Համաշխարհային ատոմային արդյունաբերության հիմնական միտումներից մեկը՝ ռեակտորային տեխնոլոգիաների սկզբունքորեն նոր տեսակների ստեղծման փորձերն են: Այս համատեքստում խոսում են չորրորդ սերնդի մասին։ Բայց ի՞նչ է ներառում այս հասկացությունը: Ռուսաստանցի ատոմագետները իրենց մոտեցումն են առաջարկում։
Ատոմային էներգետիկայի նոր արտադրանքների մշակման գծով Ռոսատոմի գլխավոր տնօրենի առաջին տեղակալը Ալեքսանդր Լոկշինը, ելույթ ունենալով «Ատոմէքսպո-2024» համաժողովում, ընդգծել է, որ IV սերունդն ավելին է, քան ռեակտոր, այն համալիր համակարգ է։ Ալեքսանդր Լոկշինն ընդգծել է, որ չորրորդ սերնդի համակարգերը պետք է երկու խնդիր լուծեն։ Առաջինը՝ օգտագործված միջուկային վառելիքի վերամշակումն է։ Երկրորդը՝ ուրանի հնարավոր առավելագույն օգտագործումն է։ Այժմ, հիշեցնենք, որ ռեակտորային վառելիքի համար օգտագործվում է ուրան, հարստացված մինչև 5%՝ ուրան-235 իզոտոպով։ Նրա մասնաբաժինը բնական ուրանում կազմում է 0,7%, ուստի ուրան-238 իզոտոպի մեծ մասը պահեստավորվում է։
ՆՄՌՎՑՄՆ և «Սերունդ 4» համաժողովը
Չկա մեկ սահմանում, թե ինչ է իրենից ներկայացնում 4-րդ սերունդը: ՄԱԳԱՏԷ-ն փորձեց ընդհանրապես խուսափել ռեակտորների սերունդների դասակարգումից՝ ներմուծելով «նորարար» և «առաջադեմ» ռեակտոր հասկացությունները: Այնուամենայնիվ, ամբողջ աշխարհի միջուկային գիտնականների շրջանում «սերունդ» հասկացությունը արմատացավ և շարունակեց ակտիվորեն կիրառվել: Մասնագետների շրջանում առաջին, երկրորդ, երրորդ, երրորդ գումարած սերունդները տարբերվում են անվտանգության մակարդակով (տես «Ռեակտորների էվոլյուցիան»): Այսպես, ռուսական նախագծման ՋՋԷՌ-1200 ռեակտորներով բլոկերը, որոնք Ռոսատոմը կառուցում է ամբողջ աշխարհում, դասվում են 3+ սերնդին և ամենաանվտանգներն են այսօր։
Ժամանակակից քննարկումն այն մասին, թե ինչպիսի ատոմային էներգետիկա է անհրաժեշտ ապագայի համար, նախաձեռնել է Ռուսաստանը 2000 թվականին ՄԱԳԱՏԷ-ի հովանու ներքո ստեղծված Նորարական միջուկային ռեակտորների և վառելիքային ցիկլերի միջազգային նախագծի (ՆՄՌՎՑՄՆ) շրջանակում: «Նրա նկատմամբ մեծ հետաքրքրություն կար։ Շատ զարգացող երկրներ, միջուկային էներգիայի տեխնոլոգիաների պոտենցիալ սպառողներ, այդ թվում՝ Հնդկաստանը և Չինաստանը, նույնիսկ հակամիջուկային Գերմանիան, չխոսելով այնպիսի երկրների մասին, ինչպիսիք են Ֆրանսիան կամ Ճապոնիան, որոնք երազում էին պահպանել արդեն գործող ատոմակայանների պարկը, անմիջապես ներգրավվեցին», — հիշեցրել է AtomInfo.ru պորտալին տված հարցազրույցում ՄԱԳԱՏԷ-ի էքս-ներկայացուցիչ Վլադիմիր Ղահրամանյանը։
ՆՄՌՎՑՄՆ նախագծում ի սկզբանե նախատեսվել են պահանջներ IV սերնդի համակարգերի նկատմամբ, որոնք այսօր էլ արդիական՝ անվտանգություն, չտարածում, թափոնների կառավարում: «Ռուսասատանի դիրքորոշումը դասական է։ ՕՄՎ-ը՝ ոչ թե թափոնների մաս է, այլ հումք նոր վառելիքի համար՝ արագ ռեակտորներ ներառող փակ միջուկային վառելիքային ցիկլի շրջանակում»,- ընդգծում է Վլադիմիր Ղահրամանյանը։
Հաջորդ տարի հայտնվեց «Սերունդ 4» համաժողովը (GIF IV), որը նախաձեռնել էր ԱՄՆ։ Վլադիմիր Ղահրամանյանի խոսքով, ենթադրվում էր, որ արեւմտյան մշակողները, ընտրելով մեկ-երկու տեխնոլոգիա, ցուցադրական նախագիծ կկառուցեն։ Սակայն գրեթե անմիջապես պարզ դարձավ, որ մասնակիցների մոտեցումները չափազանց տարբեր են, ինչպես և տեխնոլոգիաները։ Բոլոր քննարկումներից հետո ի հայտ է եկել 4-րդ սերնդի ռեակտորների վեց տեխնոլոգիաների ցանկ, որոնք համապատասխանում են այս պահանջներին (տես ստորև): Այնուամենայնիվ, ՆՄՌՎՑՄՆ-ն նույնպես դիտարկում է նմանատիպ տեխնոլոգիաներ:
«ՆՄՌՎՑՄՆ-ում կատարված աշխատանքների արդյունքները ՄԱԳԱՏԷ-ին և ողջ միջուկային հանրությանը լուրջ գործիքներ են տվել միջուկային էներգիան որպես մարդկության կայուն զարգացմանն ուղղված բարդ «երկարակյաց» համակարգեր գնահատելու համար»,- ասել է AtomInfo.ru պորտալին տրված հարցազրույցում ՄԱԳԱՏԷ-ի գլխավոր տնօրենի նախկին տեղակալ Ալեքսանդր Բիչկովը:
Ե՛վ ՆՄՌՎՑՄՆ -ն, և՛ «Սերունդ 4» համաժողովը ապագայի տեխնոլոգիաները սահմանելիս առաջնորդվել են հետևյալ չափանիշներով. այդ տեխնոլոգիաները պետք է ապահովեն էներգիայի կայուն արտադրությունը թափոնների նվազագույն քանակով; արտադրված էներգիայի ինքնարժեքը պետք է լինի ավելի ցածր՝ համեմատած այլ տեսակի արտադրության ողջ կյանքի ցիկլի ընթացքում; անվտանգության մակարդակը պետք է բացառի նախագծով չնախատեսված վթարները; երաշխավորել չտարածումը։
Խնդիրներ նոր համակարգերի համար
Հիմնարար նոր ատոմային տեխնոլոգիաների անհրաժեշտությունը պայմանավորված է գործող ջրային հովացմամբ ռեակտորների երեք թերություններով: Առաջինն այն է, որ դրանք աշխատում են ցածր ՕԳԳ-ով, երկրորդը՝ բարձր ճնշումն է առաջնային շղթայում, որը պոտենցիալ վտանգավոր է, երրորդը՝ օգտագործվում է նեյտրոնների ջերմային սպեկտրը, այսինքն՝ բնական ուրանի էներգետիկ ներուժի փոքր մասը։ Նոր սերնդի համակարգերի խնդիրն է՝ ձերբազատվել այդ թերություններից։
Ինչպես նշել է ՄԱԳԱՏէ-ի ներկայացուցիչ Վլադիմիր Կրիվենցևը «Ատոմէքսպո-2024» համաժողովում, յուրաքանչյուր նոր տեխնոլոգիա (GIF IV-ի կողմից դիտարկվողներից) ունի որոշակի թերություններ: Օրինակ, գերկրիտիկական ռեակտորներում ջերմությանը և ՕԳԳ-ին զուգահեռ ավելանում է ճնշումը: Բարձրջերմաստիճանային գազով հովացվող ռեակտորներում լուծվում է ՕԳԳ-ի խնդիրը է, իսկ բարձր ճնշումն այնքան էլ վտանգավոր չէ, քանի որ ջերմակրիչը գազ է, բայց նեյտրոնային սպեկտրը մնում է ջերմային: Արագ նատրիումային ռեակտորները լուծում են վերը նշված բոլոր խնդիրները, սակայն նատրիումը բուռն արձագանքում է ջրի և օդի հետ, ուստի անհրաժեշտ է միջանկյալ (երրորդ) միացում: Արագ կապարային ռեակտորները նման խնդիր չունեն, այս ռեակտորները մնացածների համեմատ առանձնանում են բարձր անվտանգությամբ, բայց կան կառուցվածքային նյութերի հավելյալ պահանջներ, որոնք չպետք է ոչնչացվեն ջերմակրիչի և ճառագայթման ազդեցության տակ: Բացի այդ, GIF IV-ով դիտարկվող տեխնոլոգիաներից շատերը նախկինում չեն փորձարկվել:
Ռուսական միջուկային արդյունաբերության կողմից առաջարկված չորրորդ սերնդի ըմբռնման մոտեցումը վերացնում է այն հարցը, թե «ինչն է մեզ թույլ տալիս չփորձարկված չորրորդ սերնդի տեխնոլոգիաները ավելի լավ համարել, քան փորջարկված երրորդ սերնդի տեխնոլոգիաները»: Չորրորդ սերունդը պետք է ներառի համակարգեր, որոնք ապահովում են նոր որակներ՝ անվտանգություն, թափոնների բացակայություն, խնայողություն, հումքի առավելագույն օգտագործում, այսինքն՝ ապահովելով կայունության ավելի բարձր մակարդակ ատոմակայանի ողջ կյանքի ընթացքում:
Մուտք սերունդ 4
Ռուսաստանում, որը կենտրոնանում է ոչ թե ռեակտորի տեսակի վրա, այլ նոր հատկություններով համակարգերի վրա, մշակվում են ոչ միայն նոր տեսակի ռեակտորներ (դա տեղի է ունենում ամբողջ աշխարհում), այլև դրանց ստեղծման համար վառելիքի, տեխնոլոգիաների և սարքավորումների նոր տեսակները, և ամենագլխավորը՝ նոր մոտեցումներ այն մասին, թե ինչ պետք է ներառվի ատոմային էներգետիկայի համալիրում, ինչը կարելի է ավելի լայն հասկանալ, քան ԱԷԿ-ը։
Նոր զարգացումները առավել ամբողջական ներկայացված են Ռոսատոմի կողմից իրականացվող «Ճեղքում» նորարարական նախագծում: Ծրագրի շրջանակներում Սիբիրյան քիմիական կոմբինատի հարթակում (Ռոսատոմի վառելիքային ստորաբաժանման մաս) կառուցվում է փորձարարական ցուցադրական էներգետիկ համալիր։ Այն ներառում է բլոկ՝ ԲՐԵՍՏ-ՕԴ-300 կապարե ջերմակրիչով արագ փորձնական ցուցադրական ռեակտորով և երկու մոդուլ՝ վառելիքի արտադրություն-վերամշակում և ճառագայթված վառելիքի վերամշակում: Նման կառուցվածքի շնորհիվ «Ճեղքում» օբյեկտներում աշխարհում առաջին անգամ կզարգացվի աշխատած միջուկային վառելիքի վերամշակման և դրանից վառելիքի նոր մասերի արտադրման ցիկլը, այսինքն՝ գործնականում կլուծվեն այն խնդիրները, որոնք մատնանշել է Ալեքսանդրը Լոկշինը։
«IV սերնդի ռեակտորների հանդեպ պահանջները հիմնականում համընկնում են «Ճեղքում» նախագծի նպատակների հետ՝ վառելիքային ցիկլի փակումը, վթարի դեպքում արդյունաբերական տարածքից դուրս տարհանման և վերաբնակեցման անհրաժեշտության բացակայությունը և այլն: Միևնույն ժամանակ, «Ճեղքումի» խնդիրները, որը այն ժամանակ դեռ այդպես չէին կոչվում, ձևավորվեցին 1980-ականների վերջին համաշխարհային և խորհրդային միջուկային էներգետիկայի փորձի հիման վրա, զարգացվել են 1990-ականներին, և «GIF IV» միջազգային ֆորումի մոտեցումները ստեղծվել են 2000-ականներին: Այսպիսով, գաղափարները սավառնում էին ամբողջ աշխարհում և բյուրեղանում էին մոտավորապես նույն պահանջների մեջ, որոնք մենք իրականացնում ենք», — «Նոր ատոմային փորձագետ» ամսագրին տված հարցազրույցում ասաց «Ճեղքում» նախագծի ուղղության գլխավոր կոնստրուկտոր Վադիմ Լեմեխովը:
«Ճեղքում»-ը դինամիկ զարգանում է։ Ապրիլի կեսերին ռուսաստանյան կարգավորող մարմինը՝ Ռոստեխնադզորը Սիբիրի քիմիական կոմբինատին տրամադրել է լիցենզիա՝ խիտ վառելիքի արտադրության/վերամշակման մոդուլի միջուկային կայանքի շահագործելու համար: Միջուկային կայանքներին են դասվում արդյունաբերական օբյեկտներ, որտեղ արտադրվում, մշակվում կամ շրջանարվում են ռադիոակտիվ կամ տրոհվող նյութեր: Ռոստեխնաձորից լիցենզիա ստանալը թույլ կտա անցնել սարքավորումների և տեխնոլոգիական ռեժիմների փորձարկման հաջորդ փուլ և կատարել սարքավորումների համապարփակ փորձարկում ԲՐԵՍՏ-ՕԴ-300-ի համար վառելիքի հավաքների արտադրության տեխնոլոգիայի բոլոր արտադրամասերում: Մարտի վերջին թեստային ռեժիմով գործարկվեց կարբոջերմային սինթեզի գիծը, և «Ատոմէքսօո-2024»-ի բոլոր մասնակիցները կարող էին տեսնել մեկնարկի ուղիղ հեռարձակումը։
Ապրիլի կեսերին ԲՐԵՍՏ-ՕԴ-300 ռեակտորի լիսեռում տեղադրվեց ռեակտորի կոնստրուկցիաները բաժանող միջին բլոկը՝ ավարտվեց դրա կառուցման երկրորդ փուլը։ Վերին բլոկը նախատեսվում է տեղադրել ռեակտորի լիսեռում այս տարվա դեկտեմբերին։ Կառույցի վերջնական բարձրությունը կկազմի 17 մետր։
Ակնկալվում է, որ ՓՑԷՀ-ն ամբողջությամբ կշահագործվի 2030 թվականին։ Բայց արդեն հիմա դրա համար արված գիտական և ինժեներական մշակումները օգտագործվում են արդյունաբերական էներգետիկ համալիրի (ԱԷՀ) նախագծման համար, որի մի մասը կլինի երկբլոկ ատոմակայան՝ բարձր հզորության արագ ռեակտորներով՝ ԲՌ-1200 կապարե ջերմակրիչով։ ԱԷՀ-ի կազմում կարող է ներառվել նաև տեղում վառելիքի վերամշակման և արտադրության համալիր: ԱԷՀ-ն պետք է մրցունակ լինի այլ արտադրական օբյեկտների հետ:
Նույն համակարգային խնդիրները՝ միջուկային վառելիքային ցիկլի փակումը օգտագորցված միջուկային վառելիքի վերամշակմամբ և ուրանի էներգետիկ ներուժի առավել ամբողջական օգտագործումը ընդհանուր կոմմերցիոն էֆեկտիվության պայմանով լուծում են արագ նատրիումայյին ռեակտորները: Բելոյարսկի ԱԷԿ-ում արդեն երկրորդ տարին է, ինչ ԲՆ-800 ռեակտորով բլոկն ամբողջությամբ աշխատում է ՄՈՔՍ- վառելիքով, որն արտադրվում է սպառված ուրանից և պլուտոնիումից՝ օգտագործված միջուկային վառելիքից: Ընթացքի մեջ է ԲՆ-1200 արագ ռեակտորով բլոկի նախագծումը նատրիումային ջերմակրիչով, նոր բլոկի հարթակն արդեն որոշվել է, և տեղանքի վերաբերյալ հանրային լսումներ են անցկացվել: 2026 թվականի նպատակը շինարարության լիցենզիա ստանալն է։ Բետոնի առաջին թափումը նախատեսված է 2027 թվականին։ Շահագործման, ֆիզիկական և էներգետիկ գործարկումների լիցենզիա ստանալը` 2031թ. պլաններում։
Ռոսատոմը նաև մշակում է հեղուկաղային ուղղությունը, որն ուղղված է միջուկային վառելիքային ցիկլը փակելուն և օգտագործված վառելիքի վերամշակմանը։ Հեղուկաղային ռեակտորում փոքր ակտինիդները փոխակերպվում են (կամ, այլ կերպ ասած, «հետայրվում»): Սրանք բարձր ակտիվ տարրեր են, որոնք առաջանում են միջուկային վառելիքի ռեակտորում աշխատանքի ընթացքում: Փոքր ակտինիդների հեռացումը զգալիորեն կնվազեցնի օգտագործված վառելիքի ռադիոակտիվությունը:
Ռոսատոմի կողմից մշակվող նոր տեխնոլոգիաների շարքում հարկ է նշել բարձր ջերմաստիճանային գազով հովացվող ռեակտորը՝ ջրածնի արտադրության համար նախատեսված տեխնոլոգիական մասով, և սպեկտրալ կարգավորմամբ և գերկրիտիկական ճնշմամբ տեակտորներ։
Իհարկե, Ռուսաստանը միակ երկիրը չէ աշխարհում, որը ստեղծում է նոր որակի միջուկային էներգետիկա, դա անում են նաև Չինաստանն ու Հնդկաստանը, և փորձեր են արվում այլ երկրներում։ Սակայն, արագ նատրիումային և կապարե տեխնոլոգիաների, միջուկային վառելիքային ցիկլի փակման համար վառելիքի տարբեր տեսակների և այլ հարցերի մշակման աստիճանը թույլ է տալիս Ռուսաստանին արդեն հիմա գործնականում իրականացնել այնպիսի նախագծեր, որոնք կդարձնեն համաշաշխարհային ատոմային էներգետիկան ավելի կայուն՝ արդյունավետության, հումքի ռացիոնալ օգտագործման և թափոնների նվազեցման տեսանկյունից։
«Սերունդ 4» համածողովի տեխնոլոգիաներըs
- Sջրային հովացմամբ գերկրիտիկական ռեակտոր (Supercritical Water-cooled Reactor, SCWR);
- նատրիումային հովացմամբ արագ ռեակտոր (Sodium-cooled Fast Reactor, SFR);
- կապարե հովացմամբ արագ ռեակտոր ( Lead-cooled Fast Reactor, LFR);
- հեղուկաղային ռեակտոր (Molten Salt Reactor, MSR);
- գազային հովացմամբ արագ ռեակտոր (Gas-cooled Fast Reactor, GFR);
- բարձրջերմաստիճանային գազահովացվող ռեակտոր (Very High Temperature Reactor, VHTR):
Ռեակտորների էվոլյուցիան
Սերունդ I․ 1950-60-ական թթ․։ Էներգետիկ ռեակտորների վաղ օրինակներ վառելիքով բնական կամ ցածր հարստացված ուրանի տեսքով, գրաֆիտային, թեթև ջրային և ծանր ջրային դանդաղեցուցիչով, ջրով և գազով (CO2) ջերմակրիչներով:
Սերունդ II. 1970-ականների սկիզբ — 1990-ականների վերջ: Թեթև ջրային ռեակտորներ՝ եռացող (BWR) և ճնշման տակ գտնովղ ջրով (PWR, ՋՋԷՌ):
Սերունդ II+. Սահմանումը երբեմն կիրառվում է 2000 թվականից հետո կառուցված երկրորդ սերնդի վերազինված ռեակտորների համար:
Սերունդ III. Նրանց բնորոշ հատկանիշներն են ավելի բարձր վառելիքային արդյունավետությունը, բարելավված ջերմային ՕԳԳ-ն, անվտանգության համակարգերի զգալի բարելավումները (ներառյալ պասիվ միջուկային անվտանգությունը) և կառուցվածքի ստանդարտացումը:
III+ սերնդի ռեակտորներ. Բարձր անվտանգության ռեակտորային կայանքներ։ Բնութագրական հատկանիշներն են՝ մոդուլային իրականացումը, սարքավորումների ստանդարտացման բարձր մակարդակը, ինքնաթիռի ընկնելուն դիմակայելու ունակությունը, պասիվ անվտանգության մի շարք համակարգերի առկայությունը (ջերմության պասիվ հեռացման համակարգեր, «հալոցքի թակարդներ», իրանի հովացման սարքեր և այլն):
