Полное собрание инноваций: как прошла международная атомная конференция в Москве

Когда у Китая появится быстрый свинцовый реактор? Почему у МАГАТЭ в приоритете малые модульные установки? Чем российским ученым не нравится вольфрамовая стенка для ИТЭР? Эти и другие темы обсуждали на VI Международной научно-технической конференции (МНТК) «Инновационные проекты и технологии ядерной энергетики», которая проходила 14–17 ноября в Научно-исследовательском и конструкторском институте энерготехники (НИКИЭТ).

Генеральный директор НИКИЭТ Андрей Каплиенко, открывая конференцию, напомнил, что она проводится раз в два года, но из-за пандемии получился перерыв в целых пять лет. «Тем радостнее встреча, тем жарче дискуссии, — ​сказал он. — ​Статус международной конференции подтвержден присутствием представителей Белоруссии, Казахстана и Китая. Надеюсь, через два года мы соберемся более широким составом».

За три дня на конференции представили 184 доклада. «Диапазон тем очень широкий: от вывода из эксплуатации уранграфитовых реакторов до управляемого термоядерного синтеза, — ​отметил первый заместитель гендиректора «Росатома» по развитию новых продуктов атомной энергетики Александр Локшин. — ​Такой набор характеризует масштаб задач, которые стоят перед мировой атомной отраслью».

Безальтернативное замыкание

Научный руководитель НИКИЭТ и проектного направления «Прорыв» Евгений Адамов обратил внимание на то, что конференция проходит в переломный для отрасли момент: «Широко распространяется тезис о том, что нужно совершить энергетический переход на возобновляемые источники. Тем не менее 85 % энергетики мира — ​это по-прежнему уголь, нефть и газ. Созрело понимание, что зеленый переход невозможен без атома. Но развитие нашей отрасли возможно только при замыкании ядерного топливного цикла».

Россия выстраивает двухкомпонентную ядерную энергетику на базе тепловых и быстрых реакторов, в которых предполагается реализовать замыкание топливного цикла. Советник гендиректора «Росатома» Владимир Асмолов на МНТК рассказал об эволюции тепловых реакторов ВВЭР. На смену самым современным ВВЭР-ТОИ должны прийти ВВЭР-С — ​со спектральным регулированием. Их внедрение позволит повысить коэффициент воспроизводства ядерного топлива и, соответственно, снизить расход природного урана. Рассматриваются два варианта мощности — ​средняя и большая. Первый блок с реактором ВВЭР-С‑600 планируется построить на Кольской АЭС к 2035 году. На вопрос о перспективах реакторов с водой со сверхкритическим давлением Владимир Асмолов ответил с грустной иронией: «Я с огромным энтузиазмом жду сверхкритических параметров, но, боюсь, не доживу».

Развитию проектов быстрых свинцовых БРЕСТ-ОД‑300 и БР‑1200 был посвящен доклад главного конструктора реакторной установки БРЕСТ и генерального конструктора проектного направления «Прорыв» Вадима Лемехова. Параллельно с сооружением блока с БРЕСТ-ОД‑300 в Северске идут испытания оборудования.

«Мы получили максимальную среднерадиальную энтальпию и подтвердили недостижение максимального проектного предела твэлов с нитридным топливом в реактивностных авариях. Эксперименты проводились в свинцовом теплоносителе на исследовательском импульсном реакторе ИГР, — ​сообщил Вадим Лемехов. — ​Также мы проверили, что будет с тепловыделяющей сборкой при гипотетическом падении: она сохранит герметичность — ​хвостовик сыграет роль демпфера. Для испытаний опытного образца главного циркуляционного насосного агрегата в Северске построен стенд: 600 т расплавленного свинца, четыре петли циркуляции. Эксперименты начались».

Также Вадим Лемехов прокомментировал новшества проекта БР‑1200: «Мы ушли от уровневой схемы циркуляции и исключили газовую систему пассивной обратной связи. Это позволило существенно уменьшить габариты реакторной установки и тем самым повысить ее экономичность без ущерба для безопасности».

Снова о минорах

Вопрос трансмутации минорных актинидов обсуждают практически на каждой отраслевой конференции. На МНТК начальник департамента физики реакторов отделения ядерной энергетики Физико-энергетического института им. Лейпунского Андрей Гулевич обрисовал возможности дожигания америция в реакторе БН‑1200М.

Гомогенная трансмутация сегодня достаточно проработана в теоретическом плане и подтверждает возможность промышленного дожигания значительного количества минорных актинидов с использованием быстрых реакторов. Но есть и другие предложения — ​например, гетерогенная трансмутация в боковом экране. Ее можно организовать в специальных облучательных сборках — ​без замедлителя и с ним. «Второй вариант более эффективен и может давать 80 % и выше за одну топливную кампанию. Мы считаем этот способ очень перспективным с точки зрения общего объема рециклированного америция через боковой экран, и, вполне вероятно, он экономически более выгодный, чем гомогенная трансмутация», — ​отметил Андрей Гулевич.

Свинец по-китайски

Китай тоже развивает технологию быстрых свинцовых реакторов. На конференции в НИКИЭТ специалист Международной академии нейтронных наук (исследовательская организация консорциума FDS) Чао Лю рассказал о разработке линейки CLEAR (China lead-based reactor).

CLEAR-M — ​малый модульный реактор, который может использоваться на плавучих станциях для электроснабжения удаленных районов. Планируемая тепловая мощность — ​35 МВт, электрическая — ​14 МВт. Китайцы намерены собрать эту установку в конце десятилетия. К середине 2030‑х должен появиться CLEAR‑400 мощностью 400 МВт (т) и 150 МВт (э). И к концу 2030‑х рассчитывают запустить CLEAR-A — ​усовершенствованный подкритический реактор с внешним источником нейтронов мощностью до 1000 МВт.

Для отработки технологии создана критическая сборка нулевой мощности CLEAR‑0, на ней проводятся испытания в области нейтронной физики. Виртуальный стенд CLEAR-V используется для цифрового комплексного моделирования. Теплогидравлические испытания проводят на CLEAR-S.

Мода на малую мощность

Представитель Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) Владимир Артисюк представил прогноз спроса на установки малой мощности: «Наиболее быстрый рост потребления электроэнергии будет в ближайшие годы в Африке, Юго-Восточной Азии и Латинской Америке. С учетом требования декарбонизации, с учетом того, что энергия нужна странам с неразвитой сетевой ядерной инфраструктурой, атомные станции малой мощности могут стать для них лучшим решением».

МАГАТЭ в прошлом году создало базу данных по малым модульным реакторам (SMR ARIS Booklet): 83 проекта в 18 странах мира. 38 — ​традиционные водоохлаждаемые реакторы, 45 — ​инновационные. Причем самые популярные из инновационных — ​высокотемпературные газоохлаждаемые реакторы. Строятся три установки малой мощности: аргентинская CAREM‑25, китайская ACP‑100 и российская БРЕСТ-ОД‑300.

Запущена платформа smr.iaea.org для оказания технической поддержки по всем аспектам разработки и применения малых реакторов. Как рассказал Владимир Артисюк, в последнее время за оценкой своих проектов обращались представители Иордании, Боливии, Бразилии, Кот-д’Ивуара.

«В недавних публикациях МАГАТЭ малые модульные реакторы называют новой парадигмой ядерной энергетики, — ​отметил докладчик. — ​Есть нестыковка с нашей национальной стратегией, надо работать над тем, чтобы на международной арене тема замыкания ядерного топливного цикла звучала так же громко».

Спор о первой стенке

Об участии России в сооружении международного экспериментального термоядерного реактора ИТЭР и о разработке российского токамака с реакторными технологиями (ТРТ) говорил на конференции Анатолий Красильников, директор частного учреждения «Росатома» «ИТЭР-Центр».

Участники проекта ИТЭР дискутируют о проблеме первой стенки. «Сначала планировалось сделать ее из бериллия, потом по инициативе нового гендиректора Международной организации ИТЭР Пьетро Барабаски стали обсуждать вольфрам», — ​напомнил Анатолий Красильников. Бериллий смущает термоядерщиков низкой температурой плавления и токсичностью. Но у вольфрама свои недостатки: он ионизируется в плазме до высоких зарядностей и охлаждает ее — ​придется тратить больше энергии на нагрев.

Российские ученые предлагают наносить на вольфрамовые элементы покрытие на основе карбида бора, чтобы экранировать плазму от вольфрамовых примесей. Кстати, 17 ноября, в последний день МНТК, пришли новости с 33‑го заседания Совета ИТЭР (руководящий орган проекта). Принято решение о дополнительных исследованиях материалов первой стенки. Предприятия «Росатома» и РАН примут активное участие в этой работе.

В международном проекте нашли применение не все передовые термоядерные технологии, отметил директор «ИТЭР-Центра»: «Не будет жидкой литиевой защиты первой стенки, гибридного бланкета, высокотемпературной сверхпроводящей электромагнитной системы. Генерация стационарного тока не предполагается. Поэтому встал вопрос о том, чтобы у нас в стране создать дополнительную технологическую платформу будущего термоядерного реактора. Мы назвали этот проект «Токамак с реакторными технологиями» и последние четыре года его развиваем».

Концептуальный проект ТРТ разработан «ИТЭР-Центром» при участии Курчатовского института, Научно-исследовательского института электрофизической аппаратуры (НИИЭФА), Троицкого института ­инновационных и термоядерных исследований (­ТРИНИТИ), Института ядерной физики Сибирского отделения РАН, Института прикладной физики РАН и др.

НИИЭФА занимается эскизным проектом, «ИТЭР-Центр» разрабатывает программу исследований и концептуальный проект диагностического комплекса, ТРИНИТИ — ​проект инфраструктуры комплекса. Важной особенностью установки будет магнитная система на основе высокотемпературных сверхпроводников. Сформировавшаяся благодаря проектам ИТЭР и ТРТ кооперация научных центров «Росатома» и РАН готова к началу сооружения токамака.

МНТК-2023 В ЦИФРАХ

> 300

участников

6

профильных секций

184

доклада