Реактор БН-800 проработал год на топливе из отработавшего ядерного топлива

Энергоблок с реактором БН‑800 Белоярской АЭС стал первым в мире, отработавшим целый год на топливе из ядерных отходов. Точнее, это раньше они были отходами, а сегодня стали МОКС‑топливом, применение которого позволит в десятки раз увеличить топливную базу атомной энергетики.

В быстрых реакторах выгорает 11 % загруженного в них ядерного топлива, а в тепловых еще меньше. Остается 89 % топлива, которое называют отработавшим или облученным. Оно имеет определенную радиоактивность, но его можно и нужно снова вовлечь в процесс производства электроэнергии, что, собственно, и доказала на практике работа реактора БН‑800.

Важность освоения этой технологии в том, что на ее основе российский атомпром планирует перейти на новую концепцию — двухкомпонентную. Реакторы на тепловых и быстрых нейтронах станут работать совместно, обеспечивая повторное использование отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) и дожигание долгоживущих изотопов из него, а также наработку нового топлива из оставшихся после обогащения природного урана так называемых урановых хвостов.

Бридер-долгожитель и бридер-инноватор

Белоярская АЭС — единственная станция в мире с реакторами на быстрых нейтронах промышленного уровня мощности. Причем долгожитель реактор БН‑600 успешно производит электроэнергию уже более 43 лет и готовится к продлению срока эксплуатации до 2040 года. А БН‑800, помимо производства электроэнергии, обеспечивает сегодня отработку технологии замкнутого ядерного топливного цикла в промышленных масштабах.

Этот бридер сразу проектировали под МОКС‑топливо, но загружали постепенно. В 2014 году большую часть стартовой загрузки составляло обычное оксидное урановое топливо, МОКС‑топлива было всего 16 %. Его изготовили на опытных производствах объединения «Маяк» и Научно-исследовательского института атомных реакторов.

Серийное топливо для реактора БН‑800 сегодня выпускает красноярский Горно-химический комбинат (ГХК). Для таблеток используется обедненный уран и высокофоновый плутоний, извлеченный из облученного топлива тепловых реакторов. Первые 18 тепловыделяющих сборок с МОКС‑топливом промышленной серии производства ГХК загрузили в реактор в начале 2020 года. Американский журнал Power, одно из старейших профессиональных изданий, назвал это событие в числе главных в мировой энергетике. Через год загрузили более крупную партию, еще 160 тепловыделяющих сборок, и с того времени при всех последующих перегрузках использовали только инновационное топливо.

В сентябре 2022 года активная зона реактора БН‑800 достигла почти полной загрузки: в ней осталось всего лишь несколько тепловыделяющих сборок с прежним урановым топливом, которым просто дали доработать положенный срок. Осенью 2023 года заменили и их.

Плюсы технологии

У перехода БН‑800 на МОКС‑топливо есть несколько весомых плюсов.

Во-первых, экономика и промышленность нашей страны будут обеспечены чистой атомной электроэнергией на сотни лет.

Во-вторых, появится почти вечный двигатель, не требующий расходования невозобновляемых ресурсов для производства электроэнергии.

В‑третьих, ОЯТ пойдет на повторное использование. Не нужно будет обеспечивать его длительное хранение с особыми условиями.

В‑четвертых, урановые хвосты, оставшиеся после процесса обогащения урана, используют для производства электроэнергии.

Таким образом, технология, которую в СССР и России разрабатывали более 70 лет, принесет максимальную пользу и сохранит мировое лидерство нашей страны в реакторах на быстрых нейтронах.

Теперь, когда стабильная работа на МОКС‑топливе доказана, на основе опыта эксплуатации энергоблоков Белоярской АЭС с реакторами БН‑600 и БН‑800 создается серийный энергоблок с быстрым реактором следующего поколения — БН‑1200М. Головной энергоблок этой серии будет построен на Белоярской АЭС под № 5. Основная задача при создании реактора БН‑1200М — достижение экономических характеристик, сопоставимых с показателями серийного реактора на тепловых нейтронах ВВЭР аналогичной мощности. Эта задача успешно решается учеными, конструкторами и проектировщиками. А с учетом того что энергоблоки с реакторами БН совместно с выработкой электрической и тепловой энергии будут производить новое топливо и минимизировать радиоактивные отходы, их эффективность оценивается еще выше.

«МОКС‑топливо называют топливом будущего потому, что реализация замкнутого ядерного топливного цикла в промышленных масштабах позволит в десятки раз увеличить топливную базу атомной энергетики России и сократить образование радиоактивных отходов, — говорит директор Белоярской АЭС Иван Сидоров. — Наш следующий шаг на пути к новой двухкомпонентной ядерной энергетике, в которой реакторы на быстрых и на тепловых нейтронах будут работать совместно, обмениваясь топливом, — сооружение энергоблока с реактором БН‑1200М. Он объединит все лучшие наработки и БН‑600, и БН‑800 и позволит в полной мере воплотить все экологические и экономические преимущества технологии реакторов на быстрых нейтронах».

ЧТО ТАКОЕ МОКС‑ТОПЛИВО

МОКС‑топливо (англ. MOX — mixed oxide) — это смешанное оксидное ядерное топливо, состоящее из изотопов урана и плутония. В природном уране содержится 99,3 % урана‑238, остальное — уран‑235, используемый в топливе для реакторов на тепловых нейтронах. Получается, большая часть сырья отправляется на хранение или утилизируется как радиоактивные отходы. МОКС‑топливо позволит вовлечь в производство 238-й изотоп, что в десятки раз увеличит топливную базу атомной энергетики. Кроме того, реакторы на быстрых нейтронах, работая на МОКС‑топливе, способны нарабатывать плутоний, которого хватит, чтобы обеспечить себя и при необходимости другие реакторы новым топливом.

Производство МОКС‑топлива в промышленных масштабах для реактора БН‑800 действует на Горно-химическом комбинате в городе Железногорске Красноярского края, где сосредоточены сразу три ключевых этапа замыкания ядерного топливного цикла: хранение ОЯТ, его переработка и производство МОКС‑топлива.