В продолжении интервью с Владимиром Каграманяном, советником генерального директора ГНЦ РФ — ФЭИ: почему атомная энергетика изначально пошла по тупиковому пути развития, и как политика и человеческий страх диктуют развитие технологий.
Материал опубликован на портале "Частный корреспондент".
Первая часть интервью «Быстрые лучше медленных» посвящена физике атомных реакторов .
— Если быстрые реакторы такие замечательные, почему же их до сих пор нет?
— На этот вопрос так коротко не ответишь, здесь виновата гремучая смесь политики, экономики, технологий, человеческой психологии и много чего ещё.
Мирная атомная энергетика, на мой взгляд, вообще родилась как попутное направление: никогда бы она не появилась просто из нужд общей энергетики. Но поскольку ядерные технологии были нужны для оружейной программы, то появилась мысль использовать их и для получения энергии.
И тут началась своеобразная конкуренция между США и СССР. Причём в США сразу поняли, что мирная атомная энергетика должна быть построена немного на других основах, чем оружейная программа. Впервые мысль о том, что лучше использовать быстрые реакторы, позволяющие эффективно «сжигать» ядерное топливо, в Штатах высказал ещё Энрике Ферми. И самые первые экспериментальные энергетические реакторы были именно быстрыми. Американцы уже в 1951 году подключили лампочки к экспериментальному быстрому реактору EBR-1 и показали, что эту технологию можно использовать для получения энергии.
У нас же было принято решение о строительстве энергетических реакторов на основе военных тепловых технологий, и в 1954 году в Обнинске состоялся пуск первой уже достаточно солидной атомной станции. Кстати, после этого разгорелся идеологический спор: а кто был первым? Американская лампочка была раньше, но у нас сумели доказать, что обнинская станция была первой, которую подключили к энергетической сети.
Эта политическая игра, идеологическое соревнование двух систем привело к решению развивать атомную энергетику. Причём уже тогда было понимание, что хорошо бы использовать быстрые реакторы, в которых уран не просто «горит», но образуется ещё много лишних нейтронов (быстрых), которые позволяют создать в тех же реакторах ещё и новое топливо из бесполезного 238-го урана.
Быстрые реакторы решают проблему ограниченного запаса урана-235, поскольку работают фактически на уране-238, а плутоний в них выступает эдаким неразменным рублём (существуют также варианты быстрых реакторов, в которых расходуемым топливом выступает торий-232, а неразменным рублём — получаемый искусственно уран-233). Попутно быстрые реакторы решают поставленные выше вопросы: куда девать запасы плутония, накопленного в ОЯТ тепловых реакторов и высвобождаемого в процессе сокращения ядерных арсеналов, а также урана-238, накопленного в огромных количествах в виде отвалов обогатительного производства — всё это пойдёт в дело. И, наконец, быстрые реакторы сильно сглаживают проблемы ОЯТ.
Эта мысль сначала завоевала умы в США, потом и у нас. Но, к сожалению, стало ясно, что здесь нужны совершенно новые технологии. Такой реактор уже нельзя, например, охлаждать водой, как тепловой, потому что вода нейтроны хорошо замедляет. В быстром реакторе не должно быть ничего лёгкого, вроде графита. Получается, что быстрый реактор может работать только на относительно тяжёлых теплоносителях. Сначала в этой роли пробовали ртуть, потом смесь металлического натрия и калия, потом висмут-свинец…
Первый ртутный реактор построили тоже в Обнинске в ФЭИ в 50-е годы, но прожил он недолго. Оказалось, что ртуть имеет дурацкую привычку просачиваться в любую дырочку. Зарисовка с натуры: электрик со стороны приезжает на реактор и видит, что труба под потолком привязана ниточкой к полу. А зачем, говорит, вы её привязали? А это, отвечают, не нитка, это ртуть протекла и сразу замёрзла. Ртуть, напомню, очень неполезная для здоровья штука, а тут ещё и радиоактивность. Поэтому разобрали его буквально через пару месяцев, и на этом ртутный эксперимент был закончен.
А в это время в военной области технологии уже довели более-менее до промышленного уровня. И тогда было принято решение использовать в мирной энергетике не быстрые реакторы, которые лучше, но которые нужно было ещё построить, а то, что есть уже сейчас. А было тогда два типа реакторов (и у нас, и в США): технологические для производства плутония (газографитные) и реакторы для подводных лодок (водо-водяные, где охлаждение и замедление нейтронов производилось водой). Первые оказались в энергетике не очень надёжными, эта линия сначала бурно развивалась, но потом быстро заглохла. А водо-водяные пошли в рост, и на этих реакторах и была создана коммерческая индустрия. Сначала только американцы, потом подключились французы, и пошло бурное строительство АЭС по всему миру. В те годы господствовало убеждение, что мир будет жить за счёт атомной энергии.
Было, конечно, понимание, что такая энергетика незавершённая. Но проблема была какая-то несерьёзная, так что принципиальное решение всё время откладывали. И все страны понимали, что это временная ситуация, что будут когда-то быстрые реакторы, и вот тогда все эти проблемы и решатся. Это была философия всех индустриальных стран, прежде всего США, СССР и всей Западной Европы. И Франция, и Великобритания, и Швеция, и Бельгия, и Германия считали, что светлое будущее может быть только с атомной энергетикой, быстрыми реакторами и замкнутым топливным циклом.
— То есть для ядерной энергетики изначально был выбран не самый лучший путь развития?
— Существует и такое мнение. Возможно, если бы мы пытались построить энергетику сразу на быстрых реакторах, то сейчас не было бы никакой. Быстрые реакторы объективно сложней, не так просто их построить. Были проблемы с безопасностью, у американцев активная зона экспериментального реактора, например, частично расплавлялась, топливо оказалось не такое простое, а с теплоносителем — к тому времени все остановились на жидком натрии — вообще куча проблем (натрий ведь и горюч, и с водой очень активно реагирует, в общем, не самый спокойный материал).
— Ну хорошо, а почему быстрые реакторы не появились в 1980-е годы, когда технологии уже были отработаны?
— К 80-м годам рост атомной энергетики начал постепенно останавливаться. Первым серьёзным камушком в огород атомной энергетики была авария на американской станции Тримайл Айлэнд в 1979 году. После неё в США сразу резко повысились требования к безопасности, и цена АЭС из-за этого выросла на порядок. До аварии в Штатах было заложено 400 (!) новых блоков, в дополнение к той сотне, что уже была. После аварии все эти проекты были остановлены, просто не выдержали по экономике.
Вторую подножку быстрым реакторам подставила, как ни странно, Индия. Эта страна абсолютно легально купила у Канады тяжеловодный реактор, речь шла об использовании энергии для мирных целей. После этого индийцы немедленно переключили этот реактор на военные рельсы, сделали на нём плутоний и взорвали ядерный заряд. Технологически тяжеловодный реактор для оружейников — это как раз то, что нужно: там низкая глубина выгорания, часто вытаскивается топливо, и он работает практически на природном уране, не нужно серьёзное обогащение.
После этого к Канаде выстроились в очередь Аргентина, Бразилия, Чили, Пакистан и ещё куча подобных стран, жутко заинтересованных в «развитии атомной энергетики». Причём в их числе, как ни странно, оказалась и социалистическая республика Румыния. Канада, конечно, всё понимала, но, во-первых, это деньги. Во-вторых, нигде в договоре о нераспространении не было ограничений на продажу технологий. Можно любую технологию использовать, но под контролем агентства МАГАТЭ. Но в те годы контроль был над теми технологиями, которые страны заявляли — джентльмены верили на слово. А если ты рядом сделал что-то ещё, но не заявил, то этого как бы и не существует.
Эта проблема привела к большой обеспокоенности США как главного ревнителя мирового баланса. Одно дело тягаться только с СССР, другое — с десятком ядерных стран. В США на политическом уровне очень сильно раздули эту проблему и корнем зла назначили плутоний — вот оно слабое звено в атомной энергетике. Так что же мы будем развивать быстрые реакторы, давать пример? А быстрые реакторы подразумевали, что будет переработка топлива, извлечение плутония, иначе вроде бы и смысла в них нет. Кроме того, в быстрых реакторах можно в специальных экранах нарабатывать очень хороший плутоний оружейного качества. И США приняли политическое решение: мы не будем сами развивать быстрые технологии и другим не дадим; а Штаты, надо сказать, до этого времени лидировали в быстрой теме.
После этого майка лидера перешла к французам. Они довели технологии по водной переработке ОЯТ до коммерческого уровня, разработали новое уран-плутониевое топливо, сделали хороший экспериментальный натриевый реактор «Феникс» и начали строить первый в мире коммерческий быстрый реактор – «Суперфеникс» на 1200 МВт. Французы, конечно, не захотели останавливать свой проект в угоду американцам. И Европа — Франция, Великобритания, Германия — плюс СССР, который был близок к французам по уровню развития технологий, оказались в оппозиции США. Французы думали, что они готовят технологии для всей Европы, а тут какие-то американцы командуют.
«Суперфеникс» оказался очень дорогим, чуть ли не в три раза дороже теплового реактора. Посыпался ряд проблем: течи натрия, организационные неувязки, а потом вообще рухнула крыша машинного зала. Упала она всего лишь над турбиной, то есть ничего опасного, но звучит-то как — «на АЭС рухнула крыша». Очков «Суперфениксу», головной блок которого разрабатывался Францией вместе с Германией, Италией и Великобританией как первый коммерческий европейский быстрый реактор, это, конечно, не добавляло. Но реактор всё же запустили, и тут через месяц грянул Чернобыль.
И ещё один штрих: в 80-е годы политика повышения энергоэффективности, проводившаяся по всей Европе, начала давать плоды: потребности в энергии уменьшились. А у французов 80% энергии уже было завязано на АЭС, так что им приходилось маневрировать мощностью станций в зависимости от колебания нагрузок (а для АЭС это плохо, желательно работать на постоянной мощности). То есть во Франции был уже перебор энергомощностей, а тут строится чудовищно дорогой быстрый реактор, который никак не заработает, и крыша падает, и ещё Чернобыль…
На этой волне отношение к быстрым реакторам во Франции стало резко ухудшаться. Чтобы как-то спасти своих людей и хотя бы часть технологий, французы решили переориентироваться на другую проблему — переработки ОЯТ. Делать из него MOX-топливо (mixed oxide — оксидное уран-плутониевое) и сжигать его уже не в быстрых, а в тепловых реакторах. Это частично сняло напряжение, поскольку на заводы были уже потрачены большие деньги, да и ОЯТ накапливать тоже как-то неправильно.
Однако получилась большая разница. В тепловом реакторе плутония нового накапливается мало, в два раза меньше, чем загрузили. Реактор становится выжигателем плутония. Но это полбеды. После плутония идут трансурановые элементы, младшие актиниды — америций, кюрий, весьма радиотоксичные и опасные. В итоге возникли идеи трансмутации: с младшими актинидами мы разберёмся потом, на быстрых реакторах. Это хотя бы позволило французам сохранить экспериментальный реактор «Феникс» для исследований по переработке отходов. А «Суперфеникс» закрыли после нескольких лет работы под постоянным давлением зелёных.
— А как было у нас?
— В СССР всё развивалось несколько по-другому. Мы так торопились с запуском БН-350 и БН-600, что не хватало сил на разработку уран-плутониевого топлива. И мы запустили реакторы на обогащённом уране. Это выглядит не очень логичным для быстрого реактора, он же должен решать проблемы ОЯТ, да и уран-235 сгорает хуже плутония (в быстром реакторе), меньше нейтронов, и топливо очень дорогое получается… Но Средмаш тогда обладал всеми мощностями, в том числе обогащения, и эта проблема стояла не так остро.
Сейчас, смотря с высоты прошедших лет, я считаю, что это было очень правильно. Французы решали одновременно несколько задач: и нового топлива, и переработки, и теплоносителя — и увязли во всём этом. А мы были сосредоточены только на натрии. С ним было много проблем, но потом это всё как-то утряслось, мы научились решать проблемы. Потом появилась идея в том же корпусе сделать БН-800 большей мощности, отработать правильное уран-плутониевое топливо. Запустили вроде бы эту программу, но началась перестройка, а потом Чернобыль… Я лично очень благодарен той паранойе в обществе, которая развилась после Чернобыля. Она нам позволила вывести индустрию на совсем другой уровень безопасности. Но тогда атомной отрасли пришлось несладко.
В общем, у нас, как и везде в мире, случился полный провал по быстрым реакторам, но со своей спецификой. Наши учёные, в отличие от западных, не разбежались, а продолжили работать, несмотря на прекращение финансирования.
Сейчас Чернобыль — город с населением около 4000 человек. В основном это работники предприятий зон отчуждения. Другая ситуация в Припяти — этот город навсегда покинут из-за слишком сильного радиационного загрязнения. Это советский город. Он «прожил» всего 16 лет. Здесь 1986 год. Здесь навсегда СССР.
А в конце 1990-х ситуация начала меняться. Атомные станции работают стабильно. В Европе появилось понимание, что альтернативные источники энергии всех проблем не решат, что у них есть свои ограничения (многие европейские страны на 30—40% используют атомную энергию). Даже в Германии, законодательно отказавшейся от АЭС (там приняли закон, согласно которому блок работает 32 года, после этого должен быть закрыт, а строительство новых реакторов запрещено), есть шансы, что новое правительство будет менять политику; недавно, например, разрешили исследовательские реакторы. То же и в Швеции, где сначала собрались было выводить АЭС, идёт обратный процесс.
На этой волне смягчения отношения к атомной энергетике появилось несколько проектов международного развития быстрых реакторов.
Наш министр Адамов выступил с идеей, что будущее за быстрыми реакторами, но на другой основе. Другое топливо (нитридное), другой теплоноситель (свинец), другая переработка (пирохимия), в общем, всё другое и — на бумаге — намного лучше, чем было раньше. Эту идею предложили Путину, и он выступил на Саммите мира в 2000 году, предложив совместную разработку таких идеальных реакторов, которые безопасны (свинец куда менее активен, чем натрий), которые нельзя использовать для бомб, потому что можно обойтись грубой переработкой, не выделять плутоний, а применять его в смеси с ураном и осколками деления. На такое активное и грязное топливо никто не позарится, чтобы использовать его как оружие. Кроме того, обещалось, что такие реакторы, используя «грязное» топливо, оставят после себя «чистые» отходы.
В общем, этакая прекрасная картинка, и в МАГАТЭ для её развития был создан международный проект ИНПРО. В США поняли, что остановить быстрые реакторы не получится, так что нужно хотя бы контролировать процесс. Они собрали форум Gen4, пригласив туда только своих надёжных сторонников.
Но тут и у нас, и у американцев появилось понимание, что если мы поделимся технологией со всем миром, то последствия будут непредсказуемыми. Да, грязное топливо для бомбы использовать нельзя. Но работающие по этим технологиям страны получат опыт и потом смогут использовать его для военных программ.
Проблема нераспространения ведь не связана с тем, что кто-то что-то украдёт под контролем МАГАТЭ. А в том, что правительство получает знания и использует их для военных технологий. Это показывает пример и Ирака, и Северной Кореи.
Чтобы понять, как решить проблему (обеспечить масштабное глобальное развитие атомной энергетики и одновременно нераспространение), ИНПРО остановился на идеологических и институциональных вопросах. А в Gen4, где собрались страны-разработчики быстрых реакторов, все вернулись к тому, что у них было разработано до этого: французы и японцы к натрию и MOX-таблеткам, американцы к натрию и металлическому топливу, в общем, национальный багаж уже выполненных наработок оказался намного важнее общей идеи. Технологические ноу-хау не получаются просто на бумаге, они требуют огромных средств и долгой работы. Та же проблема встала и перед нашим свинцовым проектом.
В первой части интервью с Владимиром Каграманяном «Частному корреспонденту» — «Быстрые лучше медленных» вы подробнее узнаете о физике ядерных реакторов. Последняя часть — «Быстрые реакторы — шанс России» — посвящена внешнеэкономическим аспектам развития технологии быстрых реакторов.
Беседовал Владислав Бирюков, "Частный корреспондент".