In Russland wird an einem revolutionären Atomreaktor der vierten Generation gearbeitet. Die Rede ist vom BREST-Reaktor, an dem derzeit Unternehmen des Staatskonzerns Rosatom arbeiten. Dieser vielversprechende Reaktor wird im Rahmen des Breakthrough-Projekts gebaut. BREST ist ein Projekt von schnellen Neutronenreaktoren mit einem Bleikühlmittel, einem Zweikreis-Wärmeübergang zur Turbine sowie überkritischen Dampfparametern. Das Projekt wird in unserem Land seit Ende der 1980er Jahre entwickelt. Der Hauptentwickler dieses Reaktors ist NIKIET, benannt nach N. A. Dollezhal (Research and Design Institute of Power Engineering).
Heute liefern Atomkraftwerke Russland mit 18% des erzeugten Stroms. Die Kernenergie ist im europäischen Teil unseres Landes sehr wichtig, insbesondere im Nordwesten, wo sie 42 % der Stromerzeugung ausmacht. Derzeit sind in Russland 10 Kernkraftwerke in Betrieb, die 34 Kraftwerke betreiben. Die meisten von ihnen verwenden als Brennstoff niedrig angereichertes Uran mit einem Gehalt des Isotops Uran-235 in der Höhe von 2-5%. Gleichzeitig wird der Brennstoff im Kernkraftwerk nicht vollständig verbraucht, was zur Bildung radioaktiver Abfälle führt.
Russland hat bereits 18 Tausend Tonnen verbrauchtes Uran angesammelt und jedes Jahr steigt diese Zahl um 670 Tonnen. Insgesamt gibt es weltweit 345 Tausend Tonnen dieses Abfalls, davon 110 Tausend Tonnen in den Vereinigten Staaten. Das Problem bei der Verarbeitung dieser Abfälle könnte durch einen neuartigen Reaktor gelöst werden, der in einem geschlossenen Kreislauf arbeiten würde. Die Schaffung eines solchen Reaktors würde dazu beitragen, das Durchsickern militärischer Nukleartechnologie zu bewältigen. Solche Reaktoren könnten sicher in alle Länder der Welt geliefert werden, da es im Prinzip unmöglich wäre, auf ihnen die für die Herstellung von Atomwaffen notwendigen Rohstoffe zu beschaffen. Aber ihr Hauptvorteil wäre die Sicherheit. Solche Reaktoren könnten sogar mit alten, abgebrannten Kernbrennstoffen gestartet werden. Laut A. Kryukov, Doktor der Physikalischen und Mathematischen Wissenschaften, sagen uns selbst eher grobe Berechnungen, dass die Reserven an abgebranntem Uran, die sich in 60 Jahren Betrieb der Atomindustrie angesammelt haben, für mehrere hundert Jahre Energieerzeugung ausreichen werden.
Die BREST-Reaktoren sind ein revolutionäres Projekt in diese Richtung. Dieser Reaktor passt gut in den Kontext der Rede Wladimir Putins auf dem Millenniums-Gipfel vor der UNO im September 2000. In seinem Bericht versprach der russische Präsident der Welt eine neue Atomenergie: sicher, sauber, ohne Waffeneinsatz. Seit dieser Präsentation sind die Arbeiten zur Umsetzung des Breakthrough-Projekts und zur Errichtung des BREST-Reaktors erheblich vorangekommen.
Gesamtansicht des BREST-300 Reaktors
Ursprünglich wurde der BREST-Block entwickelt, der ein Kraftwerk mit einer Leistung von 300 MW bereitstellen sollte, später erschien jedoch ein Projekt mit einer erhöhten Leistung von 1200 MW. Gleichzeitig haben die Entwickler zu diesem Zeitpunkt alle Anstrengungen auf den leistungsschwächeren Reaktor BREST-OD-300 (experimentelle Demonstration) im Zusammenhang mit der Entwicklung einer Vielzahl neuer Konstruktionslösungen konzentriert und planen deren Erprobung an einem relativ kleinen und kostengünstigen Projekt in der Umsetzung. Außerdem ist die gewählte Leistung von 300 MW (elektrisch) und 700 MW (thermisch) die minimal erforderliche Leistung, um das Brennstoffbrutverhältnis im Reaktorkern gleich Eins zu erreichen.
Derzeit wird das Projekt "Breakthrough" auf dem Gelände des Unternehmens des Staatskonzerns "Rosatom" des Sibirischen Chemiekombinats (SCC) auf dem Territorium der geschlossenen territorialen Einheit (ZATO) Sewersk (Region Tomsk) umgesetzt. Bei diesem Projekt geht es um die Entwicklung von Technologien zur Schließung des nuklearen Brennstoffkreislaufs, die in der Kernkraftindustrie der Zukunft gefragt sein werden. Die Umsetzung dieses Projekts in die Praxis sieht die Schaffung eines Pilot-Demonstrationsleistungskomplexes vor, bestehend aus: BREST-OD-300 - einem schnellen Neutronenreaktor mit einem Blei-Flüssigmetall-Kühlmittel mit einem stationären Kernbrennstoffkreislauf und einem speziellen Modul für die Herstellung / Sanierung von Brennstoff für diesen Reaktor sowie ein Modul zur Wiederaufarbeitung seiner abgebrannten Brennelemente. Es ist geplant, den Reaktor BREST-OD-300 im Jahr 2020 in Betrieb zu nehmen.
Der Generalplaner des Pilot-Demonstrationsenergiekomplexes ist das St. Petersburger VNIPIET. Der Reaktor wird von NIKIET (Moskau) gebaut. Zuvor wurde berichtet, dass die Entwicklung des BREST-Reaktors auf 17,7 Milliarden Rubel, der Bau eines Wiederaufarbeitungsmoduls für abgebrannte Kernbrennstoffe - 19,6 Milliarden Rubel, eines Fertigungsmoduls und eines Startkomplexes für die Brennstoffaufbereitung - 26,6 Milliarden Rubel geschätzt wird. Die Hauptaufgabe des entstehenden Energiekomplexes sollte die Entwicklung der Technologie zum Betrieb eines neuen Reaktors, der Produktion von neuem Brennstoff und der Technologie zur Wiederaufarbeitung abgebrannter Kernbrennstoffe sein. Aus diesem Grund wird die Entscheidung, den Reaktor BREST-OD-300 im Power-Modus zur Stromerzeugung in Betrieb zu nehmen, erst nach Abschluss aller Forschungsarbeiten im Projekt fallen.
Die Baustelle des Kraftwerkskomplexes BREST-300 befindet sich im Bereich der radiochemischen Anlage des Sibirischen Chemiekombinats. Die Arbeiten an dieser Seite begannen im August 2014. Laut Sergei Tochilin, Generaldirektor der SKhK, wurde hier bereits eine vertikale Nivellierung mit dem Aushub von einer Million Kubikmeter Erdreich durchgeführt, Kabel verlegt, Brauchwasserleitungen verlegt und weitere Bauarbeiten abgeschlossen. Derzeit setzen der Auftragnehmer "Java-Stroy" und der Seversky-Subunternehmer "Spetsteplokhimmontazh" den Komplex der Arbeiten im Zusammenhang mit der Vorbereitungszeit fort. Heute arbeiten 400 Menschen auf der Baustelle, mit der Erhöhung des Arbeitstempos in der Anlage wird die Zahl der Bauarbeiter auf 600-700 Personen anwachsen. Die staatlichen Investitionen in dieses Projekt werden nach Angaben des Pressedienstes des Sibirischen Chemiekombinats grob auf 100 Milliarden Rubel geschätzt.
Ein experimenteller Demonstrationsenergiekomplex im größten geschlossenen Verwaltungskomplex unseres Landes wird in Etappen gebaut. Die erste Anlage zum Bau einer Nitridbrennstoffanlage soll 2017-2018 in Betrieb genommen werden. Der in dieser Anlage produzierte Brennstoff wird zukünftig dem experimentellen Demonstrationsreaktor BREST-300 zugeführt, dessen Bau 2016 beginnen und 2020 abgeschlossen sein wird, dies ist der Abschluss der zweiten Phase des Projekts. Der dritte Arbeitsschritt sieht den Bau einer weiteren Anlage zur Wiederaufarbeitung abgebrannter Brennelemente vor. Das Breakthrough-Projekt soll bis 2023 voll funktionsfähig sein. Dank der Umsetzung dieses ehrgeizigen Projekts sollen in der Stadt Sewersk etwa 1,5 Tausend neue Arbeitsplätze entstehen. 6-8 Tausend Arbeiter werden direkt am Bau der BREST-300-Anlage beteiligt sein.
Wie der Leiter des BREST-300-Reaktorprojekts Andrei Nikolaev sagte, wird der experimentelle Demonstrationskraftwerkskomplex in der Stadt Sewersk das Reaktorwerk BREST-OD-300 mit einem stationären Kernbrennstoffkreislauf sowie einen Komplex zur Herstellung von "Atomkraftstoff der Zukunft". Die Rede ist von Nitridbrennstoff für schnelle Reaktoren. Es wird davon ausgegangen, dass mit dieser Art von Brennstoff ab den 20er Jahren des 21. Jahrhunderts die gesamte Kernenergieindustrie funktionieren wird. Es ist geplant, dass der experimentelle BREST-300-Reaktor der weltweit erste Schnelle-Neutronen-Reaktor mit einem flüssigen Schwermetall-Kühlmittel wird. Dem Projekt zufolge werden abgebrannte Kernbrennstoffe im BREST-300-Reaktor wiederaufbereitet und anschließend wieder in den Reaktor geladen. Für die Erstbeladung des Reaktors werden insgesamt 28 Tonnen Brennstoff benötigt. Derzeit wird die Analyse von abgebrannten Kernbrennstoffen aus den Lagern des Sibirischen Chemiekombinats durchgeführt - es ist möglich, dass eine bestimmte Menge von Produkten mit einem Plutoniumelement zur Herstellung von Brennstoff für den BREST-Experimentalreaktor verwendet werden kann.
Der BREST-300-Reaktor wird in Bezug auf die Betriebssicherheit gegenüber allen derzeit betriebenen Reaktoren eine Reihe bedeutender Vorteile aufweisen. Dieser Reaktor kann sich bei Abweichungen von Parametern selbstständig abschalten. Außerdem verwendet ein Reaktor für schnelle Neutronen Brennstoff mit einer geringeren Reaktivitätsspanne, und eine schnelle Neutronenbeschleunigung und die anschließende Möglichkeit einer Explosion sind einfach ausgeschlossen. Blei ist im Gegensatz zu Natrium, das heute als Wärmeträger verwendet wird, passiv und aus chemischer Sicht sicherer als Natrium. Dichter Nitridkraftstoff verträgt Temperaturbedingungen und mechanische Defekte leichter und ist zuverlässiger als Oxidkraftstoff. Selbst extremste Sabotageunfälle mit Zerstörung äußerer Barrieren (Behälterdeckel, Reaktorgebäude etc.) werden nicht zu radioaktiven Freisetzungen führen können, die eine Evakuierung der Bevölkerung und nachfolgende langfristige Landentfremdung erfordern würden, wie dies bei beim Unfall von Tschernobyl 1986.
Zu den Vorteilen des BREST-Reaktors gehören:
- Sicherheit der natürlichen Strahlung bei Unfällen aller Art aus externen und internen Gründen, einschließlich Sabotage, die keine Evakuierung der Bevölkerung erfordert;
- langfristige (fast unbegrenzte) Brennstoffversorgung durch effiziente Nutzung von Natururan;
- Nichtverbreitung von Nuklearwaffen auf dem Planeten durch die Beseitigung der Produktion von waffenfähigem Plutonium während des Betriebs und die Einführung einer Vor-Ort-Technologie zur Wiederaufbereitung von trockenem Brennstoff ohne Trennung von Plutonium und Uran;
- Umweltfreundlichkeit der Energieerzeugung und anschließende Abfallentsorgung durch einen geschlossenen Brennstoffkreislauf mit Umwandlung langlebiger Spaltprodukte, Umwandlung und Verbrennung von Aktiniden in einem Reaktor, Reinigung radioaktiver Abfälle von Aktiniden, Aufbewahrung und Entsorgung radioaktiver Abfälle ohne Verletzung der natürliche Strahlungsbilanz;
- wirtschaftliche Wettbewerbsfähigkeit, die durch die natürliche Sicherheit des Kernkraftwerks und die Technologie des implementierten Brennstoffkreislaufs erreicht wird, Beschickung des Reaktors mit nur 238 U, Verzicht auf komplexe technische Sicherheitssysteme, hohe Bleiparameter, die das Erreichen von überkritischen gewährleisten Parameter des Dampfturbinenkreislaufs und hohe Effizienz des thermodynamischen Kreislaufs, Reduzierung der Baukosten.
Projektbild des BREST-Komplexes. 1 - Reaktor, 2 - Turbinenraum, 3 - SNF-Wiederaufarbeitungsmodul, 4 - Frischbrennstoff-Fertigungsmodul.
Die Kombination aus Mononitrid-Brennstoff, natürlichen Eigenschaften des Bleikühlmittels, konstruktiven Lösungen des Kern- und Kühlkreislaufs, physikalische Eigenschaften eines schnellen Reaktors bringt den BREST-Reaktor auf ein qualitativ neues Niveau natürlicher Sicherheit und ermöglicht eine Stabilität ohne Auslösen aktiv Mittel zum Notfallschutz bei sehr schweren Unfällen, die für keinen der bestehenden und geplanten Reaktoren der Welt unüberwindbar sind:
- Selbstfahrlafette aller verfügbaren Aufsichtsbehörden;
- Abschalten (Blockieren) aller Pumpen des 1. Kreislaufs des Reaktors;
- Abschalten (Blockieren) aller Pumpen des 2. Kreislaufs des Reaktors;
- Druckentlastung des Rektoratsgebäudes;
- Bruch von Dampferzeugerrohren oder Rohrleitungen des Sekundärkreislaufs an einem beliebigen Abschnitt;
- die Verhängung einer Vielzahl von Unfällen;
- Unbegrenzte Abklingzeit bei vollständiger Abschaltung.
Das von Rosatom durchgeführte Breakthrough-Projekt zielt darauf ab, eine neue technologische Plattform für die russische Nuklearindustrie mit einem geschlossenen Brennstoffkreislauf zu schaffen und das Problem abgebrannter Kernbrennstoffe und radioaktiver Abfälle (RW) zu lösen. Das Ergebnis der Umsetzung dieses ehrgeizigen Projekts sollte die Schaffung eines wettbewerbsfähigen Produkts sein, das russischen Technologien in den nächsten 30-50 Jahren eine führende Position in der weltweiten Kernenergieindustrie und im Allgemeinen im globalen Energiesystem verschaffen wird.
