На площадке Сибирского химического комбината в Северске в рамках проектного направления "Прорыв" возводится опытно-демонстрационный энергетический комплекс (ОДЭК) в составе энергоблока с реактором БРЕСТ-ОД-300. Проектное направление "Прорыв" входит в 14-й национальный проект по развитию атомной науки и технологий – комплексную программу «Развитие техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии в РФ на период до 2024 года» (РТТН). По плану, к 2035 году российская атомная энергетика станет двухкомпонентной: одновременно будут работать и тепловые реакторы, и реакторы на быстрых нейтронах, что позволит замкнуть ядерный топливный цикл. Так, атомная энергетика станет «зеленой» − независимой от урановой сырьевой базы, возобновляемой и основанной на принципах безопасности, безуглеродности и нераспространения.

Вячеслав Александрович Першуков – доктор технических наук, профессор, руководитель проектного направления «Прорыв», специальный представитель Госкорпорации «Росатом» по международным и научно-техническим проектам.

Вячеслав Александрович, по масштабам реализуемых мероприятий проект «Прорыв» часто сравнивают с атомным проектом. Расскажите о его истории. Как он формировался, и каковы его главные цели?

− Вопрос интересный и многогранный. Сравнение атомного проекта СССР, который был сформирован для обеспечения безопасности страны в послевоенный период, и проектного направления «Прорыв» основано на количестве ресурсов, которые государство позволило сформировать для решения поставленной задачи. Задача атомного проекта была связана с национальной безопасностью. Тогда как задача проекта «Прорыв – создать новую платформу атомной энергетики, которая исключает те негативные явления, которые проявились в течение 70 лет существования традиционной ядерной энергетики.

Кстати сказать, физики-ядерщики еще в 50-х годах прошлого века призывали по-другому осваивать атомную энергетику. Однако представители отрасли выбрали иной путь: путь создания реакторов на тепловых нейтронах, платформа для которых была готова. Однако, как мы убедились, за все приходится платить.

Последствия взрыва на Чернобыльской АЭС, апрель 1986 года

Последствия взрыва на Чернобыльской АЭС, апрель 1986 года

Источник: ТАСС

Сейчас же есть понимание, что пришло время формировать новую платформу ядерной энергетики, основанную на использовании всей энергии нейтронов. Мы получаем удивительную возможность существенно расширить, вплоть до бесконечности, в человеческом понимании этого слова, ресурсную базу и решить проблему с отработанным ядерным топливом, сделать ядерную энергетику практически безотходной.

К моменту создания проекта в России уже был опыт эксплуатации реакторов на быстрых нейтронах − ключевого элемента новой платформы. Поэтому участники проекта сразу включились в работу для решения поставленной задачи. И благодаря Федеральной целевой программе по ядерной энергетике нового поколения идея получила финансирование, и был сформулирован «атомный проект № 2».

Нам удалось сохранить принципы проектного управления, которые применялись для атомного проекта № 1. Только в отличие от наших предшественников, у которых не было готовых структур и заводов, мы искали ключевых специалистов в уже существующей атомной промышленности, среди сотрудников ведомств и организаций.

Только ли реакторы на быстрых нейтронах могут обеспечить замкнутый ядерный топливный цикл?

− Начну с того, что реакторы на быстрых нейтронах обладают удивительным свойством: при облучении уранового топлива получается плутоний, который становится энергетическим сырьем и отправляется обратно в топливный цикл. Тогда как энергии реакторов на тепловых нейтронах не хватает для использования плутония в качестве сырья. При этом во всем мире предпринимаются реальные попытки использовать плутоний для смешивания с урановым топливом. Такая смесь называется МОКС-топливом. Оно применяется как дополнительное топливо для наиболее распространённого типа ядерных реакторов: легководных и реакторов на тепловых нейтронах.

Однако зачастую после обработки топливо уже нельзя обратно запустить в топливный цикл легководных реакторов из-за физических соображений. Требуется либо глубокая переработка и выделение изотопов плутония, которые можно запускать вторично и каждый раз перерабатывать; либо так называемый процесс облагораживания плутония для повторного использования в тепловом реакторе.

Проще говоря, отработанное ядерное топливо легководных реакторов облагораживается в быстрых реакторах и затем используется как топливо в тепловых.

Тем самым реакторы на быстрых нейтронах позволяют многократно использовать плутоний, который получается в результате облучения, для рефабрикации нового топлива и многократной его рециркуляции в быстрых реакторах. Так, топливо достигает равновесного состава радиоэквивалентности.

Что это за показатель?

− Радиоэквивалентность предполагает, что на выходе мы получаем тот же уровень радиоактивности, что был на входе. Так, естественный баланс в природе не меняется. То есть, мы подгружаем к уже облученному ядерному топливу немного обычного урана-238, формируя свежее топливо для нового цикла. Так, обеспечивается постоянное равновесное эквивалентное использование изотопов, которые были извлечены из земли и которые после в землю захоронили.

Вспоминается поговорка − всё гениальное − просто.

− Речь не о гениальности, а об использовании природных принципов рециклинга. Например, мы научились вторично использовать медь для создания новых изделий. Достаточно всего лишь добавлять в сырье примерно 10% чистой руды. Всё остальное – это вторичный оборот. Этот же принцип, как оказалось, применим и к ядерному топливу.

Каковы главные задачи проектного направления «Прорыв»?

− Проект «Прорыв» нацелен на решение пяти задач. Прежде всего, атомная энергетика должна быть безопасной. Расчеты говорят, что вероятность аварии на АЭС с реакторами на тепловых нейтронных равна 10-6, а на АЭС с реакторами на быстрых нейтронах – 10-9. Это и есть принцип естественной безопасности. Например, новый реактор БРЕСТ (Быстрый Реактор ЕСТественной безопасности) благодаря своим характеристикам рассчитан на то, что при аварии (пусть и маловероятной) последствия не выйдут за территорию станции. То есть эвакуация населения не потребуется.

Вторая задача нацелена на обеспечение неограниченной ресурсной базы.

Третья – на реализацию принципов радиоэквивалентности.

Четвертый принцип – это принцип нераспространения. Он связан с историческим применением ядерного оружия в военных целях, главным элементом которого был плутоний. Новая платформа атомной энергетики позволяет нам усиливать режим нераспространения с точки зрения технологии. В данном случае мы не разделяем уран и плутоний. А значит, последний не годится для военных целей.

И пятая задача нацелена на обеспечение конкурентоспособности атомной энергетики. Она должна быть конкурентоспособна наравне с привычной газовой генерацией, возобновляемыми источниками энергии. В этом направлении мы активно работаем над формулированием технических решений: используем более тяжелый теплоноситель, более компактный реактор; меньше бетона, арматуры при строительстве корпуса. Сегодня мы находимся на этапе проверки расчетов. Для этого строится опытно-демонстрационный энергокомплекс.

Хотелось бы поговорить о нем подробнее. На каком этапе находится строительство комплекса в Северске?

− Начиная с 2011 года, мы начали активно работать над созданием опытно-демонстрационного комплекса, на котором должна реализоваться возможность замыкания топливного цикла с фабрикацией нового вида топлива, с новым видом реактора и с новым видом переработки. И всё в рамках одной площадки. Настоящая ядерная батарейка. На входе поступает безвредный 238-й уран, на выходе – небольшое количество осколков деления, радиоактивности которых достаточно для того, чтобы захоронить без последствий для человека и природы.

Строительство модуля фабрикации плотного топлива

Строительство модуля фабрикации плотного топлива

Предоставлено В.И. Рачковым

В 2015 году мы подобрали площадку в Северске, Томской области. Место строительства было выбрано по ряду критериев. Первый связан с тем, что площадка относится к Сибирскому химическому комбинату, который имеет опыт работы и с плутонием, и с ураном, освоил методики переработки и обогащения. Символично, что первый промышленный реактор, который генерировал тепло, был запущен именно в Северске, а не в Обнинске. Но в те годы это был закрытый объект, поэтому факт не афишировался.

Другой важный для проекта критерий связан с близостью Северска к Томску, где на 400 тысяч жителей – 100 тысяч студентов, преподавателей, и где очень сильная университетская среда.

Конечно, мы столкнемся с трудностями по набору персонала, обучению, переобучению, но, по крайней мере, человеческий ресурс в Томске все время обновляется.

И третий критерий − удаленность от границ. Но это скорее связано с условиями безопасности.

Замечу, что любая энергетическая система начинается с топлива. Поэтому с 2015 года ведется строительство модуля фабрикации-рефабрикации топлива. В настоящий момент строительная часть конструкции завершена полностью, основное технологическое оборудование изготовлено, специалисты проводят монтаж. Планируется, что в 2022-2023 году мы запустим модуль и начнем нарабатывать топливо для загрузки реактора.

Реактор БРЕСТ – следующий элемент операционного цикла. В 2020 году он был полностью готов для установки. Однако согласование с Ростехнадзором требует времени, поскольку нигде в мире еще не сформированы правила и нормы для эксплуатации таких технологий. Между тем, специалисты выдали лицензию с некоторыми условиями, и в июне 2021 года начался процесс строительства реакторной установки БРЕСТ-ОД-300. По планам строительство реакторной установки завершится к 2026 году. После этого около 3 лет потребуется на первую загрузку, запуск и наработку уже облученного топлива, которое должно поступить на переработку.

3D модель реакторной установки БРЕСТ-ОД-300

3D модель реакторной установки БРЕСТ-ОД-300

Источник: Сибирский химический комбинат

В 2025 году мы начнем строительство модуля переработки с реализацией модернизированной гидроэнергетической переработки. А уже в 2030 году специалисты ОДЭК реализуют главную задачу комплекса и замкнут топливный цикл. Времени осталось крайне мало. Это только кажется, что 10 лет – это вечность. На самом деле, когда я начинал работать в 2011 году, мы были настроены реализовать задачи проекта уже в 2020 году. Однако сегодня уже 2022, а мы осознали, с какими неопределенностями приходится сталкиваться.

Конечно, сегодня благодаря существенному ускорению научно-технического прогресса, колоссальному увеличению ресурсов жизненные циклы любых научных проектов резко сокращаются. Однако для энергетики это не так. При этом именно энергетика − системообразующий элемент экономики всей планеты.

Ясно, что переход от традиционной платформы к новой будет проходить постепенно. Но всё же, когда эта энергия будет отапливать и освещать дома населения России?

− На самом деле, она уже это делает. Почему Россия смогла заявить о проекте «Прорыв»? Потому что линейка реакторов на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем уже освоена. Установки БН-350, БН-600 и БН-800 уже давно используются на АЭС и выдают электроэнергию в сеть. Вы же не знаете, с какой конкретно станции вы получаете киловатты. Это сеть. И ядерная энергетика всегда работает не на конечного потребителя (и это запрещено законодательством). Ядерная энергетика – это базовая система, которая обеспечивает функционирование энергокольца.

Попробую перефразировать ваш вопрос: когда осуществится переход от тепловых реакторов к быстрым реакторам? Уже сейчас в «Росатоме» принята стратегия реализации системы двухкомпонентной атомной энергетики, потому что она по факту уже существует.

Согласно принятой стратегии, переход, очевидно, не произойдет одномоментно, поскольку жизненный цикл работы атомной станции – 60 лет. Зачем же закрывать станцию, если она еще производит электроэнергию? Поэтому мы ожидаем, что к концу столетия процесс перехода от тепловых реакторов к быстрым завершится.

Вы упомянули, что аналогов проекту нет нигде в мире. Неужели другие страны не понимают необходимость перехода на другой тип реакторов и создания новой платформы?

− Конечно, понимают. В первую очередь, понимают наши коллеги из Франции. Мы с ними активно сотрудничаем. Однако сейчас к власти пришло молодое поколение политиков, которые призывают к ограничению развития атомной энергетики в стране. Сегодня основной акцент сместился в сторону возобновляемых источников энергии: солнечной и ветряной генерации.

США и вовсе отказались от развития отрасли, исходя из принципов нераспространения ядерного оружия. Согласно документу Blue Ribbon («Голубая лента»), в США запрещается перерабатывать отработанное ядерное топливо. Попытки были, но из-за политических особенностей проекты заморожены.

Совершенно иначе развивается ситуация в Китае. Сегодня Китай − одна из мощнейших ядерно-энергетических держав. С точки зрения генерации они уже давно обогнали и нас, и Францию. Сейчас китайские коллеги реализуют большую программу по созданию натриевых теплоносителей. В этом направлении мы делимся с ними своим наработанным опытом. И пусть они начали только в 2000, за эти годы серьезно продвинулись вперед. Молодцы. Мы, конечно, сотрудничаем с оглядкой на то, чтобы не лишиться собственного первенства.

Активно пытаются развивать ядерную энергетику на быстрых реакторах корейцы. Но самая интересная ситуация складывается в Японии: после 30 лет попыток запустить реактор Мондзю с натриевым теплоносителем, его просто закрыли. При этом правительство Японии после Фукусимы сформировало основное требование для дальнейшего развития атомной энергетики – использование реакторов на быстрых нейтронах.

Почему? Всё примитивно просто. Американские технологии компании Westinghouse оказались в Японии в послевоенный период. Чтобы не допустить использования японцами плутония в военных целях, было сформулировано правительственное соглашение, согласно которому 100 тонн плутония уже считается естественным ограничением. И не важно, в каком виде он будет наработан. Поэтому японцы не могут развивать эту отрасль и даже работать на ряде своих обычных атомных станций.

Как ни странно, единственная страна, которая серьезно развивает атомную энергетику на быстрых нейтронах – это Индия. Но Индия делает это абсолютно обособленно от ядерного сообщества. Прежде всего, индийское правительство не приняло ряд международных конвенций. Во-вторых, в качестве сырья индийские специалисты используют не уран, а торий. Как оказалось, на территории Индии нет урана в промышленных масштабах, зато тория в ториевых песках огромное количество. Однако, индийские ядерщики пока еще далеки от реализации.

− Вы упомянули французский переход к возобновляемым источникам энергии. Но помимо этого прямо сейчас продолжается строительство экспериментальной установки ITER. Можно ли сказать, что в нынешних условиях у атомной энергетики появляется больше конкурентов?

− Конкуренция существовала всегда. Другой вопрос – станет ли ITЕR естественным конкурентом? На мой взгляд, нет, поскольку показатели времени, стоимости и готовности технологий для энергетики сильно отличаются. Конечно, реакция синтеза, в отличие от реакции деления, не имеет ограничений. Однако до сих пор нет ответа на вопрос, может ли человечество управлять термоядерной реакцией в условиях планеты Земля?

Плюс ко всему, ITER – это не энергетическая машина. Она не производит электроэнергию. Главная задача установки – доказать возможность управления плазмой. По планам, получить ответ мы сможем лишь к 2035 году.

Подведем некий итог. Формируя большие и малые цели, человек всегда старается видеть конечный результат. В чем вы видите конечный результат проекта «Прорыв»?

− Я надеюсь, что уже в ближайшее время мы успешно продемонстрируем процесс замыкания ядерного топливного цикла, и решим те проблемы, которые тормозят развитие атомной энергетики.