Технологии
От слов к делу

В этом году Росатом приступил к практическим работам по созданию инновационного топлива для тепловых реакторов, которое планируется получать из неразделенной смеси регенерированного урана и плутония, выделяемых при переработке ОЯТ, с добавлением небольшого количества обогащенного урана. О том, какие проблемы решает использование РЕМИКС-топлива, о плюсах и минусах новой технологии, а также о том, долго ли придется ждать появления первой ТВС, в интервью Ивану Моргунову рассказывает генеральный директор Радиевого института им. В. Г. Хлопина Игорь Рыжов.

— Игорь Владимирович, расскажите, пожалуйста, что такое РЕМИКС-топливо, в чем его особенность и принципиальное отличие от МОХ-топлива?

—  Идея создания РЕМИКС-топлива появилась около десяти лет назад. Его основу составляет смесь регенерированного урана и плутония, которая получается при переработке отработанного ядерного топлива. Для повышения энергетического потенциала этой смеси могут быть использованы различные варианты подпитки 235U. В качестве базового варианта рассматривается подпитка 20 % обогащенного природного урана, с уровнем обогащения около 17 %.

В МОХ-топливе регенерат плутония смешивается не с регенератом урана, а с обедненным ураном, при этом весовое содержание плутония составляет 8–10 %. В случае РЕМИКС-топлива весовое содержание плутония не превышает 3,5 %.
 
Причем в обоих случаях речь идет о топливе для реакторов на тепловых нейтронах. В случае РЕМИКС-топлива имеется в виду реактор ВВЭР‑1000.

 

Каковы плюсы РЕМИКС-топливо по сравнению с другими видами топлива? Есть ли у него минусы?

—  К плюсам РЕМИКС-топлива я бы прежде всего отнес тот факт, что нейтронно-физические характеристики активной зоны реактора ВВЭР‑1000 при полной загрузке РЕМИКС- и традиционным урановым топливом практически не отличаются. Поскольку эти характеристики влияют на безопасность работы реактора, можно говорить о принципиальной возможности полной загрузки реактора ВВЭР‑1000 РЕМИКС-топливом. Что же касается МОХ-топлива, для него загрузка активной зоны ограничена, как правило, 30 %.

Кроме того, использование РЕМИКС-топлива приводит к экономии природного урана. Я думаю, что оценка в 20–25 % вполне справедлива. К этому следует добавить, что работа разделения, необходимая для обогащения урановой подпитки, практически не изменяется.
 
Наконец, важнейшая особенность РЕМИКС-топлива заключается в возможности рециклирования плутония без его существенной деградации. Иными словами, после переработки и соответствующего дообогащения РЕМИКС-топливо может многократного возвращаться в реактор, что приводит к существенному сокращению темпов накопления ОЯТ. МОХ-топливо за период работы деградирует настолько, что не может быть повторно использовано в реакторах на тепловых нейтронах.
 
Конечно, у каждой медали есть две стороны. Есть и проблемы, связанные с использованием РЕМИКС-топлива. В частности, ожидается, что затраты на обращение с ним будут несколько превышать соответствующие затраты для традиционного уранового топлива — это связано с необходимостью обеспечения радиационной безопасности в связи с появлением плутония и 235U в свежем топливе.

Значит, при производстве ­РЕМИКС-топлива необходима серьезная радиационная защита?

—  Да, конечно. Необходимы защита, дистанционное управление и, по возможности, автоматизация процесса производства. Это справедливо и для РЕМИКС-, и для МОХ-топлива.

 

Сколько циклов переработки может «пережить» РЕМИКС-топливо?

—  Проводились расчеты, подтверждающие возможность использования РЕМИКС-топлива в пяти циклах, но думаю, что количество циклов может быть и больше, так, чтобы соответствовать сроку эксплуатации реактора.

 

Какова экономика производства РЕМИКС-топлива по сравнению с MOX-топливом?

—  Стоимость производства РЕМИКС-топлива сегодня считается сравнимой со стоимостью производства МОХ-топлива; с учетом достигнутого уровня автоматизации при фабрикации уранового топлива она должна быть даже меньше.

 

Была ли проведена оценка стоимости его производства?

—  Такая оценка сейчас едва ли возможна. Определенные шаги в этом направлении предпринимались и предпринимаются, но я бы не рискнул давать оценку стоимости его производства, так же, как и МОХ-топлива для тепловых реакторов.

 

Плотность выгорания РЕМИКС-топлива выше, чем обычного?

—  Сегодня основные атомно-энергетические операторы стремятся повысить глубину выгорания топлива. С РЕМИКС-топливом может сложиться иная ситуация: его не нужно максимально выжигать, иначе просто нечего будет возвращать в цикл.

 

Могли бы вы рассказать о технологии переработки ОЯТ и получения РЕМИКС-топлива? Какие вопросы еще не решены? В чем заключается наибольшая сложность?

—  Сегодня в промышленном масштабе реализована только гидрометаллургическая технология переработки ОЯТ тепловых реакторов — так называемый PUREX-процесс, в основе которого лежит водная экстракция с использованием экстрагента — раствора трибутилфосфата. Предполагается, что технология производства РЕМИКС-топлива станет элементом технологии переработки ОЯТ реакторов ВВЭР‑1000, разработанной в Радиевом институте и реализуемой сегодня на ОДЦ ГХК. В основе нашей технологии лежит упрощенный PUREX-процесс, преимущества которого —исключение сброса жидких РАО в окружающую среду и создание полного замкнутого кислото- и водооборота.

Целевые продукты ОДЦ, заложенные в проекте: регенерат урана в виде закиси-окиси и так называемый плутониевый продукт— порошок смешанных оксидов на основе нептуния, регенерата урана и плутония. Плутониевый продукт может быть использован, как и предполагается в проекте ОДЦ, при фабрикации МОХ-топлива для реакторов БН, однако он не подходит для производства РЕМИКС-топлива из-за наличия 237Np. Таким образом, сегодня в проекте ОДЦ нет продукта для производства РЕМИКС-топлива; адаптация технологии ОДЦ для получения РЕМИКС-топлива заключается в оптимизации экстракционного цикла с целью исключения нептуния из состава плутониевого раствора, используемого при получении порошков смешанных оксидов.

 

Уже известно, какая технология получения плутониевого продукта будет использована в промышленной установке?

—  Окончательного решения пока нет. На ОДЦ будет реализована технология осаждения, а к моменту реализации промышленной установки, возможно, будет отработана и технология термической денитрации.

 

Правильно ли я понимаю: если изначально мощность ОДЦ была ориентирована на обеспечение производства МОХ-топлива, то придется столкнуться с нехваткой сырья для фабрикации РЕМИКСа?

—  Потребность в МОХ-топливе для быстрых реакторов сейчас окончательно не определена. На первом этапе на ОДЦ можно отрабатывать технологии производства как ­РЕМИКС-топлива для тепловых реакторов, так и МОХ-топлива для быстрых реакторов.

 

Позволяет ли эта технология перерабатывать «свежее», только что извлеченное из реактора ОЯТ?

—  Дело в том, что технология, которая будет использована на ОДЦ, изначально рассчитана на выдержку ОЯТ в течение не менее семи лет. Нет никакой необходимости перерабатывать ОЯТ с существенно меньшим временем выдержки.

 

Почему до сих пор в промышленности практически не используют регенерированный уран? Нет проверенных технологий? Или он дороже по сравнению с природным?

—  На самом деле примеры использования регенерированного урана есть. В частности, на «Маяке» перерабатывают топливо реакторов ВВЭР‑440. Полученный регенерат урана поступает на Сибирский химический комбинат, где его дообогащают и затем направляют на заводы, где изготавливают топливо для реакторов РБМК.

 

Позволит ли производство РЕМИКС-топлива существенно снизить потребление природного урана?

—  Есть разные оценки, но могу с уверенностью сказать, что экономия составит не менее 20–25 %.

 

А можно ли использовать для фабрикации обедненный уран, которого накоплено очень много?

—  Можно, но тогда это будет МОХ-топливо, с существенно большим, чем у РЕМИКС-топлива, содержанием плутония и невозможностью многократного рециклинга в тепловых реакторах.

 

На ваш взгляд, производство РЕМИКС-топлива позволит обеспечить нераспространение ядерных материалов?

—  Использование РЕМИКС-топлива позволяет фактически замкнуть цикл по плутонию в тепловых реакторах и тем самым приостановить процесс накопления энергетического плутония или даже (при определенных условиях) сократить его запасы. В этом смысле технология способствует нераспространению ядерных материалов.

 

Какого класса радиоактивные отходы образуются при производстве РЕМИКС-топлива?

—  Отходы в действительности образуются не в процессе производства РЕМИКС-топлива, а в процессе переработки отработанного ядерного топлива. Например, французы при переработке ядерных отходов на заводе на мысе Ла Аг сливают в океан порядка 100 тысяч кубометров НАО в год. Технология Радиевого института — это технология следующего поколения, которая полностью исключает сброс жидких радиоактивных отходов.

 

Образуются только твердые?

—  Да, на ОДЦ должны образовываться только твердые РАО: 0,15 м³ остеклованных ВАО, 0,1 м³ металлических ВАО конструкционных материалов ТВС и около 2,5 м³ цементированных САО на одну тонну переработанного ОЯТ.

 

Насколько популярна идея ­РЕМИКС-топлива в мире? Есть ли страны, которые продвинулись в его производстве дальше, чем Россия?

—  Российские ученые — авторы данной идеи. В этом году мы перешли от разговоров вокруг этой проблемы к практическим действиям, запустив проект по расчетно-экспериментальному обоснованию РЕМИКС-топлива. Другие страны пока лишь поглядывают в нашу сторону.

 

Как вы думаете, почему эта идея не востребована?

—  Ядерная энергетика — вещь чрезвычайно инерционная. Французы, однажды взявшись за работу с МОХ-топливом, не очень готовы «соскочить» с этого направления. В каждой стране, где есть атомная энергетика, существуют свои программы развития ядерно-энергетического комплекса, которые не меняются в одночасье. Кто-то должен продемонстрировать эффективность и целесообразность новых технологических подходов, и не исключено, что этот опыт может быть постепенно заимствован другими странами.

 

На какой стадии реализации сейчас находится проект?

—  Как я уже говорил, идея РЕМИКС-топлива существует около десяти лет. За это время было много публикаций по данной теме, презентаций и дискуссий на различных семинарах и конференциях.

В 2015 году работы по РЕМИКС-топливу перешли в практическую плоскость. В конце 2014 года вышел приказ ГК «Росатом» об организации междивизионального проекта по расчетно-экспериментальному обоснованию РЕМИКС-топлива, организацией-руководителем которого был определен Радиевый институт.
 
В соответствии с этим приказом был создан управляющий совет под председательством директора по государственной политике в области РАО, ОЯТ и ВЭ ЯРОО ГК «Росатом» О. В. Крюкова, разработан и утвержден ряд основополагающих документов, включая программу работ по расчетно-экспериментальному обоснованию РЕМИКС-топлива и так называемое решение об организации работ. Последний документ фактически регламентирует порядок проведения работ, определяя организации, участвующие в них, стоящие перед ними задачи и сроки их выполнения.
 
Главная цель на ближайшие два года состоит в том, чтобы изготовить и поместить на реакторные испытания три экспериментальные комбинированные кассеты для реактора ВВЭР‑1000 (типа ТВС‑2М), в каждой из которых будет по шесть твэл с РЕМИКС-топливом. Эти три кассеты должны быть загружены в один из энергоблоков Балаковской АЭС в мае 2016 года. Кроме того, в 2016 году в исследовательский реактор МИР в НИИАРе должны быть загружены около десятка экспериментальных твэл с РЕМИКС-топливом для облучения и последующего изучения характеристик этого топлива.
 
Для достижения поставленной цели необходимо решить две задачи: изготовить экспериментальные ТВС и внести изменения в условия действия лицензии Балаковской АЭС, чтобы получить разрешение на проведение научно-исследовательских работ. Вся документация, необходимая для внесения изменений в условия действия лицензии, подана в Ростехнадзор. Что касается производственной части, то укрупненная организационная схема выглядит следующим образом. Радиевый институт, как разработчик технологии производства порошков РЕМИКС-топлива, изготавливает порошок мастер-смеси этого топлива на площадке своего научно-экспериментального комплекса в Гатчине. Порошок направляется во ВНИИНМ, где изготавливаются таблетки для 18 твэл реактора ВВЭР‑1000 и экспериментальных твэл реактора МИР. Первая партия порошка мастер-смеси отгружена во ВНИИНМ 10 ноября 2015 года. Твэл для ТВС‑2М будут изготовлены на Сибирском химическом комбинате в первом квартале 2016 года, а во втором квартале НЗХК должен изготовить экспериментальные сборки и направить их на Балаковскую АЭС.

 

Из каких средств финансируется этот проект?

—  Проект финансируется из резервов ГК «Росатом».

 

Где планируется строить завод по фабрикации РЕМИКС-топлива?

—  Как вы уже поняли, порошки для производства РЕМИКС-топлива будут изготавливаться на строящемся сегодня опытно-демонстрационном центре Горно-химического комбината. Совершенно логично, с моей точки зрения, если завод по производству таблеток, твэл и ТВС будет организован здесь же. Я бы ожидал такого решения, тем более что у Горно-химического комбината уже есть подобный опыт. Как вы знаете, недавно там был запущен завод по фабрикации МОХ-топлива для быстрых реакторов.

 

Но пока это еще не решено?

—  Такого решения пока нет.

 

Сколько времени может занять принятие решения?

—  Думаю, многое будет зависеть от того, насколько успешно в середине 2016 года мы завершим текущие дела. Как я уже говорил, наша задача — загрузить экспериментальные ТВС не только в энергоблок Балаковской АЭС, но и в экспериментальный реактор МИР, поскольку для обоснования безопасности внедрения нового топлива необходимы, среди прочего, испытания в энергетических и исследовательских реакторах.

Материал предоставлен редакцией журнала Nuclear Safety

 

 

01.12.2015

Комментарии 0

Войдите или  зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии
Интервью