Отработавшее еще поработает: реакторы ВВЭР переведут на топливо из регенерированного урана

Сквозными темами научно-технической конференции ТВЭЛ стали переход к замкнутому ядерному топливному циклу (ЗЯТЦ) и разработка топлива для двухкомпонентной ядерной энергетики. В частности, намечен плавный перевод реакторов ВВЭР на топливо из регенерированного урана. Отдельный разговор шел об активных зонах для атомных станций малой мощности (АСММ). Но для начала собравшиеся обсудили общие тенденции в сфере производства и использования ядерного топлива.

Шесть тенденций

Во-первых, в глобальном масштабе растет конкуренция как разных видов генерации, так и поставщиков. Задача ТВЭЛ в этих условиях — ​обеспечить долгосрочную конкурентоспособность. «От того, как вы будете относиться к научно-исследовательским и опытно-конструкторским работам, будет зависеть, останется ли ТВЭЛ конкурентоспособным в стране и в мире», — ​заявил заместитель гендиректора «Росатома» по науке и стратегии Юрий Оленин.

Вторая тенденция — осложнение научно-технического сотрудничества и доступа к научным достижениям из-за санкций. Страдают из-за этого все стороны, но вряд ли в ближайшие годы что‑то изменится. При создании нового надо рассчитывать только на свои силы, признал Юрий Оленин.

Третья тенденция — ​изменение подхода к научным разработкам. Теперь уже на старте, при подготовке заявки на одобрение, необходимо планировать их доведение до наивысшего уровня технологической готовности (всего уровней девять). «Надо приходить с полным циклом, включая промплощадку, изготовление продукта и создание технологии», — ​пояснил Юрий Оленин. Станут ли институты научно-производственными объединениями или будут передавать свои разработки производителям — ​еще предстоит решить.

Четвертая тенденция — ​перевод легководных реакторов на тепловых нейтронах на топливо с обогащением выше 5 %. В ТВЭЛ надеются реализовать результаты соответствующих исследований в ближнесрочной перспективе. Как отметил Юрий Оленин, все основные мировые производители топлива и организации, эксплуатирующие АЭС, рассматривают варианты, как увеличить длительность топливных кампаний, и один из них — ​повышение обогащения топлива. Продолжительная кампания даст экономический выигрыш: реже перегрузки — ​меньше простаивает блок — ​больше выручка.

Пятая тенденция — ​растет популярность малой мощности. В этом направлении «Росатом» — ​главное действующее лицо. В дорожной карте строительства АЭС в России до 2045 года 42 блока, порядка четверти из них — ​малой мощности. В зарубежных планах «Росатома» таких блоков 38 %.

Шестая и очень важная для России тенденция, в которой «Росатом» — ​законодатель мод, — ​переход к замкнутому ядерному топливному циклу и двухкомпонентной атомной энергетике. Она должна оставаться безопасной, экономически выгодной и максимально использовать энергетический потенциал природного урана. В рамках перехода усилено внимание к радиохимии, в частности к обращению с отработавшим ядерным топливом (ОЯТ).

Топливо для ВВЭР

Для перехода к ЗЯТЦ необходимо наращивать мощности по переработке ОЯТ и получению регенерированного урана и плутония. Это позволит сохранить себестоимость топлива на приемлемом уровне. Намечен плавный перевод реакторов ВВЭР на топливо из регенерированного урана. Идут подготовительные работы, начало основного этапа запланировано на 2028 год.

Параллельно специалисты обосновывают безопасность использования в реакторах ВВЭР РЕМИКС (смесь регенерированного урана и плутония) и МОКС-топлива (смесь обедненного урана, оставшегося после обогащения природного, и плутония из ОЯТ).

Предполагается, что перспективный реактор большой мощности со спектральным регулированием ВВЭР-С будет работать на МОКС-топливе. Курчатовский институт, «Гидропресс», Опытное конструкторское бюро машиностроения им. Африкантова, «Росэнергоатом» и ТВЭЛ в следующем году выберут вариант установки, который будет воплощен в бетоне и металле.

«Вовлечение в топливный цикл регенерированных ядерных материалов — ​задача государственная. Надеюсь, мы ее при поддержке «Росэнергоатома» решим», — ​подчеркнул старший вице-президент ТВЭЛ по научно-технической деятельности Александр Угрюмов.

Сборки для БРЕСТа

Принципы и технологии ЗЯТЦ реализуются на строящемся в рамках проекта «Прорыв» опытно-демонстрационном энергокомплексе. Он состоит из реактора БРЕСТ-ОД‑300 и двух модулей — ​переработки и фабрикации-рефабрикации топлива. В этом году модуль фабрикации-рефабрикации планируют ввести в эксплуатацию. Тогда же должны пройти заводские и ресурсные испытания главного циркуляционного насосного агрегата и испытания СНУП-топлива (смешанное нитридное уран-плутониевое).

Как рассказал директор отделения Научно-исследовательского и конструкторского института энерготехники им. Доллежаля Андрей Пулинец, который руководит созданием активной зоны для БРЕСТа, расчеты и эксперименты, в том числе механические, гидравлические и вибрационные испытания в свинце, подтвердили свойства и работоспособность спроектированной активной зоны, обоснованность конструкционных элементов для твэлов, возможность загрузки и выгрузки сборок из реактора. Отработана технология изготовления полуфабрикатов сборок, регулирующих органов системы управления и защиты, поглощающих элементов, все они запущены в производство. Идет постановка на производство изделий имитационной и активной зон.

Разработки для малых и модульных

Твэлы Высокотехнологического научно-исследовательского института неорганических материалов им. Бочвара (ВНИИНМ) пять лет проработали в активных зонах обеих реакторных установок плавучей атомной теплоэлектростанции — ​ПАТЭС. Все показатели радиационной безопасности в норме. Следующий шаг — ​послереакторные исследования и обоснование модернизации активной зоны с увеличением ресурса топлива в 1,5 раза.

В России предполагают продолжить строительство атомных станций малой мощности — ​с реакторами РИТМ‑200 в плавучем и наземном исполнении, с реакторами РИТМ‑400 и с реактором «Шельф-М». ВНИИНМ разрабатывает твэлы с разными топливными композициями и оболочечными материалами для атомных ледоколов, плавучих и наземных АСММ. Ученые и конструкторы спроектировали активные зоны РИТМ‑200 в наземном и плавучем исполнении, в ближайшее время будут созданы активные зоны для оптимизированных плавучих энергоблоков в арктическом и тропическом исполнении, для «Шельфа-М», а также перспективных «Елены-АМ» и мобильной АСММ.