Узкий рынок широких возможностей

Исследовательские реакторы — штучный товар, и топливо для каждого производится как дорогой костюм на заказ, с учетом индивидуальных особенностей. Сложностей добавляет и программа конверсии с ВОУ на НОУ, которую не удается завершить вот уже несколько десятилетий. Перспективы разработки и выпуска топлива для исследовательских установок обсуждали на международном семинаре в Новосибирске в конце сентября.

Текст: Надежда Фетисова / Фото: «Страна Росатом», Алексей Даничев

Исследовательские реакторы (ИР) задействованы в фундаментальных и прикладных работах по ядерной физике и медицине, радиохимии, биологии и др. На них испытывают твэлы и конструкционные материалы, производят радиоизотопы. Одна из главных характеристик исследовательского реактора — плотность нейтронного потока. Чем выше плотность, тем больше возможностей для исследований. Изначально такие реакторы работали на топливе с обогащением урана до 90 %. Но в конце 1970-х для укрепления режима нераспространения стартовала международная программа конверсии исследовательских реакторов с ВОУ на НОУ. Это сложный и дорогостоящий процесс, требующий серьезных изменений в технологии производства топлива. Пока на низкообогащенный уран переведены всего 70 из 226 установок, рассказал представитель МАГАТЭ Умар Салихбаев.
Россия — мировой лидер не только по количеству действующих исследовательских реакторов (около 20 %), но и по числу работающих на ВОУ. Для каждого реактора вопрос конверсии решается индивидуально: немногие целесообразно «сажать» на НОУ. Например, «Аргус» в Курчатовском институте уже переведен, а для некоторых такой вариант даже не рассматривается. БОР 60, СМ 3 (НИИАР), ПИК (ПИЯФ) и ряд других реакторов обладают уникальными характеристиками, и перевод их на НОУ не представляется возможным. Конверсия остальных потребует кроме разработки нового топлива еще и реконструкции активной зоны — по сложности и стоимости это равносильно строительству нового реактора.
Ежегодно ИР потребляют около 60 т высокообогащенного урана, 80 % из которых приходится всего на семь реакторов: три из них расположены в США, три в Европе и один в России — МИР.
Согласно прогнозам международных экспертов, конверсия всех высокопоточных ИР произойдет не раньше 2035 года (хотя 10 лет назад ожидалось, что переход закончится в 2018-м). К этому времени большинству «старичков» будет больше 60 лет. Есть ли смысл в их конверсии или логичнее бросить все усилия на создание новых реакторов, которые сразу будут потреблять НОУ, — большой вопрос.

«РЫНОК ТОПЛИВА ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РЕАКТОРОВ НЕ МЕНЕЕ ПРИОРИТЕТЕН ДЛЯ ТВЭЛ, ЧЕМ РЫНОК ТОПЛИВА ДЛЯ ЭНЕРГЕТИ ЧЕСКИХ РЕАКТОРОВ»

Однако все мировые производители топлива, и ТВЭЛ в их числе, работают над созданием более совершенных композиций, которые содержат низкообогащенный уран, но при этом не уменьшают нейтронный поток.
Самой перспективной композицией для высокопоточных реакторов считается уран-молибденовый сплав. Им занимаются все. Российским атомщикам есть чем похвастаться: на НЗХК отрабатываются технологии изготовления низкообогащенного уран-молибденового топлива. Для обоснования работоспособности такого топлива в бассейновых исследовательских реакторах опытные ТВС облучили в реакторе МИР до выгорания 62 %. Результаты, говорит главный конструктор НЗХК Анатолий Енин, положительные.
С Запада на Восток
Большинство исследовательских реакторов в России работают на ВОУ, зато все 10 реакторов российского дизайна за рубежом уже переведены на низкообогащенный уран. Некоторые кейсы уникальны. Так, для казахстанского ВВР-К сделали сборку, благодаря которой нейтронный поток увеличился вдвое. «После публикации результатов мне звонят коллеги из НИИАР и говорят: наверное, журналисты что-то напутали, не может такого быть, чтобы при переходе на НОУ нейтронный поток вырос», — рассказывает Анатолий Енин.
Другой интересный пример. Россия изготавливала для реактора «Мария» в Польше высокообогащенное топливо, но в 2010 году там решили перейти на НОУ. Технологии создания высокоплотного топлива для установок этого типа тогда в России не существовало. Тендер выиграли французы, однако наши ученые не сдались и через некоторое время предложили полякам две опытные сборки. ТВС показали блестящий результат — больше 60 % выгорания. В 2015 году с ТВЭЛ подписали контракт, а в конце 2017-го начались коммерческие поставки. Польский реактор работает на российском и французском топливе. «Таким образом, «Мария» вернулась с Запада на Восток, — говорит заместитель директора департамента эксплуатации исследовательских реакторов Национального центра ядерных исследований Польши Гжегож Кшиштошек. — При этом с точки зрения охлаждения в реакторе нам больше нравится российская технология». А директор по эксплуатации реактора Михал Грыжински заявил, что для «Марии» планируется заказать в России 40–60 ТВС.
Элитный клуб
Бизнес на топливе для ИР специфический, позволить себе его может далеко не каждый производитель. «Сегодня мало кто инвестирует в исследовательское топливо, потому что это не считается бизнесом как таковым, это больше элитный клуб для тех, кто имеет возможность делать такой сложный, наукоемкий продукт», — констатирует старший вице-президент ТВЭЛ по научно-технической деятельности, технологии и качеству Константин Вергазов. Компания решила занять лидирующие позиции в этом клубе. «Рынок топлива исследовательских реакторов не менее приоритетен для нас, чем рынок топлива для энергетических реакторов», — заявила на открытии семинара в Новосибирске президент ТВЭЛ Наталья Никипелова. На НЗХК, например, запустили новые линии производства топлива для исследовательских реакторов, вложив 1,6 млрд рублей.
Линейка продукции завода не ограничивается топливом и его компонентами для исследовательских реакторов отечественного дизайна. Для одного европейского исследовательского реактора здесь создали сборку Р20 типа MTR с низкообогащенным пластинчатым топливом на основе силицида. Анатолий Енин называет эту ТВС гордостью предприятия и добавляет: «В этом году на форуме «Атомэкспо» в Сочи подписан контракт по квалификации топлива нашего производства еще на одном реакторе западного дизайна».
Вообще, с 1974 года НЗХК изготовил 40 тыс. ТВС 56 модификаций для 32 исследовательских реакторов. Сегодня на комбинате изготавливают топливо для 17 реакторов — семь из них в России и 10 за рубежом. География поставок — Россия, Польша, Чехия, Венгрия, Казахстан, Узбекистан, Ливия, Украина, Вьетнам и др.

КОММЕНТАРИИ

Дархан Накипов
Главный инженер комплекса исследовательского реактора ВВР-К, Казахстан
— С НЗХК мы сотрудничаем больше 50 лет. Три года назад перевели реактор на новый тип топливных сборок и очень довольны их качеством и техническими параметрами. Будем заказывать эти ТВС и дальше.
Атеф Абдель-Хамид Абдель-Фаттах
Председатель совета директоров Организации по атомной энергии Египта
— НЗХК поставляет нам низкообогащенные компоненты ядерного топлива для исследовательского реактора. Трехлетний контракт подходит к концу, и мы ведем переговоры о заключении следующего, на более длительный срок.
Илхам Садыков
Первый заместитель директора Института ядерной физики АН Узбекистана
— Исторически наш институт был исследовательским полигоном для НЗХК, мы первыми испытывали его разработки. Наше сотрудничество тесное и взаимовыгодное: завод обеспечивает нас топливом, мы проводим исследования. В июне этого года получили ядерное топливо, которое обеспечит работу нашего реактора на пять-шесть лет.