Всегда с перегаром

РЕАЛЬНАЯ АТОМИСТИКА

Наладить выпуск самовосполняемого ядерного топлива пока что не удалось ни французам, ни американцам, ни японцам. А получилось у сибиряков Железногорска. Ознакомимся с разъяснениями, данными гендиректором тамошнего Горно-химического комбината, доктором технических наук Петром Михайловичем Гавриловым, корреспонденту российского научного издания.

- Сейчас строительством новых атомных станций никого не удивишь. Это важно, ответственно, но всё-таки АЭС — стандартизированное изделие. А вот запуск такого высокотехнологического производства как МОКС, насыщенного инновациями и всякого рода ноу-хау, большое событие.

МОКС-топливо — MOX-fuel (от английского Mixed Oxide fuel) — ядерное топливо, представляющее собой смесь оксидов нескольких делящихся материалов. В настоящее время — в основном урана и плутония.

Страны, способные создать такое производство, можно по пальцам пересчитать. Сегодня реально действует завод МОКС только во Франции. В мае нынешнего года в Вене, когда мы представляли Российский национальный доклад по обращению с отработанным ядерным топливом и радиоактивными отходами, в кулуарах французы говорили, что мы без них такой завод не запустим. Тем не менее, мы всю технологию выстроили, выпустили первую тепловыделяющую сборку (ТВС), и это является доказательством того, что завод пущен! Лицензия на эксплуатацию получена. Никто в мире, в том числе, и французы, не верили, что в России можно сейчас запускать столь высокотехнологические производства… Вот и попросили меня в Англии рассказать о создании производства МОКС-топлива и о комплексе «сухих» хранилищ отработавшего ядерного топлива, которые находятся на площадке комбината. 

— Нечто подобное где-то в мире есть?

— Нет.

— Расскажите, что такое МОКС-топливо и почему его так трудно создать?

— Природный уран в основном состоит из двух изотопов. Основная масса — уран-238 и совсем немного, менее одного процента, — уран-235. Уран-235 хорошо делится в «тепловых» реакторах. Тепло, выделяющееся при распаде ядра, через оболочку ТВЭЛа передаётся теплоносителю, от него — рабочему телу парогенератора, пар крутит турбину и вырабатывает электроэнергию. Прежде чем загрузить в реактор уран, его обогащают, то есть увеличивают долю изотопа U-235. Но в процессе работы реактора происходит ещё реакция, известная как «радиационный захват». Атом урана-238 поглощает один нейтрон, и после ряда превращений рождается плутоний-239. Плутоний практически не существует в природе, но он так же хорошо делится, как уран-235. Получается, что при сжигании в тепловых реакторах урана-235 на выходе мы имеем не только электрическую энергию, но и наработанный плутоний-239. Использовать его для производства энергии чрезвычайно заманчиво. 

Берётся в определённой пропорции смесь оксидов урана-238 и урана-235 и оксида плутония-239 — это и есть МОКС-топливо. То есть мы возвращаем наработанный плутоний-239 обратно в ядерный топливный цикл уже как основной делящийся материал. При работе МОКС-топлива исходный плутоний «сгорает», но одновременно из урана-238 образуется новый плутоний. Таким образом, мы как бы используем одно и то же топливо многократно, до полного выгорания тяжёлых металлов. Это сразу же даёт гигантское преимущество ядерной энергетике перед другими видами генерации энергии. В первую очередь перед тепловой. Там топливо только сжигается и ничего, кроме отходов, вновь не образуется.

Более эффективное использование МОКС-топлива имеет место в «быстрых» реакторах, нежели в «тепловых». Во Франции МОКС-топливо используется в «тепловых» реакторах, и там есть крупный промышленный завод для его производства. У наших французских коллег есть определённый опыт работы с таким топливом. Кстати говоря, французы начали строить аналогичный завод американцам, но запустить его пока не могут. Англичане тоже попытались запустить такой завод, вышли на 5—7 процентов мощности, больше не смогли из-за его технической и технологической сложности. 

— Понятно, ведь это попытка осуществить почти вечный атомный двигатель?!

— Почти — ведь за счёт вовлечения плутония в ядерный цикл мы можем обеспечить энергией человечество на тысячи лет. «Быстрой» энергетикой сегодня владеет только Россия. Был во Франции хороший реактор — «Суперфеникс», но по политическим соображениям французы вынуждены были его остановить и до сих пор с болью говорят об этом… В России есть мощный коммерческий реактор БН-600, а совсем недавно вступил в строй БН-800, для которого мы и запустили производство МОКС-топлива. Впрочем, новый реактор — это пока усовершенствованный БН-600, а будущее, безусловно, за реактором БН-1200. Это более мощная и экономически выгодная машина. Но сейчас важно обеспечить реактор БН-800 топливом, сделать очередной шаг в будущее. В настоящее время идёт процесс освоения производства как у нас, так и под Екатеринбургом, где БН-800 набирает проектную мощность. Его активную зону необходимо загрузить нашим топливом, и тогда впервые в мировой практике мы замкнём ядерный цикл именно в промышленном масштабе. 

— А в чём разница с французами?

— Там очень хорошо получается по изотопному составу, но замыкания цикла не происходит. Принципиальный момент в том, что получить топлива больше, чем сжигаешь, в «тепловых» реакторах невозможно. Для этого нужен «быстрый» реактор, и тогда мы получаем плутония-239 чуть больше, чем сжигаем. То есть идёт расширенное воспроизводство ядерного топлива, и это уникальное явление присуще только атомной энергетике. Таким образом, замкнуть ядерный цикл в промышленном масштабе французам не удаётся. Они наладили переработку ОЯТ, но у них нет расширенного воспроизводства делящегося материала. 

— Значит, атомный «вечный двигатель» у французов не получается. А у вас?

— Это становится возможным, так как в быстром реакторе плутония-239 воспроизводится из урана-238 больше, чем сгорает. Мы организовали новый завод под землёй, в тех выработках, которые освободились после сокращения радиохимического производства. Это большое преимущество, так как есть мощная защитная оболочка, то есть естественный контаймент. Это первое преимущество. Второе: ничего не надо было строить. Я имею в виду разные здания, сооружения и так далее, что присуще любому новому производству. Выработка — заводские цеха — есть, все коммуникации тоже. Наша задача — создать оборудование, смонтировать его, состыковать с существующими коммуникациями и сетями и в конце концов пустить новое производство. Что и было нами сделано.

ВПРЕДЬ БЕЗ «МОКРУХИ»

— В своё время комбинат спас страну. Предполагалось построить ещё четыре крупных предприятия для производства плутония. Но, благодаря ряду открытий коллектива комбината, здесь производство плутония было увеличено многократно, и строительство очень дорогих предприятий не потребовалось. А сейчас, образно говоря, комбинат выступает спасителем атомной отрасли?

— Действительно, вопрос замыкания ядерного топливного цикла, создания нового радиохимического производства - принципиально важен. Сегодня это ахиллесова пята атомной отрасли. Это я говорю как реакторщик. У нас специалисты есть везде: это добыча урана, фабрикация топлива, генерация энергии, строительство реакторов и пуск их в эксплуатацию. Но самое узкое место — обращение с отработавшим ядерным топливом. Тот завод по радиохимической переработке ОЯТ, который есть на «Маяке», по большому счёту, относится к первому поколению. Французы сегодня имеют завод второго поколения «плюс» — комплекс химической переработки отработавшего ядерного топлива.

Американцы 70 тысяч тонн топлива хранят в контейнерах при атомных станциях. Однако выясняется неприятная вещь. Из реакторов топливо выгружается в бассейны с водой. Сборки охлаждаются, остаточное энерговыделение спадает, и тогда уже их можно передавать из «мокрого» хранилища в «сухое» или помещать в контейнеры, как это делают американцы. Такой процесс занимает приблизительно 10 лет. Однако при помещении в контейнер на отработавших сборках остаётся некоторое количество воды. Вот здесь и начинаются неприятности: идёт радиолиз воды, она разлагается с выделением водорода. При взаимодействии же водорода с металлом оболочек твэлов (как правило, это цирконий для твэлов тепловых реакторов и сталь для твэлов быстрых реакторов) происходит изменение его механических свойств — водородное охрупчивание. Это, в свою очередь, может привести к разгерметизации тепловыделяющих элементов. Если процесс пойдёт спонтанно, предсказать последствия трудно, а подчас и невозможно. И сейчас сказать, что будет при длительном хранении отработавшего топлива, никто не может. Проблема остаётся, она считается многими «отложенной»…

— На сколько?

— Говорят, на триста лет, а может быть, на пятьдесят или на двадцать… Опыта длительного хранения нет. В США никто не извлекает топливо из контейнеров, никто даже думать об этом не хочет - мол, потомки сами разберутся. Французы выбрали путь по радиохимической переработке отработавшего топлива, компактированию радиоактивных отходов, их захоронению. Россия пока тоже идёт по этому пути. В настоящее время мы создаём Опытно-демонстрационный центр, где будем использовать самую современную технологию переработки. Мы показали её французам, они признали, что мы строим завод четвёртого поколения. 

— Почему они так считают?

— Наша технология исключает образование жидких радиоактивных отходов. Это качественный скачок в атомной промышленности, если не сказать - революционный. 

Когда-то академик Ю. Б. Харитон предостерег: «Сознавая личную причастность к овладению человечеством фактически неисчерпаемыми источниками энергии атомного ядра, я уже не уверен, что человечество дозрело до такой миссии. Дай Бог, чтобы те, кто идет после нас и стремится к лучшему, не натворили худшего». Мы в Железногорске памятуем этот завет.

по материалам: В. Губарева