Владимир Троянов: Ученые-ядерщики сегодня работают для XXII века

Госкорпорация "Росатом" сегодня формирует тренды ядерной энергетики будущего. Один из ключевых приоритетов здесь – экологическая безопасность. А главная ставка – на двухкомпонентную ядерную энергетику с использованием реакторов замкнутого топливного цикла на быстрых нейтронах. Что же это такое? Об этом РИА Новости спросили научного руководителя Физико-энергетического института им. А. И. Лейпунского (ГНЦ РФ – ФЭИ, входит в научный дивизион Росатома) Владимира Троянова.

— Возможность использования быстрых нейтронов в исследовательских реакторах была предложена еще на самой заре ядерной энергетики. Были вычислены некоторые характеристики, которые позволили показать, что если существенным образом изменить физику реактора, то возникают условия для расширенного воспроизводства топливного материала. То есть можно получить делящегося материала больше, чем заложено в реактор.

— Попробую объяснить. В реакторе рождается избыточное количество нейтронов, которые могут быть поглощены воспроизводящим материалом. В этом качестве выступает уран-238, функция которого — поглощение быстрых нейтронов. После этого происходит трансмутация урана-238 в плутоний. А этот элемент является делящимся материалом. Один разделившийся атом урана-235 может вызвать образование нескольких атомов плутония-239.

— У неё два автора. В Советском Союзе впервые такие результаты расчетов подготовил известный советский физик, академик Александр Лейпунский. Осенью 1949 года он направил их академику Игорю Курчатову. Идея получила одобрение. И в Советском Союзе начались работы по быстрым реакторам. К тому моменту, как потом выяснилось, американцы тоже занимались аналогичными исследованиями. В США это открытие сделал Энрико Ферми. Американцы были немного впереди. Они построили где-то на рубеже 1945-1946-х годов критическую сборку экспериментального реактора размером с двухлитровую стеклянную банку. Тогда их работа была очень закрытой. У нас она была неизвестна. Лейпунский выводами американцев не пользовался. В СССР начались эти исследования, гипотезы были подтверждены. И выяснилось, что человечество получило практически неограниченный источник энергии.

— Смотрите, делящегося материала в природном уране — всего 0,7%. Эту долю процента используют в обычных реакторах. А все остальное уходит в отвал. А в системе быстрых реакторов можно использовать все 100% урана. То есть ядерных материалов становится примерно в 140 раз больше. Это очень существенно, потому что запасов угля, нефти, газа у человечества хватит на 50–100 лет. А урана, который будет использоваться на 100%, нам хватит если не на 10 тысяч лет, то по крайней мере, на тысячу лет точно.

— В 50–70-е годы XX века было построено довольно много установок, на которых отрабатывались технологии. Уже в 50-е годы американцы построили первый коммерческий быстрый реактор тепловой мощностью двести мегаватт, или 69 электрической. Он назывался "Ферми-1", по имени изобретателя. Его постигла неудача по причинам чисто техническим, совершенно не связанным с нейтронной физикой – при циркуляции вымыло откуда-то кусок железа, и тот "запер" систему охлаждения. И в реакторе произошла авария с плавлением топлива. Справиться с ней смогли. Ликвидировать последствия аварии легко удалось, но восстановить реактор нет.

— Реакторы на быстрых нейтронах не получили такого прогнозируемого и энергичного развития, как многим хотелось, потому что уже на стадии экспериментов стало понятно, что быстрые реакторы дороже, чем водяные. А в ядерной энергетике, так или иначе – есть коммерческое проекты. И электроэнергия – коммерческий продукт, который продают за деньги. И вот в силу того, что эта коммерческая составляющая имеет большое значение, экспериментальные работы свернули

— В это время в Советском Союзе было уже довольно много действующих экспериментальных реакторов. На сегодняшний в России действуют два коммерческих быстрых реактора с натриевым охлаждением на Белоярской атомной станции. Один, БН-600, был построен давно, запущен в 1980 году, успешно работает. У другого, БН-800, разрабатывалась документация. Его сооружение откладывалось и было завершено уже относительно недавно – семь лет назад. C 1969 года в Димитровграде успешно работает опытный реактор БОР-60 . В других странах по разным причинам ничего подобного нет. А угроза того, что у нас скоро закончится топливо и начнется энергетический кризис, только нарастает. И вот возник интерес к тому, чтобы все эти работы выполнять и продолжать.

— Экспериментальная база в виде исследовательского реактора БОР-60 — это уникальный объект, где можно проводить экспериментальные работы по облучению конструкционных материалов, нового топлива, изучению вопросов трансмутаций. В то же время есть определенные пределы, которые влияют на безопасность эксплуатации ректора. И если он перестанет работать, тогда в мире вообще просто не остается ни одного быстрого исследовательского реактора для изучения этих вопросов. А в это время в России разработали и приняли стратегию развития ядерной энергетики, которая базируется на идеологии двухкомпонентной ядерной энергетики, включающей в себя в обязательном порядке быстрые реакторы, на которых осуществляется наработка вторичного ядерного горючего. И в этом отношении Российская Федерация демонстрирует всему миру образец осознанного государственного подхода к развитию энергетики.

— Чтобы в XXII веке все это уже работало, нужно начинать сейчас, ведь цикл жизни атомной станции не превышает 60 лет. Поэтому сейчас мы и говорим о быстрых реакторах в структуре ядерной энергетики. Когда-то я читал повесть братьев Стругацких "Полдень, XXII век". Чего они только не придумали! А мы строим то, что будет реально работать в следующем столетии.

— Способа полной нейтрализации радиоактивных отходов нет. Но альтернатива их хранению есть. Приемлемое решение – выстроить такую схему обращения с этими отходами, чтобы через сто лет их не стало.

— Можно специальными мерами провести дополнительное облучение выделенных радиоактивных веществ для их уничтожения. Если вы выделите и облучите быстрыми нейтронами эти высокоактивные продукты, они в результате ядерных превращений переходят в другие – стабильные или менее активные формы. Это настоящая алхимия, которая у нас сейчас в ядерных реакторах и происходит под действием нейтронного облучения. И поэтому можно взять отработанное ядерное топливо, отбомбардировать быстрыми нейтронами, и отходы трансмутируют, или, выражаясь по-другому, выгорят. Главное – они исчезнут. Можно реально сделать так, что через небольшой промежуток времени опасность от этих продуктов снизится до приемлемого уровня. То есть вы будете иметь бесконечный источник энергии на тысячи лет, и не будете накапливать радиоактивность.

— Должен сказать, что темпы сооружения этого объекта просто поражают. На стройке работают около двух тысяч человек. Молодцы! Уже практически возведен реакторный комплекс, многие вспомогательные корпуса. Темпы строительства сегодня таковы, что в конце 2026 года может состояться физический пуск. Очень бы хотелось, чтобы такие темпы сохранились, чтобы Россия была впереди, и мы могли бы гордиться своими достижениями.