Россия делает очередные шаги по переходу на замкнутый ядерный топливный цикл

В сентябре новый, самый мощный в мире энергоблок с реактором на быстрых нейтронах — БН-800 Белоярской АЭС успешно протестирован на полной мощности. Вместе с запущенным год назад производством МОКС-топлива Россия занимает лидирующую роль в переходе на замкнутый цикл, который позволит не только обеспечить воспроизводство топливной базы атомной энергетики, но и внесет свой вклад в политику нераспространения ядерного оружия.

Россия успешно протестировала очередной промышленный реактор на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем: в сентябре четвертый энергоблок на Белоярской АЭС мощностью 800 мегаватт (БН-800) успешно прошел процедуру комплексного опробования на 100% мощности. После итоговой проверки Ростехнадзора он будет сдан в промышленную эксплуатацию. ГК «Росатом» изучает проект еще более мощного быстрого реактора БН-1200, решение о его строительстве будет принято по результатам эксплуатации третьего блока Белоярской АЭС. Это произойдет не раньше 2019 года: по оценкам Генерального директора ГК «Росатом» Сергея Кириенко, на отработку БН-800 потребуется около трех лет.

Энергоблоки с реакторами на быстрых нейтронах это часть масштабного проекта «Росатома» по переходу ядерной энергетики на новую технологическую платформу — замкнутый топливный цикл. С их помощью за счет расширенного воспроизводства ядерного топлива можно многократно увеличить используемый энергетический потенциал природного урана. На практике это означает возможность функционирования и развития АЭС в течение многих столетий без ограничений со стороны имеющихся топливных ресурсов. По оценкам экспертов, без их применения атомная энергетика, как и энергетика на органическом топливе, неизбежно столкнется с проблемой дефицита топливного сырья уже в следующем столетии.

Сегодня в мире производится и потребляется около 18000 тонн свежего ядерного топлива. Фактически «сгорает» 3% от массы тяжелого металла, то есть 540 тонн. В мировом энергобалансе атомная энергетика сегодня дает примерно 11% генерации электроэнергии. То есть, формально, всю мировую потребность электроэнергии по году могут обеспечить 4909 тонн делящегося материала. В ядерном топливном цикле с МОКС-топливом на быстром реакторе, с учетом трансмутации урана-238 в плутоний, в качестве делящегося материала можно рассматривать любой изотоп урана. По оценкам WNA сегодня на складах в мире находится 1,6 миллиона тонн обедненного урана. И весь он может быть использован в быстрых реакторах либо как топливо напрямую. Таким образом, учитывая ресурс только имеющихся сегодня складских запасов обедненного урана от «мирного» атома и без учета ОЯТ, можно обеспечить сегодняшний уровень мирового потребления энергии в течении 326 лет, причем без дополнительной эмиссии парниковых газов.

Россия занимает первое место в мире в технологиях строительства таких реакторов, хотя технологии «быстрых нейтронов» развивались во многих развитых странах с 1950-х годов. Первый энергоблок с таким реактором — БН-350 был запущен в СССР и проработал с 1973 по 1999 год в Актау. Второй — БН-600 бесперебойно работает на Белоярской АЭС с 1980 года (в 2010 году срок его эксплуатации был продлен на 10 лет).

Реакторы на быстрых нейтронах, используя в качестве топлива смесь оксидов урана и плутония (МОКС-топливо), в процессе работы нарабатывают плутоний в количестве, достаточном для обеспечения себя новым топливом и изготовления определенного количества топлива для других реакторов. В результате этого процесса путем переработки отработавшего «горючего» и изготовления нового смешанного уран-плутониевого топлива количество энергии, которое можно получить от природного урана, увеличивается примерно в 100 раз.

Преимуществом является и то, что после переработки ОЯТ остается относительно небольшое количество радиоактивных отходов, которые подлежат специальной обработке и захоронению. Кроме прочего, в реакторах на быстрых нейтронах возможно «дожигать» долгоживущие (с периодом распада до тысяч и сотен тысяч лет) радиоактивные продукты деления, превращая их в короткоживущие с периодом полураспада в 200–300 лет. Такие преобразованные радиоактивные отходы могут быть надёжно захоронены в специальных хранилищах без нарушения природного радиационного баланса Земли. Переход на замкнутый топливный цикл предполагается и в других странах, нацеленных на масштабное развитие атомной энергетики (Франция, Индия, Китай и некоторые другие).

В рамках создания полной цепочки замкнутого ядерного цикла, в сентябре 2015 года на Горно-химическом комбинате «Росатома» было введено в эксплуатацию промышленное производство МОКС-топлива. Проектная мощность пускового комплекса составила 400 ТВС в год, на нее предприятие намерено выйти в 2019 году. Это производство в структуре «Росатома» решает задачу фабрикации ядерного топлива из регенерированных материалов. Причем технологическая схема производства на ГХК позволяет использовать широкий диапазон ядерных материалов, включая высокоактивный плутоний.

Первое применение МОКС-топлива датируется 1963-м годом, однако широкое коммерческое использование МОКС-топлива в тепловых реакторах началось только в 1980-х годах. Основными потребителями МОКС-топлива являются Япония (лицензировано 10 реакторов) и страны Евросоюза (лицензировано 40 реакторов). По данным WNA за всю историю в коммерческих реакторах уже использовано более 2000 тонн МОКС-топлива. Крупным производителем данного вида топлива является французский завод в Мэлоксе, который выдает на рынок 195 тонн МОКС-топлива ежегодно.

С использованием нового реактора БН-800 планируется проведение исследований перспективного нитридного топлива, которое в настоящее время испытывается в реакторах БОР-60 и БН-600. «Росатом» ведет разработку альтернативных «быстрых» технологий — реактора БРЕСТ-ОД-300 со свинцовым теплоносителем, где также может использоваться нитридное топливо.

Осваиваются также и другие элементы замкнутого цикла: этим летом на Балаковской АЭС начали испытания еще одного вида инновационного «горючего»: РЕМИКС-топлива. Оно представляет собой неразделенную смесь регенерированного урана и плутония, выделяемых при переработке ОЯТ, с добавлением небольшого количества обогащенного урана. Технология подразумевает повторное использование не только плутония, но и остаточного урана-235, и ее цель та же — снизить потребление природного урана.

Кроме того, благодаря пуску реактора БН-800 на Белоярской АЭС и производству МОКС-топлива, Россия, в рамках российско-американского соглашения «Об утилизации плутония» от 2000 года, выполняет свои обязательства по конвертации 34 тонн военного плутония в мирное ядерное топливо. Сегодня РФ обладает полной технологической базой, чтобы «сжечь» свой оружейный плутоний с гарантиями, что этот материал уже никогда не будет иметь военного применения, а также позволит значительно сократить количество высокорадиоактивных отходов, снизив экологическую нагрузку на будущие поколения.