Все, что вы хотели знать о жидкосолевом реакторе

Топливо каких только видов не создавал ВНИИНМ: и для АЭС разных типов, и для исследовательских реакторов, и для ледоколов, и для подлодок. Все эти разработки объединяла твердость — ​жидкого горючего бочваровцы еще не делали. Но недавно в институте приступили к разработке топлива для экспериментального жидкосолевого реактора, который собираются строить на ГХК.

ЧТО ЭТО?

Жидкосолевой реактор, или реактор на расплавах солей, — ​это установка, в которой активную зону формирует гомогенная расплавленная смесь из фтористых солей легких металлов (лития, натрия и калия или лития и бериллия) и фторидов делящихся материалов (урана, плутония или тория).

ПОЧЕМУ НУЖЕН ЖСР

1. Стратегическая причина. «Росатом» стремится к мировому лидерству на рынке ядерных технологий и для этого разрабатывает технологии замыкания топливного цикла. Одно из требований ЗЯТЦа — ​радиационно эквивалентное обращение с РАО (сколько радиоактивных материалов взяли из земли, столько и захоронили после использования). Чтобы обеспечить его, надо научиться выделять из РАО и утилизировать долгоживущие радиоактивные компоненты — ​минорные актиниды: америций, кюрий, нептуний. Их можно дожигать в ЖСР.
2. Экономическая причина. Глубинное захоронение долгоживущих радиоактивных компонентов будет стоить очень дорого. Без них РАО можно хранить приповерхностно, что гораздо дешевле.
3. Технологическая причина. Можно дожигать минорные актиниды в реакторах на быстрых нейтронах, но наиболее эффективно они уничтожаются в специально разработанных для этого установках — ​ЖСР.

ЗАДАЧИ РАЗРАБОТЧИКОВ ТОПЛИВА ЖСР

• Синтезировать топливные добавки (фториды плутония и минорных актинидов) из актинидов, выделенных при переработке ОЯТ ВВЭР.

• Приготовить топливную композицию, растворив добавки в смеси фторидов лития и бериллия (соль FLiBe) или лития, натрия и калия (FLiNaK).

• Добиться низкого, не больше 0,1 %, содержания кислорода в топливной соли (кислород усиливает коррозионную активность фторидных растворов).

• Обеспечить чистоту топлива от металлических примесей — ​они могут менять концентрацию нейтронов в активной зоне.

• Создать технологию переработки топлива ЖСР для повторного использования.

СТАДИИ ОБРАЩЕНИЯ С ОЯТ ЖСР. ПРОЕКТ ВНИИНМ

1. Примерно 10 % топлива ежемесячно откачивается из реактора.
2. Выдержка — ​10 дней.
3. Экстракция благородных металлов, молибдена и технеция (поток РАО‑1).
4. Экстракция продуктов коррозии: хрома, никеля, железа, циркония (поток РАО‑2).
5. Экстракция продуктов деления и недогоревших актинидов в несколько стадий.
6. Реэкстракция: актиниды, очищенные от других продуктов деления, опять вводятся в расплав соли.
7. Удаление избытка соли (поток РАО‑3).
8. Корректировка состава соли до равновесного состояния.

Андрей Шадрин
Ведущий эксперт ВНИИНМ, научный руководитель и главный технолог объединенного проекта по разработке базовых технологий переработки ОЯТ и обращения с РАО проектного направления «Прорыв»

— Для создания топлива жидкосолевого реактора нужно решить две основные задачи. Во-первых, получение фторидов плутония, нептуния, америция и кюрия, выделенных из ОЯТ тепловых реакторов, для стартовой загрузки и последующих перегрузок и введение этих добавок в несущую соль. Во-вторых, переработка облученной топливной соли. Часть соли периодически выводится из реактора. После кратковременной выдержки из нее нужно извлечь коррозионные примеси и продукты деления, а поток не поделившихся актинидов вместе с несущей солью объединить со свежим, подпитывающим, потоком актинидов. То есть разные задачи — ​фабрикация и переработка — ​сливаются в единый технологический процесс. В идеале процесс переработки соли и подпитки реактора свежим топливом должен быть непрерывным.

Предложено несколько технологических схем переработки облученной топливной соли, планируется провести технико-экономические исследования каждой из них. Идут эксперименты по определению фундаментальных свойств фторидов актинидов и расплавов несущих солей, содержащих актиниды, эксперименты по обоснованию технической реализуемости предложенных схем.

Эксперименты и расчеты находятся на начальном этапе. Но есть уверенность в успешном решении технических проблем: у нашего уникального коллектива многолетний опыт разработки ядерного топлива и технологий обращения с ОЯТ, мы сотрудничаем с другими институтами отрасли, Академии наук и вузами — ​НИИАР, Радиевым институтом, ИВТЭ СО РАН, УрФУ и др.