XXI yüzyılın nükleer teknolojileri. Nükleer teknolojiler Nükleer silah programları
Ansiklopedik YouTube
1 / 5
✪ Nükleer Roket Motoru Son Teknolojiler 2016
✪ Dünyanın ilk nükleer uzay motoru Rusya'da toplandı.
✪ Atomic Horizons (26.03.2016): Nükleer güvenlik teknolojileri
✪ Kalp yerine nükleer reaktör mü?
✪ Nükleer enerji ve teknoloji
Altyazılar
Fizik
Atom çekirdeği iki tür nükleondan oluşur: protonlar ve nötronlar. Güçlü etkileşim denilen şeyle bir arada tutulurlar. Bu durumda her bir nükleonun diğerlerine bağlanma enerjisi, sağdaki grafikte gösterildiği gibi çekirdekteki toplam nükleon sayısına bağlıdır. Grafik, hafif çekirdekler için nükleon sayısı arttıkça bağlanma enerjisinin arttığını, ağır çekirdekler için ise azaldığını göstermektedir. Hafif çekirdeklere nükleon eklerseniz veya ağır atomlardan nükleonları çıkarırsanız, bağlanma enerjisindeki bu fark, bu eylemler sonucunda salınan parçacıkların kinetik enerjisi olarak açığa çıkacaktır. Parçacıkların kinetik enerjisi (hareket enerjisi), parçacıkların atomlarla çarpışması sonucu atomların termal hareketine dönüşür. Böylece nükleer enerji ısı şeklinde kendini gösterir.
Çekirdeğin bileşimindeki bir değişikliğe nükleer dönüşüm veya nükleer reaksiyon denir. Çekirdekteki nükleonların sayısında artışa neden olan nükleer reaksiyona termonükleer reaksiyon veya nükleer füzyon denir. Çekirdekteki nükleonların sayısında azalmaya neden olan nükleer reaksiyona nükleer bozunma veya nükleer fisyon denir.
Nükleer fisyon
Nükleer fisyon kendiliğinden (kendiliğinden) veya dış etkilerden kaynaklanabilir (uyarılmış).
Kendiliğinden fisyon
Modern bilim, hidrojenden daha ağır olan tüm kimyasal elementlerin, yıldızların içindeki termonükleer reaksiyonlar sonucunda sentezlendiğine inanmaktadır. Proton ve nötron sayısına bağlı olarak çekirdek kararlı olabilir veya kendiliğinden birkaç parçaya bölünme eğiliminde olabilir. Yıldızların yaşamlarının sona ermesinden sonra bildiğimiz dünyayı kararlı atomlar oluşturdu ve kararsız atomlar, kararlı atomlar oluşmadan önce yavaş yavaş bozunmaya başladı. Bu güne kadar Dünya'da endüstriyel miktarlarda bu tür kararsız yalnızca iki madde hayatta kaldı ( radyoaktif) kimyasal elementler - uranyum ve toryum. Diğer kararsız elementler hızlandırıcılarda veya reaktörlerde yapay olarak üretilir.
Zincirleme tepki
Bazı ağır çekirdekler kolayca harici bir serbest nötrona bağlanır, kararsız hale gelir ve bozunarak birkaç yeni serbest nötron yayar. Serbest kalan bu nötronlar da komşu çekirdeklere girebilir ve daha fazla serbest nötron salınımıyla onların bozunmasına neden olabilir. Bu sürece zincirleme reaksiyon denir. Bir zincirleme reaksiyonun meydana gelmesi için, belirli koşulların yaratılması gerekir: zincirleme reaksiyona girebilecek yeterince büyük miktarda maddeyi tek bir yerde yoğunlaştırmak. Bu maddenin yoğunluğu ve hacmi, serbest nötronların maddeyi terk etmek için zamanları olmaması ve çekirdeklerle yüksek olasılıkla etkileşime girmeleri için yeterli olmalıdır. Bu olasılık karakterize edilir nötron çarpım faktörü. Maddenin hacmi, yoğunluğu ve konfigürasyonu, nötron çoğalma faktörünün birliğe ulaşmasını sağladığında, kendi kendine devam eden bir zincirleme reaksiyon başlayacak ve bölünebilen maddenin kütlesine kritik kütle adı verilecektir. Doğal olarak bu zincirdeki her bozulma enerjinin açığa çıkmasına neden olur.
İnsanlar özel yapılarda zincirleme reaksiyonlar gerçekleştirmeyi öğrendiler. Gerekli zincirleme reaksiyon hızına ve ısı üretimine bağlı olarak bu yapılara nükleer silah veya nükleer reaktör adı verilir. Nükleer silahlarda, yapının termal tahribatı meydana gelmeden önce maksimum enerji salınımının sağlanması amacıyla, ulaşılabilir maksimum nötron çoğalma faktörü ile çığ benzeri kontrolsüz bir zincirleme reaksiyon gerçekleştirilir. Nükleer reaktörlerde, reaktörün görevlerini yerine getirebilmesi ve aşırı termal yüklerden çökmemesi için kararlı bir nötron akışı ve ısı salınımı sağlamaya çalışırlar. Bu işleme kontrollü zincir reaksiyonu denir.
Kontrollü zincirleme reaksiyon
Nükleer reaktörlerde koşullar yaratılır. kontrollü zincirleme reaksiyon. Zincirleme reaksiyonun anlamından da anlaşılacağı gibi, nötron çoğalma faktörünün değiştirilmesiyle hızı kontrol edilebilir. Bunu yapmak için çeşitli tasarım parametrelerini değiştirebilirsiniz: bölünebilir maddenin yoğunluğu, nötronların enerji spektrumu, nötronları emen maddeleri tanıtın, harici kaynaklardan nötron ekleyin, vb.
Ancak zincirleme reaksiyon çığ benzeri çok hızlı bir süreçtir; onu doğrudan güvenilir bir şekilde kontrol etmek neredeyse imkansızdır. Bu nedenle, zincir reaksiyonunu kontrol etmek için gecikmiş nötronlar büyük önem taşır - bölünebilir malzemenin birincil bozunması sonucu oluşan kararsız izotopların kendiliğinden bozunması sırasında oluşan nötronlar. Birincil bozunmadan gecikmiş nötronlara kadar geçen süre milisaniyelerden dakikalara kadar değişmektedir ve gecikmiş nötronların reaktörün nötron dengesindeki payı yüzde birkaça ulaşmaktadır. Bu tür zaman değerleri zaten mekanik yöntemler kullanılarak sürecin düzenlenmesini mümkün kılmaktadır. Gecikmiş nötronları hesaba katan nötron çoğalma faktörüne etkili nötron çarpma faktörü adı verilir ve kritik kütle yerine bir nükleer reaktörün reaktivite kavramı tanıtıldı.
Kontrollü bir zincir reaksiyonunun dinamikleri, bazıları nötronları (nötron zehirleri olarak da bilinir) etkili bir şekilde absorbe edebilen diğer fisyon ürünlerinden de etkilenir. Zincirleme reaksiyon başladıktan sonra reaktörde birikerek etkili nötron çoğalma faktörünü ve reaktörün reaktivitesini azaltırlar. Bir süre sonra bu tür izotopların birikmesi ve bozunmasında bir denge oluşur ve reaktör kararlı bir moda girer. Reaktör kapatılırsa nötron zehirleri uzun süre reaktörde kalır ve yeniden başlamayı zorlaştırır. Uranyumun bozunma zincirindeki nötron zehirlerinin karakteristik ömrü yarım güne kadardır. Nötron zehirleri nükleer reaktörlerin hızla güç değiştirmesini engeller.
Nükleer füzyon
Nötron spektrumu
Bir nötron akışındaki nötron enerjilerinin dağılımına genellikle nötron spektrumu denir. Nötron enerjisi, nötronun çekirdekle etkileşim modelini belirler. Aşağıdakiler nükleer teknolojiler için önemli olan birkaç nötron enerji aralığını ayırt etmek gelenekseldir:
- Termal nötronlar. Atomların termal titreşimleriyle enerji dengesinde oldukları ve elastik etkileşimler sırasında enerjilerini atomlara aktarmadıkları için bu şekilde adlandırılmıştır.
- Rezonans nötronlar. Bazı izotopların bu enerjilerin nötronlarıyla etkileşiminin kesitinde belirgin düzensizlikler olduğu için bu şekilde adlandırılmışlardır.
- Hızlı nötronlar. Bu enerjilerin nötronları genellikle nükleer reaksiyonlarla üretilir.
Hızlı ve gecikmeli nötronlar
Zincirleme reaksiyon çok hızlı bir süreçtir. Bir nötron neslinin ömrü (yani, serbest bir nötronun ortaya çıkmasından sonraki atom tarafından emilmesine ve bir sonraki serbest nötronların doğuşuna kadar geçen ortalama süre) bir mikrosaniyeden çok daha azdır. Bu tür nötronlara hızlı denir. Çarpım faktörü 1,1 olan bir zincirleme reaksiyonda, 6 μs sonra ani nötronların sayısı ve açığa çıkan enerji 10 26 kat artacaktır. Bu kadar hızlı bir süreci güvenilir bir şekilde yönetmek imkansızdır. Bu nedenle gecikmiş nötronlar kontrollü bir zincirleme reaksiyon için büyük önem taşımaktadır. Gecikmiş nötronlar, birincil nükleer reaksiyonlardan sonra kalan fisyon parçalarının kendiliğinden bozunmasından kaynaklanır.
Malzeme Bilimi
İzotoplar
Çevredeki doğada insanlar genellikle atomların elektronik kabuklarının yapısı tarafından belirlenen maddelerin özellikleriyle karşılaşırlar. Örneğin atomun kimyasal özelliklerinden tamamen sorumlu olan elektron kabuklarıdır. Bu nedenle nükleer çağdan önce bilim, maddeleri çekirdeğin kütlesine göre değil, yalnızca elektrik yüküne göre ayırıyordu. Bununla birlikte, nükleer teknolojinin gelişiyle birlikte, iyi bilinen tüm basit kimyasal elementlerin, çekirdekte farklı sayıda nötron içeren birçok - bazen düzinelerce - çeşide ve buna bağlı olarak tamamen farklı nükleer özelliklere sahip olduğu ortaya çıktı. Bu çeşitlere kimyasal elementlerin izotopları adı verildi. Doğal olarak oluşan kimyasal elementlerin çoğu, birkaç farklı izotopun karışımlarıdır.
Bilinen izotopların büyük çoğunluğu kararsızdır ve doğada oluşmaz. Nükleer teknolojide çalışma veya kullanım için yapay olarak elde edilirler. Bir kimyasal elementin izotop karışımlarının ayrılması, izotopların yapay üretimi ve bu izotopların özelliklerinin incelenmesi nükleer teknolojinin temel görevlerinden bazılarıdır.
Bölünebilir malzemeler
Bazı izotoplar kararsızdır ve bozunur. Bununla birlikte, bozunma, izotopun sentezinden hemen sonra meydana gelmez, ancak bir süre sonra bu izotopun yarı ömür adı verilen karakteristik özelliği ortaya çıkar. Adından da anlaşılacağı gibi, bu, mevcut çekirdeklerin yarısının kararsız bir izotop bozunması olduğu zamandır.
Kararsız izotoplar doğada neredeyse hiç bulunmaz, çünkü en uzun ömürlü olanlar bile, etrafımızdaki maddelerin uzun süre soyu tükenmiş bir yıldızın termonükleer fırınında sentezinden bu yana geçen milyarlarca yıl içinde tamamen çürümeyi başarmıştır. Yalnızca üç istisna vardır: bunlar iki uranyum izotopu (uranyum-235 ve uranyum-238) ve bir toryum izotopu - toryum-232'dir. Bunlara ek olarak, doğada doğal nükleer reaksiyonların bir sonucu olarak oluşan diğer kararsız izotopların izleri de bulunabilir: bu üç istisnanın bozunması ve kozmik ışınların atmosferin üst katmanları üzerindeki etkisi.
Kararsız izotoplar neredeyse tüm nükleer teknolojilerin temelini oluşturur.
Zincirleme reaksiyonun desteklenmesi
Ayrı olarak, nükleer teknoloji için çok önemli olan ve nükleer zincir reaksiyonunu sürdürebilen bir grup kararsız izotop vardır. Bir zincirleme reaksiyonu sürdürmek için izotopun nötronları iyi bir şekilde absorbe etmesi, ardından bozunması ve bunun sonucunda birkaç yeni serbest nötronun oluşması gerekir. İnsanlık inanılmaz derecede şanslı çünkü doğada endüstriyel miktarlarda korunan kararsız izotoplar arasında zincirleme reaksiyonu destekleyen bir izotop vardı: uranyum-235.
İnşaat malzemeleri
Hikaye
Açılış
Yirminci yüzyılın başında Rutherford, iyonlaştırıcı radyasyon ve atomların yapısı çalışmalarına büyük katkılarda bulundu. Ernest Walton ve John Cockroft ilk kez bir atomun çekirdeğini parçalamayı başardılar.
Nükleer silah programları
Yirminci yüzyılın 30'lu yıllarının sonlarında fizikçiler, nükleer zincirleme reaksiyona dayalı güçlü silahlar yaratma olasılığını fark ettiler. Bu durum hükümetin nükleer teknolojiye olan ilgisinin artmasına yol açtı. İlk büyük ölçekli devlet atom programı 1939'da Almanya'da ortaya çıktı (bkz. Alman nükleer programı). Ancak savaş programın tedarikini zorlaştırdı ve Almanya'nın 1945'teki yenilgisinden sonra program önemli bir sonuç alınamadan kapatıldı. 1943'te Amerika Birleşik Devletleri'nde Manhattan Projesi kod adlı büyük ölçekli bir program başladı. 1945 yılında bu programın bir parçası olarak dünyanın ilk nükleer bombası yaratıldı ve test edildi. SSCB'de nükleer araştırmalar 20'li yıllardan beri yürütülmektedir. 1940 yılında nükleer bombanın ilk Sovyet teorik tasarımı geliştirildi. SSCB'deki nükleer gelişmeler 1941'den beri sınıflandırılmıştır. İlk Sovyet nükleer bombası 1949'da test edildi.
İlk nükleer silahların enerji salınımına asıl katkı fisyon reaksiyonuyla sağlandı. Bununla birlikte, reaksiyona giren bölünebilir malzemenin miktarını arttırmak için füzyon reaksiyonu ek bir nötron kaynağı olarak kullanıldı. 1952'de ABD'de ve 1953'te SSCB'de, enerji salınımının çoğunun füzyon reaksiyonuyla oluşturulduğu tasarımlar test edildi. Böyle bir silaha termonükleer adı verildi. Termonükleer mühimmatta fisyon reaksiyonu, silahın genel enerjisine önemli bir katkı yapmadan termonükleer reaksiyonun "ateşlenmesine" hizmet eder.
Nükleer enerji
İlk nükleer reaktörler ya deneyseldi ya da silah düzeyindeydi, yani uranyumdan silah düzeyinde plütonyum üretmek için tasarlanmıştı. Yarattıkları ısı çevreye yayıldı. Düşük çalışma güçleri ve küçük sıcaklık farklılıkları, geleneksel ısı motorlarını çalıştırmak için bu tür düşük dereceli ısının etkili bir şekilde kullanılmasını zorlaştırdı. 1951'de bu ısı ilk kez elektrik üretimi için kullanıldı: ABD'de deneysel bir reaktörün soğutma devresine elektrik jeneratörlü bir buhar türbini kuruldu. 1954 yılında, SSCB'de başlangıçta elektrik enerjisi amaçlı tasarlanan ilk nükleer enerji santrali inşa edildi.
Teknolojiler
Nükleer silah
Nükleer teknolojiyi kullanarak insanlara zarar vermenin birçok yolu vardır. Ancak devletler yalnızca zincirleme reaksiyona dayalı patlayıcı nükleer silahları benimsedi. Bu tür silahların çalışma prensibi basittir: Zincirleme reaksiyonda nötron çoğalma faktörünü en üst düzeye çıkarmak gerekir, böylece mümkün olduğu kadar çok sayıda çekirdek, silahın yapısı üretilen ısı tarafından tahrip edilmeden önce reaksiyona girip enerji açığa çıkarır. Bunu yapmak için ya bölünebilir maddenin kütlesini arttırmak ya da yoğunluğunu arttırmak gerekir. Üstelik bunun mümkün olduğu kadar çabuk yapılması gerekiyor, aksi takdirde enerji salınımının yavaş artması, patlama olmadan yapıyı eritecek ve buharlaştıracaktır. Buna göre, nükleer patlayıcı cihaz yapımına yönelik iki yaklaşım geliştirilmiştir:
- Artan kütleye sahip bir şema, sözde top şeması. Bir topçu silahının namlusuna iki kritik altı bölünebilir malzeme parçası yerleştirildi. Parçalardan biri namlunun ucuna sabitlenmişti, diğeri ise mermi görevi görüyordu. Atış parçaları bir araya getirdi, zincirleme bir reaksiyon başladı ve patlayıcı bir enerji açığa çıktı. Böyle bir planda ulaşılabilir yaklaşma hızları birkaç km/sn ile sınırlıydı.
- Artan yoğunluğa sahip bir şema, sözde patlamalı şema. Plütonyumun yapay izotopunun metalurjisinin özelliklerine dayanmaktadır. Plütonyum, yoğunluk bakımından farklılık gösteren kararlı allotropik modifikasyonlar oluşturma yeteneğine sahiptir. Metalin hacminden geçen bir şok dalgası, plütonyumu dengesiz düşük yoğunluklu bir modifikasyondan yüksek yoğunluklu bir modifikasyona dönüştürebilir. Bu özellik, metaldeki şok dalgası yayılma hızıyla plütonyumun düşük yoğunluklu kritik altı durumdan süper kritik duruma aktarılmasını mümkün kıldı. Bir şok dalgası yaratmak için geleneksel kimyasal patlayıcılar kullandılar ve bunları plütonyum grubunun etrafına yerleştirdiler, böylece patlama küresel düzeneği her taraftan sıkıştırdı.
Her iki plan da neredeyse aynı anda oluşturuldu ve test edildi, ancak patlama planının daha verimli ve daha kompakt olduğu ortaya çıktı.
Nötron kaynakları
Enerji salınımını sınırlayan diğer bir faktör ise zincir reaksiyonundaki nötron sayısının artış hızıdır. Kritik altı bölünebilir malzemede atomların kendiliğinden parçalanması meydana gelir. Bu bozunmalardan çıkan nötronlar çığ benzeri bir zincirleme reaksiyonun ilki haline gelir. Bununla birlikte, maksimum enerji salınımı için, önce maddeden tüm nötronların uzaklaştırılması, ardından süperkritik duruma aktarılması ve ancak daha sonra ateşleme nötronlarının maddeye maksimum miktarda verilmesi avantajlıdır. Bunu başarmak için, kendiliğinden bozunmalardan kaynaklanan serbest nötronlar tarafından minimum düzeyde kirlenmeye sahip bölünebilir bir madde seçilir ve süperkritik duruma transfer anında, harici darbeli nötron kaynaklarından nötronlar eklenir.
Ek nötronların kaynakları farklı fiziksel prensiplere dayanmaktadır. Başlangıçta iki maddenin karıştırılmasına dayanan patlayıcı kaynaklar yaygınlaştı. Genellikle polonyum-210 olan radyoaktif bir izotop, berilyum izotopuyla karıştırıldı. Polonyumdan gelen alfa radyasyonu, nötronların salınmasıyla berilyumun nükleer reaksiyonuna neden oldu. Daha sonra, hedefleri üzerinde nötron verimi ile nükleer füzyon reaksiyonunun gerçekleştirildiği minyatür hızlandırıcılara dayalı kaynaklarla değiştirildiler.
Ateşleme nötron kaynaklarına ek olarak, bir zincirleme reaksiyonun başlamasıyla tetiklenen ek kaynakların devreye dahil edilmesinin avantajlı olduğu ortaya çıktı. Bu tür kaynaklar, hafif elementlerin sentez reaksiyonları temel alınarak inşa edilmiştir. Lityum-6 döterit gibi maddeler içeren ampuller, plütonyum nükleer düzeneğinin merkezindeki bir boşluğa yerleştirildi. Gelişen zincirleme reaksiyondan kaynaklanan nötron ve gama ışınları akımları, ampulü termonükleer füzyon sıcaklıklarına kadar ısıttı ve patlama plazması, ampulü sıkıştırarak basınçla sıcaklığın artmasına yardımcı oldu. Füzyon reaksiyonu başladı ve fisyon zincir reaksiyonu için ilave nötronlar sağlandı.
Termonükleer silahlar
Füzyon reaksiyonuna dayalı nötron kaynaklarının kendisi önemli bir ısı kaynağıydı. Bununla birlikte, plütonyum düzeneğinin merkezindeki boşluğun boyutu, sentez için çok fazla malzemeyi barındıramayacaktı ve eğer plütonyum bölünebilir çekirdeğin dışına yerleştirilirse, sentez için gerekli sıcaklık ve basınç koşullarını elde etmek mümkün olmayacaktı. Sentez için maddenin, nükleer bir patlamanın enerjisini algılayarak şok sıkıştırması sağlayacak ek bir kabuk ile çevrelenmesi gerekiyordu. Uranyum-235'ten büyük bir ampul yaptılar ve onu nükleer yükün yanına yerleştirdiler. Zincirleme reaksiyondan kaynaklanan güçlü nötron akışları, ampuldeki uranyum atomlarının çığ gibi bölünmesine neden olacaktır. Uranyum ampulünün kritik altı tasarımına rağmen, pilot nükleer patlamanın zincirleme reaksiyonundan ve ampul çekirdeklerinin kendi fisyonundan gama ışınlarının ve nötronların toplam etkisi, ampul içinde füzyon için koşullar yaratacaktır. Artık füzyon maddesi içeren ampulün boyutunun neredeyse sınırsız olduğu ortaya çıktı ve nükleer füzyondan kaynaklanan enerji salınımının katkısı, ateşleme nükleer patlamasının enerji salınımını birçok kez aştı. Bu tür silahlara termonükleer denilmeye başlandı.
.Nükleer enerji santrali
Bir nükleer santralin kalbi, ağır çekirdeklerin fisyonunun kontrollü zincirleme reaksiyonunun gerçekleştirildiği bir nükleer reaktördür. Nükleer reaksiyonların enerjisi, fisyon parçalarının kinetik enerjisi şeklinde açığa çıkar ve bu parçaların diğer atomlarla elastik çarpışmaları nedeniyle ısıya dönüştürülür.
Yakıt döngüsü
Zincirleme reaksiyona girebilen yalnızca bir doğal izotop bilinmektedir - uranyum-235. Endüstriyel rezervleri azdır. Bu nedenle bugün mühendisler, zincirleme reaksiyonu destekleyen ucuz yapay izotoplar üretmenin yollarını arıyorlar. En umut verici olanı, ortak izotop uranyum-238'den, bir nötronun fisyon olmadan yakalanmasıyla üretilen plütonyumdur. Yan ürün olarak aynı enerji reaktörlerinde üretilmesi kolaydır. Belirli koşullar altında yapay bölünebilir malzeme üretiminin mevcut nükleer santrallerin ihtiyaçlarını tamamen karşılaması durumu mümkündür. Bu durumda, bölünebilir malzemenin doğal bir kaynaktan beslenmesini gerektirmeyen kapalı bir yakıt döngüsünden bahsediyorlar.
Nükleer atık
Harcanmış nükleer yakıt (SNF) ve indüklenmiş radyoaktiviteye sahip reaktör yapısal malzemeleri, tehlikeli iyonlaştırıcı radyasyonun güçlü kaynaklarıdır. Onlarla çalışma teknolojileri, depolanan atık miktarının en aza indirilmesi ve tehlike süresinin azaltılması yönünde yoğun bir şekilde geliştirilmektedir. SNF aynı zamanda endüstri ve tıp için değerli radyoaktif izotopların kaynağıdır. SNF'nin yeniden işlenmesi, yakıt döngüsünün kapatılmasında gerekli bir adımdır.
Nükleer güvenlik
Tıpta kullanın
Tıpta araştırma veya tedavi amacıyla çeşitli kararsız unsurlar yaygın olarak kullanılır.
3. nesil reaktörlere "gelişmiş reaktörler" adı verilmektedir. Bu tür reaktörlerden üçü halihazırda Japonya'da faaliyet gösteriyor ve daha fazlası da geliştirme veya inşa aşamasında. Bu nesile ait yaklaşık yirmi farklı tipte reaktör geliştirilme aşamasındadır. Bunların çoğu, ikinci nesil reaktörler temel alınarak geliştirilen, yenilikçi yaklaşımlara göre yapılan değişikliklerle “evrimsel” modellerdir. Dünya Nükleer Birliği'ne göre 3. Nesil aşağıdaki noktalarla karakterize edilmektedir: Her reaktör türü için standartlaştırılmış bir tasarım, lisanslama prosedürünün hızlandırılmasına, sabit varlıkların maliyetinin ve inşaat işi süresinin azaltılmasına olanak tanır. Basitleştirilmiş ve daha sağlam tasarım, bunların daha kolay kullanılmasını ve çalışma sırasındaki arızalara karşı daha az duyarlı olmasını sağlar. Yüksek kullanılabilirlik ve daha uzun hizmet ömrü - yaklaşık altmış yıl. Çekirdek erimesi nedeniyle kaza olasılığının azaltılması Çevreye minimum etki. Yakıt tüketimini ve üretim israfını azaltmak için derin yakıt yanması.
Temel nükleer teknolojiler Nükleer teknolojiler, nükleer reaksiyonların oluşmasına dayanan teknolojilerin yanı sıra, radyoaktif elementler veya nükleer reaksiyonların meydana geldiği elementler içeren malzemelerin özelliklerini ve işlenmesini değiştirmeyi amaçlayan teknolojilerdir. Nükleer enerji teknolojileri: - Termal nötronları kullanan nükleer reaktör teknolojileri -Hızlı nötron nükleer reaktör teknolojileri -Yüksek ve ultra yüksek sıcaklık nükleer reaktör teknolojileri
Nükleer kimyasal teknolojiler: - Nükleer hammadde ve nükleer yakıt teknolojileri - Nükleer teknolojiye ait malzeme teknolojileri Nükleer izotop zenginleştirme teknolojileri ve monoizotopik ve yüksek saflıkta maddelerin üretimi: - Gaz difüzyon teknolojileri - Santrifüj teknolojileri - Lazer teknolojileri Nükleer tıp teknolojileri
Dünyada nüfus artışı ve küresel enerji tüketimi, yalnızca doğal kaynaklar tükendikçe ve ona olan talep daha hızlı arttıkça artacak olan akut bir enerji kıtlığı; Sınırlı ve eşit olmayan şekilde dağıtılmış fosil yakıt kaynaklarına yönelik artan rekabet; bir çevre sorunları kompleksinin ağırlaşması ve çevresel kısıtlamaların artması; Petrol ihraç eden ülkelerin bölgelerindeki istikrarsız duruma ve hidrokarbon fiyatlarındaki giderek artan artışa bağımlılığın artması; Gelecek senaryoları alanında tahmin yapmak için değişmez olan hükümler:
En zengin ve en fakir ülkelerin enerji tüketim seviyelerindeki artan fark, farklı ülkelerin enerji tüketim seviyelerindeki fark, sosyal çatışma potansiyeli yaratıyor; nükleer santraller için teknoloji tedarikçileri arasında şiddetli rekabet; nükleer teknolojilerin uygulama kapsamını genişletme ihtiyacı ve nükleer reaktörlerin üretim alanları için büyük ölçekli enerji teknolojisi kullanımı; piyasa ekonomisinin zorlu koşullarında yapısal değişiklik ve reformların yapılması ihtiyacı vb. Gelecek senaryoları alanında tahmin yapmak için sarsılmaz hükümler:
Küresel CO 2 emisyonlarında ülkelerin payları ABD - %24,6 Çin - %13 Rusya - %6,4 Japonya - %5 Hindistan - %4 Almanya - %3,8. 1 GW elektrik kapasiteli bir nükleer santral, kömürle çalışan termik santrallere göre yılda 7 milyon ton CO 2 emisyonu, gazla çalışan termik santrallerle karşılaştırıldığında ise 3,2 milyon ton CO 2 emisyonu tasarrufu sağlıyor.
Nükleer evrim Dünya çapında faaliyet gösteren yaklaşık 440 ticari nükleer reaktör bulunmaktadır. Bunların çoğu Avrupa ve ABD, Japonya, Rusya, Güney Kore, Kanada, Hindistan, Ukrayna ve Çin'de bulunmaktadır. IAEA, 15 yıl içinde en az 60 reaktörün daha devreye gireceğini tahmin ediyor. Tür ve boyutların çeşitliliğine rağmen, yalnızca dört ana reaktör kategorisi vardır: 1. Nesil - bu neslin reaktörleri 1950'lerde ve 1960'larda geliştirildi ve denizaltıları veya denizaltıları tahrik etmek amacıyla askeri amaçlar için değiştirilmiş ve genişletilmiş nükleer reaktörlerdir. plütonyum üretimi için Nesil 2 – ticari işletmedeki reaktörlerin büyük çoğunluğu bu sınıflandırmaya aittir. Nesil 3 – bu kategorideki reaktörler şu anda başta Japonya olmak üzere bazı ülkelerde devreye alınmaktadır. 4. Nesil – buna geliştirme aşamasında olan ve birkaç yıl içinde tanıtılması planlanan reaktörler dahildir.
Nükleer evrim 3. Nesil reaktörlere "gelişmiş reaktörler" adı verilir. Bu tür reaktörlerden üçü halihazırda Japonya'da faaliyet gösteriyor ve daha fazlası da geliştirme veya inşa aşamasında. Bu nesile ait yaklaşık yirmi farklı tipte reaktör geliştirilme aşamasındadır. Bunların çoğu, ikinci nesil reaktörler temel alınarak geliştirilen, yenilikçi yaklaşımlara göre yapılan değişikliklerle “evrimsel” modellerdir. Dünya Nükleer Birliği'ne göre 3. Nesil aşağıdaki noktalarla karakterize edilmektedir: Her reaktör türü için standartlaştırılmış bir tasarım, lisanslama prosedürünün hızlandırılmasına, sabit varlıkların maliyetinin ve inşaat işi süresinin azaltılmasına olanak tanır. Basitleştirilmiş ve daha sağlam tasarım, bunların daha kolay kullanılmasını ve çalışma sırasındaki arızalara karşı daha az duyarlı olmasını sağlar. Yüksek kullanılabilirlik ve daha uzun hizmet ömrü - yaklaşık altmış yıl. Çekirdek erimesi nedeniyle kaza olasılığının azaltılması Çevreye minimum etki. Yakıt tüketimini ve üretim israfını azaltmak için derin yakıt yanması. 3. Nesil
Üçüncü Nesil Nükleer Reaktörler Avrupa Basınçlı Su Reaktörü (EPR) EPR, Fransa ve Almanya'da devreye alınan Fransız N4 ve Alman KONVOI ikinci nesil tasarımlarından geliştirilen bir modeldir. Bilyalı Yataklı Modüler Reaktör (PBMR) PBMR, yüksek sıcaklıkta gaz soğutmalı bir reaktördür (HTGR). Basınçlı su reaktörü Aşağıdaki büyük reaktör tasarımları mevcuttur: APWR (Mitsubishi ve Westinghouse tarafından geliştirilmiştir), APWR+ (Japon Mitsubishi), EPR (Fransız Framatome ANP), AP-1000 (Amerikan Westinghouse), KSNP+ ve APR- 1400 (Kore) şirketleri) ve CNP-1000 (Çin Ulusal Nükleer Şirketi). Rusya'da Atomenergoproekt ve Gidropress şirketleri geliştirilmiş bir VVER-1200 geliştirdi.
4. Nesil için seçilen reaktör konseptleri GFR - Gaz soğutmalı hızlı reaktör LFR Kurşun soğutmalı hızlı reaktör MSR - Erimiş tuz reaktörü: Uranyum yakıtı, çekirdeğin grafit kanalları boyunca dolaşan sodyum florür tuzu içinde eritilir. Erimiş tuzda üretilen ısı ikincil devreye aktarılır Sodyum soğutmalı hızlı reaktör VHTR - Ultra yüksek sıcaklık reaktörü: Reaktör gücü 600 MW, helyumla soğutulan çekirdek, grafit moderatör. Hidrojen üretmeyi amaçlayan en umut verici ve gelecek vaat eden sistem olarak kabul ediliyor. VHTR enerji üretiminin yüksek verimliliğe ulaşması bekleniyor.
Bilimsel araştırma, nükleer endüstrinin faaliyeti ve gelişiminin temelidir Nükleer enerjinin tüm pratik faaliyetleri, maddenin özelliklerine ilişkin temel ve uygulamalı araştırmaların sonuçlarına dayanmaktadır. Temel araştırma: maddenin temel özellikleri ve yapısı, yeni enerji kaynakları temel etkileşimlerin seviyesi Malzeme özelliklerinin araştırılması ve kontrolü - Radyasyon malzemeleri bilimi, yapısal korozyona dayanıklı, ısıya dayanıklı, radyasyona dayanıklı çelikler, alaşımlar ve kompozit malzemelerin oluşturulması
Bilimsel araştırma, nükleer endüstrinin faaliyeti ve gelişiminin temelidir: Tasarım, tasarım, teknoloji. Cihazların, ekipmanların, otomasyonun, teşhisin, kontrolün oluşturulması (genel, orta ve hassas mühendislik, alet yapımı) Süreç modelleme. Matematiksel modellerin, hesaplama yöntemlerinin ve algoritmaların geliştirilmesi. Süper bilgisayarlar kullanılarak nötronik, termodinamik, mekanik, kimyasal ve diğer hesaplamalı çalışmaların yürütülmesi için paralel hesaplama yöntemlerinin geliştirilmesi
Orta vadede AE Dünyanın 2030 yılına kadar nükleer güç kapasitesini ikiye katlaması bekleniyor. Nükleer güç kapasitesinde beklenen artış, termal nötron reaktörü teknolojilerinin ve açık çevrim nükleer yakıt çevriminin daha da geliştirilmesiyle sağlanabilir. enerji santralleri, kullanılmış nükleer yakıtın birikmesi (bu radyoaktif atık değildir!) ve nükleer yakıt döngüsü ve nükleer malzemeler gibi hassas teknolojilerin dünyasında yayılma riskiyle ilgilidir.
Büyük ölçekli nükleer santraller için teknolojik bir temel oluşturma görevleri Nükleer santrallerde hızlı nötron üreten reaktörlerin geliştirilmesi ve uygulanması Nükleer santrallerde nükleer yakıt döngüsünün tüm bölünebilir malzemeler için tamamen kapatılması Uluslararası nükleer yakıt ve enerji ağının organizasyonu nükleer yakıt döngüsü alanında bir dizi hizmet sağlayacak merkezler Endüstriyel ısı temini, hidrojen üretimi, suyun tuzdan arındırılması ve diğer amaçlar için nükleer enerji santrallerinde reaktörlerin geliştirilmesi ve uygulanması Nükleer enerjide yüksek derecede radyotoksik küçük aktinitlerin geri dönüşümü için optimal bir planın uygulanması bitkiler
HİDROJEN ÜRETİMİ VE UYGULAMASI Metanın nikel katalizörü üzerinde oksidasyonu sırasında aşağıdaki ana reaksiyonlar mümkündür: CH 4 + H 2 O CO + ZH 2 – 206 kJ CH 4 + CO 2 2CO + 2H 2 – 248 kJ CH 4 + 0,5 O2CO + 2H kJ CO + H20 CO2 + NkJ Yüksek sıcaklıkta dönüşüm, katalizörlerin yokluğunda, °C sıcaklıklarda ve 3035 kgf/cm2'ye veya 33,5 Mn/m2'ye kadar basınçlarda gerçekleştirilir; bu durumda metan ve diğer hidrokarbonların oksijenle CO ve H2'ye neredeyse tamamen oksidasyonu meydana gelir, CO ve H2 kolayca ayrılır.
HİDROJEN ÜRETİMİ VE UYGULAMASI Demirin cevherden indirgenmesi: 3CO + Fe 2 O 3 2Fe + 3CO 2 Hidrojen, birçok metali oksitlerinden (demir (Fe), nikel (Ni), kurşun (Pb), tungsten gibi) indirgeme kapasitesine sahiptir. (W), bakır (Cu), vb.). Dolayısıyla, °C ve üzeri bir sıcaklığa ısıtıldığında demir (Fe), herhangi bir oksitinden hidrojen ile indirgenir, örneğin: Fe203 + 3H2 = 2Fe + 3H2O
Sonuç Rusya, tüm sorunlarına rağmen hem askeri güç hem de ekonomik kalkınma potansiyeli (Rus ekonomisinde nükleer teknoloji) açısından büyük bir “nükleer” güç olmayı sürdürüyor. Nükleer kalkan, Rusya'nın bağımsız ekonomik politikasının ve dünya çapında istikrarın garantörüdür. Ekonominin lokomotifi olarak nükleer endüstrinin seçilmesi, öncelikle makine mühendisliği, alet yapımı, otomasyon ve elektronik vb. alanların makul bir düzeye getirilmesine olanak tanıyacak ve bu sırada nicelikten niteliğe doğal bir geçiş yaşanacaktır.
Nükleer endüstri 70 yılı aşkın süredir Anavatan için çalışıyor. Ve bugün, nükleer teknolojinin yalnızca silah ve elektrik olmadığını, aynı zamanda insanları etkileyen bir dizi sorunun çözümü için yeni fırsatlar olduğunun farkına varma zamanı geldi.
Elbette ülkemizin nükleer endüstrisi, 1941-1945 Büyük Vatanseverlik Savaşı'nın galipleri olan kazananlar nesli tarafından başarıyla inşa edildi. Ve şimdi Rosatom Rusya'nın nükleer kalkanını güvenilir bir şekilde destekliyor.
Igor Vasilyevich Kurchatov'un, yerli atom projesinin uygulanmasının ilk aşamasında bile silah geliştirme üzerinde çalışırken atom enerjisinin barışçıl amaçlarla yaygın kullanımı hakkında düşünmeye başladığı biliniyor. Yerde, yer altında, suda, deniz altında, havada ve uzayda nükleer ve radyasyon teknolojileri artık her yerde çalışıyor. Bugün yerli nükleer endüstrideki uzmanlar, yeni gelişmelerini modern ithal ikame koşullarında nasıl uygulayacaklarını düşünerek çalışmaya ve ülkeye fayda sağlamaya devam ediyor.
Ve tam olarak bundan bahsetmek önemlidir - hakkında çok az şey bilinen yerli nükleer bilim adamlarının barışçıl çalışma yönü.
Geçtiğimiz on yıllar boyunca fizikçilerimiz, endüstrimiz ve doktorlarımız, nükleer teknolojinin insan yaşamının en önemli alanlarında etkin kullanımı konusunda atılımlar yapmak için gerekli potansiyeli biriktirdi.
Nükleer bilim adamlarımızın yarattığı teknolojiler ve gelişmeler, çeşitli alan ve alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunlar tıp, tarım, gıda sanayidir. Örneğin verimliliği artırmak için tohumlara özel bir ekim öncesi işlem uygulanıyor ve buğdayın raf ömrünü uzatmak için tahıl işleme teknolojileri kullanılıyor. Bütün bunlar uzmanlarımız tarafından yaratılmıştır ve yurt içi gelişmelere dayanmaktadır.
Veya örneğin yenibahar ve diğer baharatlar, genellikle çeşitli enfeksiyonlara duyarlı ürünler bize yurt dışından, güney ülkelerinden getiriliyor. Nükleer teknoloji bu tür tüm bakterileri ve gıda hastalıklarını yok etmeyi mümkün kılmaktadır. Ancak ne yazık ki burada kullanılmıyorlar.
Radyasyon tedavisi onkoloji tedavisinde en etkili tedavilerden biri olarak kabul edilir. Ancak bilim adamlarımız sürekli olarak ilerlemektedir ve artık hastaların iyileşme oranını artırmak için en son teknolojiler geliştirilmektedir. Ancak şunu da belirtmekte fayda var ki, ileri teknolojilerin varlığına rağmen bu tür merkezler ülkede yalnızca birkaç şehirde faaliyet gösteriyor.
Görünüşe göre bilim adamlarının potansiyeli var, gelişmeler var ama bugün benzersiz nükleer teknolojileri tanıtma süreci hala oldukça yavaş.
Daha önce biz de bu arayı kapatan, öncelikle Batı ülkelerine odaklanan, onlardan izotop ve ekipman satın alan kişiler arasındaydık. Son on yılda durum çarpıcı biçimde değişti. Bu gelişmeleri hayata geçirecek yeterli kapasiteye zaten sahibiz.
Peki kağıt üzerinde başarılar varsa, onları bugün uygulamaya koymaktan bizi alıkoyan ne?
Burada belki de bu tür kararların uygulanmasına yönelik karmaşık bürokratik mekanizmaya işaret edebiliriz. Aslında nükleer teknolojilerin birçok alanda kullanımına yönelik tamamen yeni ve kaliteli bir format sunmaya artık hazırız. Ancak ne yazık ki bu çok yavaş gerçekleşiyor.
Yasa koyucuların, geliştiricilerin, bölgesel ve federal otoritelerin temsilcilerinin kendi düzeylerinde bu yönde çalışmaya hazır olduklarını söylemek yanlış olmaz. Ancak pratikte nükleer teknolojilerin tanıtılması ve uygulanması konusunda bir fikir birliğinin, ortak bir kararın ve programın olmadığı ortaya çıkıyor.
Bunun bir örneği, yakın zamanda modern bir proton terapi merkezinin faaliyete geçtiği ilk bilim şehri olan Obninsk şehridir. Moskova'da ikincisi var. Peki ya tüm Rusya? Burada bölgesel yetkilileri geliştiriciler ile federal merkez arasındaki diyaloğa aktif olarak katılmaya teşvik etmek önemlidir.
Yine sanayinin geliştiğini, teknolojilere talep olduğunu ancak bu gelişmelerin hayata uygulanmasına yönelik çalışmaların henüz yeterli düzeyde konsolidasyona uğramadığını ifade edebiliriz.
Şimdi asıl görevimiz, birleşik ve üretken bir diyalog için hükümetin her düzeyinden temsilcileri, bilim adamlarını ve geliştiricileri bir araya getirmektir. Açıkçası, çeşitli endüstrilerde modern nükleer teknoloji merkezleri oluşturmaya, geniş bir tartışma açmaya ve vatandaşlarımızın yararına departmanlar arası etkileşimin nasıl organize edileceğini öğrenmeye ihtiyaç var.
Gennady Sklyar, Devlet Duma Enerji Komitesi üyesi.
Gelecekteki enerji gelişimine yönelik senaryolardaki çeşitlilik ve farklılıklara rağmen, bu alanda tahmin yapmak için sarsılmaz bazı hükümler bulunmaktadır:
- dünyada nüfus artışı ve küresel enerji tüketimi;
- Sınırlı ve eşit olmayan şekilde dağıtılmış fosil yakıt kaynaklarına yönelik artan rekabet;
- petrol ihraç eden ülkelerin bölgelerindeki istikrarsız duruma bağımlılığın artması;
- artan çevresel kısıtlamalar;
- En zengin ve en fakir ülkeler arasındaki enerji tüketimi farkı giderek artıyor.
Bu koşullar altında nükleer enerjinin (NE) enerji ve sosyo-politik kalkınmada istikrar sağlayıcı bir faktör olarak rolü artıyor.
Tüm sorunlarına rağmen “nükleer” Rusya, hem askeri güç hem de ekonomik kalkınma (Rus ekonomisinde nükleer teknoloji) açısından büyük bir güç olmaya devam ediyor.
Milenyum Zirvesi'nde (Eylül 2000) BM'de nükleer teknolojilere dayalı kalkınmanın enerji istikrarını sağlama girişimiyle konuşan Rusya Devlet Başkanıydı. Bu girişimin son derece zamanında olduğu ortaya çıktı ve dünya toplumundan destek buldu: IAEA Genel Konferansı'nın dört kararı ve BM Genel Kurulu'nun iki kararı, Rusya Devlet Başkanı'nın girişimini gelişmekte olan ülkelerin isteklerini karşılaması ve bir yol olarak memnuniyetle karşılıyor. Sanayileşmiş ülkelerle gelişmekte olan ülkeler arasındaki ilişkileri uyumlu hale getirmek.
Rusya Federasyonu Başkanı'nın girişimi teknik bir proje değil, siyasi bir eylemdir. Böylece bu, dünya topluluğu tarafından kabul edildi ve en “hassas” malzeme ve teknolojilerin kullanımı hariç, yenilikçi bir nükleer enerji santralleri ve nükleer yakıt döngüsü (NFC) konseptinin geliştirilmesine ilişkin uluslararası IAEA projesi INPRO'ya yansıdı. küresel enerji sektöründe - “serbest” plütonyum ve yüksek oranda zenginleştirilmiş uranyum, dünyaya temel olarak yeni yaşam umutları açıyor” (Eylül 2000).
Uluslararası INPRO projesinin uygulanması, 21 IAEA üyesi ülkeden uzmanların çabalarını birleştirmeyi ve nükleer santrallerin, nükleer santrallerin ve nükleer yakıt çevrimlerinin geliştirilmesine yönelik gereklilikler ve kriterlerin geliştirilmesini mümkün kıldı.
Başkanın önerilerinin içeriğinin siyasi bir girişim olarak vurgulanması, Batılı ülkeler tarafından polis işlevlerine sahip bir örgüt olarak kabul edilen UAEA'nın atmosferinin "daha sağlıklı" olmasını mümkün kıldı ve UAEA'yı, bu konuların tartışılacağı bir dünya forumu rolüne yönlendirdi. Girişim başkanına uygun olarak dünyada ve özellikle gelişmekte olan ülkeler için nükleer enerjinin yeri. Dahası, Rusya Federasyonu Cumhurbaşkanı'nın girişimi, bilgi ve deneyimimizin bir mirası olarak, nükleer santrallerin ve nükleer yakıt çevrimlerinin yeni yenilikçi nükleer teknolojisinin yeni nesil bilim adamlarına ve mühendislere aktarılmasını ima ediyor. “Bilginin korunması” alanındaki yeni IAEA programı, nükleer enerjinin en gelişmiş ve gelecekteki gelişimi için anahtar olan (ancak bugün talep edilmeyen) - kapalı bir nükleer yakıt döngüsündeki hızlı nötron reaktörlerindeki bilgi ve deneyimi korumaya odaklanmıştır.
Bilginin korunması ve yeni nesillere aktarılması, nükleer enerji alanında küresel işbirliğinin göreviyle örtüşmektedir: “Batı – Doğu” ve “Kuzey – Güney”; bilgiyi hem zaman hem de uzayda yeni bölgelere (özellikle gezegen nüfusunun 4/5'inin yaşadığı ve nükleer enerji kapasitesinin 1/25'inden azının kullanıldığı gelişmekte olan ülkelere) aktarmak.
Bu, Uluslararası Nükleer Üniversite (UAEA'nın girişimiyle, Dünya Nükleer Birliği (WNA) ve Dünya Nükleer Operatörler Birliği (WANO) tarafından desteklenen) oluşturma girişimini öne sürmenin nedeniydi - girişimlerin mantıklı bir gelişimi Rusya Federasyonu Başkanı'nın.
Ancak nükleer enerji geliştirme programının yurt içinde pratikte uygulanmasında ve teknik projelerimizin uluslararası pazarda uygulanmasında olumsuz eğilimler giderek daha belirgin hale geliyor. İlk zil çoktan çaldı: Finlandiya'da ihalenin kaybedilmesi, uzmanlar için sadece Avrupa'da değil, aynı zamanda (Finlandiya'dakiyle aynı nedenlerden dolayı) pazarda yer alma şansının fiilen kaybedilmesi anlamına geliyor. önümüzdeki yıllarda Çin'de ve diğer Asya ülkelerinde başarı şansı. Üstelik yakın gelecekte uluslararası pazardaki durum aşağıdaki nedenlerden dolayı çok daha az elverişli hale gelecektir:
- Rosatom'un (TVEL Endişesi) yakıt sağladığı NGS güç ünitelerinin (Ignalina NPP, bir dizi Kozloduya ünitesi vb.) hizmet dışı bırakılması;
- Doğu Avrupa ülkelerinin Avrupa Birliği'ne katılımı - VVER tipi reaktörlere sahip nükleer enerji santrallerinin sahipleri;
- 2013'ten sonra HEU-LEU sözleşmesi kapsamında ABD'ye nükleer yakıt tedarikinin sona ermesi;
- 2006'dan sonra ABD'de santrifüj teknolojisine sahip bir tesisin devreye alınması;
- nükleer sektörde ulusötesi şirketlerin oluşturulması (kaynakların yoğunlaşması, maliyetlerin azaltılması);
- ABD tarafından geliştirilen yeni rekabetçi nükleer santral projelerinin uygulanması (AR-1000,
- HTGR) ve diğer ülkeler (EPR).
Ayrıca, nükleer endüstrinin gelişimini zorlaştıran bir takım iç zorluklar da bulunmaktadır (yatırım fonlarının eksikliğiyle birlikte):
- nükleer santrallerin hizmet ömürlerinin sonunda hizmet dışı bırakılması;
- Zheleznogorsk ve Seversk'teki üç endüstriyel reaktörün kapatılması;
- önceki yıllarda biriken ucuz uranyum hammadde rezervlerinin azaltılması;
- üniter devlet teşebbüslerinin haklarına ilişkin kısıtlamalar;
- kusurlu yatırım ve tarife politikaları.
Endişelerin kendi fonlarının mümkün olan maksimum kullanımıyla bile (Rusya'nın enerji stratejisine uygun olarak), “nükleer” enerjinin muazzam teknolojik ve personel potansiyeline rağmen, nükleer santrallerin ülkenin enerji dengesine katkısı çok mütevazı olacaktır. .
Rus nükleer kompleksindeki reform ve güçlü hükümet organı Minatom'un Rosatom ajansına dönüştürülmesi nedeniyle durum son zamanlarda önemli ölçüde kötüleşti. Nükleer savunma ve enerji kompleksinin başarılı gelişiminin ilk aşamasında devletin rolü her bakımdan belirleyiciydi: örgütsel, mali ve bilimsel, çünkü bu kompleks ülkenin egemen gücünü ve gelecekteki ekonomisini belirledi. Uzmanlar, ülkenin nükleer kalkanının ve küresel nükleer teknolojilerinin tek bir bilimsel ve teknolojik kompleksin iki yüzü olduğu açıktır. Nükleer teknolojinin uygun maliyetli barışçıl kullanımı olmadan, "nükleer kalkan" ya Rusya ekonomisini çökertecek ya da ülkenin tam güvenliğini sağlamayan bir "kalkan" haline gelecektir.
Aynı zamanda, Rusya'nın egemenliğinin ana mekanizması ve temeli olan nükleer kompleksin, devlet başkanı Rusya Devlet Başkanı'nın doğrudan etki alanının dışında olduğu ortaya çıktı.
Sonuç olarak, gerçek bir nükleer enerji stratejisinde netlik bulunmaması, nesiller arası sürekliliğin kaybolmasına yol açmaktadır. Dolayısıyla, hızlı nötron reaktörlerinin geliştirilmesinde ve yüksek nükleer eğitim alanında en gelişmiş ülke olan Rusya'nın, nükleer bilgi ve deneyimi korumaya yönelik ulusal bir programı olmadığı gibi, nükleer nükleer eğitime katılıma yönelik ulusal bir programı da bulunmamaktadır. Dünya Nükleer Üniversitesi.
NÜKLEER ENERJİNİN DAHA DA GELİŞTİRİLMESİ
Nükleer teknolojilerin özel “hassasiyetleri” nedeniyle daha etkin bir şekilde geliştirilmesi, yakın uluslararası işbirliği olmadan mümkün değildir. Aynı zamanda yurt içi gelişmelerin hâlâ öncelikli olduğu teknolojik ve “pazar” nişini doğru belirlemek çok önemlidir.
Geleneksel nükleer enerjinin dünya pazarında yakın gelecekte Finlandiya'da ihaleyi kazanan Avrupa Güç Reaktörü'nün (EPR) yanı sıra Amerikan AR-1000 ve Asya (Kore ve Japon) reaktörleri daha da genişleyecek.
Tamamlanmış bir teknik tasarımın olmayışı ve yeni nesil VVER'in (VVER-1500) referans gösteriminin zamanlaması ile ilgili belirsizlik ve ayrıca "standart", tamamen tamamlanmış bir VVER-1000 projesinin bulunmaması, Rusya'nın Geleneksel güç ünitelerinin dış pazarı savunmasız. Bir eylem programı seçmek için öncelikle yerli VVER-1000 ve VVER-1500 projelerinin ana göstergelerinin uygulama sırasında Batılı rakipleriyle karşılaştırmalı bir analizinin yapılması gerekmektedir.
Bu koşullar altında, Çin ve Hindistan'daki sözleşme yükümlülükleri dikkate alınarak, fonların, standart rekabetçi bir VVER-1000'in iç ve dış pazarlar için tamamlanması ve tanıtılmasına ve VVER-1500'ün benzer bir teknik tasarımının uygulanmasına yoğunlaştırılması gerekmektedir. EPR'ye performans koşulları.
Yenilikçi küçük nükleer santrallere yönelik pazar (iç ve dış) potansiyel olarak Rusya için uygun olabilir. Donanma ve buzkıran filosu için nükleer enerji santrallerinin (500'den fazla nükleer reaktör) geliştirilmesi ve oluşturulması konusunda geniş yurt içi deneyim ve evsel su-su ve sıvı metal (Pb-Bi) nükleer santrallerinin benzersizliği, nükleer enerji santralleri Gelişmekte olan ülkelerin potansiyel olarak büyük enerji pazarı, bu alanı iç ve dış pazarlar için bir öncelik haline getiriyor. Rusya, geleneksel nükleer santrallerin (VVER-1000 üniteleri ile) uyumlu gelişimini ve küçük nükleer santrallerin (elektrik, tuzdan arındırma, ısıtma) yenilikçi gelişmelerini göstermek için ideal bir test alanıdır. Aynı zamanda, “yayılmanın önlenmesi” sorununun çözüm olasılıklarından biri olan, teknolojiden ziyade bir “ürün”ün (nükleer güç ünitesi, yakıt) tedarikinin leasing yoluyla temin edilmesi olasılığı da gösterilebilir.
Burada belirleyici olan, ~ 10-20 yıllık sürekli bir çalışma süresine (tüm işletme süresi boyunca aşırı yükleme olmadan) sahip küçük taşınabilir nükleer santrallerin (örneğin yüzer) oluşturulması olabilir.
Hızlı nötron reaktörlerinin, hem uranyum-plütonyum hem de toryum-uranyum kapalı yakıt döngülerini kullanarak yakıt tedariki sorununu çözmenin temeli olarak nükleer enerjinin gelecekteki gelişimindeki rolü genel olarak kabul edilmektedir.
Nükleer yakıt döngüsünü kapatmak ve nükleer enerji için neredeyse sınırsız yakıt tedariki sorununu çözmek için yeni nesil hızlı nötron nükleer yakıt üreten reaktörlerin ve yeni nükleer yakıt yeniden işleme yöntemlerinin geliştirilmesi ve uygulanmasının rolü önemlidir. Bu tür bir ticari reaktör işleten tek ülke olan Rusya'da kabul edilen ileri seviyedeki hızlı reaktör teknolojisi, nükleer yakıtın yeniden işlenmesindeki deneyimle birleştiğinde, Rusya'nın uzun vadede küresel nükleer enerjide liderlerden biri rolünü üstlenmesine olanak tanıyacak. Dünya çapında birçok ülkeye nükleer yakıtın üretimi ve yeniden işlenmesi için hizmetler sağlarken, aynı zamanda "silah sınıfı" plütonyumun enerji kullanımı da dahil olmak üzere nükleer silahların çoğalma riskini azaltıyor.
Bu sorunu çözmenin gerekli ve zorunlu koşulu, her şeyden önce, tamamen kapalı bir nükleer yakıt döngüsünün geliştirilmesidir ve bu, aşağıdaki konularda oldukça ciddi yatırımlar gerektirecektir:
- hızlı reaktörler için plütonyum yakıtı ve VVER reaktörleri için MOX yakıtı üretimine yönelik kompleks;
- plütonyum yakıt işleme kompleksi;
- toryum yakıtının üretimi ve işlenmesi için kompleks.
BN-800 ile nükleer enerji santrali inşa etme sorununun çözülmesi şu anda zordur. İnşaat birçok maliyet gerektirir. BN-800'ün hızlı bir şekilde inşa edilmesi ihtiyacını destekleyen argümanlar olarak aşağıdakiler verilmiştir:
- uranyum-plütonyum yakıtının işlenmesi;
- silah sınıfı plütonyumun “fazlalık” enerji kullanımı;
- Rusya'da hızlı reaktörlerin geliştirilmesine ilişkin bilgi ve deneyimin korunması.
Aynı zamanda, BN-800 için spesifik sermaye yatırımları ve tedarik edilen elektriğin maliyeti, VVER reaktörlü nükleer santrallerinkini önemli ölçüde aşıyor.
Ek olarak, yakıt döngüsünü kapatmak ve bunu yalnızca bir BN-800 için kullanmak için tüm üretim kompleksini gerçekleştirmek pahalı görünüyor.
Taşımacılık ve diğer endüstriyel uygulamalar için yapay sıvı yakıt üretimine katılmadan nükleer enerjinin faydalarını tam olarak anlamak mümkün değildir. Yüksek sıcaklıkta helyum reaktörlerine sahip nükleer enerji santrallerinin oluşturulması, nükleer enerjiyi hidrojen üretmek için kullanmanın bir yoludur ve hidrojen ekonomisi çağında bunun yaygın kullanımıdır. Bu hedefe ulaşmak için, projenin geliştirilmesinin tamamlanması ve yüksek sıcaklıkta elektrik üretimi için 1000 ° C'ye kadar sıcaklıklarda ısı üretebilen yüksek sıcaklıkta helyum soğutmalı reaktörlerin geliştirilmesine yönelik bir gösteri ünitesi oluşturulması gerekmektedir. gaz türbini çevriminde verimlilik ve hidrojen üretim süreçlerine yüksek sıcaklıkta ısı ve elektrik sağlanması ve ayrıca suyun tuzdan arındırılması, kimya, petrol rafinerisi, metalurji ve diğer endüstrilerdeki teknolojik süreçler.
Çoğu analist, yeni teknolojilerin bu yüzyılın otuzlu yaşlarında ticari olarak kullanıma sunulmasını sağlamak için nükleer enerjinin inovasyon zorluklarının önümüzdeki yirmi yılda ele alınması gerektiğinin farkındadır.
Bu nedenle bugün, ülkenin nükleer enerjisinin uzun vadeli ve büyük ölçekli gelişimini sağlayan teknolojik yeniliklerin, Rusya'nın geleceğindeki tarihi rollerinin uygulanmasını sağlayan nükleer teknolojilerin geliştirilmesi ve uygulanmasına yönelik acil bir ihtiyaçla karşı karşıyayız. Bu sorunu tek başına çözmek imkansızdır. Küresel nükleer toplulukla aktif işbirliği gereklidir. Ancak bu dünya topluluğu bizi nükleer yolun kenarında bırakma niyetini gösteriyor.
Yenilikçi nükleer teknolojiler geliştirmek zor ve sermaye yoğun bir iştir. Çözümü tek bir ülkenin gücünün ötesindedir. Bu nedenle, dünya toplumunda hem hükümetler arası düzeyde hem de sanayi şirketleri düzeyinde yenilikçi nükleer teknolojilerin geliştirilmesinde işbirliği ortaya çıkıyor. Bunun göstergesidir
ABD, İngiltere, Fransa, Japonya ve Kanada arasında 28 Şubat 2005 tarihinde imzalanan Yeni Nesil Nükleer Enerji Sistemlerinin Geliştirilmesine İlişkin Anlaşma ile ilgili olarak: hızlı helyum reaktörü; hızlı sodyum reaktörü; hızlı kurşun reaktörü; erimiş tuz reaktörü; süperkritik parametrelere sahip hafif su reaktörü; ultra yüksek sıcaklık reaktörü Bu teknolojilerin bazılarında benzersiz deneyime sahip olan Rusya bu ortaklığa katılmıyor. Bu nedir: Batılı ortaklarımızın geçici olarak aforoz edilmesi mi, yoksa istikrarlı bir pozisyon mu?
GEREKLİ EYLEMLER
Ülkenin yakıt ve enerji kompleksinde, nükleer teknolojinin hızlandırılmış gelişimini sağlamayı amaçlayan aktif bir devlet politikasına ihtiyaç vardır: yatırım politikasında ve yenilikçi nükleer enerji projelerinde devlet desteğini artırmaya yönelik çaba ve fonların yoğunlaştırılmasıyla.
Nükleer enerji alanında yenilikçi faaliyetleri destekleyecek ve teşvik edecek mali ve ekonomik mekanizmaların oluşturulması gerekmektedir.
Hükümet düzenlemelerinin ek tedbirleri olmadan piyasanın ülke ekonomisini yüksek teknolojili bir kalkınma yoluna yönlendirmediği ve nükleer enerji ile nükleer yakıt döngüsünün ülke ekonomisindeki yapısal değişim ve atılım alanlarından biri olduğu açıktır. 21. yüzyılın teknolojileri.
Devlet yapılarının kararlarının yeterliliğini garanti eden “kolektif uzmanlar” olan ve olacak olan önde gelen devlet bilim merkezlerinin rolünü güçlendirirken, “bilim – proje – sanayi” zincirinde ekonomik yöntemlere dayalı etkin kurumsal bağların yeniden tesis edilmesi gerekli görünmektedir. nükleer teknoloji alanı.
Yenilikçi projelere öncelik verilmesi (Rus uzmanların uluslararası IAEA INPRO projesine aktif katılımı dahil), çabaları (mali ve organizasyonel) Rusya'ya uluslararası nükleer teknoloji pazarında değerli bir yer sağlayabilecek teknolojiler ve başarılar üzerinde yoğunlaştırmaya ihtiyaç var. ve ülkenin ihracat yeteneklerini genişletmek. Yeni nesil nükleer sistemlerin geliştirilmesi için uluslararası işbirliğinin kurulması gerekmektedir.
Öğrencilere, lisansüstü öğrencilere yönelik ekonomik (finansal vb.) ve organizasyonel teşvikler ve nükleer endüstrideki araştırmacıların aktif katılımı ile nükleer alanda bilgi ve deneyimin birikmesi, korunması ve aktarılmasının sağlanması ve Ülkenin “öncü” nükleer üniversitelerinde ve bölümlerinde çalışmak üzere önde gelen mühendisler, araştırmacılar ve bilim adamları: MEPhI, OIATE, MVTU, MPEI, MIPT, MAI, MSU, vb. Nükleer bilgi ve deneyimi koruma görevinin pratik olarak uygulanması, Bu alanda bir “ulusal programın” geliştirilmesi, onaylanması ve uygulanması, Rusya Nükleer Merkezi bilgi ve teknolojisinin (entegre bilim ve eğitim merkezi) oluşturulması yoluyla gerçekleştirilebilir.
ÇÖZÜM
Rusya'nın enerji ve ulusal güvenliğinin uzun vadeli çıkarları ile ülkenin sürdürülebilir kalkınması, elektrik, hidrojen, endüstriyel ve evsel ısı üretiminde nükleer enerjinin payının artırılmasını gerektiriyor. Ülkede 50 yılı aşkın bir süredir nükleer enerji alanında biriken engin teknolojik deneyim ve bilimsel ve teknik potansiyel, Rusya'nın uygun koşullar ve yenilik politikası altında "nükleer ön plana" ulaşmasını ve gelecek nükleer çağın liderlerinden biri olmasını sağlıyor. halkının yanı sıra gelişmekte olan ülkelere nükleer teknolojiler, ekipman, bilgi ve deneyim sağlayan lider bir tedarikçidir.
