BREST-OD-300 هو أول مفاعل نيوتروني سريع يعمل بالنتريد المبرد بالرصاص ويحول النظرية إلى واقع. هدفه الرئيسي هو إثبات جدوى أحدث تقنيات المفاعلات وإمكانية إغلاق دورة الوقود النووي.
تصميم المفاعل ومبادئ التشغيل
BREST-OD-300 هو اختصار روسي لـعبارة “عرض تجريبي آمن بشكل سلبي لمفاعل نيوتروني سريع باستطاعة 300 ميغاواط”. وهو يستخدم الرصاص المنصهر كمبرد ومزيج من نيتريد اليورانيوم والبلوتونيوم (MUPN) كوقود. تم صب الخرسانة الأولى لقاعدة المفاعل في حزيران/يونيو 2021.
يستلزم النوع الجديد من المبرد تصميمًا خاصا: يقع قلب المفاعل BREST-OD-300 في القسم المركزي من حوض خرساني مقوى مملوء برصاص منصهر. تضم أقسامه المحيطية مولدات بخار ومضخات دوران.
تجعل درجات حرارة الانصهار والغليان والخصائص الفيزيائية الأخرى لسائل التبريد وتصميم المفاعل من الممكن التخلي عن المصيدة الرئيسية والعديد من الأنظمة المساعدة وتقليل متطلبات السلامة لمعدات المفاعل الإضافية. يستبعد التصميم والفيزياء المتكاملان لمفاعل BREST احتمال وقوع حوادث قد تتطلب إجلاء الأشخاص.
للمفاعل تصميم ثنائي الدارة: يقوم الوقود النووي بتسخين الرصاص المنصهر في الدارة الأولية؛ ثم يتدفق الرصاص المنصهر عبر مولد بخار وينقل الحرارة إلى الماء في الدارة الثانوية؛ يتحول الماء إلى بخار ويقوم بتدوير مولد توربيني لتوليد الكهرباء.
يعتبر BREST-OD-300 جزءًا مما يسمى “منشأة إنتاج طاقة تجريبية توضيحية” (يشار إليها اختصارًا باللغة الروسية ODEK) والتي تشتمل أيضًا على وحدة تصنيع وقود اليورانيوم والبلوتونيوم ووحدة إعادة معالجة الوقود المستهلك. سيتم إنتاج وقود جديد هناك من البلوتونيوم المستخدم في المفاعل واليورانيوم المنضب عن طريق التوليف الكربوني الحراري.
تهدف وحدات ODEK الثلاث إلى إثبات استدامة إعادة تدوير الوقود المستهلك إلى وقود طازج، أي جدوى دورة وقود نووي “مغلقة” في الموقع.
هندسة متعددة الأبعاد
بدأ المجمع الكيميائي السيبيري (SCP، جزء من شركة TVEL للوقود التابعة لروساتوم)، الموقع المضيف لـ ODEK، في أواخر نيسان/أبريل، بتجميع نموذج أولي لمضخة رصاص منصهر. تزن المضخة أكثر من 30 طنًا، وهي مصنوعة من درجات فولاذية عالية الجودة ومواد خزفية. تم تسليم أجزائها إلى الموقع في أواخر آذار/مارس 2023. سيتم بعد تجميعها اختبارها على منصة اختبار خاصة في عمود مملوء برصاص منصهر. المضخة قادرة على ضخ 11 طنًا من الرصاص المنصهر في الثانية عبر الدارة الأولية للمفاعل، وهو ما يضاهي حمولة شاحنة متوسطة الحجم.
سيتم في العام 2023 اختبار المضخة لأداء الضغط والتدفق. يمكن، بناءً على النتائج التي تم الحصول عليها، تعديل تصميم النموذج الأولي لتصنيع أربع مضخات للمفاعل.
يقوم مصنع نوفوسيبيرسك للمركزات الكيميائية (جزء من روساتوم) بتطوير مجموعات وقود وهمية لقلب مفاعل نموذجي. من المبرمج أن تكون جاهزة في نهاية العام 2024 وسيتم شحنها إلى ODEK.
تمت دراسة واختبار قضبان الوقود وتجميعات الوقود لـلمفاعل BREST-OD-300 بعناية واختبارها مسبقًا. وكمثال حديث، تم اختبار قضبان الوقود الوهمية في مفاعل النبض IGR (كازاخستان). أكدت الاختبارات والدراسات اللاحقة للإشعاع، التي انتهت في أيلول/سبتمبر 2022، الخصائص التصميمية لقضبان الوقود في شروط خارجة عن أساس التصميم، مثل إضافة تفاعلية إيجابية.
يدرس الباحثون في الوقت نفسه مواد جديدة يمكن أن تحسن أداء الوقود. أنتجت شركة VNIINM (جزء من روساتوم) في شباط/فبراير مجموعة تجريبية من الأنابيب ثنائية المعدن مع طبقة واقية من الصلب الحديدي بسمك 0.3 مم. يمكن استخدام هذه الأنابيب كغطاء لقضان الوقود في المفاعلات المبردة بالرصاص وكمواد أساسية لخلايا شبكة المباعد في قلب المفاعل. من المحتمل أن تزيد مواد البناء الجديدة من احتراق وقود MUPN في المفاعلات السريعة المبردة بالرصاص بنسبة 20-25٪، وبالتالي، تجعل تشغيل المفاعل أكثر جدوى من حيث التكلفة.
يتم أيضًا القيام بالكثير من العمل لتحسين مهارات الموظفين. أنهى أكثر من 30 موظفًا من قسم الإنتاج وإعادة البناء في ODEC، في آذار/مارس، دورة في النمذجة التحليلية. لقد مارسوا المهارات التشغيلية ودرسوا عمليات الإنتاج وتعلموا كيفية التصرف في حالات الطوارئ.
سيقوم موظفو المجمع الكيميائي السيبيري، في وقت لاحق من هذا العام، بإجراء تدريب لمدة أسبوعين في محطة بيلويارسك للطاقة الذرية.
يسير بناء المفاعل وتركيب المعدات وتطوير وحدة إعادة معالجة الوقود النووي المستهلك وأعمال أخرى بالكامل في الموعد المحدد. من المقرر أن يتم تشغيل ODEK بالكامل في العام 2030.
