En Rusia, se está trabajando para crear un reactor nuclear revolucionario perteneciente a la cuarta generación. Estamos hablando del reactor BREST, en el que trabajan actualmente empresas que forman parte de la corporación estatal Rosatom. Este prometedor reactor se está construyendo como parte del proyecto Breakthrough. BREST es un proyecto de reactores de neutrones rápidos con refrigerante de plomo, transferencia de calor de doble circuito a la turbina, así como parámetros de vapor supercrítico. El proyecto se viene desarrollando en nuestro país desde finales de los años ochenta. El principal desarrollador de este reactor es NIKIET, que lleva el nombre de N. A. Dollezhal (Instituto de Investigación y Diseño de Ingeniería de Energía).
Hoy en día, las centrales nucleares proporcionan a Rusia el 18% de la electricidad que genera. La energía nuclear es muy importante en la parte europea de nuestro país, especialmente en el noroeste, donde representa el 42% de la generación eléctrica. Actualmente, hay 10 plantas de energía nuclear en funcionamiento en Rusia, que operan 34 unidades de energía. La mayoría de ellos utilizan uranio poco enriquecido como combustible con un contenido del isótopo uranio-235 al nivel del 2-5%. Al mismo tiempo, el combustible de la central nuclear no se consume por completo, lo que conduce a la formación de residuos radiactivos.
Rusia ya ha acumulado 18 mil toneladas de uranio gastado y cada año esta cifra aumenta en 670 toneladas. En total, hay 345 mil toneladas de este residuo en el mundo, de las cuales 110 mil toneladas están en Estados Unidos. El problema del procesamiento de estos residuos podría resolverse con un nuevo tipo de reactor, que funcionaría en ciclo cerrado. La creación de un reactor de este tipo ayudaría a hacer frente a la fuga de tecnología nuclear militar. Dichos reactores podrían suministrarse de manera segura a cualquier país del mundo, ya que en principio sería imposible obtener las materias primas necesarias para la creación de armas nucleares en ellos. Pero su principal ventaja sería la seguridad. Estos reactores podrían ponerse en marcha incluso con combustible nuclear gastado viejo. Según A. Kryukov, Doctor en Ciencias Físicas y Matemáticas, incluso cálculos bastante aproximados nos dicen que las reservas de uranio gastado acumuladas durante 60 años de funcionamiento de la industria nuclear serán suficientes para varios cientos de años de generación de energía.
Los reactores BREST son un proyecto revolucionario en esta dirección. Este reactor encaja bien en el contexto del discurso de Vladimir Putin en la Cumbre del Milenio en la ONU en septiembre de 2000. Como parte de su informe, el presidente ruso prometió al mundo una nueva energía nuclear: segura, limpia, excluyendo el uso de armas. Desde esa presentación, el trabajo sobre la implementación del proyecto Breakthrough y la creación del reactor BREST ha avanzado significativamente.
Vista general del reactor BREST-300
Inicialmente se diseñó la unidad BREST, que proporcionaría una unidad de potencia con una capacidad de 300 MW, pero luego apareció un proyecto con una capacidad aumentada de 1200 MW. Al mismo tiempo, en este momento, los desarrolladores han concentrado todos sus esfuerzos en el reactor menos potente BREST-OD-300 (demostración experimental) en relación con el desarrollo de una gran cantidad de nuevas soluciones de diseño y planes para probarlas. en un proyecto relativamente pequeño y barato en ejecución. Además, la potencia seleccionada de 300 MW (eléctrica) y 700 MW (térmica) es la potencia mínima requerida para obtener la relación de reproducción de combustible en el núcleo del reactor igual a la unidad.
Actualmente, el proyecto "Breakthrough" se está implementando en el sitio de la empresa de la corporación estatal "Rosatom" de Siberian Chemical Combine (SCC) en el territorio de la unidad territorial cerrada (ZATO) Seversk (región de Tomsk). Este proyecto implica el desarrollo de tecnologías para cerrar el ciclo del combustible nuclear, que serán demandados en la industria nuclear del futuro. La implementación de este proyecto en la práctica prevé la creación de un complejo de energía piloto de demostración que consta de: BREST-OD-300: un reactor de neutrones rápidos con un refrigerante de metal líquido de plomo con un ciclo de combustible nuclear estacionario y un módulo especial para la fabricación / renovación de combustible para este reactor, así como un módulo para reprocesar su combustible gastado. Está previsto lanzar el reactor BREST-OD-300 en 2020.
El diseñador general del complejo de energía de demostración piloto es el VNIPIET de San Petersburgo. El reactor está siendo construido por NIKIET (Moscú). Anteriormente se informó que el desarrollo del reactor BREST se estima en 17,7 mil millones de rublos, la construcción de un módulo de reprocesamiento de combustible nuclear gastado - 19,6 mil millones de rublos, un módulo de fabricación y un complejo de puesta en marcha de reacondicionamiento de combustible - 26,6 mil millones de rublos. La tarea principal del complejo energético que se está creando debería ser el desarrollo de la tecnología para operar un nuevo reactor, la producción de nuevo combustible y la tecnología para reprocesar el combustible nuclear gastado. Por esta razón, la decisión de poner en marcha el reactor BREST-OD-300 en el modo de potencia para generar electricidad se tomará solo después de la finalización de todos los trabajos de investigación del proyecto.
El sitio de construcción del complejo de energía BREST-300 está ubicado en el área de la planta radioquímica de Siberian Chemical Combine. El trabajo en este sitio comenzó en agosto de 2014. Según Sergei Tochilin, director general de SKhK, aquí ya se ha realizado una nivelación vertical con la excavación de un millón de metros cúbicos de suelo, se han tendido cables, se han instalado tuberías de agua industriales y se han completado otras obras de construcción. Actualmente, el contratista "Java-Stroy" y el subcontratista de Seversky "Spetsteplokhimmontazh" continúan el complejo de trabajos relacionados con el período preparatorio. Hoy, 400 personas trabajan en el sitio de construcción, con el aumento en el ritmo de trabajo en la instalación, el número de constructores aumentará a 600-700 personas. Las inversiones estatales en este proyecto se estiman aproximadamente en 100 mil millones de rublos, según el servicio de prensa de Siberian Chemical Combine.
Se está construyendo por etapas un complejo de energía experimental de demostración en el complejo administrativo cerrado más grande de nuestro país. Está previsto que el primero en construir una planta de combustible de nitruro se ponga en marcha en 2017-2018. En el futuro, el combustible producido en esta planta irá al reactor de demostración experimental BREST-300, cuya construcción comenzará en 2016 y se completará en 2020, esto será la culminación de la segunda etapa del proyecto. La tercera etapa de trabajo prevé la construcción de otra planta para el reprocesamiento de combustible gastado. El proyecto Breakthrough debería estar en pleno funcionamiento para 2023. Gracias a la implementación de este ambicioso proyecto, deberían aparecer alrededor de 1,5 mil nuevos puestos de trabajo en la ciudad de Seversk. De 6 a 8 mil trabajadores participarán directamente en la construcción de la instalación BREST-300.
Como dijo el jefe del proyecto del reactor BREST-300, Andrei Nikolaev, el complejo de energía de demostración experimental en la ciudad de Seversk incluirá la planta del reactor BREST-OD-300 con un ciclo de combustible nuclear estacionario, así como un complejo para la producción de "combustible nuclear del futuro". Estamos hablando de combustible nitruro para reactores rápidos. Se supone que es sobre este tipo de combustible que, a partir de los años 20 del siglo XXI, funcionará toda la industria nuclear. Está previsto que el reactor experimental BREST-300 se convierta en el primer reactor de neutrones rápidos del mundo con un refrigerante de metal líquido pesado. Según el proyecto, el combustible nuclear gastado en el reactor BREST-300 se reprocesará y luego se volverá a cargar en el reactor. Se necesitará un total de 28 toneladas de combustible para la carga inicial del reactor. En la actualidad, se está llevando a cabo el análisis del combustible nuclear gastado de las instalaciones de almacenamiento de la Cosechadora Química de Siberia; es posible que una cierta cantidad de productos con un elemento de plutonio se pueda utilizar en la producción de combustible para el reactor BREST experimental.
El reactor BREST-300 tendrá una serie de ventajas significativas en términos de seguridad operacional sobre cualquier reactor que esté operando en la actualidad. Este reactor podrá apagarse por sí solo en caso de desviación de algún parámetro. Además, un reactor de neutrones rápidos utiliza combustible con un margen de reactividad más bajo, y simplemente se descartan la aceleración inmediata de los neutrones y la posibilidad posterior de una explosión. El plomo, a diferencia del sodio que se utiliza hoy en día como portador de calor, es pasivo y, desde el punto de vista de la actividad química, el plomo es más seguro que el sodio. El combustible de nitruro denso tolera las condiciones de temperatura y los defectos mecánicos más fácilmente, es más confiable que el combustible de óxido. Incluso los accidentes de sabotaje más extremos con destrucción de barreras externas (tapas de vasijas, edificios de reactores, etc.) no podrán dar lugar a emisiones radiactivas que requieran la evacuación de la población y la posterior enajenación a largo plazo de la tierra, como sucedió durante el accidente de Chernobyl en 1986.
Las ventajas del reactor BREST incluyen:
- seguridad radiológica natural en caso de todo tipo de accidentes por causas externas e internas, incluido el sabotaje, que no requiere la evacuación de la población;
- suministro de combustible a largo plazo (casi ilimitado en el tiempo) debido al uso eficiente del uranio natural;
- no proliferación de armas nucleares en el planeta mediante la eliminación de la producción durante la operación de plutonio apto para armas y la implementación de tecnología in situ para el reprocesamiento de combustible seco sin separación de plutonio y uranio;
- respeto al medio ambiente de la producción de energía y posterior eliminación de desechos debido a un ciclo de combustible cerrado con transmutación de productos de fisión de vida larga, transmutación y combustión de actínidos en un reactor, purificación de desechos radiactivos a partir de actínidos, retención y eliminación de desechos radiactivos sin violar la equilibrio de radiación natural;
- competitividad económica, que se logra debido a la seguridad natural de la central nuclear y la tecnología del ciclo del combustible implementada, alimentando el reactor con solo 238U, rechazo de complejos sistemas de seguridad de ingeniería, altos parámetros de plomo, que aseguran el logro de supercríticos parámetros del circuito de turbina de vapor y alta eficiencia del ciclo termodinámico, reducción de costos de construcción.
Imagen del proyecto del complejo BREST. 1 - reactor, 2 - sala de turbinas, 3 - módulo de reprocesamiento SNF, 4 - módulo de fabricación de combustible nuevo.
La combinación de combustible de mononitruro, las cualidades naturales del refrigerante de plomo, las soluciones de diseño del núcleo y los circuitos de refrigeración, las características físicas de un reactor rápido lleva al reactor BREST a un nivel cualitativamente nuevo de seguridad natural y hace posible garantizar la estabilidad sin activar activos medios de protección de emergencia en accidentes muy graves, insuperables para cualquiera de los reactores existentes y proyectados en el mundo:
- cañón autopropulsado de todos los organismos reguladores disponibles;
- parada (bloqueo) de todas las bombas del 1er circuito del reactor;
- parada (bloqueo) de todas las bombas del segundo circuito del reactor;
- despresurización del edificio del rector;
- rotura de los tubos del generador de vapor o de las tuberías del circuito secundario en cualquier sección;
- la imposición de una variedad de accidentes;
- Tiempo de reutilización ilimitado con el apagado completo.
El proyecto Breakthrough que está implementando Rosatom tiene como objetivo crear una nueva plataforma tecnológica para la industria nuclear rusa con un ciclo de combustible cerrado y resolver el problema del combustible nuclear gastado y los desechos radiactivos (RW). El resultado de la implementación de este ambicioso proyecto debería ser la creación de un producto competitivo que proporcionará a las tecnologías rusas liderazgo en la industria nuclear mundial y, en general, en el sistema energético global durante los próximos 30-50 años.
