I reattori a neutroni veloci sono uno sviluppo unico degli scienziati russi e il futuro dell'intera industria nucleare

L'atomo pacifico è uno dei pilastri dell'energia mondiale, senza il quale la società moderna è semplicemente impossibile. Nonostante tutti i vantaggi delle centrali nucleari esistenti, il difetto principale è stato e rimane lo smaltimento del combustibile nucleare esaurito.

Sembra che anche questo problema verrà risolto, grazie allo sviluppo unico russo di un ciclo chiuso del combustibile nucleare, la cui implementazione è possibile nei reattori nucleari che utilizzano neutroni veloci.

Qual è il problema del nucleare moderno

Quindi, l'atomo pacifico ha servito l'umanità per la generazione di elettricità in tutto il mondo da più di una dozzina di anni. Ma c'è un problema molto serio. Non tutto l'uranio naturale è adatto come combustibile per i reattori nucleari.

L'uranio-238 è diffuso in natura (92 protoni, 146 neutroni) e la sua quota nelle riserve mondiali è del 99,3% dell'uranio totale sulla Terra. Ma non è adatto per i reattori nucleari come combustibile.

Solo il restante 0,7% dell'offerta mondiale sotto forma di uranio-235 (92 protoni, 143 neutroni) può servire da combustibile. Ma anche questa parte rimanente dell'uranio non può essere semplicemente presa e caricata nel reattore. Deve essere pre-arricchito e la quota di uranio-235 nella massa totale di uranio-238 è aumentata di circa 700 volte.

Si scopre che, nonostante le enormi riserve mondiali, l'uranio veramente adatto al carburante basterà, secondo calcoli medi, solo per 50 anni.

Non tutto è così cupo come sembra a prima vista. L'uranio-238 può ancora essere adattato per i reattori nucleari. È vero, per questo è necessario convertire l'uranio-238 in plutonio-239, e questo processo è possibile solo se esposto a neutroni veloci.

A quanto pare, questa trasformazione non è facile. Dopo tutto, la maggior parte dei reattori moderni funziona con neutroni "lenti", che vengono deliberatamente rallentati, poiché l'uranio-235 "non vuole comunicare" con neutroni veloci. Ma l'uranio-238, al contrario, non è coinvolto nel processo di trasformazione sui neutroni lenti.

Non è economicamente fattibile effettuare separatamente la trasformazione dell'uranio-238 in plutonio-239. È molto più efficiente utilizzare per questo i cosiddetti neutroni extra, che si formano durante la reazione di decadimento. Pertanto, nei reattori moderni, vengono rimossi appositamente utilizzando assorbitori.

Quindi dobbiamo combinare l'uranio-238 "spazzatura" e l'uranio-235 "corretto" in un unico punto: un reattore atomico. E allora sarà possibile sia generare elettricità sia trasformare specificamente l'uranio-238 "non necessario" in nuovo combustibile nucleare per reattori. Ma un prerequisito per questo è il fatto che esso (il reattore) deve funzionare con neutroni veloci.

Ma creare un reattore a neutroni così veloce e davvero funzionante si è rivelato un grosso problema per molti ingegneri. E solo gli ingegneri-scienziati russi hanno affrontato il compito.

Reattori veloci a neutroni, qual è la loro caratteristica

Quindi, abbiamo bisogno di un reattore che funzioni con uranio-235 e, allo stesso tempo, dobbiamo farlo funzionare su neutroni veloci. Affinché ciò sia possibile, è necessario aumentare significativamente la densità del flusso di neutroni (in modo che l'uranio-235 diventi più disponibile a interagire con i neutroni veloci).

Ciò significa che dovrà essere utilizzato un combustibile più arricchito, mentre il regime di temperatura e i flussi di neutroni saranno molto più rigidi: saranno necessari materiali più stabili.

Inoltre, i materiali che rallentano i neutroni dovrebbero essere evitati. Cioè, la versione classica - l'acqua - non è adatta in questo caso, poiché rallenta perfettamente i neutroni.

Questo è il motivo per cui il mercurio è stato utilizzato come refrigerante nelle prime fasi dello sviluppo di reattori veloci, ma questa opzione è stata rapidamente abbandonata a causa dell'elevata tossicità del metallo.

Nelle fasi successive degli esperimenti, hanno provato metalli come piombo, bismuto e sodio.

I materiali più promettenti sono risultati essere il sodio e il piombo. E nella prima fase, gli ingegneri sovietici sono riusciti a "domare" il sodio.

Il primo reattore commerciale a neutroni veloci completamente operativo fu il reattore sovietico BN-600. E già nel 2015, Rosatom ha lanciato il reattore BN-800 (sodio). Si tratta di un reattore unico nel suo genere, già adattato per funzionare con combustibile plutonio con un ciclo di allevamento completamente chiuso.

Qual è il vantaggio dei reattori veloci

Calcoli preliminari mostrano che, grazie a questa tecnologia, la percentuale di combustibile nucleare adatto ai reattori sale drasticamente da un modesto 0,7% al 30%.

Di conseguenza, le riserve effettive di carburante aumenteranno di circa 43 volte, il che significa che dovrebbero essere sufficienti non per circa 50 anni, ma per più di due millenni. Penso che ci sia una differenza anche con un calcolo molto approssimativo.

Inoltre, tali reattori sono in grado di funzionare pienamente sul combustibile nucleare esaurito da "lento" reattori, che promette una soluzione al più grande grattacapo degli ambientalisti: come smaltire il nucleare esaurito carburante.

Inoltre, tali reattori sono molto più sicuri. Dopotutto, usano il sodio invece dell'acqua riscaldata ad alta pressione. Il sodio diventa liquido a 100 gradi Celsius e va alla fase di ebollizione solo a 900 gradi.

Ricordiamo come funziona il sistema di raffreddamento sui reattori nucleari "convenzionali". Lì, l'acqua sotto un'enorme pressione funge da refrigerante. Ovviamente, l'alta pressione è un alto rischio di depressurizzazione e incidenti.

Non ci sono tali problemi con il sodio. Poiché il punto di ebollizione è alto, può essere mantenuto a pressione normale, il che significa che non ci sono possibilità di scoppio e incidente.

Anche in caso di una situazione anomala, anche la reattività del sodio giocherà a favore della sicurezza. Quando interagisce con l'ossigeno e il vapore acqueo nell'atmosfera, il sodio si lega a una sostanza chimica persistente composti che rimarranno sul territorio della stazione e non si disperderanno nel distretto, diffondendo radioattivi inquinamento.

La Russia è davanti agli altri

Nonostante numerosi tentativi da parte di vari paesi, solo la Russia, e in particolare Rosatom, ha una versione commerciale a tutti gli effetti di un reattore a neutroni veloce.

Anzi, anche i francesi (con il loro promettente sviluppo del "reattore Phoenix") non sono riusciti a far fronte al problema del funzionamento periodico dei sistemi di protezione, e hanno interrotto il progetto nel 2010.

I giapponesi hanno anche testato la loro versione: il reattore Monju, ma dopo una serie di incidenti hanno deciso di smontarlo.

Gli indiani volevano anche creare il proprio reattore a neutroni veloci, ma non accadde nulla.

In Russia, la tecnologia si sta sviluppando senza problemi e sono già in corso lavori sul progetto del reattore veloce BN-1200, in cui il piombo fuso viene utilizzato come refrigerante. Secondo il piano, sarà pienamente operativo entro il 2030.

Si scopre che la Russia è l'unico paese che può davvero produrre energia nucleare efficiente e veramente sicuro grazie a un design unico: un reattore a neutroni veloce.