pembuangan bahan bakar nuklir bekas.

Tampaknya masalah ini juga akan terpecahkan - berkat pengembangan unik Rusia dari siklus bahan bakar nuklir tertutup, yang implementasinya dimungkinkan di reaktor nuklir yang menggunakan neutron cepat.

Apa masalah energi nuklir modern

Jadi, atom damai telah melayani umat manusia untuk menghasilkan listrik di seluruh dunia selama lebih dari selusin tahun. Tapi ada satu masalah yang sangat serius. Tidak semua uranium alami cocok sebagai bahan bakar reaktor nuklir.

Uranium-238 tersebar luas di alam (92 proton, 146 neutron), dan bagiannya di cadangan dunia adalah 99,3% dari total uranium di Bumi. Tapi itu tidak cocok untuk reaktor nuklir sebagai bahan bakar.

Hanya tersisa 0,7% dari pasokan dunia dalam bentuk uranium-235 (92 proton, 143 neutron) yang dapat berfungsi sebagai bahan bakar. Tetapi bahkan bagian uranium yang tersisa ini tidak dapat begitu saja diambil dan dimasukkan ke dalam reaktor. Itu harus diperkaya terlebih dahulu dan bagian uranium-235 dalam massa total uranium-238 meningkat sekitar 700 kali lipat.

Ternyata, meski cadangan dunia sangat besar, uranium yang memang cocok untuk bahan bakar akan cukup, menurut perhitungan rata-rata, hanya untuk 50 tahun.

Semuanya tidak sesuram kelihatannya pada pandangan pertama. Uranium-238 masih bisa diadaptasi untuk reaktor nuklir. Benar, untuk ini perlu mengubah uranium-238 menjadi plutonium-239, dan proses ini hanya mungkin jika terkena neutron cepat.

Transformasi ini ternyata tidak mudah. Lagi pula, kebanyakan reaktor modern beroperasi pada neutron "lambat", yang sengaja diperlambat, karena uranium-235 "tidak ingin berkomunikasi" dengan neutron cepat. Tetapi uranium-238, sebaliknya, tidak terlibat dalam proses transformasi pada neutron lambat.

Secara ekonomis tidak layak untuk melakukan transformasi uranium-238 menjadi plutonium-239 secara terpisah. Jauh lebih efisien menggunakan apa yang disebut neutron ekstra, yang terbentuk selama reaksi peluruhan. Oleh karena itu, dalam reaktor modern, mereka dihilangkan secara khusus menggunakan peredam.

Jadi kita perlu menggabungkan "sampah" uranium-238 dan "mengoreksi" uranium-235 di satu tempat - sebuah reaktor atom. Dan kemudian akan mungkin untuk menghasilkan listrik dan secara khusus mengubah uranium-238 yang "tidak perlu" menjadi bahan bakar nuklir baru untuk reaktor. Tetapi prasyarat untuk ini adalah kenyataan bahwa itu (reaktor) harus beroperasi pada neutron cepat.

Tetapi menciptakan reaktor neutron yang bekerja sangat cepat ternyata menjadi masalah besar bagi banyak insinyur. Dan hanya insinyur-ilmuwan Rusia yang dapat mengatasi tugas tersebut.

Reaktor neutron cepat, apa fiturnya

Jadi, kita membutuhkan reaktor yang bekerja dengan uranium-235, dan pada saat yang sama, kita perlu membuatnya bekerja pada neutron cepat. Agar hal ini dapat terjadi, kerapatan fluks neutron perlu ditingkatkan secara signifikan (sehingga uranium-235 menjadi lebih bersedia untuk berinteraksi dengan neutron cepat).

Ini berarti bahwa bahan bakar yang lebih kaya harus digunakan, sementara rezim suhu dan fluks neutron akan jauh lebih tangguh - bahan yang lebih stabil akan dibutuhkan.

Selain itu, bahan yang akan memperlambat neutron harus dihindari. Artinya, versi klasik - air - tidak cocok untuk kasus ini, karena memperlambat neutron dengan sempurna.

Itulah sebabnya merkuri digunakan sebagai pendingin pada tahap awal pengembangan reaktor cepat, tetapi opsi ini dengan cepat ditinggalkan karena toksisitas logam yang tinggi.

Pada tahap percobaan berikutnya, mereka mencoba logam seperti timbal, bismut, dan natrium.

Bahan yang paling menjanjikan ditemukan adalah natrium dan timbal. Dan pada tahap pertama, para insinyur Soviet berhasil "menjinakkan" natrium.

Reaktor neutron cepat komersial pertama yang beroperasi penuh adalah reaktor Soviet BN-600. Dan sudah pada 2015, Rosatom meluncurkan reaktor BN-800 (natrium). Ini adalah reaktor unik dari jenisnya, yang telah diadaptasi untuk beroperasi dengan bahan bakar plutonium dengan siklus pembiakan tertutup penuh.

Apa keuntungan dari reaktor cepat

Perhitungan awal menunjukkan bahwa berkat teknologi ini, persentase bahan bakar nuklir yang sesuai untuk reaktor meningkat tajam dari 0,7% menjadi 30%.

Akibatnya, cadangan efektif bahan bakar akan meningkat kira-kira 43 kali lipat, yang berarti cadangan tersebut seharusnya tidak mencukupi untuk sekitar 50 tahun, tetapi lebih dari dua milenium. Saya rasa ada perbedaan meski dengan perhitungan yang sangat kasar.

Selain itu, reaktor semacam itu mampu berfungsi penuh pada bahan bakar nuklir bekas dari "lambat" reaktor, yang menjanjikan solusi untuk sakit kepala terbesar ahli ekologi - bagaimana membuang nuklir bekas bahan bakar.

Selain itu, reaktor semacam itu jauh lebih aman. Bagaimanapun, mereka menggunakan natrium, bukan air panas di bawah tekanan tinggi. Natrium menjadi cair pada 100 derajat Celcius, dan naik ke tahap didih hanya pada 900 derajat.

Mari kita ingat bagaimana sistem pendingin bekerja pada reaktor nuklir "konvensional". Di sana, air di bawah tekanan yang sangat besar berfungsi sebagai pendingin. Jelas, tekanan tinggi adalah risiko tinggi depressurization dan kecelakaan.

Tidak ada masalah seperti itu dengan natrium. Karena titik didihnya tinggi, maka dapat dijaga pada tekanan normal, yang berarti tidak ada kemungkinan breakout dan kecelakaan.

Bahkan jika terjadi situasi yang tidak normal, reaktivitas natrium juga akan berperan demi keamanan. Saat berinteraksi dengan oksigen dan uap air di atmosfer, natrium akan terikat menjadi bahan kimia yang persisten senyawa yang akan tetap berada di wilayah stasiun, dan tidak akan tersebar di sekitar distrik, menyebarkan radioaktif polusi.

Rusia berada di depan yang lain

Meskipun banyak upaya oleh berbagai negara, hanya Rusia, dan khususnya Rosatom, yang memiliki versi komersial lengkap dari reaktor neutron cepat.

Bagaimanapun, bahkan Prancis (dengan pengembangan menjanjikan dari "reaktor Phoenix") tidak berhasil menangani masalah operasi sistem perlindungan berkala, dan mereka menghentikan proyek pada tahun 2010.

Jepang juga menguji versi mereka sendiri - reaktor Monju, tetapi setelah serangkaian kecelakaan mereka memutuskan untuk membongkarnya.

Orang India juga ingin membuat reaktor neutron cepat mereka sendiri, tetapi tidak ada hasil.

Di Rusia, teknologinya berkembang dengan lancar, dan pekerjaan sedang berlangsung pada proyek reaktor cepat BN-1200, di mana timbal cair digunakan sebagai pendingin. Rencananya, itu akan beroperasi penuh pada 2030.

Ternyata Rusia adalah satu-satunya negara yang benar-benar bisa membuat energi nuklir efisien dan benar-benar aman karena desain yang unik - reaktor neutron yang cepat.