Прорыв в будущее ядерной энергетики

Чтобы понять причины возникновения и задачи проекта «Прорыв», стоит сначала обратиться к ситуации, сложившейся в мировой ядерной энергетике к началу XXI века. Отрасль столкнулась с трудностями, которые снизили ее долю в глобальном производстве электроэнергии с максимальных 18 % до текущих 11 %. Во многом это произошло из-за того, что многие страны приняли решение отказаться от развития ядерной энергетики под влиянием крупных аварий, доступности шельфовых запасов органики и успешного развития технологий возобновляемой энергетики.

Кроме того, снижение цен на газ и нефть поставило атомные электростанции, стоимость которых возрастала из-за усиления мер безопасности, на грань конкурентоспособности с электрогенерацией на основе органических источников (которые по-прежнему обеспечивают около 85 % мирового электропроизводства), таких как парогазовые станции. Ядерная энергетика также сталкивается с проблемой «отложенного решения» в отношении использованного ядерного топлива и ограничениями, связанными с нераспространением ядерных материалов и технологий.

Несмотря на то, что сегодня на мировом рынке нет дефицита уранового сырья и оно доступно по цене, использование лишь 0,7 % от запасов урана по изотопу 235U ведет к тому, что ядерная энергетика неизбежно столкнется с его дефицитом со временем. Даже при нынешнем уровне мощности атомных станций разведанных и относительно дешевых запасов урана хватит лишь до конца этого столетия.

Тренд возрождения атомной энергетики в начале века мгновенно поднял стоимость урана в десять раз. Все эти проблемы и призван решить проект «Прорыв» Росатома, в рамках которого развивается новая технологическая платформа для масштабной ядерной энергетики. Его реализация должна привести к созданию конкурентоспособного продукта, который позволит российским технологиям сохранить лидерство в мировой атомной энергетике и в глобальной энергосистеме в целом.

Стоит отметить, что ядерная энергетика функционирует на основе ядерного топливного цикла (ЯТЦ), который может быть открытым или замкнутым. В открытом цикле ядерное топливо используется однократно, после чего отработанное ядерное топливо (ОЯТ) считается отходом и требует длительного и дорогостоящего хранения. До сих пор ни одна из стран не сумела решить судьбу ОЯТ, и проблема считается отложенной. Замкнутый цикл предполагает переработку ОЯТ с последующим возвратом ценных материалов в цикл, что значительно повышает эффективность использования ядерного топлива и снижает объемы отходов, окончательно решая проблему ОЯТ.

«Принципиально отличаются открытый и замкнутый топливные циклы, а все остальное — лишь частности каждого из них. При замыкании ядерного топливного цикла на многие годы отпадает необходимость добычи урана для энергетических целей, поскольку при обогащении и выделении 235U, основного сырья нынешней ядерной энергетики, накоплены значительные запасы 238U, который и будет использован для реакторов на быстрых нейтронах», — говорит доктор технических наук, научный руководитель проектного направления «Прорыв» Росатома Евгений Адамов.

ЗЯТЦ к тому же может быть экономически более эффективным, чем открытый топливный цикл. «Замыкание ядерного топливного цикла не только повышает эффективность использования ядерного топлива, но и приносит экономические и экологические преимущества. Сокращается необходимость в добыче и обогащении урана, уменьшаются затраты на производство топлива, снижается объем ядерных отходов», — отмечает директор по управлению научно-техническими программами и проектами — директор департамента научно-технических программ и проектов Росатома Наталья Ильина.

В замкнутом ядерном топливном цикле ОЯТ будет перерабатываться в топливо для реакторов на быстрых нейтронах, использоваться 238U, хранящийся в отвалах обогатительных производств, и таким образом сформируется топливная база для ядерной генерации как минимум на тысячелетие вперед.

Уникальность проекта «Прорыв» в том, что он позволяет на тысячи лет забыть не только о проблемах нефтяного и газового сырья, освободив их для неэнергетического использования, избавить дороги от перевозок угля, кардинально решить экологические проблемы, но и справиться с вопросом отработавшего ядерного топлива и радиоактивных отходов, накопленных за десятилетия развития мировой ядерной энергетики.Ключевым понятием для проекта является «естественная безопасность». Это обобщение ранее принятого ядерным сообществом принципа «внутренне присущей безопасности» не только на сами реакторные установки, но и на весь топливный цикл.

Естественная безопасность предполагает:

● исключение аварий на АЭС и предприятиях ядерного топливного цикла, требующих эвакуации, а тем более отселения населения (техническая безопасность);

● радиационно-миграционную эквивалентность захораниваемых долгоживущих радиоактивных отходов и добываемого топливного сырья (экологическая безопасность);

● технологическую поддержку режима нераспространения ядерных материалов и технологий.

Можно отказаться и от обогащения урана, необходимого при получении оружейного продукта.

Сердцем проекта «Прорыв» является реактор БРЕСТ-ОД-300 со свинцовым теплоносителем и смешанным нитридным уран-плутониевым топливом.

По замыслу создателей реактор БРЕСТ сам себя обеспечит основным энергетическим компонентом — плутонием-239, воспроизводя его из изотопа урана-238. Такая технология призвана существенно повысить эффективность использования природного урана, доля которого в мировых запасах энергетических ресурсов составляет около 86 %.

ОДЭК в Северске включает в себя не только БРЕСТ-ОД-300, но и завод с модулями переработки и фабрикации ядерного топлива. Полностью построить ОДЭК и воплотить замкнутый топливный цикл в реальные промышленные объекты Росатом планирует к 2030 году.

Перспективы проекта «Прорыв» самые вдохновляющие. Сегодня мировая атомная энергетика находится под конкурентным давлением со стороны других энергоресурсов, ей присущи различные внутренние проблемы, и поэтому ее необходимо вывести на новый уровень. Переход атомной энергетики на замкнутый топливный цикл, основанный на реакторах на быстрых нейтронах, позволит решить пять ключевых проблем: безопасность, конкурентоспособность, нехватка сырья, переработка отработанного ядерного топлива и высокоактивных отходов, а также нераспространение делящихся материалов и оружейных технологий.

С помощью реакторов на быстрых нейтронах можно решить важнейшую экологическую задачу — переработку и приведение в безопасное состояние накопленных радиоактивных отходов, одновременно обеспечивая человечество необходимой энергией. Это приближает нас к идеальной атомной энергетике, не создающей таких отходов, обращение с которыми сегодня представляет отдельную дорогостоящую проблему.