На площадке «Сибирского химического комбината» Росатома в Северске продолжается строительство Опытно-демонстрационного энергетического комплекса с реактором «БРЕСТ-ОД-300». Он станет пробным камнем ядерной энергетики будущего, которая исключает тяжёлые аварии на АЭС, решает ключевые сырьевые и экологические задачи атомной отрасли. Демонстрация новых технологий реализуется благодаря проектному направлению «Прорыв». Каковы его главные задачи? Рассказывает член-корреспондент РАН, научный руководитель НИОКР проектного направления «Прорыв» Валерий Иванович Рачков.

Валерий Иванович Рачков − член-корреспондент Российской академии наук, доктор технических наук, профессор, научный руководитель НИОКР и член технического комитета проектного направления «Прорыв». Фото- Андрей Луфт

Валерий Иванович Рачков − член-корреспондент Российской академии наук, доктор технических наук, профессор, научный руководитель НИОКР и член технического комитета проектного направления «Прорыв».

− Прежде всего, поговорим о тенденциях в области ядерной энергетики. Почему возникла необходимость в создании новых реакторов на быстрых нейтронах? Чем они отличаются от других типов установок?

– Начну с того, что история мировой ядерной энергетики делится на два периода – до Чернобыльской катастрофы и после неё. Пуск Первой атомной станции в Обнинске в 1954 году с электрической мощностью 5 МВт дал старт началу бурного роста ядерной энергетики с реакторами на тепловых нейтронах: с 5 МВт(э) в 1954 году до 200 MBт(э) в 1980 году. Конечно, специалисты уже тогда понимали, что только тепловыми реакторами не обойтись. Ведь в лучшем случае дешёвого топлива для них хватит лишь на 150-200 лет.

Отрасль нуждалась в реакторах на быстрых нейтронах, где можно энергетически использовать не только уран-235, которого в добываемом природном уране содержится всего 0,7%, но и практически весь природный уран. Суть в том, что в таком реакторе из ядер урана-238 можно получить плутоний-239, который также считается хорошим топливом для ядерной энергетики. Плутоний-239 нарабатывается и в реакторе на тепловых нейтронах, но недостаточно интенсивно и эффективно.

В 70-х годах прошлого века мировое экспертное сообщество видело прогноз развития ядерной энергетики в безусловно оптимистичных тонах, предполагая дальнейшее стремительное развитие данной отрасли, вплоть до того, что к 20-м годам XXI века ЯЭ должна была занять 30% в мировом объеме энергопроизводства. Однако, данным прогнозам не суждено было сбыться

В 70-х годах прошлого века мировое экспертное сообщество видело прогноз развития ядерной энергетики в безусловно оптимистичных тонах, предполагая дальнейшее стремительное развитие данной отрасли, вплоть до того, что к 20-м годам XXI века ЯЭ должна была занять 30% в мировом объеме энергопроизводства. Однако, данным прогнозам не суждено было сбыться

Предоставлено В.И. Рачковым

До катастрофы в Чернобыле атомщики делали очень оптимистические прогнозы. Они планировали к 20-м годам XXI века занять до 30% в мировом энергопроизводстве. Конечно, эти надежды были связаны с реакторами на быстрых нейтронах. При этом дешёвые и, как казалось, безопасные реакторы на тепловых нейтронах должны были наработать необходимое количество плутония для запуска первых более дорогих реакторов на быстрых нейтронах. После катастрофы в Чернобыле ужесточились требования, предъявляемые к безопасности ядерных объектов. И, конечно, ядерная энергетика с реакторами на тепловых нейтронах сильно подорожала, появилась угроза потери её конкурентоспособности.

На фоне этого рухнули и все прогнозы, связанные с развитием реакторов на быстрых нейтронах. Сложилась такая ситуация, что те реакторы на быстрых нейтронах, на которые мы рассчитывали, ещё не созданы, а те, которые были в нашем распоряжении, оставались очень дорогими. Распространилось ошибочное мнение среди специалистов, что реакторы на быстрых нейтронах всегда будут дороже реакторов на тепловых нейтронах. Поэтому работы по быстрым реакторам нового поколения во всём мире были практически прекращены.

В России в то время уже работали промышленные реакторы на быстрых нейтронах БН-350 и БН-600. Во Франции – реакторные установки «Феникс» и «Суперфеникс», а в Японии – исследовательский реактор «Монжю». Но помимо чернобыльской проблемы, связанной с недостаточным уровнем технической безопасности, ядерная энергетика с быстрыми реакторами сталкивалась с проблемой нераспространения ядерного оружия. Напомню, что во время работы любого реактора в активной зоне накапливается плутоний. Именно для этой цели в своё время и создавались реакторы. Если бы не было нужды в создании ядерной бомбы, думаю, что ядерная энергетика начала бы зарождаться только сейчас.

− Расскажите об истории проектного направления «Прорыв».

– Время шло, и постепенно атомщики начали приходить в себя после аварии на ЧАЭС, возвращаясь к старым программам, в том числе и к программам по реакторам на быстрых нейтронах. Так, в 1991-м году вышла знаковая для атомщиков статья о возможности развития ядерной энергетики на основе принципов естественной безопасности. Её авторами были тогдашний директор Научно-исследовательского и конструкторского института энерготехники (НИКИЭТ) Евгений Олегович Адамов и профессор Виктор Владимирович Орлов – один из идеологов проектного направления «Прорыв», которое сегодня реализуется в России. Статья пусть и вызвала некоторое оживление, но быстро забылась. Однако с приходом Адамова в Министерство атомной энергетики нам удалось выпустить стратегию развития атомной энергетики до 2050-го года. Её одобрили в правительстве, а всё мировое сообщество узнало о планах России по развитию новой ядерной энергетики – безопасной и конкурентоспособной.

Последствия взрыва на Чернобыльской АЭС, апрель 1986 года

Последствия взрыва на Чернобыльской АЭС, апрель 1986 года

Источник: ТАСС

Тем не менее, скепсис был неописуемый. Я, с легкой руки Адамова, ездил по всем странам мира и пропагандировал эту стратегию. Но, как говорится, пропаганда пропагандой, а надо что-то делать. В 2010 году нам удалось получить финансирование в рамках федеральной целевой программы «Ядерные энерготехнологии нового поколения». И вновь благодаря Евгению Олеговичу удалось сконцентрировать выделенные бюджетные средства на то, что мы сегодня называем «проектное направление «Прорыв».

Проект «Прорыв» направлен на создание ядерной энергетики естественной безопасности. Что это значит? Прежде всего, естественная безопасность предполагает отсутствие тяжелых аварий, требующих эвакуации населения. Второй принцип связан с последовательным приближением к радиационно-эквивалентному захоронению радиоактивных отходов.

На бытовом уровне ядерная энергетика ассоциируется в первую очередь с большим радиоактивным воздействием на человека и на среду его обитания. На самом деле это, конечно, миф. Атомные станции дают незначительный вклад в общее радиоактивное облучение. К тому же радиоактивность – это обычное явление, и мы все в какой-то степени радиоактивные. Нам важно было доказать обществу, что те отходы, которые нарабатываются в ядерном реакторе, могут быть надежно захоронены. Но захоранивать нужно только то, что безопасно. Ждать и контролировать, когда в результате радиоактивного распада РАО станут безопасными, практически невозможно, так как на это потребуются сотни тысяч, а то и миллион лет. Поэтому в рамках проекта «Прорыв» разрабатываются технологии, которые долгоживущие радиоактивные отходы превращают в обычные осколки деления. Их можно безопасно захоранивать после 300 лет контролируемого хранения.

Мы предложили так называемый принцип «радиационно-миграционной эквивалентности РАО и топливного сырья». Суть в том, что долгоживущие высокоактивные отходы в реакторе на быстрых нейтронах трансмутируются в обычные осколки деления и отходы для захоронения, после их длительного, но не очень большого по времени контролируемого хранения, будут иметь такой же уровень радиоактивности, что и природные месторождения урана. Проще говоря: сколько вынули активности из недр, столько в них и захоронили.

Третий принцип естественной безопасности связан с технологической поддержкой режима нераспространения ядерного оружия. Как я уже упомянул, ранее все реакторы создавались в том числе для наработки плутония оружейного качества. Чем чище нарабатывался плутоний, тем, естественно, лучше. Поэтому в тепловых реакторах устанавливались специальные бланкеты с ураном-238, что позволяло нарабатывать в них практически оружейный плутоний. В рамках проектного направления «Прорыв» мы создаём реакторы, в которых, не нарушая принцип расширенного воспроизводства плутония-239, нет бланкета, где нарабатывается чистый плутоний. Благодаря новым методам переработки ОЯТ, мы предлагаем работать только с грязным плутонием, из которого делается топливо для быстрых реакторов. За счет этого значительно уменьшается риск утечки оружейного материала из ядерного топливного цикла. Мы даже провозгласили лозунг: «От концепции «Чистое топливо, грязные отходы» к концепции «Грязное топливо, чистые отходы».

Оглядываясь назад, могу сказать, что проект «Прорыв» не всеми воспринимался на ура. В первые 10 лет он вызывал сопротивление и даже насмешки. Многие говорили, что у нас ничего не получится, ведь мы предлагали совершенно новые технологии и новый теплоноситель – жидкий свинец, и новое плотное ядерное топливо – нитридное уран-плутониевое топливо. И, конечно, требовался иной вид переработки, переход от водных методов, которые обеспечивали ту самую чистоту выделения плутония, к пирохимической переработке. Данная технология оказалась достаточно сложной для освоения. Ведь мы были первыми, нам не на что было опереться. Но, тем не менее, со второй попытки эту проблему тоже решили. Но мы понимали, что несмотря на все наши красивые инновации, дело не пойдёт, если не будет обеспечена конкурентоспособность энерготехнологии. И нашим лозунгом стало «От стереотипа – чем дороже, тем безопаснее, к норме – чем безопаснее, тем дешевле».  В нас поверили, а Госкорпорация начала вкладываться в проект уже из собственных средств.

Важно то, что уже сейчас на площадке «Сибирского химкомбината» в Северске строится Опытно-демонстрационный энергокомплекс, включающий реактор «БРЕСТ-300» с пристанционным ядерным топливным циклом, а также модуль фабрикации и рефабрикации уран-плутониевого (нитридного) топлива для реакторов на быстрых нейтронах. Как только комплекс заработает в полную силу, мы сможем продемонстрировать все технологии для крупномасштабной ядерной энергетики.

Строительство модуля фабрикации плотного топлива

Строительство модуля фабрикации плотного топлива

Предоставлено В.И. Рачковым

На сегодняшний день проект «Прорыв» считается крупнейшим в мире проектом в ядерной энергетике, аналогов которому в мире нет. Хотя понимание того, что замкнутый ядерный топливный цикл с быстрыми реакторами необходим, есть и за рубежом. В 2000 году президент России Владимир Путин выступил в Организации Объединенных Наций на Саммите тысячелетия, призвав к устойчивому развитию человечества на базе ядерной энергетики с реакторами на быстрых нейтронах и с замкнутым ядерным топливным циклом. Сразу после этого в 2000 году в МАГАТЭ был инициирован проект ИНПРО – Международный проект по инновационным ядерным реакторам и топливным циклам. Еще один проект Поколение-IV появился под эгидой США, в котором 4 реакторные технологии из 6 были связаны как раз с быстрыми реакторами и с замкнутым ядерным топливным циклом. То есть понимание есть, но конкретные подходы реализуются только в России на основе проектного направления «Прорыв».

В рамках ИНПРО проводятся интересные исследования, и мы в них активно участвуем. Но, конечно, это совсем другие масштабы. Фактически у нас нет конкурентов в этом направлении. Но мы бы очень хотели иметь если не друзей, то хотя бы соратников. В первую очередь, мы рассчитываем на Китай. Если посмотреть на прогнозы, только Китай и Индия задумываются над развитием крупномасштабной ядерной энергетики. Все остальные – очень скромно, в том числе и мы.

− Почему?

– Потому что нам вполне хватает нефти и газа, которые мы используем в гигантских количествах. Этих ресурсов относительно много, и пока всех всё устраивает. Но поскольку грядёт «зелёная волна», а сжигание органических ресурсов связано с выбросом в атмосферу углекислого газа, есть понимание того, что нужно уже сейчас готовиться к коренным изменениям и еще более интенсивному развитию. При этом запасы нефти и газа – не вечны. По самым оптимистическим прогнозам, относительно дешёвой нефти, угля и газа хватит лишь на 150-200 лет. Именно поэтому уже сейчас необходимо создавать новые технологии в области энергетики. И заложить основы для крупномасштабной ядерной энергетики.

3D модель реакторной установки БРЕСТ-ОД-300

3D модель реакторной установки БРЕСТ-ОД-300

Источник: Сайт проекта «Прорыв»

Американские коллеги прекрасно это понимают, но не хотят торопиться. Почему? Думаю, что исключительно из-за экономических соображений. Выжидают, когда Россия и Китай создадут нужные технологии, которые затем можно будет выкупить.

Кстати, Китай уже формирует серьёзные программы, поэтому мы активно с ними сотрудничаем. Нам небезразлично, как пройдет старт крупномасштабной ядерной энергетики. Если китайцы вдруг начнут работать на старой базе – на быстрых реакторах первого поколения, где большой коэффициент воспроизводства и натриевый теплоноситель, то мы не исключаем возникновения крупных аварий. А тогда точно можно поставить крест на ядерной энергетике. Этого нельзя допустить.

− То есть ещё одной крупной аварии ядерная энергетика не выдержит?

– И да, и нет. Если не будет выбора, то общество согласится на любую, даже не совсем безопасную энерготехнологию. А куда деваться? Если иметь в виду общественные настроения, то, конечно, в случае ещё одной аварии население скажет: «Закрыть!» Однако уже через неделю скажет: «Открыть, мы замёрзли!» Поэтому, чтобы такой парадоксальной ситуации не было, необходимо развивать такую технологию, которая обеспечит всех теплом и электричеством, но и позволит спокойно и без страха использовать ядерную энерготехнологию естественной безопасности.

− Вы уже отметили, что проект «Прорыв» предполагает формирование замкнутого ядерного топливного цикла. Расскажите подробнее о его специфике.

– На сегодняшний день ядерная энергетика использует открытый ядерный топливный цикл. В чем суть? К примеру, кора деревьев от общей массы дерева составляет 10%. Как бы мы отнеслись к дровосеку, который рубит лес, обрубает при этом только кору, сжигает её, чтобы согреться, а всё остальное выбрасывает? Мы бы сочли его сумасшедшим, не так ли? Так вот в современной атомной отрасли всё обстоит еще хуже – в нашем распоряжении даже не 10%, а 0,7% сырья. Все остальное превращается в отходы. Настоящее технологическое безумие!

Напротив, возвращение в цикл того, что раньше предполагалось «выбрасывать», и есть замыкание. Тот самый замкнутый ядерный топливный цикл. Чтобы добиться максимальной эффективности, новое топливо необходимо изготавливать из остатков старого топлива, то есть из материалов, выделенных из ОЯТ в результате его переработки. А чтобы эффективно сжигать такое «грязное» топливо, нужны быстрые реакторы. Они позволяют сжигая, например, килограмм топлива, нарабатывать при этом больше 1 килограмма нового топливного материала.

− Которое снова можно использовать?

– Да, из которого снова производится топливо. Расчёты позволяют с уверенностью утверждать, что такого типа топлива хватит на несколько тысяч лет, вместо двух-трёх сотен при использовании нефти, угля и газа.

Но помимо этого, замкнутый топливный цикл не даёт попасть в землю минорным актиноидам и долгоживущим радиоактивным отходам. Они используются повторно, разбиваясь на осколки, которые можно безопасно захоронить после относительно недолгосрочного контролируемого хранения.

− Сейчас весь мир увлечён вопросом углеродной нейтральности, развитием альтернативных видов энергии. Можно ли сказать, что «конкурентов» у ядерной энергетики становится больше?

– Конечно, возобновляемые источники энергии нужно использовать, но уповать на них полностью нельзя. Ведь по сути, их невозможно контролировать. Например, ветер то есть, то нет, Солнце то светит, то нет. Поэтому я рассматриваю возобновляемые источники энергии не в качестве конкурента ядерной энергетике нового поколения, а в качестве некоего дополнения. По большому счету, возобновляемые источники энергии – это дополнительная энергия для богатых стран. Всем остальным нужна дешёвая энергия от атомных станций в будущем, а сейчас от традиционных источников.

− Оглядываясь назад, на то, что уже сделано, и глядя в будущее, как вы считаете, когда атомная энергетика нового поколения станет доступна каждому?

– Демонстрация всех элементов новой технологической платформы ядерной энергетики на «Сибирском химкомбинате» запланирована на 30-е годы. Далее начнётся этап коммерциализации технологий. Мы нацелены сделать их конкурентоспособными. Поэтому примерно через 15 лет запустится производство промышленных энергетических комплексов, которые будут основываться на технологиях, продемонстрированных на ОДЭК.

Конечно, к тому времени на пятки будет наступать Китай. Уже сейчас китайские коллеги наблюдают за нашей отраслью и отслеживают технологии и решения. Как мне кажется, они будут сотрудничать с нами, но велик риск, что Китай сможет вырваться вперёд. Поэтому нам придётся работать так, чтобы сохранить партнёрские отношения, но и не позволить коллегам из Китая обогнать нас.

По нашим прогнозам, уже к концу этого века преобладающим генератором ядерного электричества у нас в России станут реакторы на быстрых нейтронах, работающие в замкнутом ядерном топливном цикле. А глобальный переход к энергетике замкнутого топливного цикла на быстрых реакторах – это уже задача следующего столетия.

− Новые технологии предполагают, что мы разрушим старые атомные станции либо внедрим новые технологии в существующие?

– Хороший вопрос. Совершенно точно мы ничего разрушать не собираемся. Стратегия, принятая в ГК «Росатом» в 2018-м году, призывает нас быть реалистами: наша новая энергетика будет вырастать на фундаменте существующей. Те реакторные установки, которые есть сейчас, доработают свои сроки эксплуатации.

Сегодня мы говорим о двухкомпонентной ядерной энергетике. Что это означает? Мы будем использовать атомные станции и с тепловыми реакторами, и с быстрыми. Но в любом случае реакторы должны будут работать в замкнутом ядерном топливном цикле, это самое важное. Ничего ломать не будем, только строить.

− Значит, уже в конце этого века?

– Да. Кстати сказать, проект «Прорыв» часто сравнивают с атомным проектом. Но, конечно, они совершенно разные. Атомный проект был основан на государственной задаче по защите страны. Мы же преследуем иную цель – мы учимся мирно жить в будущем без энергетического дефицита для всего человечества, сохраняя, конечно, и оборонную ядерную компоненту.

− То есть мотивация отличается?

– Верно. На атомный проект работала вся страна. Мы же сегодня создаем новое в условиях острого дефицита. Хорошо, что нам удалось создать компактную группу под названием «проектное направление «Прорыв». В своё время главная наша трудность состояла в том, чтобы выделить из существующих институтов элиту, которая будет работать над проектом. За счёт такого достаточно рискованного с точки зрения организации производства шага, мы сумели собрать отличную команду, которая, мы надеемся, будет пополняться молодёжью, и мы сумеем вместе довести дело до конца. 

Интервью проведено при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ и Российской академии наук.