Осуществим ли замкнутый цикл ядерного топлива для ядерных реакторов в наши дни?⁠⁠

Давеча слышали вот такой довольно интересный вопрос, указанный в заголовке.

Просто и на пальцах объясняем, что это, для чего и стоит ли овчинка выделки.

"Слышал такое: обычные реакторы (реакторы на тепловых или медленных нейтронах) используют базовое ядерное топливо (Уран-235), в результате чего образуется отработанное ядерное топливо (ОЯТ), в частности Уран-238, который, в свою очередь, загружается в реакторы на быстрых нейтронах (РБН), которые, в свою очередь, производят базовое ЯТ (Уран-235) - и далее по кругу.

Некоторые вопросы, на которые интересно было бы узнать ответы.

Насколько вышеописанное правда? Если правда (хотя бы по большей части), то понятно, что по закону сохранения энергии в прямом виде (без участия других материалов) вышеописанное невозможно. Поэтому интересно было бы узнать подробнее весь (возможный) цикл ЯТ. Если принципы работы обычных реакторов известны, то принципы работы РБН освещены мало, поэтому здесь (о работе РБН) также хотелось бы больше подробностей. Почему все говорят о проблеме ОЯТ как о достаточно острой проблеме? Нет ли каких-то подводных камней в таком (возможном) замкнутом цикле, которые, при вроде как замечательном решении, снижают его реальную эффективность? Правда ли, что Россия - лидер в вопросе переработки ОЯТ (как говорит российский раздел Википедии)? Если да, то в чем это выражается?

Если есть еще какая-то интересная информация по данной теме, не подпадающая под вышезаданные вопросы, то ее также было бы интересно услышать от Вас."

Ответ на вопрос от нашего автора Николая Вододохова:

Ох, погнали. Берите ручку, тетрадку и записывайте.

1) Да, замкнутый цикл возможен в наши дни, но проблема в цене урана. Сейчас гораздо выгоднее добывать уран из руды и каждый раз делать новое топливо, а отработавшее складывать и хранить где-нибудь. Технология переработки отработавшего топлива ещё очень слабо развивается, поэтому она дорогая. Когда руды с ураном станет меньше, то и технология переработки ОЯТ будет всё дешевле и выгоднее.

2) Никакой реактор не производит уран-235, происходит наработка плутония-239 в случае поглощения ураном-238 нейтрона, плутоний-239 является делящимся нуклидом и у него своя специфика, меньший процент запаздывающих нейтронов и всё такое, короче, работать с ним сложнее. Специфика быстрых реакторов в том, что они нарабатывают больше плутония, чем какие-либо другие. Эта "наработка" измеряется коэффициентом воспроизводства, то есть отношением количества наработанного плутония к количеству разделившегося урана-235. То есть, если у топлива обогащение по урану-235 составляет 12% (допустим, это гипотетический пример), соответственно по урану-238 обогащение составляет 88%. В быстром реакторе коэффициент воспроизводства может достигать 1.5 (у медленного реактора около 0.5), то есть на два ядра ПОДЕЛИВШЕГОСЯ урана-235 получим 3 ядра плутония-239. Уран-235 не может полностью выгореть, выгорает около половины за кампанию топлива, получаем следующее:

— после работы урана-235 стало 6% в топливе

— появилось 9% плутония-239

— осталось около 80% урана-238, ведь ещё есть различные продукты распада, которые только усложняют процесс деления и снижают реактивность.

После этого плутоний и уран-235 необходимо выделить из топлива и создать новое MOX топливо. Это сложный и дорогой процесс, но реальный. Пока только одна партия такого топлива работает на БН-600 или БН-800 (не помню, какой именно реактор).

3) Да, Россия лидер в вопросе переработки ОЯТ, около 20% ядерного топлива в РФ производится из ОЯТ, такого нет нигде в мире. Ко всему прочему Россия владеет (конкретно Uranium One) большей частью ядерных рудников в мире и половиной обогатительных мощностей в мире. Остальная половина делится между Францией, США, Канадой, Кореей и ещё некоторыми странами.

Автор: Николай Вододохов.

Оригинал: https://vk.com/wall-171205282_3784

Пост с навигацией по Коту

Подпишись, чтобы не пропустить новые интересные посты!