Борис Васильев: «Россия значительно опережает другие страны в развитии быстрых реакторов»

В этом году советнику гендиректора ОКБМ им. Африкантова по топливному циклу быстрых реакторов Борису Васильеву исполнилось 75 лет. Больше 50 из них он посвятил разработке реакторных установок на быстрых нейтронах, в последние годы сосредоточившись на топливной тематике. Он рассказывает, что удалось сделать в этой области и какими будут новые реакторы.

— Что важного произошло в быстром натриевом направлении за прошедшие несколько лет?

— Вначале отмечу изменения в моей производственной деятельности. Отработав 17 лет главным конструктором реакторных установок БН, я последние четыре года занимался только топливными делами, будучи главным конструктором активных зон реакторов БН. С 2021 года работаю советником гендиректора ОКБМ им. Африкантова по топливному циклу быстрых реакторов. Удовлетворен тем, что передачу дел удалось провести планомерно и они попали в надежные руки.

Важным за прошедшие пять лет не только для меня, но и для всех разработчиков реакторов БН было присуждение премии Правительства РФ в области науки и техники за 2017 год за работу по БН‑600, подготовленную авторским коллективом специалистов ОКБМ, ФЭИ, ВНИИНМ, ОКБ «Гидропресс», ЦНИИ КМ «Прометей», Белоярской АЭС. Это подчеркивает значимость опыта, полученного при эксплуатации БН‑600, для обоснования новых проектов реакторов БН.

Тематика работ ОКБМ по быстрому натриевому направлению за прошедшие пять лет по большому счету не изменилась. Это техническое сопровождение эксплуатации БН‑600 и БН‑800, разработка реактора БН‑1200. Поэтому далее можно говорить уже о наиболее важных результатах работы по каждому из проектов.

«Реактор БН‑600 может работать и 60 лет»

— БН‑600 уже заслуженный реактор. Что можно сказать о его эксплуатации, какие экспериментальные результаты получены в последнее время?

— Да, БН‑600 успешно работает с 1980 года — ​безопасно и с достаточно высоким коэффициентом использования установленной мощности, около 80 %, причем в последние годы КИУМ даже увеличился. В плане получения экспериментальных результатов в первую очередь следует отметить опыт работы реактора в течение длительного времени. Действующая лицензия разрешает эксплуатацию до 2025 года. Но результаты выполненного в ОКБМ анализа показывают, что реактор может работать и более 45 лет. В настоящее время ведутся работы по обоснованию 60‑летнего срока эксплуатации.

В 2019 году активная зона БН‑600 полностью переведена на ТВС, у твэлов которых оболочки из новой стали ЭК‑164, с перспективой увеличения на 20 % выгорания и топливной кампании. Проводятся испытания нескольких ТВС при продленной кампании. Для реакторов БРЕСТ‑300 и БН‑1200 в активной зоне БН‑600 в составе экспериментальных ТВС испытываются твэлы со смешанным нитридным уран-плутониевым топливом. К настоящему времени максимальное выгорание СНУП-топлива составляет 9 % т. а. (тяжелых атомов, доля выгоревшего топлива без учета легких атомов, не участвующих в реакции деления. — «СР») при испытаниях применительно к БРЕСТ‑300 и 7,5 % т. а. применительно к БН‑1200. Испытания твэлов со СНУП-топливом в БН‑600 продолжаются, намечена программа дальнейших испытаний.

— А БН‑800 как себя показывает, какие у него задачи по испытаниям?

— БН‑800 был введен в промышленную эксплуатацию пять лет назад — ​30 октября 2016 года. Выявился ряд проблем, для устранения которых потребовались доработки оборудования и уточнение регламента эксплуатации. Но в целом работу БН‑800 можно назвать успешной. Реактор в основном стабильно работал на номинальной мощности. Не изменились его заявленные проектные характеристики и планы по дальнейшей эксплуатации. Что касается испытаний, то пока идет работа с МОКС-топливом, сама по себе экспериментальная. Иные исследования в активной зоне БН‑800 не проводятся. Главным образом потому, что пока достаточно возможностей БН‑600, на котором организация экспериментальных исследований хорошо отработана. В дальнейшем в БН‑800 можно будет организовать и дополнительные к БН‑600 испытания. Но сейчас главное — ​получение масштабного опыта работы в реакторе МОКС-топлива, а также опыта обращения с облученными ТВС с МОКС-топливом, включая переработку. В конечном счете на БН‑800 будет полностью продемонстрирован замкнутый топливный цикл на МОКС-топливе.

Освоение МОКС, преимущества СНУП

— Как идет перевод на МОКС-топливо? Есть ли особенности эксплуатации реактора с МОКС-топливом?

— Напомню, что обозначает «МОКС». Это английская аббревиатура MOX от mixed oxide — ​смешанный оксид. Имеется в виду смесь оксидов плутония и урана, обедненного или естественного. То есть в качестве делящегося материала в МОКС-топливе используется плутоний, а не уран‑235. В отличие от слаборадиоактивного урана, с которым можно работать без особых ограничений, плутоний характеризуется высокой радиоактивностью и высокой радиотоксичностью, что требует особых мер при организации изготовления топлива и при обращении с ТВС. Перегрузочный тракт БН‑800 разработан с учетом использования МОКС-топлива. По сравнению с трактом БН‑600 он в большей мере автоматизирован, ручные операции сведены к минимуму. Поэтому особых проблем с загрузкой ТВС с МОКС-топливом в БН‑800 нет.

Нет и не ожидается проблем и при эксплуатации ТВС с МОКС-топливом — ​высокая надежность твэлов подтверждена испытаниями экспериментальных ТВС в БН‑600 и опытом работы ТВС с МОКС-топливом в составе гибридной активной зоны БН-800, которая эксплуатировалась до февраля 2021 года. Гибридная активная зона — ​это зона, состоящая из ТВС с урановым топливом и небольшого количества ТВС с МОКС-топливом. Сама процедура перехода на активную зону, полностью состоящую из ТВС с МОКС-топливом, простая: перегрузки идут по штатной схеме, в каждую остановку реактора на перегрузку обновляется одна треть общего количества ТВС активной зоны. Первая треть ТВС с МОКС-топливом была загружена в активную зону в феврале этого года. В 2022 году активная зона будет полностью укомплектована ТВС с МОКС-топливом.

— Для БН‑800 используется МОКС-топливо, а для БРЕСТа — ​СНУП-топливо. Будут ли последнее использовать для БН‑800?

— Как МОКС, так и СНУП-топливо предназначено для работы быстрых реакторов в замкнутом топливном цикле. СНУП имеет большую плотность по сравнению с МОКС, это обеспечивает лучшее воспроизводство плутония. Коэффициент воспроизводства может быть больше единицы даже без внешних зон воспроизводства. А при наличии внешних зон коэффициент воспроизводства при работе на СНУП-топливе выше, чем на МОКС-топливе, примерно на 0,1. Это основное преимущество СНУП, которое может быть важным в будущем, при возникновении дефицита плутония из-за быстрого роста мощностей атомной энергетики. На ближайшие десятилетия достаточно плутония, выделяемого из накопленного ОЯТ, и сравнение этих видов топлива пока надо делать по их влиянию на безопасность и экономичность реакторов.

Относительно безопасности. При оценке перспективных проектов реакторов по критериям устойчивого развития в рамках международного проекта ИНПРО в 2012 году проект БН‑800 на МОКС-топливе признан соответствующим требованиям к реакторам поколения III+. В первую очередь это относится к уровню безопасности. Для проекта БН‑1200 выставляются более высокие требования к безопасности. Исследования показали, что они выполняются при работе как со СНУП-топливом, так и с МОКС-топливом.

В плане экономики наиболее важна возможность достижения глубокого выгорания топлива. На сегодняшний день по МОКС-топливу получено много экспериментальных данных, подтверждающих такую возможность. По СНУП-топливу данных гораздо меньше, поэтому применительно к БН‑1200 очень важно продолжение экспериментальных исследований на БН‑600. Перевод БН‑800 на СНУП-топливо не рассматривается в том числе и потому, что на созданном для БН‑800 производстве уран-плутониевого топлива возможно изготовление только МОКС-топлива. Для БН‑1200 планируется создание универсального производства, что позволит принимать оптимальные решения по топливообеспечению в зависимости от состояния разработок топлива, экономических и системных требований.

Будущее быстрых реакторов

— Недавно прошел научно-­технический совет «Росатома» по БН‑1200. Каковы его результаты?

— Да, в сентябре состоялось объединенное заседание НТС № 2, НТС № 8 «Росатома» и НТС «Росэнергоатома» по оценке проекта БН‑1200. Рассматривался усовершенствованный в рамках работ по проектному направлению «Прорыв» вариант реактора — ​БН‑1200М. Я принимал участие в этом заседании как член НТС № 8. Вопрос очень важный и сложный, могу сказать только о том, что в целом для разработчиков БН результат рассмотрения на НТС благоприятный: проект одобрен, можно переходить к стадии подготовки к сооружению головного реактора — ​блока № 5 Белоярской АЭС.

— Каковы в целом перспективы быстрого натриевого направления?

— Вся моя трудовая деятельность в течение более чем 50 лет связана с разработкой реакторов БН, я хорошо знаю их достоинства, их самодостаточность для создания крупномасштабной атомной энергетики. Но я не отношусь к тем специалистам, которые считают, что в перспективе должны остаться только быстрые реакторы. Слишком далеко надо заглядывать, чтобы делать такой вывод. Однако понятно и другое: для устойчивого развития атомной энергетики внедрение быстрых реакторов необходимо уже в ближайший период. Это отражено в стратегии развития атомной энергетики до 2050 года, принятой в 2018 году. В соответствии с ней массовый ввод в эксплуатацию быстрых реакторов должен начаться уже в 2030‑е годы. Технология реакторов БН освоена в достаточной мере для выполнения намеченных в стратегии планов. Накопленный опыт и новые технические решения в проектах БН‑1200 и БН‑1200М обеспечивают соответствие самым высоким требованиям по безопасности и экономике. Техническая концепция БН‑1200 принята и одобрена как отвечающая требованиям, предъявляемым к реакторам поколения IV, на совещании проектного соглашения Международного форума поколения IV в 2017 году.

По сути вопроса об освоении технологии БН отмечу главное. Многие годы работы с быстрыми натриевыми реакторами показали, что негативные последствия таких известных проблемных свой­ств натрия, как его горение при разгерметизации рабочих контуров и активное взаимодействие с водой в парогенераторах, могут быть снижены до уровня незначительных инцидентов или даже исключены соответствующими техническими решениями и обеспечением надлежащего качества изготовления оборудования. Например, парогенераторы БН‑600 уже 30 лет работают без течи воды в натрий. ­Также без течей работают парогенераторы БН‑800.

Не менее важно, что на практике показана возможность длительной эксплуатации реакторов БН. Опыт продления срока эксплуатации БН‑600 позволяет с достаточной степенью уверенности рассчитывать на 80‑летний ресурс реактора БН‑1200 и БН‑1200М, для которых приняты дополнительные технические решения, направленные на обеспечение длительного срока эксплуатации.

Также надо сказать и об освоении нового направления быстрых реакторов — ​со свинцовым теплоносителем. Об их большом будущем много говорилось после получения лицензии Ростехнадзора на сооружение опытно-­демонстрационного реактора БРЕСТ-ОД‑300. Конечно, то, что проект свинцового реактора доведен до сооружения, — ​большой результат в продвижении этой технологии в проекте «Прорыв». И после подтверждения эффективности технических решений, накопления опыта эксплуатации БРЕСТ-ОД‑300 можно будет создавать и коммерческие свинцовые реакторы в дополнение к БН. Аналогично тому, как в свое время совместно с реакторами с водой под давлением стали сооружать реакторы с кипящей водой.

— Какая у вас, профессионала с огромным опытом работы, мечта?

— Россия значительно опережает другие страны в развитии быстрых реакторов. Хотелось бы увидеть, как это лидерство будет укрепляться новыми практическими делами, в первую очередь сооружением головного коммерческого реактора БН на Белоярской АЭС.