Переходная эпоха

Для перехода к замкнутому ядерному топливному циклу (ЗЯТЦ) необходимо перевести на топливо из регенерированных ядерных материалов реакторы ВВЭР, составляющие основу современной атомной энергетики. Идут подготовительные работы, начало основного этапа запланировано на 2028 год.

Сегодня сошлись несколько факторов для глобального перехода: опытно доказана надежность РЕМИКС-топлива, разработана оптимальная конструкция ТВС для фабрикации топлива с плутонием, начато тестирование более эффективного МОКС-топлива и, наконец, запущено строительство новых реакторов со спектральным регулированием (ВВЭР-С), которые будут работать на этом топливе уже в ближайшие десятилетия. Но обо всем по порядку.

Надежный РЕМИКС

В марте 2026 года на первом энергоблоке Балаковской АЭС завершился третий 18-месячный цикл опытно-промышленной эксплуатации тепловыделяющих сборок на базе уранплутониевого РЕМИКС-топлива.

Топливные кассеты, полностью укомплектованные инновационными твэлами, загрузили в реактор ВВЭР-1000 в конце 2021 года. Последние из этих сборок извлекли из активной зоны в ходе текущего планово-предупредительного ремонта на энергоблоке. Они прошли стандартный цикл эксплуатации — три топливных цикла по 18 месяцев. После выгрузки из активной зоны реактора облученные ТВС поместили в бассейн выдержки (там уже находятся кассеты, извлеченные в 2024 году после завершения второй топливной кампании). В дальнейшем облученные РЕМИКС-ТВС направят для проведения послереакторных исследований в институт «Росатома» в Димитровграде.

«С учетом эксплуатации опытных твэлов, а затем полноценных топливных кассет мы накопили уже 10 лет опыта облучения РЕМИКС-топлива в коммерческом реакторе большой мощности. Выполнив послереакторные исследования облученных твэлов, мы сможем квалифицировать и впервые предложить рынку уранплутониевое топливо для реакторов ВВЭР. Следующим шагом станет загрузка в реактор ВВЭР сборок с уранплутониевым топливом, содержащим обедненный уран и до 5% плутония. Таким образом, мы создаем полную линейку продуктов и решений в концепции сбалансированного ядерного топливного цикла — от регенерированного урана до различных уранплутониевых композиций», — говорит старший вице-президент ТВЭЛ по научно-технической деятельности Александр Угрюмов.

Инновационные ТВС-5

В июне 2025 года во время останова на плановый ремонт в реактор ВВЭР‑1200 энергоблока № 6 Нововоронежской АЭС впервые загрузили партию ядерного топлива инновационной конструкции ТВС‑5. Тепловыделяющие сборки пятого поколения изготовил Новосибирский завод химконцентратов (входит в топливный дивизион «Росатома»).

Опытные сборки будут проходить реакторные испытания в течение трех топливных кампаний, каждая по 18 месяцев, то есть 4,5 года. Все необходимые расчетные и стендовые испытания проведены, и теперь необходимо испытать конструкцию ТВС‑5 в промышленных условиях, посмотреть, как она поведет себя в эксплуатации. Все это время специалисты будут тщательно контролировать различные параметры топлива, чтобы получить данные о его поведении под облучением. Результатом должен стать первый опыт эксплуатации и подтверждение работоспособности и безопасности эксплуатации инновационной конструкции ТВС.

Сейчас топливная композиция в новой оболочке, как и стандартное топливо для реакторов ВВЭР, создана на базе диоксида обогащенного урана. Все в соответствии с условием действия лицензии от Ростехнадзора. После обоснования обновленной конструкции железа в реактор ВВЭР планируется загрузить уже уранплутониевое МОКС-топливо.

Эффективный МОКС

В апреле 2026 года в реактор блока № 1 Балаковской АЭС загрузили топливные кассеты, каждая из которых содержит твэлы с оболочками из циркония и хромовым покрытием. В 18 твэлах — МОКС-топливо. Кассеты будут находиться в активной зоне два 18-месячных топливных цикла. Специалисты топливного дивизиона планируют комплектовать сборки для ВВЭР твэлами с МОКС-топливом и обычной топливной композицией из обогащенного урана. Такая компоновка получила рабочее название РЕМИКС-гет (гетерогенный). Предварительные оценки ТВЭЛ показывают, что ее внедрение позволит сократить потребление природного урана при эксплуатации АЭС минимум на 20 %.

РЕМИКС-гет — это целевая комплектация твэлов в кассетах для реакторов ВВЭР большой мощности. Сборки, загруженные недавно в реактор на Балаковской АЭС, — промежуточный вариант. Количество твэлов с МОКС-топливом в сборках планируется увеличивать.

Опыт эксплуатации РЕМИКС-гет будет учитываться при формировании активной зоны перспективного реактора ВВЭР-С (со спектральным регулированием), который намерены построить на Кольской АЭС‑2. Его главная особенность — полное отсутствие борного регулирования мощности и способность работать на 100%-м МОКС-топливе.

«Все, что мы делаем в научно-технологических проектах по топливу для ВВЭР, направлено на формирование двухкомпонентной атомной энергетики. Загружены твэлы с МОКС-топливом и хромовыми оболочками, опытную эксплуатацию на блоке № 1 Нововоронежской АЭС‑2 проходит конструкция ТВС пятого поколения для ВВЭР‑1200. Есть проект технологии изготовления топливных таблеток для безлюдной фабрикации. Мы планируем объединить все новые решения по материалам, конструкциям и технологиям фабрикации в одном продукте», — отмечает Александр Угрюмов.

Два разных подхода к созданию топлива для реакторов ВВЭР

Если РЕМИКС — это эволюционный путь, позволяющий максимально использовать уже проверенные технологии, то МОКС — более радикальное решение, требующее серьезной адаптации, но открывающее новые возможности.

МОКС (от англ. mixed oxide, «смешанное оксидное») изготавливается из оксидов обедненного урана и наработанного в энергетических реакторах плутония. Изначально рассматривалось как топливо только для быстрых реакторов. Это инструмент не только замыкания топливного цикла, но и утилизации плутония. С его помощью планируют сжигать плутоний, накопленный в отработавшем топливе быстрых реакторов и в запасах. Это эффективный способ вовлечь в энергетику обедненный уран (отвалы обогатительных производств), которого накоплены миллионы тонн.

РЕМИКС (от англ. regenerated mixture, «регенерированная смесь») — уникальная разработка ТВЭЛ. Предназначена для реакторов на тепловых нейтронах. В топливной композиции — смесь плутония и регенерированного или обедненного урана с добавлением обогащенного. Содержание плутония ниже, чем в МОКС-топливе, поэтому нейтронный спектр РЕМИКСа и поведение в активной зоне в целом не отличаются от стандартного уранового топлива. Можно внедрять без изменений в конструкции реакторов и значительных дополнительных мер безопасности. Топливо можно использовать, перерабатывать, снова делать из него РЕМИКС и так несколько раз. Это позволяет радикально сократить потребление природного урана и сделать запасы топлива практически возобновляемыми для существующего парка ВВЭР.