Эксперты давно называют Россию мировым лидером в технологиях реакторов на быстрых нейтронах, и сейчас, по их мнению, это лидерство еще больше укрепилось.
В чем же важность произошедшего на Урале события и почему Россия по праву считается номером один в "быстрой" атомной энергетике?
Решение сырьевой проблемы
Прежде всего, надо отметить два главных преимущества реакторов на быстрых нейтронах.
Первый большой плюс связан с решением сырьевой проблемы нынешней атомной энергетики. В ней используются так называемые тепловые реакторы, работа которых основана на использовании энергии, выделяемой при делении ядер урана-235. Но эффективность использования урана-235 очень мала, потому что содержание этого изотопа в природном уране составляет менее 1% (основной составляющей природного урана является уран-238).
Образно говоря, добыча урана с целью обеспечения ядерным топливом "тепловых" реакторов сродни использованию древесины лишь для производства спичек, сжигаемых потом в печке.
Проблему можно решить, используя именно реакторы на быстрых нейтронах, энергия которых гораздо выше энергии "рабочих" нейтронов в тепловых реакторах (отсюда и название "быстрый" реактор). Быстрые нейтроны приводят к делению ядер атомов как урана-235, так и урана-238. Но у "быстрых" реакторов есть еще одна очень важная особенность — в них "сжигание" ядерного топлива сопровождается расширенным воспроизводством (или, как говорят атомщики, размножением) вторичного "горючего".
Практическая реализация воспроизводства ядерного "горючего" принципиально важна для будущего атомной энергетики: такой процесс даст возможность практически полностью использовать природный уран и тем самым примерно в сто раз увеличить "выход" энергии из каждой тонны добытого природного урана.
Это открывает путь к почти неисчерпаемым топливным ресурсам атомной энергетики (по расчетам — на перспективу в тысячи лет). Поэтому специалисты уверены, что использование реакторов-"размножителей" — необходимое условие создания и функционирования атомной энергетики большого масштаба.
Экологическое преимущество
Второе достоинство "быстрых" реакторов – их способность эффективно "сжигать" наиболее опасные долгоживущие радионуклиды, образующиеся в отработавшем ядерном топливе.
Таким образом, можно радикально решить проблему обезвреживания радиоактивных отходов атомной энергетики, многократно уменьшив их объем.
Именно благодаря этим двум главным преимуществам специалисты называют реакторы на быстрых нейтронах завтрашним днем атомной энергетики, которая благодаря замкнутому ядерному топливному циклу будет и обеспечивать себя воспроизводимым ядерным "горючим", и решит многие экологические вопросы.
История "быстрых"
Идея создания реакторов на быстрых нейтронах для атомной энергетики возникла еще на ее заре, в конце 1940-х годов. В Советском Союзе это направление развивалось под руководством академика Александра Лейпунского (сейчас его имя носит обнинский Физико-энергетический институт, ФЭИ – научный "штаб" российских проектов по "быстрым" реакторам).
Требовались новые конструкционные материалы, которые могут работать при высоких температурах и сильном нейтронном облучении. Для решения этих проблем и отработки технологий потребовалось развитие крупномасштабной научно-исследовательской и опытно-экспериментальной базы с уникальными стендами, а также создание в 1960-1980 годы целого ряда экспериментальных и демонстрационных энергетических реакторов этого типа в СССР, США, Франции, Великобритании и Германии.
Советский Союз обогнал конкурентов: первый в мире энергоблок с реактором на быстрых нейтронах БН-350 установленной электрической мощностью 350 мегаватт был запущен в 1973 году на восточном побережье Каспийского моря в городе Шевченко (ныне Актау, Казахстан). Часть тепловой мощности реактора использовалась для выработки электроэнергии, остальная шла на опреснение морской воды. Этот энергоблок проработал до 1998 года — на пять лет дольше проектного срока. Опыт создания и эксплуатации этой установки позволил понять и решить многие задачи в области реакторов типа БН.
А в 1980 году на Белоярской АЭС имени Курчатова был запущен третий энергоблок этой станций БН-600 установленной электрической мощностью 600 мегаватт, он надежно работает по сей день.
Этот блок не только вырабатывает электроэнергию, но и служит уникальной базой для испытаний новых конструкционных материалов и ядерного топлива. Причем "ветеран" БН-600 по ряду своих показателей признается специалистами одним из лучших реакторов — не только среди "быстрых", а вообще среди всех типов энергетических реакторов.
Следующим по плану шел проект реактора БН-800 установленной электрической мощностью 880 мегаватт с улучшенными техническими и экономическими показателями.
Четвертый белоярский
В истории проекта БН-800, как в зеркале, отразились многие проблемы, доставшиеся отечественным атомщикам на смене эпох.
В 1983 году было принято решение о строительстве в СССР сразу четырех атомных блоков с этим реактором — один блок на Белоярской АЭС и три блока на новой Южно-Уральской АЭС. Но после Чернобыля началась стагнация советской атомной энергетики, прекратились стройки новых, в том числе "быстрых", реакторов.
А после распада СССР ситуация ухудшилась в еще большей мере, появилась угроза потери отечественных технологий атомной энергетики, в том числе технологий реакторов БН.
Попытки возобновить строительство хотя бы одного блока БН-800 предпринимались неоднократно, но в середине "нулевых" годов стало ясно, что для этого возможностей только атомной отрасли может не хватить.
Конечно, достроить блок было непросто. Для доработки проекта с учетом усовершенствований, целью которых было повысить его экономичность и безопасность, потребовалась настоящая мобилизация сил научных, конструкторских и проектных организаций атомной отрасли.
Сложные задачи стояли и перед заводами-изготовителями оборудования, которые должны были не только восстановить технологии, по которым создавалось оборудование реактора БН-600, но и освоить новые технологии.
И все же блок был возведен. В феврале 2014 началась загрузка ядерного топлива в реактор БН-800. В июне того года в реакторе была впервые запущена управляемая цепная ядерная реакция. Затем пришлось модернизировать конструкцию топливных сборок, и в конце июля нынешнего года реактор был вновь запущен, специалисты начали постепенно повышать его мощность до уровня, необходимого для начала выработки электроэнергии.
Десятого декабря в 21.21 по местному времени (19.21 мск) блок был включен в сеть и выдал свой первый ток в энергосистему России.
Наработка опыта
"С его помощью нашим атомщикам предстоит наработать опыт по конструированию, строительству, пуску и эксплуатации "быстрых" энергетических реакторов", — пояснил РИА Новости эксперт в атомной энергетике, главный редактор портала AtomInfo.ru Александр Уваров.
На БН-800 будет использовано так называемое смешанное оксидное уран-плутониевое МОКС-топливо, производство которого в нынешнем году началось на Горно-химическом комбинате в Железногорске.
Кроме того, благодаря БН-800 предстоит оценить экономическую эффективность "быстрой" атомной генерации с применением пилотных технологий замыкания ядерного топливного цикла, чтобы в дальнейшем принять решение о строительстве в России более мощных, уже коммерческих, энергоблоков с реакторами БН-1200.
Мировое лидерство
То, что Россия безоговорочно, за явным преимуществом, лидирует в области "быстрых" реакторов для АЭС, отмечают зарубежные эксперты. Это подчеркивают, в частности, специалисты Всемирной ядерной ассоциации (WNA). В своих исследованиях они отмечали, что Россия "уверенно продвигается вперед в реализации планов по значительному расширению роли атомной энергии, в том числе в разработке новых моделей реакторов".
Более того — те страны, которые тоже занимаются "быстрым" атомом для энергетики, в этой области сейчас в принципе не могут рядом стоять с Россией просто потому, что у них нет сейчас своих таких реакторов промышленного уровня мощности. По-настоящему освоить собственные установки за рубежом не смогли.
США, даже несмотря на то, что были пионерами освоения технологий "быстрых" реакторов, в настоящее время это направление активно не развивают. Если у американцев и будет собственный такой энергоблок, то скорее к 2030-м годам.
Были у Франции два "быстрых" энергетических реактора – "Феникс", установленной электрической мощностью 230 мегаватт, заработавший в 1974 году, и "Суперфеникс" мощностью 1200 мегаватт, запущенный в эксплуатацию в 1985 году. Но с эксплуатацией "Феникса" возникли проблемы, и в 2010 году этот проект был закрыт.
Еще менее долговечной была "жизнь" "Суперфеникса" – он проработал до 1998 года, при этом ни разу не был выведен на максимум мощности. Он был остановлен по политическим причинам, в угоду местным "зеленым".
Сейчас французы выполняют проект своего нового "быстрого" реактора ASTRID, у которого будет такая же мощность, как у БН-600.
Китай намерен активно развивать у себя "быструю" тематику, в том числе в партнерстве с Россией, и специалисты "Поднебесной" были одними из самых заинтересованных наблюдателей за работами по БН-800. Свои исследования ведет и Южная Корея.
Из зарубежных стран сейчас ближе всех к пуску своего "быстрого" энергоблока подошла Индия — сообщалось, что первый индийский прототип коммерческого реактора-"размножителя" PFBR мощностью 500 мегаватт заработает в марте-апреле 2016 года.
Но пока это произойдет, блок БН-800 на Белоярской станции уже даст много полезной информации о своей работе. В будущем году по планам должна начаться его промышленная эксплуатация.
