Замыкание ядерного топливного цикла позволит избежать резкого сокращения сырьевой базы атомной энергетики

с 15 мая 2020

Источник: Центр энергетической экспертизы

Росатом разработал проект программы развития научных исследований в области использования атомной энергии до 2024 года. Документ направлен на согласование в органы исполнительной власти, Российскую академию наук и НИЦ «Курчатовский институт». Проект программы включает в себя исследования по ключевым направлениям: двухкомпонентная атомная энергетика, развитие экспериментально-стендовой базы, термоядерные и плазменные технологии, новые материалы и технологии для перспективных энергетических систем, референтные энергоблоки АЭС, включая атомные станции малой мощности. Программа предусматривает конкретные результаты, включая запуск предприятия по производству нового топлива для реакторов на быстрых нейтронах, разработку проектов реакторов на быстрых нейтронах, строительство и реконструкцию объектов исследовательской инфраструктуры и опытно-промышленной базы термоядерных и плазменных технологий, разработку ключевых технологических решений для создания экспериментального жидкосолевого реактора, завершение проектирования двухблочной атомной станции малой мощности.

Сергей Погляд, эксперт по научным разработкам отделения радиохимических технологий Научно-исследовательского института атомных реакторов, главный технолог полифункционального радиохимического исследовательского комплекса:

В программе речь идёт, в том числе, о переходе к двухкомпонентной атомной энергетике – в настоящее время есть только один компонент – реакторы на тепловых нейтронах, которые производят энергию за счет потребления урана-235. Его содержание в добываемом уране всего 0,7%, что ставит нас перед угрозой резкого сокращения сырьевой базы в будущем, особенно при росте числа реакторов. Замыкание ядерного топливного цикла: переработка ОЯТ и изготовление из регенерированного урана и наработанного плутония – так называемого смешанного ядерного топлива – позволит вовлечь те самые 99.3% в рациональное использование. В рамках двухкомпонентной атомной энергетики традиционный парк реакторов на тепловых нейтронах производит электричество, а небольшой парк реакторов на быстрых нейтронах производит плутоний и сжигает минорные актиниды. Специалисты Курчатовского института, в свое время, подсчитали оптимальное соотношение таких реакторов – их стратегии мы и придерживаемся.

Второй пункт, который важен в проекте двухкомпонентной атомной энергетики, это судьба минорных актинидов (нептуний, америций, кюрий). Уран и плутоний можно вернуть в качестве ядерного топлива и использовать в реакторах, а остальные минорные актиниды нет. Они опасны тем, что у них очень большие периоды полураспада, в природе они уже давно не существуют – распались за время жизни Земли и наша биосфера с ними никогда не контактировала. Что будет, если они туда попадут, нам не ясно. В случае их хранения сооружение, где они будут находиться, должно простоять несколько миллионов лет. Создать такое сооружение, которое столько простоит герметичным и целым так долго, пока невозможно. У нас есть пирамиды, которые простояли несколько тысяч лет, и то они не в самом хорошем состоянии. Однако мы можем взять эти минорные актиниды, выделить их, отправить обратно в реактор, где они благополучно сгорят и превратятся в осколки деления. Через 200-300 лет их отходы становятся безопасными. В итоге их активность будет сопоставима с активностью природных урановых руд. Плюс в них не будет ничего такого, чего бы не содержалось в окружающей среде.

Также в нашей программе идёт речь о жидкосолевом реакторе. В нём тоже можно сжигать минорные актиниды. Проблема в том, что сжигать их нужно долго – на протяжении 15-20 лет, а оболочки твэлов в стандартных реакторах такой срок службы не выдерживают. Это означает, что придется прерывать процесс, переупаковывать опасные материалы, перерабатывать их – все это генерирует вторичные радиоактивные отходы, которых можно было бы избежать. Жидкосолевой реактор позволяет просто подгружать топливо, без сложностей с твэлами, на ходу, выгружая часть своей топливной соли, производя с ней необходимые манипуляции и возвращая обратно. Частью этой работы тоже занимается наш институт.

В число проектов программы вошло такое направление как совершенствование экспериментально-стендовой базы. Один из проектов в программе – достройка и пуск Международного центра исследований на базе реактора МБИР и комплекса по совершенствованию технологии замыкания топливного цикла. Такого комплекса пока ни у кого в мире нет. Ближе всего к его созданию подобрались американцы: они реализуют проект Versatile Test Reactor, строительство должно быть завершено к 2026 году.

Последнее большое событие в атомной энергетике - это принятие американцами программы по восстановлению лидерства в атомной отрасли, которое было утрачено из-за Китая и России. В этой программе отдельной строкой идёт финансирование проекта Versatile Test Reactor, а также проекта NRIC - Национальный центр инновационных реакторов, где США, по сути, собираются создать площадку для разработки и освоения перспективных конструкций, в том числе малых и модульных реакторов. Поэтому президент очень вовремя дал распоряжение о создании программы развития атомной науки и техники до 2024 года. Ведь гонка между нами и Америкой продолжается, последние пять лет мы с ними идём плечом к плечу.

В традиционной тепловой энергетике лидерами по замыканию топливного цикла сейчас являются французы. Они перерабатывают почти две тысячи тонн облученного топлива в год, у них действуют полноразмерные заводы, и некоторое количество плутония они уже вернули в энергетические реакторы. Но они столкнулись с предсказанной ранее проблемой, к которой в свое время не прислушались. Дело в том, что плутоний, который они поставляют в свои реакторы на тепловых нейтронах, за один цикл облучения сильно изменяет свой состав, в нем накапливаются изотопы не поддерживающие реакцию деления, что делает его практически непригодным для второго и последующих циклов - он перестаёт быть ядерным горючим. Решение этой проблемы есть. Его можно "лечить" в реакторах на быстрых нейтронах, где его состав восстанавливается. Таким образом, можно продлить его пригодность ещё, как минимум, на один круг. Россия и Франция как раз задумали такой проект по "лечению" тестовой партии французского плутония на российских реакторах. Если наши расчёты подтвердятся, то технологию "лечения" мы сможем продемонстрировать к 2025 году на нашей площадке в Димитровграде. Следующие после французов в очереди на создание двухкомпонентной атомной энергетики, скорее всего, мы, если нас не обгонят индусы и китайцы. Индийские коллеги пока испытывают сложности с запуском своего быстрого реактора в г. Калпаккам, они надеялись уже с 2012-2014 года вести на нем исследования. Про китайских коллег в области переработки известно мало: реактор на быстрых нейтронах у них уже есть, на этот год запланирован физический пуск двух исследовательских жидкосолевых реакторов, даже завод по переработке ОЯТ действует уже более 5 лет - но о нем мало что известно в силу традиционной скрытности китайцев.

Регистрация

*Обязательные поля

Уже есть аккаунт? Авторизируйтесь



Скачайте мобильное приложение «Битрикс24»

Перейти в браузере

Регистрация

Ваша заявка принята!

Мы уведомим вас о результатах рассмотрения вашей заявки по адресу электронной почты, указанной вами.

Регистрация

Произошла ошибка

Пожалуйста, пройдите процесс регистрации заново.

Ошибка отправки!

Приносим свои извинения. Пожалуйста, попробуйте отправить Вашу заявку позже.