БН-800 — ядерный энергетический реактор с натриевым теплоносителем , относящийся к категории реакторов на быстрых нейтронах с использованием оксидного уран - плутониевого МОКС-топлива .

Применение в реакторе БН-800 уран-плутониевого топлива позволяет не только использовать запасы , но и утилизировать оружейный плутоний , а также «сжигать» долгоживущие изотопы актиноидов из облучённого топлива тепловых реакторов.

Единственный действующий реактор данного типа находится на энергоблоке № 4 Белоярской АЭС в Свердловской области . Запуск реактора состоялся 10 декабря 2015 года , промышленная эксплуатация производится с 1 ноября 2016 года . Электрическая мощность — 880 МВт .

Кроме своего основного (производственного) назначения, первый действующий реактор БН-800 имеет большое экспериментальное значение — на нём производится окончательная отработка технологии реакторов данного типа , которые предстоит применить в реакторе БН-1200 . Хотя реакторы на быстрых нейтронах позиционируются как перспективные , до 2035 года планируется построить и ввести в строй единственный реактор БН-1200 — в составе всё той же Белоярской АЭС .

История разработки проекта

Проект энергоблока БН-800 был разработан ещё в 1983 году как типовой и предполагал реализацию сразу на нескольких атомных станциях (Белоярской и Южноуральской ). Позднее он дважды пересматривался:

• 1987 год — после аварии на Чернобыльской АЭС ;
• 1993 год — в соответствии с новой нормативной документацией по безопасности.

В конце 1990-х годов, согласно «Программе развития атомной энергетики Российской Федерации на 1998—2005 годы и на период до 2010 года», все ещё предусматривалось сооружение и ввод в эксплуатацию энергоблоков с реакторами типа БН-800 на двух вышеупомянутых станциях . Однако, в итоге, строительство Южно-Уральской АЭС так и не возобновилось, и проект энергоблока с реактором типа БН-800, со значительной задержкой, был реализован только на Белоярской АЭС. В сентябре 2022 года реактор БН-800 блока № 4 Белоярской АЭС впервые был выведен на полную мощность, будучи полностью загружен оксидным уран-плутониевым МОКС-топливом .

Характеристики

Характеристика	БН-800
Тепловая мощность реактора, МВт	2100
К. п. д. (нетто), %	39,4
Давление пара перед турбиной, атм
Давление в первом и втором контурах, атм	близкое к атмосферному
Давление в третьем контуре, атм	140
Температура натрия, °C:
на входе в реактор	354
на входе в теплообменники первого контура	547
на выходе из теплообменников второго контура	505
Высота активной зоны, м
Диаметр ТВЭЛа , мм
Число ТВЭЛов в кассете
Загрузка топлива, т
Среднее обогащение урана, %
, МВт-сут/кг

Энергоблок № 4 Белоярской АЭС

В 1994 году проект энергоблока БН-800 прошёл все необходимые экспертизы и согласования, в том числе независимую экспертизу комиссии Свердловской области. В итоге, 26 января 1997 года была получена лицензия Госатомнадзора России № ГН-02-101-0007 на сооружение блока № 4 Белоярской АЭС с реакторной установкой БН-800.

Разогрев реактора для заправки жидкометаллическим теплоносителем начался 25 декабря 2013 года . Набор минимальной критической массы и вывод на минимальную контролируемую мощность цепной реакции произошли в конце июня 2014 года . Энергетический пуск планировался на октябрь 2014 года , но был отложен из-за неготовности проектных сборок МОКС-топлива :

Исходно БН-800 планировали пускать на МОКС-топливе (кстати, как и БН-600 в своё время). Но производства этого топлива не было, его нужно было создавать. И в 2010 году уже стало ясно, что когда нужно будет загружать топливо в реактор, готово оно не будет. Тогда перед конструктором поставили срочную задачу: заменить проектную МОКС-зону на смешанную, где часть сборок будет содержать урановое топливо. И конструктор был вынужден принимать решения в условиях нехватки времени и с учётом всех требований, которые необходимо было соблюсти… Решения эти были связаны главным образом с распределением потока натрия — применили дроссельное устройство, которое вкручивалось снизу в топливную сборку. Как оказалось, это устройство при наших расходах натрия надёжно работать не может: там такие нагрузки, что оно просто-напросто вывинчивается и выпадает. Естественно, это касается только той части сборок (их чуть больше сотни из общего количества в тысячу штук), которые пошли под замену штатных… Теперь нужно исправлять их недостатки, заменять ненадёжные части.

— Директор Белоярской АЭС Михаил Баканов

После модификации активной зоны (повторный) физический пуск состоялся в конце июля 2015 года .

25 ноября 2015 на энергоблоке № 4 Белоярской АЭС, с реактором БН-800, впервые был выработан пар, с помощью которого было произведено пробное прокручивание турбины по штатной тепловой схеме .

10 декабря 2015, в 21:21 по местному времени (19:21 мск), энергоблок с реактором БН-800 включён в энергосистему Урала .

На 2018 год энергоблок работает на номинальном уровне мощности .

В сентябре 2022 года реактор блока № 4 впервые был выведен на полную мощность, будучи полностью загружен инновационным смешанным оксидным уран-плутониевым МОКС-топливом .

Задачи реактора

• Обеспечение эксплуатации на МОКС-топливе.
• Экспериментальная демонстрация ключевых компонентов закрытого топливного цикла.
• Отработка в реальных условиях эксплуатации новых видов оборудования и усовершенствованных технических решений, введённых для повышения показателей экономичности, надёжности и безопасности.
• Разработка инновационных технологий для будущих реакторов на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем: испытания и аттестация перспективного топлива и конструкционных материалов, демонстрация технологии выжигания минорных актинидов и трансмутации долгоживущих продуктов деления, составляющих наиболее опасную часть радиоактивных отходов атомной энергетики.
• Генерация электроэнергии

Инновации БН-800

В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску ). Информация должна быть проверяема , иначе она может быть удалена. Вы можете статью, добавив ссылки на авторитетные источники в виде сносок . ( 23 февраля 2020 )

• Самозащищённость блока от внешних и внутренних воздействий.
• Пассивные средства воздействия на реактивность, системы аварийного расхолаживания через теплообменники, поддон для сбора расплавленного топлива.
• Нулевой натриевый пустотный эффект реактивности .
• Минимальная вероятность аварии с расплавлением активной зоны.
• Исключение выделения плутония в топливном цикле при переработке облучённого ядерного топлива .

Задачи энергоблока № 4

В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску ). Информация должна быть проверяема , иначе она может быть удалена. Вы можете статью, добавив ссылки на авторитетные источники в виде сносок . ( 23 февраля 2020 )

• Формирование экологически чистого «замкнутого» ядерного топливного цикла.
• Более чем 50-кратное увеличение использования добываемого природного урана, и обеспечение атомной энергетики России топливом на длительную перспективу за счёт своего воспроизводства.
• Утилизация отработанного ядерного топлива с АЭС на тепловых нейтронах.
• Утилизация радиоактивных отходов путём вовлечения в полезный производственный цикл отвального урана и плутония.
• Энергообеспечение развития экономики Свердловской области.
• До октября 2016 года — выполнение обязательств по утилизации оружейного плутония в рамках соглашения . (Выполнение обязательств приостановлено на основании Федерального закона от 31.10.2016 N 381-ФЗ)

Награды

В октябре 2016 года старейший американский журнал по энергетике « » присудил четвёртому энергоблоку Белоярской АЭС с реактором БН-800 премию «Power Awards» за 2016 в номинации «Лучшие станции» . При награждении было отмечено, что данный энергоблок:

• является самым мощным в мире реактором-размножителем на быстрых нейтронах с жидкометаллическим натриевым теплоносителем
• является универсальным устройством, пригодным для производства электроэнергии, утилизации плутония, утилизации отработанного ядерного топлива с АЭС на тепловых нейтронах, производства изотопов
• играет решающую роль в формировании экологически чистого «замкнутого» ядерного топливного цикла, увеличении объёмов производства ядерного топлива, увеличении мощности АЭС и сокращении ядерных отходов

Безопасность реакторов типа БН, в частности БН-800

В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску ). Информация должна быть проверяема , иначе она может быть удалена. Вы можете статью, добавив ссылки на авторитетные источники в виде сносок . ( 31 декабря 2020 )

По своим физико-техническим свойствам (низкое — близкое к атмосферному — рабочее давление натриевого теплоносителя, большие запасы до температуры кипения, относительно небольшой запас реактивности на выгорание, большая теплоёмкость натрия и др.) быстрые реакторы с натриевым теплоносителем имеют высокий уровень внутренне присущей безопасности. Это качество убедительно продемонстрировано в процессе длительной эксплуатации предшествующего реактора БН-600 . Принят целый ряд новых решений:

• они основываются на пассивных принципах. Это означает, что эффективность не зависит от надёжности срабатывания вспомогательных систем и действий человека.
• ещё одно преимущество натриевого теплоносителя — низкая коррозионная активность по отношению к используемым в реакторе конструкционным материалам. Поэтому ресурс натриевого оборудования большой, а количество образующихся в таком реакторе радиоактивных продуктов коррозии намного меньше, чем в других типах реакторов.
• натрий связывает радиоактивный йод в нелетучий иодид натрия , и он не выделяется в окружающую среду. При эксплуатации установок типа БН образуется незначительное количество радиоактивных отходов.

Недостатки

В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску ). Информация должна быть проверяема , иначе она может быть удалена. Вы можете статью, добавив ссылки на авторитетные источники в виде сносок . ( 31 декабря 2020 )

Использование натрия в качестве теплоносителя требует решения следующих задач:

• чистота натрия, используемого в БН. Большие проблемы вызывают примеси кислорода из-за участия кислорода в массопереносе железа и коррозии компонентов;
• натрий является очень активным химическим элементом. Он горит в воздухе. Горящий натрий образует дым, который может вызвать повреждение оборудования и приборов. Проблема усложняется в случае, если дым натрия радиоактивен. Горячий натрий в контакте с бетоном может реагировать с компонентами бетона и выделять водород, который в свою очередь взрывоопасен.
• возможность реакций натрия с водой и органическими материалами, что важно для надёжности конструкции парогенератора, в котором теплота с натриевого теплоносителя передаётся в водный.

По состоянию на январь 2019 года прямое сравнение реактора БН-800 с другими реакторами на быстрых нейтронах невозможно в силу отсутствия других действующих или строящихся реакторов на быстрых нейтронах. На сегодняшний момент в мире строятся только водо-водяные реакторы , в России строятся только реакторы проекта ВВЭР-1200 (реакторы этого типа меньшей мощности неконкурентны).

Недостатки по сравнению с ВВЭР-1200 :

• стоимость 1 кВт установленной мощности в 1,4 раза больше, чем на Нововоронежской АЭС 2-1 с ВВЭР-1200 ( капитальные затраты при сооружении энергоблоков БН-800 и ВВЭР-1200 примерно равны, а номинальная мощность отличается в 1,4 раза. Данный недостаток будет нивелирован строительством БН-1200 )
• более дорогое топливо ( для топливных загрузок БН требуется уран высокого обогащения (16-20 % по ²³⁵ U ) ^{[ источник не указан 394 дня ]} )
• более высокие затраты на эксплуатацию, техническое обслуживание и ремонт, приходящиеся на 1 кВт∙ч произведённой электроэнергии
• низкий КИУМ — 78 % ( вместе c БН-600 ) против ~90 % ( связан с коротким топливным циклом 6 месяцев против 12-18 месяцев у ВВЭР-1200 )
• срок службы 40 лет против 60

Недостатки по сравнению с уран-графитовыми реакторами ( РБМК-1000 и др.):

• невозможность перегрузки топлива без остановки реактора
• более дорогое топливо ( для топливных загрузок БН требуется уран высокого обогащения (16-20 % по ²³⁵ U ) ^{[ источник не указан 394 дня ]} )

Недостатки по сравнению с водо-водяными реакторами иностранного дизайна ( AP1000 и др.):

• более дорогое топливо ( для топливных загрузок БН требуется уран высокого обогащения (16-20 % по ²³⁵ U ) ^{[ источник не указан 394 дня ]} )
• низкий КИУМ — 78 % ( вместе c БН-600 ) против ~90 %
• срок службы 40 лет против 60 лет

Стоимость строительства водо-водяных реакторов иностранного дизайна в несколько раз превышает стоимость строительства БН-800 , поэтому стоимость БН-800 в сравнении с ними является преимуществом.

См. также

• « Феникс »
• БН-1200

Примечания

Литература

• Фридман, В. Долгий путь быстрой энергетики // В мире науки . — 2014. — № 4. — С. 15. — ISSN 0208-0621