Четвертая высота: как происходит смена реакторных поколений

«Росатом» строит в Сибири энергокомплекс с быстрым свинцовым реактором БРЕСТ-ОД‑300. На текущий момент это первая в мире ядерная энергосистема (не только реактор!) четвертого поколения. Как происходит смена поколений, разбираемся вместе с главным конструктором реакторной установки БРЕСТ-ОД-300, генеральным конструктором проектного направления «Прорыв» Вадимом Лемеховым.

Не реакторы, а энергосистемы

— О четвертом поколении говорят много, но не все знают, что конкретно отличает его от третьего. Каковы критерии этой технологии и кто их установил?

— Термин «поколение IV» появился в начале 2000‑х годов, когда был создан одноименный международный форум — ​объединение 13 стран, включая Россию, которые развивают перспективные ядерные энерготехнологии.

Требования к энергосистемам четвертого поколения сформулированы в уставе международного форума. Первое — ​стабильное производство энергии с долгосрочным обеспечением топливом и минимальным количеством отходов. Второе — ​преимущества в стоимости энергии по сравнению с другими видами генерации на всем протяжении жизненного цикла. Третье — ​уровень безопасности, обеспечивающий очень низкие вероятность и степень повреждения активной зоны; устранена необходимость экстренного реагирования за пределами площадки. Четвертое — ​гарантия соблюдения режима нераспространения ядерных материалов.

Из этих требований следует, что в контексте четвертого поколения надо говорить не о реакторах, а об энергетических системах. Чтобы отнести систему к четвертому поколению, необходимы не только реактор и энергоблок, но и предприятия топливного цикла.

— Российские критерии совпадают с международными?

— Требования проекта «Прорыв», в рамках которого мы создаем технологии четвертого поколения, были в общих чертах сформулированы задолго до его старта, в конце 1980‑х. Формулировки немного отличаются, но концептуально совпадают с международными. Наши проекты БН‑1200М и БРЕСТ-ОД‑300 при реализации с замыканием ядерного топливного цикла полноправно относятся к четвертому поколению, это официально подтверждено международным форумом.

Кто первый

— А действующий энергоблок Белоярской АЭС с реактором БН‑800 почему нельзя отнести к поколению IV?

— Он соответствует современным требованиям безопасности, но недотягивает до перспективных, установленных для поколения IV. Нужны дополнительные системы для предотвращения реактивностных и теплоотводных аварий. У БН‑800 пассивная система воздействия на реактивность, дополняющая нормативные, не полностью покрывает требования четвертого поколения. Система аварийного отвода тепла должна быть связана непосредственно с первым контуром, а в БН‑800 используется основной промежуточный контур. Кроме того, в БН‑800 есть воспроизводящий бланкет, что допустимо для ядерной державы, но противоречит требованиям нераспространения. Есть и ограничения возможности дожигания минорных актинидов. Эти недостатки исключены в проектах БН‑1200М, БРЕСТ-ОД‑300, БР‑1200.

— Мы в газете называли БРЕСТ-ОД‑300 первым в мире строящимся реактором четвертого поколения. Пока в конце прошлого года китайские атомщики внезапно не заявили, что запустили электростанцию поколения IV — ​«Шидаовань» с двумя высокотемпературными газоохлаждаемыми реакторами. Вы согласны с тем, что китайцы нас опередили?

— Соответствие наших проектов подтверждено участниками международного форума «Поколение IV». В случае с «Шидаовань» это пока лишь декларация китайской стороны. Высокотемпературные газовые реакторы признаны перспективными, спорить с этим не нужно, мы тоже разрабатываем газовые реакторы. Но мы не обладаем полной информацией, чтобы уверенно сказать, что «Шидаовань» как ядерная энергетическая система относится к четвертому поколению.

Мировые перспективы

— Вы сотрудничаете с Китаем по проектам БРЕСТ-ОД‑300 и БН‑1200М?

— Да, в марте прошлого года подписана комплексная программа сотрудничества. Есть совместные научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (НИОКР. — «СР»), обсуждаются перспективы сооружения на нашей и их территории энергоблоков нового поколения. Кроме того, Китай, как и Россия, член Международного форума «Поколение IV». В группе по быстрым свинцовым реакторам китайцы активно участвуют. Правда, сосредоточились на системах малой мощности.

— Какой России прок от участия в свинцовой группе? Ведь наша страна — признанный лидер в этом направлении.

— Мы можем доказать международной технической общественности, что наши достижения перспективны для внедрения не только у нас, но и по всему миру. В «Поколении IV» мы формируем общемировые подходы к обоснованию безопасности новых энерготехнологий, без этого нам не дадут их создавать за рубежом. А я думаю, что к концу 2030‑х — ​началу 2040‑х годов мы будем готовы экспортировать технологии четвертого поколения не только в страны ядерного клуба.

Новости БРЕСТа

— Параллельно со строительством БРЕСТ-ОД‑300 продолжаются НИОКР. Насколько они интенсивны и какие задачи сегодня главные для ученых?

— Нам нужно довести до кондиции, то есть до соответствия техническому заданию, главный циркуляционный насосный агрегат. В конце 2022 года мы открыли в Северске стенд, на котором сейчас идут эксперименты в обоснование конструкции насоса.

БРЕСТ — ​это первая в своем роде реакторная установка, поэтому сложности, возникающие на этапе изготовления оборудования, производственники, конструкторы и ученые преодолевают совместно. Потом нас ждет пусконаладка. Тогда мы и будем проверять соответствие расчетных моделей фактическим. На этап пуска запланирован отдельный пласт НИОКР в области нейтронной физики, теплогидравлики и проч.

— На стройке все хорошо? Вы сменили несколько генподрядчиков сооружения, нынешний вас устраивает?

— В текущей ситуации все стали работать достаточно напряженно, энергоблок растет, в конце прошлого года приступили к монтажу корпуса реакторной установки. Команда подобралась хорошая, контакт между разработчиками, строителями и монтажниками полный. Важно, что люди друг друга понимают и обмениваются знаниями и опытом.

— Часто в Северск летаете?

— Не реже двух раз в месяц. В декабре провел там в общей сложности около трех недель. В январе — ​неделю. Февраль начался с посещения заводов — ​изготовителей оборудования в Петербурге и Волгодонске. Сейчас время ковать железо — ​в прямом и в переносном смысле.

— Следующим шагом в развитии технологии быстрых свинцовых реакторов будет установка мощностью 1200 МВт. Что делается по этому проекту?

— БР‑1200 — ​это проект коммерческого реактора. Опытно-демонстрационный БРЕСТ-ОД‑300, прототип БР‑1200, рассчитан на 30 лет работы. Эволюционный коммерческий реактор должен отслужить не менее 60 лет. Кроме того, существенно повышены удельные характеристики энергоблока для достижения конкурентоспособности. Разработан эскизный проект реакторной установки, на его основе сформулированы темы и развернуты НИОКР по обоснованию изделий активной зоны, по главному циркуляционному насосу, по парогенератору, разумеется, конструкционным материалам, включая сварку, по усовершенствованным датчикам и т. д. Разработаны модели основных элементов реакторной установки, по которым ведутся расчеты. В конце прошлого года изготовлено несколько полномасштабных макетов изделий активной зоны, в этом году испытываем их в свинце. Сделаны макеты облегченных контейнеров для обращения с оборудованием, испытания тоже в этом году. Полным ходом идут коррозионные испытания на увеличенную ресурсную базу, в том числе под облучением, и многое другое.

Разработан так называемый обликовый, или аванпроект, энергоблока и ядерной энергетической системы — ​промышленного энергокомплекса, показавший на этой стадии конкурентоспособность с другими видами генерации. В 2023 году Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники им. Доллежаля приступил к техническому проекту реакторной установки.

Андрей Моисеев
Научный руководитель проекта БРЕСТ-ОД‑300, председатель системного руководящего комитета Международного форума «Поколение IV» по быстрым реакторам со свинцовым теплоносителем

— Форум «Поколение IV» был образован в 2001 году как международная площадка для исследований и разработок передовых ядерных реакторных систем. В объединении шесть проектных групп, по направлениям реакторных технологий: быстрые с газовым охлаждением, быстрые со свинцовым охлаждением, быстрые с натриевым охлаждением, жидкосолевые, сверхкритические реакторы с водяным охлаждением и высокотемпературные газоохлаждаемые. Участники от разных стран подписывают проектные соглашения в рамках групп, софинансируют исследования и получают доступ к результатам совместных работ всей группы.

В свинцовой группе шесть членов: Россия, Китай, Япония, Южная Корея, Соединенные Штаты и Европейское сообщество по атомной энергии — ​Euratom. На мой взгляд, после нашего БРЕСТ-ОД‑300 самый близкий к реализации проект — ​быстрого свинцового реактора Westinghouse. Американцы заканчивают стадию эскизного проектирования и переходят к техническому проекту. Планируется строительство двухблочной АЭС в Великобритании.

Я стал председателем системного руководящего комитета по свинцовым быстрым реакторам в конце 2020 года. Рост международной напряженности, конечно, отразился на работе форума. Поначалу коммуникации с зарубежными коллегами стали более затрудненными, чувствовались ­какие-то опасения. Но со временем отношения нормализовались.