ОД-реактор на быстрых нейронах БРЕСТ-ОД-300 (проект "Прорыв", г. Северск, Томская область)

Важна также себестоимость. На ГЭС киловатт-час электроэнергии обходится в 10-25 копеек, но гидропотенциал в развитом мире практически исчерпан. На угольных или мазутных станциях — 22-40 копеек, но встают экологические проблемы. На промышленных ветряных и солнечных электростанциях — 35-150 копеек, дороговато, да и кто гарантирует постоянный ветер и отсутствие облаков. Себестоимость атомной энергии — 20-50 копеек, она стабильна, создает куда меньше экологических проблем, чем сжигание нефти и угля, ее потенциал безграничен. Наконец, российский мирный атом оказался почти вне конкуренции. В 2010 году, когда после 24-летнего «похолодания» многие страны снова захотели строить АЭС, наши реакторы оказались дешевле и не хуже японских, французских и американских прототипов. Более того, мы, в отличие от конкурентов, все эти годы строили АЭС — «Росатому» было что показать потенциальному заказчику. На выставку «Атомэкспо», где были прелдставлены в том числе технологиии современного монолитного строительства АЭС в 2016 году, приехали делегации 52 стран. У 20 из этих стран атомной энергетики до сих пор не было. Теперь они впервые появятся в Египте, Вьетнаме, Турции, Индонезии, Бангладеш — наши, российские АЭС.

Основная проблема атомной энергетики сегодня — топливо. Рентабельно извлекаемого урана на земле осталось 6,3 миллиона тонн. При учетах роста потребления хватит приблизительно на 50 лет. Стоимость — около 50 долларов за килограмм руды сегодня, но по мере вовлечения в добычу менее рентабельных месторождений она будет расти до 130 долларов за килограмм и выше. Есть, конечно, добытые запасы, и не маленькие, но и они не навсегда. Госкорпорация с 2011 года реализует на Сибирском химкомбинате (СХК) проект "Прорыв" по созданию технологии замкнутого топливного цикла. В Северске в составе опытного демонстрационного энергокомплекса (ОДЭК) появится реакторная установка "БРЕСТ-ОД-300" с пристанционным ядерным топливным циклом, а также производство уран-плутониевого (нитридного) топлива для реакторов на быстрых нейтронах.

"Модуль фабрикации (ядерного топлива для реактора на быстрых нейтронах) должен быть запущен (в Северске) в 2021 году. Строительство в основном закончено, и мы уже приступаем к монтажу технологического оборудования.<…> С 2023 года начнется уже промышленная наработка нитридного топлива для загрузки реактора "БРЕСТ-300". <…> Физический запуск реактора "БРЕСТ-ОД-300 запланирован на 2026 год", – сказал Першуков.

По его словам дальнейшего переноса сроков окончания строительства модуля фабрикации ядерного топлива для реактора "БРЕСТ-ОД-300" и самого реактора не планируется. Основные технические вопросы на сегодняшний день решены. Задержка с запуском модуля рефабрикации топлива связана с временной нехваткой отработанного ядерного топлива, наработанного на АЭС России. "Модуль переработки топлива задерживается из-за естественных причин <...>, чтобы его запустить, сначала нужно наработать отработанное ядерное топливо (ОЯТ) в достаточных объемах. Его пуск отложен до 2028 года", – пояснил Першуков.

Сорок три гектара территории, серые монолитные стены, обильно торчащая в небо арматура, краны и 600 рабочих. Через три года на этом месте, в закрытом городе Северске, в 25 километрах от Томска, начнет работать первая в мире Perpetuum Mobile мощностью 300 мегаватт — атомная станция с замкнутым топливным циклом и расплавленным свинцом в качестве теплоносителя. Предприятие называется опытным, так как супертехнологии для него пока рассчитаны лишь на математических моделях. Однако, проверив их на действующем реакторе, наши атомщики получат референтную АЭС нового поколения, оторвавшись от конкурентов из Toshiba, Areva и прочих на десятилетия. Проект, который имеет говорящее название «Прорыв», обещает энергию без опасности и, главное, без добычи урана.

Уран добывается тяжело или очень тяжело. В породе урановой руды бывает порядка 0,1-1 процента, плюс-минус. Залегают руды на глубине около километра. Температуры на разработках выше 60 градусов по Цельсию. Добытую породу необходимо растворить в кислоте, чаще серной, чтобы из раствора выделить урановую руду. На некоторых месторождениях под землю сразу закачивают серную кислоту, чтобы потом забрать ее вместе с растворенным ураном. Однако есть урановые породы, которые в серной кислоте не растворяются.

Наконец, в очищенном уране только 0,72 процента необходимого изотопа — уран-235. Того самого, на котором работают атомные реакторы. Выделить его — отдельная головная боль. Уран превращают в газ (гексафторид урана) и пропускают через каскады центрифуг, вращающихся со скоростью порядка двух тысяч оборотов в секунду, где отделяют легкую фракцию от тяжелой. Отвал — уран-238, с остаточным содержанием урана-235 0,2-0,3 процента, в 50-е годы просто выбрасывали. Но потом стали хранить в виде твердого фторида урана в специальных контейнерах под открытым небом. За 60 лет на земле накопилось порядка двух миллионов тонн фторида урана-238. Зачем его хранят? Затем, что уран-238 может стать топливом для быстрых атомных реакторов, с которыми до сих пор у атомщиков были сложные отношения.

Всего в мире было построено 11 промышленных реакторов на быстрых нейтронах: три в Германии, два во Франции, два в России, по одному в Казахстане, Японии, Великобритании и США. Один из них — SNR-300 в Германии так и не был запущен. Еще восемь остановлены. Работающих осталось два. Как вы думаете где? Правильно, на Белоярской АЭС.

С одной стороны, реакторы на быстрых нейтронах безопаснее привычных, тепловых. В них нет высокого давления, нет риска пароциркониевой реакции и так далее. С другой — напряженность нейтронных полей и температура в рабочей зоне выше, сталь, которая бы сохраняла свои свойства при том и другом параметрах, изготовить сложнее и дороже. К тому же, в качестве теплоносителя в быстром реакторе нельзя использовать воду. Остаются: ртуть, натрий и свинец. Ртуть отпадает по причине высокой коррозионной активности. Свинец надо умудриться поддерживать в расплавленном состоянии — температура плавления 327 градусов. Температура плавления натрия — 98 градусов, поэтому все быстрые реакторы до сих пор делали с натриевым теплоносителем. Но натрий слишком бурно реагирует с водой. Случись повреждение контура… Как и вышло на японском реакторе «Мондзю» в 1995 году. В общем, с быстрыми оказалось слишком сложно.

В мире сегодня работают 449 мирных промышленных атомных реакторов и еще 60 строятся. Во время эксплуатации этих реакторов, прошлых и будущих, возникает плановая проблема — отработанные тепловыделяющие сборки. Сначала их складывают в специальные ванны, где они несколько лет «остывают». Затем, «остывшие» твэлы складывают в «сухие» хранилища, где они накапливаются в больших количествах. Мощностей, способных перерабатывать отработанные сборки в разы меньше, чем необходимо. Почему? Потому что это очень сложно и дорого.

В проекте «Прорыв» будет построен собственный завод по переработке топлива. Как вы уже догадываетесь, завод этот будет не только уничтожать отгоревшее топливо, но выдавать на выходе сырье для новых сборок. Старые твэлы будут растворять в кислоте, возможно серной, затем на заводе с помощью непростых химических технологий разделят раствор поэлементно. Ненужное кондиционируют и захоронят, нужное используют. Кроме сырья для нового топлива, предприятие будет добывать из старых сборок редчайшие изотопы тяжелых элементов, востребованные в медицине, науке и промышленности.

Кстати, мощность реактора в 300 мегаватт выбрана не случайно. При этой мощности он будет производить столько же плутония, сколько потребляет. Такой же реактор с большей мощностью произведет больше топлива, чем потребит. Так что один раз загруженный реактор «Брест» будет работать как заурядный Perpetuum Mobile. Потребуется только небольшая подпитка предприятия обедненным ураном. Ну, а уран-238, как я уже упоминал, накоплен атомной промышленностью в таком количестве, что хватит на вечность.