На Белоярской АЭС в реакторе БН-800 впервые в мире завершили программу опытно-промышленной эксплуатации МОКС-топлива, в состав которого были добавлены минорные актиниды — америций-241 и нептуний-237. Три экспериментальные сборки загрузили летом 2024 года, после чего они прошли три топливных микроцикла, следует из сообщения госкорпорация «Росатом» . Остыв, их отправили для изучения после облучения.
Фото: В госкорпорации «Росатом» успешно реализована уникальная в мировой практике программа по использованию ядерного топлива, содержащего минорные актиниды. Источник: Госкорпорация «Росатом».
Что такое минорные актиниды и почему их важно удалять?
Уничтожение минорных актинидов (нептуний, америций, кюрий) путём их «выжигания» в реакторах — это основа атомной энергетики четвёртого поколения. Хотя эти элементы составляют лишь малую часть массы отработанного топлива, именно они обеспечивают основную долю его радиоактивной токсичности и долгоживучести (их периоды полураспада достигают сотен тысяч лет). Их удаление способно в сотни раз ускорить достижение состояния, когда радиационная опасность сравняется с исходным ураном, и заметно сократить объём отходов, подлежащих глубинному захоронению.
Опыт и планы России в замкнутом топливном цикле
Россия уже включает в топливный цикл регенерированный уран и плутоний. Наиболее действенный метод ликвидации минорных актинидов — трансмутация в реакторах на быстрых нейтронах. У страны есть значительный опыт: более 40 лет эксплуатации БН-600 и с 2016 года — БН-800. В планах — строительство БН-1200М.
Как заявил Александр Угрюмов (компания «ТВЭЛ»), следующим шагом станет повышение доли миноров в МОКС-топливе, их интеграция в нитридное СНУП-топливо и применение гетерогенного выжигания — в отдельных тепловыделяющих элементах или сборках.
Директор Белоярской АЭС Юрий Носов подчеркнул, что полученные результаты позволят в десятки раз уменьшить количество отходов, требующих изоляции. За 60 лет работы один реактор способен переработать около 4 тонн минорных актинидов — это больше, чем образуется в нескольких тепловых реакторах.
Программа была согласована с Ростехнадзором. Опытные сборки изготовили на Горно-химическом комбинате в Железногорске, где также разрабатывается исследовательский жидкосолевой реактор для промышленной утилизации миноров. Технологию извлечения и разделения америция, кюрия и нептуния создали в Бочваровском институте, там же разработали метод их включения в таблетки МОКС-топлива.
Энергетика четвёртого поколения и лидерство России
Энергосистемы четвёртого поколения гарантируют высокую эффективность, безопасность и сокращение отходов. Россия занимает лидирующие позиции в их создании: уже начаты предпроектные работы по реактору БН-1200М, а в Томской области строится АЭС с установкой БРЕСТ-ОД-300 и замкнутым топливным циклом.
Реакторы на быстрых нейтронах используют жидкометаллический теплоноситель, эффективно применяют плутоний и способны вырабатывать больше топлива, чем потребляют, а также «дожигать» высокоактивные актиниды. В тепловых реакторах используется лишь около 1% урана.
Реакторы на быстрых нейтронах принципиально меняют структуру ядерной энергетики, превращая её из линейной в замкнутую. В традиционных тепловых реакторах, работающих на медленных нейтронах, цепная реакция поддерживается с участием урана-235, природные запасы которого невелики — всего около 0,7% от общего урана. Оставшиеся 99,3% урана-238 остаются в отработанном топливе как «отходы» или перспективный ресурс. В условиях быстрого спектра нейтронов уран-238 способен захватывать избыточные нейтроны и превращаться в плутоний-239, который является отличным ядерным топливом. Таким образом, вместо того чтобы выбрасывать 99% потенциальной энергии, быстрый реактор использует её как базовый ресурс, увеличивая эффективность использования природного урана в несколько десятков раз. Речь идёт не о проценте, а о порядке величины: запасы урана, которых при тепловых технологиях хватило бы на столетие, при замыкании цикла обеспечат энергетику на тысячелетия.
Наконец, интеграция быстрых реакторов в энергетическую систему позволяет создать кластерную инфраструктуру: замкнутая цепочка включает реактор, завод по переработке отработавшего топлива и фабрику по изготовлению свежих тепловыделяющих сборок. Вместо непрерывной добычи руды и захоронения отходов образуется цикл, где уран и плутоний не покидают пределов атомной станции в виде отходов, а циркулируют многократно. Такой подход не только увеличивает ресурсную базу, но и делает ядерную энергетику значительно более чистой с точки зрения радиационной нагрузки на биосферу. Развитие этого направления, несмотря на технологическую сложность, является стратегически наиболее эффективным способом перевести атомную энергетику на качественно новый уровень устойчивости и экологической приемлемости.
По оценкам ведущих международных аналитических центров, объём рынка технологий трансмутации ядерных отходов способен в ближайшие десятилетия взлететь до десятков миллиардов долларов. Причина тому — жёсткая необходимость: государства с развитой атомной энергетикой вынуждены вкладывать колоссальные ресурсы в решение проблемы долгоживущих отходов, сообщает журнал «Химагрегаты».