Атомная энергетика – на пороге новой эры

Быстрые реакторы - будущее энергетики.

Фото: Михаил ГОНЧАРОВ

В ОСНОВЕ - ДВА КОМПОНЕНТА

Первой страной в новую энергетическую эру вступит Россия. Реакторами на быстрых нейтронах занимаются почти все страны «ядерного клуба», но только мы прошли путь от исследований до их промышленного применения. В 1980 году на Белоярской АЭС пущен первый реактор БН-600, в 2016-м пущен второй – БН-800. Оба подключены к энергосистеме Урала.

Поэтому не случайно масштабная международная научная конференция МАГАТЭ по быстрым реакторам прошла в Екатеринбурге, в 60 километрах от города энергетиков Заречный, где и находится Белоярская станция.

700 делегатов форума из 30 стран - это ученые и технические эксперты, которые проектируют и конструируют атомные блоки, занимаются научным сопровождением ядерных проектов. Они приехали в Россию, чтобы ознакомиться с передовыми технологиями, связанными с развитием «быстрого» направления в атомной энергетике.

А в том, что оно будет развиваться, нет сомнений: форум был посвящен поиску оптимальных решений для построения двухкомпонентной атомной энергетики, один компонент которой - традиционные реакторы на тепловых нейтронах, а другой - быстрые реакторы. Как было заявлено, их совместное использование кардинально изменит атомную энергетику и откроет перед ней необозримые перспективы. Почему?

Потому, что реакторы на быстрых нейтронах способны нарабатывать топливо сами себе. Причем, полученный плутоний можно использовать бесконечное количество раз – нужна лишь небольшая добавка. Кроме этого, БН может работать на компонентах отработанного ядерного топлива традиционных АЭС: то, что раньше было радиоактивным «мусором», после доработки снова идет в дело. Идея замыкания топливного цикла, о которой в мире мечтают на протяжении десятилетий, становится реальностью.

Быстрые реакторы решают и проблему срока хранения ядерных отходов. Так называемые минорные актиноиды, которые являются побочным продуктом работы тепловых реакторов и распадаются сотни тысяч лет, могут быть "выжжены" потоком нейтронов. После выжигания останутся только те продукты деления, которые распадаются не дольше 100-400 лет.

-После пуска БН-800 «Росатом» готов к развитию ядерной энергетики на двухкомпонентной основе. В перспективе десятка лет можно будет говорить о начале промышленного освоения двухкомпонентной ядерной энергетики, - рассказал заместитель генерального директора «Росатома» Вячеслав Першуков, - Еще одна-две конференции, и они превратятся из научных в научно-коммерческие, где будут серьезно обсуждаться задачи построения быстрых реакторов в разных точках мира для замыкания топливного цикла.

Два действующих сейчас на БАЭС быстрых реактора считаются опытно-промышленными. А вот по-настоящему коммерческим реактором должен стать БН-1200.

-С одной стороны, в этом проекте применены технические решения, которые хорошо себя показали на реакторах БН-600 и БН-800. С другой стороны, мы выполнили ряд исследований, которые позволили улучшить технические характеристики проекта и достичь качественно нового результата как по экономике, так и по безопасности. Например, БН-1200 по экономике несколько лучше даже проекта новых тепловых реакторов, в частности, ВВЭР-ТОИ, и его можно позиционировать как реактор 4-го поколения, - рассказал главный конструктор реакторных установок на быстрых нейтронах Сергей Шепелев.

Сейчас идет экспертиза проекта, после которой Научно-технический совет «Росатома» решит его судьбу. Если решение будет принято в этом году, то через 10 лет состоится энергопуск. Не исключено, что реактор будет «прописан» там же, где и его «старшие братья» - в Заречном.

Еще один проект быстрых реакторов – «Прорыв». На Сибирском химическом комбинате в Томской области создается опытный энергетический комплекс, где будет установлен реактор «БРЕСТ-300», установка по производству топлива для него и комплекс переработки отработанного топлива. В отличие от БэЭнов, «БРЕСТ» будет иметь в качестве теплоносителя не натрий, а свинец.

По словам генерального директора Сибирского химкомбината Сергея Точилина, строительно-монтажные работы по реактору идут в соответствии с графиком, и в 2020 СХК планирует начать производство топлива для будущего реактора.

Макет реактора БН-800, который производит больше топлива, чем потребляет.

Фото: Михаил ГОНЧАРОВ

БОЛЬШИЕ РЕАКТОРЫ - БОЛЬШИЕ ЦЕЛИ

Сейчас в мире осталось около 200 исследовательских реакторов - половина от когда-то действовавших. Дело в том, что они исчерпали потенциал для решения научных задач. Чтобы решать новые задачи, нужны и новые реакторы. Причем, мощные, в районе 50 МВт. Для одной страны ресурс такого реактора может оказаться избыточным, а стоимость - несоизмеримо высокой.

Поэтому для выхода на новый уровень исследовательских задач «Росатом» привлекает к проекту коллег из других стран. В Екатеринбурге Вячеслав Першуков и председатель координационного комитета Центра компетенций V4G4 Янош Гадо подписали меморандум о взаимопонимании по участию в создаваемом партнерстве «Международный центр исследований на базе Многоцелевого быстрого исследовательского реактора МБИР».

Реактор строится Росатомом в Димитровграде Ульяновской области.

- Он заменит целый ряд устаревающих установок и обеспечит нас и наших партнеров исследовательской инфраструктурой на 50 лет вперед, - прокомментировал Вячеслав Першуков.

КАК ЭТО РАБОТАЕТ

Два в одном

Быстрые реакторы и электроэнергию вырабатывают, и топливо воспроизводят. В них при делении ядер ядерного топлива образуется избыток новых ядер, способных к делению. Для того, чтобы получить новое топливо, активная рабочая зона реактора окружена зоной воспроизводства, которая заполняется обедненным ураном-238. Он еще называется отвальным, потому что до появления быстрых реакторов ценности не представлял и просто складировался в огромных количествах. Для примера: в 1 тонне уранового сырья содержится только 7 кг урана-235, который участвует в цепной реакции и используется в тепловых реакторах.

В зоне воспроизводства масса обедненного урана превращается в ядерный материал, способный к дальнейшему использованию в качестве топлива на традиционных реакторах АЭС. По сути, быстрый реактор производит топлива больше, чем потребляет.

По прогнозам МАГАТЭ, разведанных запасов урана-235 хватит приблизительно на 85 лет. Поэтому комбинация тепловых и быстрых реакторов обеспечит атомную энергетику топливом на тысячи лет.

Отходы – в доходы

Еще одно достоинство быстрых реакторов – способность работать на МОКС-топливе. Для его изготовления используется отработанное ядерное топливо (ОЯТ) тепловых реакторов типа РБМК и ВВЭР.

То, что раньше приходилось складировать, соблюдая высочайшие требования к безопасности, теперь идет в дело.

Производство МОКС-топлива освоено на железногорском Горно-химическом комбинате. В обозримой перспективе Белоярская АЭС планирует полностью перевести на него новейший реактор БН-800.