Что делать с накопленным ОЯТ

Что страны ядерного клуба собираются делать с накопленным облученным топливом? Когда замкнется ядерный топливный цикл? Какие перспективы у регенерированного топлива? Эти и другие вопросы обсуждались на международной конференции по обращению с ОЯТ, организованной МАГАТЭ в Вене. Член российской делегации, научный руководитель и главный технолог объединенного проекта по разработке базовых технологий переработки ОЯТ и обращения с РАО Андрей Шадрин, рассказывает о мероприятии и рассуждает о том, как меняются мировые тенденции.

— Конференцию по обращению с облученным топливом МАГАТЭ организует раз в четыре года. Российскую делегацию в этом году возглавила старший менеджер проектного офиса госкорпорации «Формирование системы обращения с ОЯТ» Анжелика Хаперская, она же представляла Россию в оргкомитете конференции. В делегацию вошли представители ВНИИНМ, ИТЦП «Прорыв», «Маяка», Горно-химического комбината, Курчатовского института, НТЦ ЯРБ, НПФ «Сосны» и других организаций.

На конференции страны представили стратегии в области обращения с облученным топливом. Тематика докладов широкая: транспортировка и хранение ОЯТ, окончательная изоляция РАО, топливный цикл. Подавляющее большинство участников выбирают отложенное решение проблемы ОЯТ, их стратегия — ждать и смотреть.

Рециклирование неизбежно

Почему все ждут? Потому что никто пока не доказал безопасность длительного хранения ОЯТ. Промежуточное хранение топлива гораздо дешевле, чем переработка. И нельзя сказать, что проблема накопления ОЯТ острая. Например, в России в 2011 году ввели в эксплуатацию хранилище ОЯТ в Железногорске, и при нынешних темпах накопления облученного топлива оно заполнится лишь примерно к 2070 году.

Перерабатывать ОЯТ будет действительно выгодно, когда ядерная энергетика станет быстрой. В начале 2010-х годов говорили, что переход на быстрые реакторы состоится в 2030–­2040-е годы. Сейчас почти никто уже не рассчитывает, что он свершится раньше 2080-х.

«Росатом» несколько лет назад первым сказал о том, что в ближайшие 20–50 лет быстрые и тепловые реакторы будут работать в паре, нас ждет двухкомпонентная атомная энергетика. Госкорпорация выступила трендмейкером, и на нынешней конференции многие участники всерьез заговорили о том, что даже до перехода к быстрой энергетике надо наладить рециклирование ядерных материалов. Неизбежно придется заниматься фракционированием, выделением минорных актинидов, искать варианты их сжигания и вовлечения в топливный цикл.

Тепловой МИКС

Ряд стран стремится уже на тепловых реакторах замкнуть топливный цикл по урану и плутонию. В России разрабатывается РЕМИКС-топливо, первые твэлы проходят реакторные испытания. Когда «Росатом» стал готовиться к выходу на рынок с ­РЕМИКС как с коммерческим продуктом, во Франции возник интерес к этому направлению. Французы подняли свои программы НИОКР 1980-х годов под названием МИКС и CORAIL. В рамках первой разрабатывалось смешанное уран-плутониевое топливо, второй — топливная сборка, содержащая центральные твэлы с оксидным урановым топливом, а внешние твэлы — с МОКС-топливом. На конференции в Вене французские специалисты доложили о планах вовлечь плутоний в цикл тепловых реакторов не через МОКС, а через МИКС.

Почему, ведь завод по производству МОКС-топлива у них уже есть? Плутоний, один раз облученный в МОКС-топливе, не пригоден для облучения еще раз в тепловом реакторе. Для быстрого он бы подошел, но у французов быстрого пока нет. МИКС-­топливо можно перерабатывать на действующем в стране заводе без существенного изменения технологии.

Пора на рынок?

И с МИКС, и с РЕМИКС предстоит разбираться еще лет пять — десять, меньше не получится. Стратегия «Росатома» предполагает исследование шести полномасштабных ТВС, затем получение лицензии и выход на рынок. Хватит ли шести ТВС для того, чтобы потенциальный заказчик купил это топливо, или он потребует загрузить для подтверждения эффективности всю активную зону? Шесть ТВС можно сделать «на коленке», а вот полная загрузка потребует уже запуска нового завода по производству РЕМИКС. Завод — это многомиллионные затраты. Готовы ли мы их понести до того, как договоримся с заказчиками? В общем, вопрос о выходе нового топлива на рынок мне представляется весьма непростым.

РЕМИКС, МИКС, CORAIL позволят многократно рециклировать только уран и плутоний. Нептуний, кюрий и америций в тепловом реакторе рециклировать невозможно: нужен или реактор на быстрых нейтронах, или дополнительный реактор-дожигатель. НИОКР по обращению с минорными актинидами, их выделению и дожиганию ведут практически все страны — лидеры атомной энергетики. Промышленной технологии выделения младших актинидов нет пока нигде. В 2015 году ВНИИНМ совместно с ИФХЭ РАН и «Маяком» выделили и разделили 60 г америция и 8 г кюрия из ОЯТ.

Тренды в переработке

Специалисты на конференции представили планы по созданию и развитию мощностей по переработке ОЯТ. У Франции «Ла-Аг» — относительно новый завод, но уже поговаривают о модернизации. Индия активно строит мощности. Япония до сих пор не запустила комплекс по переработке в Рокасе, но планирует сделать это в ближайшие год-два. Корее нужно что-то делать с ОЯТ, они рассматривают вариант пирохимической переработки. США НИОКР тоже ведут, но строить в ближайшее время ничего не планируют.

К началу века уже были рассмотрены почти все варианты переработки, о которых мы говорим сейчас. Совершенно новых трендов пока нет. Идет развитие технологий, появляются технические предложения, но не принципиально новые.

Страны-новички в основном не хотят у себя строить перерабатывающие мощности, большинство предпочитают отдать продавцу топливо на переработку. РАО кто-то планирует у себя в стране захоранивать, в некоторых странах это невозможно, но они готовы оплачивать услуги по захоронению.

Мир ждет, кто первым предложит рынку комплексную услугу, включающую переработку ОЯТ, изготовление свежего топлива с включением рециклированных материалов и безопасное захоронение РАО по приемлемой цене. И конечно, новый коммерческий быстрый реактор.

Кстати, только Российская Федерация представила доклад о переработке ОЯТ быстрых реакторов и о разработках по замыканию топливного цикла со смешанным нитридным топливом и реактором со свинцовым теплоносителем, выполняемых в рамках проекта «Прорыв». Разрабатываемые в этом проекте технологии замкнутого топливного цикла предполагают вовлечение в цикл не только всего урана и плутония, но и нептуния и америция. НИОКР по гидрометаллургической переработке находятся в стадии завершения, а разработку пирохимической технологии планируется завершить в 2024 году.

У России высокие шансы стать лидером в области технологий замкнутого топливного цикла.