Сделан еще один важный шаг в выстраивании двухкомпонентной атомной энергетики с замыканием ядерного топливного цикла, реактор БН 800 на четвертом блоке Белоярской АЭС полностью перешел на МОКС-топливо. По словам специалистов, реактор успешно прошёл стадию технологического перехода на инновационное топливо, и готов нести полную нагрузку. Конечно, полного замыкания ядерно-топливного цикла здесь нет, но этот подход позволяет снизить затраты на обогащение. Кроме того, делящиеся элементы, которые мы будем извлекать из отработанного в реакторах ВВР топлива, пойдут на топливные циклы быстрых реакторов. В перспективе должны появиться более мощные и более рентабельные установки — БН-1200.
Применение МОКС-топлива позволит в десятки раз увеличить топливную базу атомной энергетики и использовать облученное ядерное топливо других АЭС.
Сейчас для топлива используют меньше 1 % природного урана. Главная задача вовлечь в топливный цикл уран 238, который составляет более 99 % природного урана.
Использование МОКС-топлива приближает российскую атомную отрасль к новой технологической платформе на основе замкнутого ядерно-топливного цикла, что в десятки раз увеличит топливную базу атомной энергетики и минимизирует отходы производства, а это энергетика без радиоактивных отходов.
В больших реакторах, преобладающих в ядерной энергетике, таких как водо-водяной ВВР-1000 или канальный РБМК-1000, отработанное топливо не перерабатывают. Его хранят в бассейнах выдержки реакторов, а потом перевозят на площадку долговременного хранения на базе горно-химического комбината.
Базовый процесс получения топлива дорогой, а сырье — исчерпаемый ресурс, поэтому и решается задача по замыканию топливного цикла — это когда из ядерных отходов опять производят топливо. Сейчас эта схема существует лишь в небольшом сегменте ядерной энергетики.
Реактор — это устройство, в активной зоне которого осуществляется контролируемая самоподдерживающаяся цепная реакция деления ядер тяжелых элементов, в частности урана-235. Сегодня наиболее распространены водо-водяные энергетические блоки.
В природе распространен в основном изотоп урана-238, который нельзя напрямую использовать в реакторе на тепловых нейтронах. Урана-235 в природе содержится очень мало, а для получения топлива необходимо проводить дорогостоящее обогащение.
Реактор на быстрых нейтронах позволяет уйти от процедуры обогащения по урану-235.
В реакторе на тепловых нейтронах, как и в целом во всех современных энергетических установках, в качестве теплоносителя используют воду.. Однако вода замедляет быстрые нейтроны, появляющиеся при делении ядер и поэтому в реакторе на быстрых нейтронах в качестве теплоносителя, как правило, используются жидкие металлы, что существенно усложняет конструкцию.
Наиболее проработанные на сегодняшний день реакторы на быстрых нейтронах — БН-600 и БН-800. Их устройство сложнее, чем у двухконтурного водо-водяного реактора на тепловых нейтронах, поскольку в качестве теплоносителя используют жидкий натрий с температурой плавления ~98℃. Первый контур — натриевый, потом теплообменник и еще один (промежуточный) натриевый контур, позволяющий снизить степень облучения натрия, и только в третьем контуре используется вода, установлена турбина, тепловые части и остальное оборудование. Три контура усложняют как эксплуатацию реактора, так и управление им.
Следующим шагом будет энергокомплекс БРЕСТ-300 — следующий этап развития. Создается он в рамках проекта «Прорыв». Вместо натрия в качестве теплоносителя используют свинец (tплав.327℃). Это позволяет, как и в водо-водяных реакторах, использовать всего два контура, упрощает управление и повышает энергоэффективность. Конструкция этого реактора обеспечивает так называемую естественную безопасность: на этом реакторе невозможна авария из-за неконтролируемого появления нейтронов, приводящего к цепным реакциям (разгона реактора по мощности).
На этот реактор возлагают большие надежды. В нем можно «сжигать» делящиеся элементы и нарабатывать плутоний, а потом использовать его для замыкания ядерно-топливного цикла. Цель замыкания — постепенно исключить часть цепочки, связанную с добычей урана его обогащением, а также повторно использовать ядерные отходы.
Реактор такого типа с электрической мощностью 300 МВт уже начали возводить в Северске. Вокруг него построят комплекс, который позволит решать задачи регенерации топлива, т.е. все процессы в рамках замыкания топливного цикла будут сосредоточены в одном месте.
Если задача по замыканию ядерного топливного цикла будет решена, то в масштабах жизни человека мы получим практически неисчерпаемый источник энергии.
