На Белоярской АЭС 4-й энергоблок с реактором БН-800 на быстрых нейтронах был впервые полностью переведён на инновационное урано-плутониевое МОКС-топливо. Тем самым почти удалось замкнуть ядерный цикл. Но что означает эта непонятная для человека, далёкого от физики, фраза?
Оказывается, отработавшее ядерное топливо (ОЯТ) можно перерабатывать и использовать второй раз, как, например, пластик или бумагу.
Как и любое другое топливо, урановую руду сначала нужно добыть. Далее добытый уран обрабатывают, очищают от примесей и обогащают. Дело в том, что в природном уране есть два изотопа, но для сжигания в тепловых реакторах пригоден только один из них – уран-235. Его доля в природном уране крайне мала – 0,7%, и её увеличивают вплоть до 5% с помощью обогащения. Основной метод обогащения – раскручивание газообразного урана на центрифуге, где инерция заставляет тяжёлые молекулы концентрироваться у стенок. Затем уран утрамбовывают в топливные таблетки и пакуют в твэлы, из которых собирают тепловыделяющие сборки. Именно в таком виде топливо поступает на АЭС с реакторами на тепловых нейтронах.
Таким образом, применяя природный уран в качестве топлива, его используют менее чем на 1%. Остальное превращается в отходы. Если же найти способ вовлечения в топливный цикл урана-238, то это обеспечит глобальную ядерную энергетику на несколько тысяч лет вперёд, потому что запасов урана-238 в сто раз больше, чем урана-235.
В отработанном ядерном топливе есть продукты деления, которые нужно захоронить, но их масса составляет всего несколько процентов, а остальное – обеднённый уран, плутоний и другие актиноиды. Реализация закрытого ядерного топливного цикла позволяет все эти ресурсы использовать повторно – естественно, после переработки. Диоксид плутония соединяют с оксидом обеднённого урана и возвращают обратно в реактор. Такой вид ядерного топлива называется МОКС-топливом.
– После перезагрузки топлива энергоблок No 4 должен был проработать в течение 300 часов на уровне мощности 85% от номинальной. Этот период работы реактор прошёл без каких-либо замечаний. Это значит, что инновационное топливо работает правильно, и энергоблок готов надёжно, безопасно и в полном объёме вырабатывать электрическую и тепловую энергию, – говорит директор Белоярской АЭС Иван Сидоров. – Таким образом, появляется возможность не только в десятки раз увеличить топливную базу атомной энергетики, но и минимизировать отходы производства.
Когда мы вынимаем из реактора МОКС-топливо, то мы имеем в этом топливе плутония не меньше, чем заложили. Георгий Тихомиров, заместитель директора ИЯФИТ
По подсчётам экспертов, отработавшего топлива хватит, чтобы обеспечить электричеством всю планету в ближайшие несколько тысяч лет, что в современных реалиях означает навсегда. А главное – в реакторе на быстрых нейтронах можно повторно использовать отработавшее ядерное топливо других АЭС.
Правда, среди физиков-ядерщиков и специалистов в атомной энергетике это событие вызвало немало споров. Metro попыталось разобраться в плюсах и минусах.
Дебаты
Вложение в будущее или нерациональная трата средств?
Мнение физика-ядерщика Андрея Ожаровского
История быстрых натриевых реакторов, таких как БН-800, закончилась с закрытием французского энергоблока "Суперфеникс", работающего только на МОКС-топливе. Технология, используемая в натриевых реакторах, куда более дорогая, чем, например, в тепловых реакторах. Но французы выключили свой "Суперфеникс" не только по экономическим соображениям, но и потому, что он часто сбоил. Когда в реакторе большое количество плутония – могут возникать сложности с управлением.
Вторая проблема – это смешанное плутоно-ураниевое топливо (МОКС). В эпоху гонки ядерных вооружений плутония накопилось столько, что от него нужно избавляться. Согласно договору между США и Россией, уничтожить планируется по 34 тонны с каждой стороны. Утилизация возможна путём перевода в иные формы, в том числе в МОКС. Но при загрузке в реактор вновь происходит воспроизводство плутония, то есть его становится только больше. И МОКС – это не продукт переработки, потому что переработка подразумевает превращение чего-то опасного во что-то неопасное. В конечном счёте мы должны уменьшать количество плутония, а мы радостно заявляем, что мы его увеличиваем.
И, наконец, третий момент. Казалось бы, что повторное использование плутония вроде как хорошо, но на самом деле нет. Извлечение его из ядерных отходов – это очень сложный и опасный химический процесс. Две крупнейшие радиационные аварии на Сибирском химическом комбинате в 1993 году и на комбинате "Маяк" в 1957 году связаны именно с извлечением плутония. Поэтому, на мой взгляд, сейчас извлекать плутоний не имеет смысла.
Мнение доктора физико-математических наук, заместителя директора ИЯФИТ Георгия Тихомирова
Быстрые реакторы существуют не только в России, но и на Западе. Были интересные проекты в Америке, в Японии, во Франции. Французские "Феникс" и "Суперфеникс" проработали несколько лет без каких-либо аварийных ситуаций. Но был ряд технологических и конструкционных особенностей, а также экономические проблемы, которые в комплексе привели к тому, что программы были приостановлены. Тепловые реакторы оказались более выгодными, и ядерная энергетика пошла по этим рельсам. Сейчас Европа снова рассматривает проекты быстрой энергетики. Лично я убеждён, что замкнутый ядерный топливный цикл с реактором на быстрых нейтронах – это технология завтрашнего дня. Это вложение в будущее. Когда урана-235 будет не хватать и цены на него полезут вверх, тогда экономика перевернётся и быстрые реакторы будут более выгодны.
Главный плюс повторной переработки ОЯТ – расширение топливной базы атомной энергетики в 100 раз. И с этим трудно поспорить. Замкнутый ядерный топливный цикл открывает доступ к остальным 99% энергии, которая заключена в уране.
Что касается безопасности, то технология переработки ОЯТ хорошо освоена. Я почти уверен, что в ближайшей перспективе какие-либо крупные радиационные аварии на объектах атомной энергетики не произойдут. Более того, замкнутый ядерный топливный цикл позволяет минимизировать количество и опасность радиоактивных отходов перед их захоронением.
Все трансурановые элементы – америций, кюрий, которые присутствуют в ОЯТ, надо как-то выделять, трансмутировать, перерабатывать. Здесь этой проблемы практически нет: трансурановые элементы возвращаются в быстрые реакторы и там сгорают.