В начале октября 2022 года произошло событие, которое было сильно растиражировано в Сети: 4й энергоблок Белоярской АЭС с реактором БН-800 вышел на номинальную мощность полностью загруженный MOX-топливом.
Ввиду того, что многочисленные статьи, попытавшиеся подробнее описать в чем эпохальность данного события, просто были напичканы как многочисленными неточностями, так и откровенно фантазиями, то это породило среди читателей неверную картину произошедшего.
В целом набор мифов можно тезисно описать следующим списком:
- произошло некое невероятное достижение;
- был создан "вечный" реактор. Теперь ядерного топлива хватит на миллионы лет;
- изотоп урана U238 теперь можно использовать как топливо;
- реактор работает как вечный двигатель;
- у нас будет много дешевой энергии.
Ну а теперь давайте расставим точки над "Ё" в данном вопросе.
Откуда ноги растут?
В целом идея повторного использования отработанного ядерного топлива (ОЯТ) как сырье для нового топлива для АЭС стара как само мирное использование атома.
Дело в том, что практически весь уран, который мы добываем из недр планеты, состоит из изотопа U238. А данный изотоп в реакторах фактически бесполезен, т.к. не участвует в цепной реакции, в отличии от своего собрата - изотопа U235, которого в природе всего около 0.7%.
Да, U238 может делиться под воздействием нейтронов, но это должны быть очень быстрые нейтроны, которые в реакторах появляются весьма редко. В связи с этим данный момент можно не учитывать.
Но, несмотря на то, что U238 не делится медленными нейтронами, он нейтроны поглощает, что приводит к процессу трансмутации, что в конечном (ну почти) итоге дает изотоп плутония Pu239.
Так вот этот самый плутоний так же может делиться под воздействием нейтронов, как и U235. Отсюда и возникла идея перерабатывать ОЯТ химическим способом, выделяя уран и плутоний.
Ну, вообще, изначально это было придумано для наработки плутония для ядерного оружия. Но в дальнейшем, смешивая оксиды урана и плутония сделали МОХ-топливо для энергетических реакторов. Фактически это позволило сделать замкнутый ядерный топливный цикл (ЗЯТЦ).
Собственно наиболее сильно в 20м веке в этом направлении продвинулись французы, которые запустили производство MOX-топлива и стали использовать его в реакторах.
Все бы и ничего, но, проблема была в том, что для эффективного использования U235 нужны тепловые (т.е. медленные) нейтроны. Из-за этого в активной зона реактора присутствует замедлитель, который замедляет быстрые нейтроны, которые образуются при распаде топлива. Но U238 сильно игнорирует тепловые нейтроны, по сравнению с U235, что приводит к очень малой наработке плутония. Таким образом повторное использование ОЯТ становится не столь эффективным.
Эту проблему были призваны решить реакторы на быстрых нейтронах.
В этих реакторах U235 уже не так охотно взаимодействует с нейтронами, и уже U238 чаще вступает во взаимодействие, что позволяет увеличить наработку плутония. Дополнительный эффект возникает, если вокруг активной зоны сделать зону из U238, который будет отлавливать убегающие из активной зоны нейтроны (а они частицы свободолюбивые, и на U235 охотиться не обучены), трансмутируя в плутоний. Эта зона называется "зона воспроизводства".
Таким образом количество образовавшегося плутония становится больше чем топлива которое сгорело в реакторе. Совсем на чуть-чуть, но все же... Это позволяет вовлекать в работу все больше и больше U238, который до этого был по сути бесполезен. Реакторы которые так умеют называют "размножители".
И вот с реакторами на быстрых нейтрона возникли очень большие проблемы. Строить и запускать их пробовали многие, но реальных результатов (т.е. пуск энергетических реакторов) добились лишь две страны: СССР/Россия и Франция.
При этом Франция постепенно сошла с дистанции, закрыв оба своих быстрых реактора. Россия же не только сохранила советское наследие в виде БН-600 (первый реактор БН-350 достался Казахстану и в настоящий момент закрыт), но и построила новый реактор БН-800, который является продолжателем советского проекта, но с внесенным огромным количеством изменений.
Правда на этом поприще активизировался Китай. Но он только строит свой первый быстрый энергетический реактор CFR-600.
А теперь, имея определенные вводные, которые я попытался написать доступным языком, перейдем к рассмотрению возникших мифов.
Миф №1. Невероятное достижение.
СМИ/блогеры подают выход БН-800 на номинальную мощность при полной загрузке МОХ-топливом, как нечто невероятное, что дает нам доступ к атомной энергетике на миллионы лет, и вообще теперь все у нас будет в шоколаде.
Оговорю сразу: это реально событие. Но вот является ли оно каким-то эпохальным? Нет. Это просто еще один успешный шажок в длительном и непростом процессе.
Это как аттестат после 9го класса. С одной стороны событие, а с другой ничего не меняется, т.к. человек дальше идет учиться в 10й класс или колледж.
Так и тут. То, что реактор заработал в таком виде сейчас не дает нам ничего. Просто Росатом может поставить галочку и идти дальше.
А 4й блок как производил электроэнергию до этого, так и продолжит ее производить.
По идее следующий шаг - это работа с зоной воспроизводства, в которую надо загружать U238, т.к. сейчас там стальные стержни.
Миф №2. Был создан "вечный" реактор
Несомненно изначально "вечный" было в виде гиперболы. Но вот из-за эффекта испорченного телефона гипербола отвалилась.
Собственно АЭС, как любое техническое сооружение имеет срок эксплуатации. Да, с учетом продления можно говорить о том, что АЭС могут работать порядка 100 лет, но это все же никак не вечность.
Что касается топлива на миллионы лет, то оно так же далеко от реальных цифр.
Если U235 хватит грубо на 100 лет, то вовлечение в процесс U238 дает увеличение на два порядка, т.е. до 10 000 лет. Тоже, мягко говоря, не мало, но, все же, не миллионы.
Так что освоение данных технологий очень сильно расширит энергетическую базу человечества, но вот слово "вечный" стоит воспринимать исключительно как гиперболу.
Миф №3. Изотоп урана U238 теперь можно использовать как топливо
Почему-то широкое распространение получила именно такая интерпретация использования U238. Дескать в отличии от тепловых реакторов, где "сгорает" U235, в быстрых идет расщепление U238.
Но все же нет, U238 используется именно для наработки плутония. Да, этому плутонию Pu239 никто не мешает принять участие в цепной реакции, но и при захвате нейтрона не развалиться на осколки, а стать другим изотопом плутония Pu240 так же никто не мешает.
Но это все же не "сжигание" U238, как это справедливо для U235.
При этом плутоний ведет себя так же и в тепловых реакторах, так что тут нет какой-то особой фишки у быстрых.
Миф №4. Реактор работает как вечный двигатель.
Истоки этого мифа лежат в весьма вольной трактовке того, что мол реактор получает топлива больше чем тратит.
Чисто риторически сходство действительно есть, но не более того.
Фактически же мы имеем процесс переработки урана в состояние пригодное для использования.
Т.е. новое топливо не возникает из ниоткуда. Это просто способ использования "бесполезного" изотопа урана.
Миф №5. У нас будет много дешевой энергии.
А вот тут стоит остановиться чуть подробнее, т.к., в отличии от первых четырех, данный миф не лежит в области физики процессов, происходящих в активной зоне реактора.
Почему-то, скорее всего из-за фривольного понимая закона спроса и предложения, люди считают, что если чего-то много, то это должно стоить дешево. Хотя очевидно, что дешевле чем затраты на производство товар стоить не может (не берем в расчет какие-то разовые акции).
И вот тут у атомной энергетики не все так и радужно.
Начнем с того, что АЭС в целом - это ни разу не дешевый источник электроэнергии, как это опять же тиражируется в СМИ. Стоимость электроэнергии атомных электростанций сопоставима со стоимостью на тепловых станциях. И тут размен ТЭС на АЭС не дает никакой выгоды.
При этом процессы переработки ОЯТ весьма дорогостоящи, что увеличивает стоимость МОХ-топлива по сравнению с обычным.
А это опять увеличение цены электроэнергии.
Таким образом никакой дешевой электроэнергии с АЭС ждать не приходится, даже с учетом замыкания топливного цикла.
Так для чего это все?
Дело в том, что ничто не вечно под луной. Углеводородное топливо постепенно заканчивается. Да, открывают новые месторождения, новые способы добычи и т.д. Но это все так или иначе ведет к удорожанию стоимости тепловой энергетики. А если добавить сюда еще и логистические затраты, которые так же возрастают, т.к. близкие и удобные месторождения заканчиваются и возить нужно все дальше и дальше, то получаем, что у АЭС не такие и плохие перспективы. Но не сегодня, а в относительно отдаленном "завтра".
И тут ставка на АЭС выглядит очень трезвой, т.к. к 22му веку мы подойдем с технологиями, которые позволят не задумываться о количестве углеводородов и их стоимости.
Нет, вам не показалось. К 22му веку. Учитывая неспешность всех процессов в ядерной энергетике получить реально работающий в промышленных масштабах ЗЯТЦ мы сможем лишь во второй половине 21го века.
Так что БН-800 - это хорошие инвестиции в будущее, но на наши текущую жизнь это совсем никак не повлияет.
