En Russie, des travaux sont en cours pour créer un réacteur nucléaire révolutionnaire appartenant à la quatrième génération. Il s'agit du réacteur de BREST, sur lequel travaillent actuellement des entreprises faisant partie de l'entreprise publique Rosatom. Ce réacteur prometteur est en cours de construction dans le cadre du projet Breakthrough. BREST est un projet de réacteurs à neutrons rapides avec un caloporteur plomb, un double circuit de transfert de chaleur vers la turbine, ainsi que des paramètres de vapeur supercritique. Le projet est développé dans notre pays depuis la fin des années 1980. Le développeur principal de ce réacteur est NIKIET du nom de N. A. Dollezhal (Institut de recherche et de conception de l'ingénierie énergétique).
Aujourd'hui, les centrales nucléaires fournissent à la Russie 18 % de l'électricité qu'elle produit. L'énergie nucléaire est très importante dans la partie européenne de notre pays, en particulier dans le nord-ouest, où elle représente 42 % de la production d'électricité. Actuellement, 10 centrales nucléaires fonctionnent en Russie, qui exploitent 34 unités de puissance. La plupart d'entre eux utilisent de l'uranium faiblement enrichi comme combustible avec une teneur en isotope uranium-235 au niveau de 2-5%. Dans le même temps, le combustible de la centrale nucléaire n'est pas complètement consommé, ce qui conduit à la formation de déchets radioactifs.
La Russie a déjà accumulé 18 000 tonnes d'uranium épuisé et chaque année, ce chiffre augmente de 670 tonnes. Au total, il y a 345 000 tonnes de ces déchets dans le monde, dont 110 000 tonnes aux États-Unis. Le problème du traitement de ces déchets pourrait être résolu par un nouveau type de réacteur, qui fonctionnerait en cycle fermé. La création d'un tel réacteur permettrait de faire face à la fuite de la technologie nucléaire militaire. De tels réacteurs pourraient être fournis en toute sécurité à n'importe quel pays du monde, car en principe, il serait impossible d'obtenir les matières premières nécessaires à la création d'armes nucléaires sur eux. Mais leur principal avantage serait la sécurité. De tels réacteurs pourraient être démarrés même avec du vieux combustible nucléaire usé. Selon A. Kryukov, docteur en sciences physiques et mathématiques, même des calculs assez grossiers nous disent que les réserves d'uranium épuisé accumulées au cours des 60 années d'exploitation de l'industrie nucléaire suffiront à plusieurs centaines d'années de production d'énergie.
Les réacteurs de BREST sont un projet révolutionnaire dans ce sens. Ce réacteur s'inscrit bien dans le contexte du discours de Vladimir Poutine au Sommet du Millénaire à l'ONU en septembre 2000. Dans le cadre de son rapport, le président russe a promis au monde une nouvelle énergie nucléaire: sûre, propre, sans utilisation d'armes. Depuis cette présentation, les travaux sur la mise en œuvre du projet Breakthrough et la création du réacteur BREST ont progressé de manière significative.
Vue générale du réacteur BREST-300
Initialement, l'unité de BREST a été conçue, qui fournirait une unité de puissance d'une capacité de 300 MW, mais plus tard un projet est apparu avec une capacité accrue de 1200 MW. Dans le même temps, à ce stade, les développeurs ont concentré tous leurs efforts sur le réacteur moins puissant BREST-OD-300 (démonstration expérimentale) en lien avec le développement d'un grand nombre de nouvelles solutions de conception et des plans pour les tester sur un projet relativement petit et bon marché en cours d'exécution. De plus, la puissance choisie de 300 MW (électrique) et 700 MW (thermique) est la puissance minimale requise pour obtenir le taux de surgénération du combustible dans le cœur du réacteur égal à l'unité.
Actuellement, le projet "Breakthrough" est mis en œuvre sur le site de l'entreprise de la société d'État "Rosatom" du Siberian Chemical Combine (SCC) sur le territoire de l'unité territoriale fermée (ZATO) Seversk (région de Tomsk). Ce projet porte sur le développement de technologies de fermeture du cycle du combustible nucléaire, qui seront demandées dans l'industrie électronucléaire du futur. La mise en œuvre concrète de ce projet prévoit la création d'un complexe électrique de démonstration pilote composé de: BREST-OD-300 - un réacteur à neutrons rapides avec un réfrigérant métal liquide au plomb avec un cycle du combustible nucléaire stationnaire et un module spécial de fabrication/rénovation de combustible pour ce réacteur, ainsi qu'un module de retraitement de son combustible usé. Le lancement du réacteur BREST-OD-300 est prévu en 2020.
Le concepteur général du complexe énergétique de démonstration pilote est le VNIPIET de Saint-Pétersbourg. Le réacteur est en cours de construction par NIKIET (Moscou). Auparavant, il avait été signalé que le développement du réacteur BREST était estimé à 17,7 milliards de roubles, la construction d'un module de retraitement du combustible nucléaire usé - 19,6 milliards de roubles, un module de fabrication et un complexe de démarrage de remise à neuf du combustible - 26,6 milliards de roubles. La tâche principale du complexe énergétique en cours de création devrait être le développement de la technologie d'exploitation d'un nouveau réacteur, la production de nouveau combustible et la technologie de retraitement du combustible nucléaire irradié. Pour cette raison, la décision de lancer le réacteur BREST-OD-300 en mode puissance afin de produire de l'électricité ne sera prise qu'après l'achèvement de tous les travaux de recherche sur le projet.
Le chantier de construction du complexe électrique BREST-300 est situé dans la zone de l'usine radiochimique du Siberian Chemical Combine. Les travaux sur ce site ont débuté en août 2014. Selon Sergei Tochilin, directeur général de SKhK, un nivellement vertical a déjà été effectué ici avec l'excavation d'un million de mètres cubes de sol, des câbles ont été posés, des conduites d'eau industrielles ont été installées et d'autres travaux de construction ont été achevés. Actuellement, l'entrepreneur "Java-Stroy" et le sous-traitant Seversky "Spetsteplokhimmontazh" poursuivent l'ensemble des travaux liés à la période préparatoire. Aujourd'hui, 400 personnes travaillent sur le chantier, avec l'augmentation du rythme de travail sur l'installation, le nombre de constructeurs passera à 600-700 personnes. Les investissements de l'État dans ce projet sont estimés à environ 100 milliards de roubles, selon le service de presse du Siberian Chemical Combine.
Un complexe énergétique expérimental de démonstration dans le plus grand complexe administratif fermé de notre pays est en cours de construction par étapes. La première à construire une usine de combustible nitrure devrait être mise en service en 2017-2018. À l'avenir, le combustible produit dans cette usine ira au réacteur expérimental de démonstration BREST-300, dont la construction débutera en 2016 et s'achèvera en 2020, ce sera l'achèvement de la deuxième étape du projet. La troisième étape des travaux prévoit la construction d'une autre usine de retraitement du combustible usé. Le projet Breakthrough devrait être pleinement opérationnel d'ici 2023. Grâce à la mise en œuvre de ce projet ambitieux, environ 1,5 mille nouveaux emplois devraient apparaître dans la ville de Seversk. 6 à 8 000 travailleurs participeront directement à la construction de l'installation BREST-300.
Comme l'a déclaré le chef du projet de réacteur BREST-300 Andrei Nikolaev, le complexe électrique de démonstration expérimentale de la ville de Seversk comprendra la centrale du réacteur BREST-OD-300 avec un cycle du combustible nucléaire stationnaire, ainsi qu'un complexe pour la production de « le combustible nucléaire du futur ». On parle de combustible nitrure pour réacteurs à neutrons rapides. On suppose que c'est sur ce type de combustible qu'à partir des années 20 du XXIe siècle, toute l'industrie électronucléaire fonctionnera. Il est prévu que le réacteur expérimental BREST-300 devienne le premier réacteur à neutrons rapides au monde avec un fluide caloporteur liquide lourd. Selon le projet, le combustible nucléaire usé du réacteur BREST-300 sera retraité puis rechargé dans le réacteur. Au total, 28 tonnes de combustible seront nécessaires pour le chargement initial du réacteur. À l'heure actuelle, l'analyse du combustible nucléaire usé des installations de stockage du Siberian Chemical Combine est en cours - il est possible qu'une certaine quantité de produits contenant un élément de plutonium puisse être utilisée dans la production de combustible pour le réacteur expérimental BREST.
Le réacteur BREST-300 présentera un certain nombre d'avantages significatifs en termes de sûreté de fonctionnement par rapport à n'importe quel réacteur en exploitation aujourd'hui. Ce réacteur pourra s'arrêter de lui-même en cas de déviation de certains paramètres. De plus, un réacteur à neutrons rapides utilise du combustible avec une marge de réactivité plus faible, et une accélération rapide des neutrons et la possibilité ultérieure d'une explosion sont tout simplement exclues. Le plomb, contrairement au sodium utilisé aujourd'hui comme caloporteur, est passif et, du point de vue de l'activité chimique, le plomb est plus sûr que le sodium. Le carburant au nitrure dense tolère plus facilement les conditions de température et les défauts mécaniques, il est plus fiable que le carburant à l'oxyde. Même les accidents de sabotage les plus extrêmes avec destruction de barrières extérieures (couvercles de cuves, bâtiments réacteurs, etc.) ne pourront pas conduire à des rejets radioactifs qui nécessiteraient l'évacuation de la population et l'aliénation à long terme des terres, comme cela s'est produit lors de l'accident de Tchernobyl en 1986.
Les avantages du réacteur BREST sont:
- la sûreté radiologique naturelle en cas d'accidents de toute nature pour des raisons externes et internes, y compris le sabotage, qui ne nécessite pas d'évacuation de la population;
- l'approvisionnement en combustible à long terme (presque illimité dans le temps) grâce à l'utilisation efficace de l'uranium naturel;
- la non-prolifération des armes nucléaires sur la planète en supprimant la production pendant l'exploitation du plutonium de qualité militaire et la mise en œuvre de la technologie sur site pour le retraitement du combustible sec sans séparation du plutonium et de l'uranium;
- respect de l'environnement de la production d'énergie et de l'élimination ultérieure des déchets grâce à un cycle du combustible fermé avec transmutation des produits de fission à vie longue, transmutation et combustion des actinides dans un réacteur, purification des déchets radioactifs à partir des actinides, détention et élimination des déchets radioactifs sans violer les bilan radiatif naturel;
- compétitivité économique, qui est obtenue grâce à la sûreté naturelle de la centrale nucléaire et à la technologie du cycle du combustible mis en œuvre, alimentant le réacteur avec seulement 238U, rejet des systèmes de sûreté d'ingénierie complexes, paramètres de plomb élevés, qui assurent l'obtention de supercritiques paramètres du circuit de turbine à vapeur et haute efficacité du cycle thermodynamique, réduction des coûts de construction.
Image de projet du complexe de BREST. 1 - réacteur, 2 - salle des turbines, 3 - module de retraitement SNF, 4 - module de fabrication de combustible frais.
La combinaison du combustible mononitrure, des qualités naturelles du caloporteur plomb, des solutions de conception du cœur et des circuits de refroidissement, des caractéristiques physiques d'un réacteur rapide amène le réacteur de BREST à un niveau qualitativement nouveau de sûreté naturelle et permet d'assurer la stabilité sans déclenchement actif moyens de protection d'urgence en cas d'accidents très graves, insurmontables pour tous les réacteurs existants et projetés dans le monde:
- canon automoteur de tous les organismes de réglementation disponibles;
- arrêt (blocage) de toutes les pompes du 1er circuit du réacteur;
- arrêt (blocage) de toutes les pompes du 2ème circuit du réacteur;
- la dépressurisation du bâtiment du recteur;
- rupture des tubes ou canalisations des générateurs de vapeur du circuit secondaire à n'importe quelle section;
- l'imposition d'une variété d'accidents;
- Temps de recharge illimité à la mise hors tension complète.
Le projet Breakthrough mis en œuvre par Rosatom vise à créer une nouvelle plate-forme technologique pour l'industrie nucléaire russe avec un cycle du combustible fermé et à résoudre le problème du combustible nucléaire usé et des déchets radioactifs (RW). Le résultat de la mise en œuvre de ce projet ambitieux devrait être la création d'un produit compétitif qui dotera les technologies russes de leadership dans l'industrie nucléaire mondiale et, en général, dans le système énergétique mondial pour les 30 à 50 prochaines années.
