Росатом атомный и неатомный

За последние годы мы уже успели привыкнуть к успехам Росатома, причем не только во всех технологиях, касающихся атомной энергетики, но и в новых направлениях бизнеса корпорации. Росатом теперь развивает проекты энергетические, но не атомные, атомные, но не энергетические и даже неатомные и неэнергетические.

Энергетический, но не атомный

С 2016 года атомная корпорация начала развивать ветроэнергетическое направление, построив в различных регионах России ветроэлектростанции (ВЭС) общей мощностью 1 ГВт и доведя уровень локализации производства необходимого оборудования почти до 80%.

Но уже очевидно, что и это пределом не будет: Росатом одновременно готовится к добыче литиевой руды в России и в Боливии, уже разработана технология ее предстоящей переработки, в Калининградской и Московской областях ведется строительство гигафабрик по производству литий-ионных аккумуляторных батарей, в городе Глазове возводится завод по производству постоянных магнитов из редких металлов.

После того, как все эти проекты реализуются, будут получены сразу два результата: уровень локализации оборудования для ВЭС приблизится к 100%, а Росатом получит вертикальную интеграцию в новом для себя направлении бизнеса. Это направление в атомной корпорации сейчас, что называется, на подъеме, и, мне кажется, это стало одной из причин того, что слоганом форума "Атомэкспо", прошедшего в Сочи в марте этого года, стали слова "Чистая энергия: создавая будущее вместе".

Энергетический, атомный

Несмотря вот на такую "громкую" тему, "Атомэкспо-2024" был чрезвычайно важен для профессионалов именно атомной отрасли энергетики. То, что в мировой отрасли реакторостроения Росатом стал признанным лидером, перестало быть новостью уже несколько лет назад. Российские специалисты в настоящее время одновременно ведут строительство атомных энергоблоков на базе реакторов ВВЭР-1200, относящихся к поколению III+, в Китае, в Бангладеш, в Турции, в Египте, в Иране. В этом году начнется полномасштабное строительство в Венгрии, идет возведение сразу четырех сейсмоустойчивых энергоблоков на базе реакторов ВВЭР-1000 в Индии, энергоблоки поколения III+ строятся в составе Курской АЭС-2 и Ленинградской АЭС.

Лидером Росатом является и в очень популярном сейчас направлении – в строительстве АЭС малой мощности (АСММ).

В разных странах и разными компаниями сейчас развивается более 80 проектов таких станций, но только в России пройдена "бумажная" часть проектирования: с 2019 года работает плавучая атомная теплоэлектростанция "Академик Ломоносов" в порту самого северного города России Певеке, также начато строительство наземной АСММ в Якутии. Но, как говорят сами атомщики, все перечисленные проекты нельзя считать прорывными, атомная отрасль продолжает развивать заделы, созданные еще в прошлом веке.

Рывком в "светлое атомное будущее" должны стать атомные реакторы поколения IV, но это проекты такой высокой сложности, что атомщики разных стран в этом направлении предпочитают не конкуренцию, а кооперацию. Еще в начале века была создана международная ассоциация с говорящим названием Generation IV, цель которой – разработка и реализация именно таких реакторов. Официального определения, какие именно реакторы относятся к поколению IV, как ни удивительно, нигде и никем не сформулировано.

Если заглянуть в устав ассоциации GenIV, то в нем определены две проблемы, для решения которых требуются такие реакторы: оптимизация обращения с отработанным ядерным топливом (ОЯТ), облученным ядерным топливом, и наращивание топливной базы атомной энергетики. Имеющиеся на сегодня технологии переработки ОЯТ не решают проблемы минорных актиноидов, которые образуются в активной зоне реактора трансурановых химических элементов (трансурановые – химические вещества, вес ядер которых выше веса ядра урана). Они имеют чрезвычайно высокий уровень радиоактивности и период полураспада, исчисляющийся десятками и даже сотнями тысяч лет.

Единственный имеющийся в настоящее время вариант – строительство так называемых геологических захоронений, что на практике удалось только Финляндии и Швеции с их уникальными гранитными породами. Остальные страны, включая Россию, только в начале этого пути, поскольку это крайне нетривиальная задача: геологическое захоронение в течение сотен тысяч лет должно не только удерживать внутри себя радиоактивность, но и оставаться гарантированно защищенным от любых попыток внешнего проникновения.

Есть и еще одна проблема, связанная с ОЯТ: образуется оно, разумеется, на АЭС, а предприятия по его переработке как во Франции, так и в России, находятся на расстояниях порой в тысячи километров. Транспортировка высокорадиоактивных материалов с учетом всех требований по уровню безопасности всякий раз оказывается сложной операцией со всеми сопутствующими рисками.

Путь к "Прорыву"

Что касается топливной базы, то важно помнить, что в управляемой цепной реакции деления используется только изотоп урана-235, которого в природной руде содержится всего 0,72% или 7,2 кг на 1 тонну. Использование только урана-235 – слишком большая роскошь, которая может привести к ограничениям для развития мировой атомной энергетики.

Проблему расширения топливной базы позволяют решить только реакторы на быстрых нейтронах, которые способны вовлечь в топливный цикл основной изотоп, уран-238. Арифметика простая: если сейчас для производства ядерного топлива из тонны природной руды используют только 7,2 кг, то вовлечение в производство 992,8 кг урана-238 означает увеличение топливной базы атомной энергетики в 137 раз.

Если рост потребления электроэнергии и темпы строительства новых АЭС будут идти в том же темпе, что и сейчас, то уже добытого урана будет достаточно на 3 тыс. лет – результат выглядит фантастически, но с законами арифметики спорить невозможно.

Еще одна новая возможность, которую дают реакторы на быстрых нейтронах – в их активных зонах возможно дожигание минорных актиноидов. В результате ядерных трансмутаций актиноиды превращаются в химические элементы, радиоактивность которых меньше в разы, а период полураспада – в десятки и даже в сотни раз. Для изоляции таких радиоактивных веществ специально оборудованные хранилища тоже потребуются, но для них будет достаточно сроков эксплуатации в сотни лет, а не в десятки тысяч, а это задача при современном уровне технологий уже вполне решаема.

Реакторы БН-800 и БН-600, как уже выяснили специалисты Росатома, позволят решить эти проблемы, но вот проблема с вынужденной логистикой ОЯТ требует другого подхода. Эту задачу решит строящийся в городе Северске в рамках проекта "Прорыв" опытно-демонстрационный энергоблок БРЕСТ-300 – реактор на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем.

Замыкание ядерного топливного цикла

Проект "Прорыв" шире испытаний и проверок новой реакторной технологии. Первый объект, который строится на площадке в Северске – модуль фабрикации-рефабрикации топлива, лицензия на использование которого выдана Ростехом в десятых числах апреля этого года. На одной площадке с реактором будет произведено ядерное топливо для его первой загрузки, и в том же модуле будет идти переработка облученного ядерного топлива, при этом конечным продуктом этой переработки будет новое ядерное топливо.

Никаких перевозок ОЯТ не требуется, поскольку ОЯТ не только перерабатывается на месте, но и становится сырьем для производства новых партий ядерного топлива. Проект "Прорыв" не только обеспечит замыкание ядерного топливного цикла, но и кратно увеличит безопасность атомной энергетики.

Дискуссии профессионалов атомной отрасли из десятков стран, проходившие во время "Атомэкспо-2024", привели к общему выводу. Проект "Прорыв" в составе реактора на быстрых нейтронах и модуля фабрикации-рефабрикации топлива – это уже не реактор, а энергетическая система IV поколения, надежно и безопасно решающая все проблемы, присущие атомной энергетике на сегодняшний день.

Специалисты Росатома рассчитывают, что БРЕСТ-300 будет введен в эксплуатацию в 2028 году, то есть времени до полного замыкания ядерного топливного цикла с одновременным решением проблемы ОЯТ остается считанные годы. То, что со всеми расчетами и выводами российских атомщиков согласились их коллеги из других стран, присутствовавшие на атомном форуме – еще одно доказательство безусловного мирового лидерства нашей отечественной научной, конструкторской и инженерных школ.

И еще один удивительный факт – с этими выводами согласна и МАГАТЭ, представители которой тоже принимали непосредственное участие в обсуждении всех перечисленных вопросов.

Профессиональные дискуссии на "Атомэкспо-2024" не оставили причин для сомнений – проект "Прорыв" будет реализован строго по календарному графику, став, помимо всего прочего, ответом всем, кто любит стонать что-то невнятное про утерянные полимеры.