Разработчики рассказали, готов ли «Росатом» начать строительство БРЕСТ-ОД-300

На Сибирском химкомбинате сооружают опытно-демонстрационный энергокомплекс, на котором впервые в истории полностью замкнется ядерный топливный цикл. Модуль фабрикации-рефабрикации инновационного нитридного топлива почти достроен, получена лицензия на сооружение быстрого реактора со свинцовым теплоносителем БРЕСТ-ОД‑300. На очереди — ​модуль переработки ОЯТ и обращения с РАО. Готовы ли разработчики защитить свой проект перед надзорными органами и начать стройку? Выясняем у экспертов.

— Ваше отделение — ​один из ключевых участников «Прорыва». Сейчас все силы сотрудников сосредоточены только на этом проекте?

Владимир Кащеев, директор отделения по обращению с ОЯТ и РАО, ВНИИНМ, научный руководитель по вопросам обращения с радиоактивными отходами в проектном направлении «Прорыв»: Отделение занимается технологиями переработки топлива и обращения с РАО, и во всех отраслевых проектах, которые касаются этих вопросов, мы в той или иной степени задействованы. Сейчас можно выделить три ключевых проекта. Первый, «Сбалансированный ядерный топливный цикл», направлен на создание технологий переработки топлива с извлечением различных групп элементов. Некоторые, например благородные металлы, после очистки можно повторно использовать. Другие нужно отправить в отходы, третьи можно дожечь в быстром или жидкосолевом реакторе, ЖСР.

Исследовательский ЖСР — ​это второй ключевой проект. Реактор создается не для того, чтобы получать электроэнергию, а чтобы самые вредные компоненты ОЯТ — ​долгоживущие минорные актиниды — ​уничтожить. Наше отделение отвечает за разработку топлива для ЖСР, содержащего минорные актиниды.

Третий проект — ​«Прорыв», который продолжает разрабатываться. За 10 лет он существенно продвинулся: уже создается оборудование для опытно-демонстрационного комплекса, где технологии замыкания ЯТЦ будут продемонстрированы в промышленном масштабе. Заканчивается строительство здания модуля фабрикации-рефабрикации, монтируется оборудование. Следующий этап — ​строительство быстрого реактора БРЕСТ‑300. Третья очередь — ​наш объект, модуль переработки топлива и обращения с РАО. Мы отвечаем за хвосты.

— Чего достигли в «Прорыве» по вашему направлению и как эти работы будут развиваться?

В. К.: Технологии переработки смешанного нитридного уран-плутониевого топлива и обращения с РАО проработаны довольно глубоко. Немного не так все получилось, как задумывалось вначале. Планировалось, что на старте работы модуля переработки сразу будет применена пирохимическая технология. Она позволяет перерабатывать топливо горячее, с высоким тепловыделением, с малым временем послереакторной выдержки. Однако мы, скорее всего, не успеем вывести ее на промышленный уровень к пуску модуля переработки. Пока мы ориентируемся на то, что на начальной стадии будет использоваться гидрометаллургическая технология. Эта технология водная, она имеет дело с топливом, которое остыло после выгрузки из реактора, иначе растворы закипят. Она более совершенна, чем традиционный пьюрекс-процесс, используемый сейчас на «Маяке» для переработки топлива тепловых реакторов. Новая технология позволяет работать с ОЯТ после выдержки два года, тогда как сейчас требуется трех-четырехлетняя выдержка. Наша технология позволяет сжать топливный цикл, уменьшить количество плутония, который крутится в топливном цикле, и удешевить переработку.

— Технология переработки СНУП-топлива пока проверена только в лабораторном масштабе?

Андрей Шадрин, главный эксперт отделения по обращению с ОЯТ и РАО, ВНИИНМ, научный руководитель направления разработки технологий ЗЯТЦа в «Прорыве»: Поскольку облученного нитридного топлива у нас всего-то килограммы, то сказать, что технология проверена в промышленном масштабе, нельзя. Но и утверждать, что мы остановились на уровне лаборатории, тоже несправедливо. Технология переработки включает 24 передела. Часть операций полностью отработаны, они уже применяются на «Маяке», и под нитрид их менять нет необходимости. К ним относится, например, цементирование низкоактивных отходов. Какие-то операции проверены на полномасштабных моделях и макетах. Есть и такие переделы, которые мы можем проверить только в лаборатории. Например, волоксидация ОЯТ с целью превратить таблетки в порошок перед растворением и отогнать летучие продукты — ​криптон, ксенон, тритий. Делается это так: отработавшие твэлы рубят на кусочки и продувают воздухом при высокой температуре. Топливо забирает в себя дополнительный кислород, таблетки рассыпаются в порошок, который легко отделяется от оболочек. Мы проверили это на реальном ОЯТ, но в лабораторном масштабе — ​в НИИАР. Промышленно эта технология нигде в мире не применялась и полномасштабно на реальном топливе не проверялась. Ведь для проверки надо где-то построить машину рубки, чтобы подготовить топливо к волоксидации, и где-то поставить модуль обращения с отходами волоксидации. Фактически нужно построить завод. Так что проверку промышленного оборудования на реальном топливе можно будет сделать только при запуске такого завода — ​модуля переработки на ОДЭКе. Я бы сказал, что из 24 переделов пять несут некие инновационные риски. Но насчет первого этапа работы модуля переработки, с топливом, выгоревшим на 6 %, у нас сомнений, в общем-то, нет. Практически везде предусмотрены обходные варианты. Когда выгорание вырастет до 12 %, могут быть проблемы.

— Как глубина выгорания влияет на переработку?

Константин Двоеглазов, ведущий научный сотрудник отдела радиохимической технологии, ВНИИНМ, научный руководитель и главный технолог проекта «Гидрометаллургическая переработка СНУП ОЯТ» в «Прорыве»: С повышением выгорания возрастает количество продуктов деления в ОЯТ. Возьмем, например, технеций — ​наиболее активный катализатор многих химических реакций. При выгорании до 6 % его в 1 т ОЯТ около 1 кг, выше 12 % — ​уже больше 2 кг. В таких количествах в топливе он может с другими элементами образовывать интерметаллиды, которые имеют ограниченную растворимость в азотной кислоте и могут потребовать новых принципов обращения. Также при высоких концентрациях в растворе технеций на экстракционном переделе может образовывать осадки, и это необходимо учитывать при разработке как оборудования, так и технологических решений по обращению с РАО.

А. Ш.: На реакторе БРЕСТ‑300 особых проблем не должно возникнуть даже с повышением выгорания топлива. Ведь количество продуктов деления также зависит от мощности блока, от выработки, а мощность ­БРЕСТа невысока. Гидрометаллургическая технология на БРЕСТе справится при высоком выгорании, но при переходе на большой парк более мощных быстрых реакторов станет экономически невыгодной. Вот к этому моменту необходимо доработать пирохимическую технологию.

— Идеология «Прорыва» предполагает дожигание минорных актинидов в быстрых реакторах. Уже ясно, как это делать?

К. Д.: Предполагается выделять америций и кюрий из ОЯТ, затем разделять их. Кюрий планируется помещать на выдержку в инертной матрице: после примерно 70 лет за счет распада он превратится в плутоний и может быть возвращен в топливный цикл. Америций надо сразу замешивать в новое топливо вместе с ураном, плутонием и нептунием. Сорбционная технология выделения америция и кюрия для ОДЭКа разработана. По ней в 2015 году на «Маяке» получено около 60 г америция и 8 г кюрия. В 2019 году во ВНИИНМ успешно прошел эксперимент по разделению америция и кюрия методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. «Прорыв» продолжает работы и по другим, потенциально более совершенным методам выделения и разделения америция и кюрия, поддерживает работы МГУ и Радиевого института.