Доктор технических наук Александр Курский, руководитель направления рассказал о Федеральном проекте № 2 «Создание современной экспериментально-стендовой базы для разработки технологий двухкомпонентной атомной энергетики с замкнутым ядерным топливным циклом».
Создание экспериментально-стендовой базы – основа для реализации проекта № 1, «двухкомпонентная атомная энергетика». В настоящее время стоит задача кардинального обновления экспериментальной базы для направления реакторов на быстрых нейтронах, и для этого действительно пришло время. В текущем десятилетии предстоит ввести в эксплуатацию новый исследовательский реактор на площадке НИИАР, поскольку действующий реактор на быстрых нейтронах БОР-60 эксплуатируется с 1969 года. Радиохимические комплексы также сооружены более полувека лет назад, и необходимо своевременно ввести новые. В связи с этим в рамках федерального проекта поставлены научные и практические задачи. Это техническое перевооружение реактора БОР-60 с целью продления его срока эксплуатации, насколько это возможно с точки зрения безопасности. Также это НИОКР: по завершению технического проекта многофункционального быстрого исследовательского реактора (МБИР). Должно быть завершено конструирование оборудования для полифункционального радиохимического исследовательского комплекса (ПРК) в Димитровграде.
Из практических мероприятий предстоит техническое перевооружение топливного комплекса для МБИР; будет выполнен основной объем работ по сооружению МБИР и ПРК. Основное предназначение реактора МБИР, как и его предшественника БОР-60 – изучение перспективных видов ядерного топлива, поглощающих и конструкционных материалов, как для реакторов на быстрых нейтронах, так и для других направлений. По мере вывода из эксплуатации основного изотопного реактор СМ-3, МБИР также должен взять на себя эту функцию и нарабатывать как уже известные, так и новые изотопы различного назначения. Это диагностические и терапевтические гамма– и альфа-излучатели для отечественных и зарубежных клиник. Ряд задач не были в свое время реализованы на БОР-60 и предусмотрены на МБИР. Это создание нейтронных пучков для прикладных и медицинских целей, ядерное легирование кремния, нейтрон-активационный анализ для изучения структуры вещества; возможна реализация нейтронно-захватной терапии для лечения онкологических больных.
Вторая важная задача – утилизация долгоживущих нуклидов в отработавшем топливе. Проблему трансмутации минорных актинидов во всем накопленном ОЯТ с помощью исследовательских реакторов на быстрых нейтронах не решить, и предусмотрена технология жидкосолевых реакторов, однако решение частной задачи по утилизации нептуния и америция на МБИР, БН-800 и других установках позволит уменьшить накопление высокоактивных отходов. Изготовление так называемых «мвэл» для утилизации актинидов в МБИР и БН-800 – это один из значимых результатов, который должен быть получен по результату проекта.
Ещё важная задача, которая раньше не была реализована – исследование топлива в переходных и особенно аварийных ситуациях, в том числе при тяжелых авариях, например с потерей теплоносителя (LOCA). Это испытания в петлевых автономных установках, которые будут монтироваться с определенной периодичностью. Петлевые испытания позволяют полностью обосновать работоспособность топлива как для Ростехнадзора, так и для экспорта технологий быстрых реакторов. Легководное направление сегодня располагает соответствующей испытательной базой (это петлевой реактор МИР), а теперь подобная система будет создана и для быстрых реакторов.
Основные исследования на реакторе МБИР будут проводиться в активной зоне, в отражателе нейтронов, в корпусе. Также они будут проводиться на выносных нейтроноводах – горизонтальных и вертикальных экспериментальных каналах. В нашем распоряжении будет современный реактор, удовлетворяющий всем требованиям постфукусимских стресс-тестов. Так, предусмотрены два симметрично расположены блока системы аварийного охлаждения теплоносителя; пассивная система постоянно подключена к реактору и позволяет как расхолодить реактор, так и снимать остаточное тепловыделение при потере всех видов электропитания.
В рамках НИОКР будет завершено обоснование экспериментальных возможностей как в самой активной зоне (в центре, на периферии), так и в бериллиевом отражателе и трех автономных петлях. Проектом предусмотрены строительные конструкции для трех петлевых установок и оборудование для последующего монтажа.
Экспериментальные возможности реактора МБИР позволят в течение года достигать повреждающей дозы до 40 сна, тем самым в течение года мы обеспечим необходимые повреждающие дозы для конструкционных и оболочечных материалов. В течение двух-трех лет мы будем получать необходимые облучения для топлива при нормальной эксплуатации энергетического реактора, а в течение четырех-пяти лет – для аварийных режимов, в том числе с повреждением топлива.
Конкурентные преимущества МБИР будут не только способствовать развитию технологий быстрых реакторов, но и привлекут к нам зарубежных исследователей. Преимущества – прежде всего проектный спектр и плотность потока нейтронов; также это широкие экспериментальные возможности, включая автономные петлевые установки. Мы будем опираться на освоенные технологии реактора БОР-60, но при современном уровне безопасности. Также на площадке НИИАР реализованы топливный цикл, есть инфраструктура послереакторных исследований; впоследствии эти функции возьмёт ПРК.
У МБИР есть конкуренты в мире. В США после аварии Три-Майл-Айленд принято решение, что все исследования перспективных топливных материалов проводятся непосредственно в активной зоне энергоблоков легководных реакторов. Эта стратегия работала, пока не было принято решение параллельно развивать технологию быстрых реакторов. В настоящее время есть проект реактора VTR; при сопоставимых уровнях нейтронного потока МБИР имеет три преимущества. Первое – освоенная технология БОР-60; второе качество исследовательского реактора – поток на единицу мощности (этим определяется облучательная способность в ячейках); и третье, пожалуй главное для конкурентной борьбы – более ранний срок ввода в эксплуатацию (2028 год против прогнозируемого 2030). Опасения вызывают лишь сроки сооружения петлевых установок; мы предполагаем, что в проекте VTR петли также предусмотрены. Чтобы выиграть, до 2024 года мы должны отработать технологию штатного массового изготовления топлива, аттестовать расчетные программы обоснования безопасности, зав
ершить технический проект. Это даст возможность изготовить и смонтировать нестандартное оборудование натриевых контуров и систем безопасности, обеспечить штатную стартовую загрузку активной зоны, своевременно получить лицензию на эксплуатацию и обеспечить в установленные сроки физпуск в 2027 году, а энергетический – в 2028 году. В научно-техническом аспекте решены не все вопросы петлевых установок, но в ближайшее время пройдет совместное заседание первой и восьмой секций НТС Росатома, и будут рассмотрены задачи создания петлевых установок, их конструктив, и сформированы предложения по сооружению трех петлей. Предполагаем, что это будет натриевая, свинцовая и гелиевая петли. Идеально к моменту пуска реактора сконструировать все три, причем центральную с наибольшим нейтронным потоком соорудить и вводить в эксплуатацию совместно с реактором.
Для решения проблемы завершающей стадии топливного цикла реакторов на быстрых нейтронах сооружается полифункциональный радиохимический комплекс ПРК; в перспективе он будет перерабатывать отработавшее топливо быстрых реакторов, возвращая в топливный цикл делящиеся материалы и минорные актиниды (в мавэлах, изготовление которых будет отработано в ближайшие год-два).
После вывода из эксплуатации радиохимического и материаловедческого комплекса НИИАР, совместная работа ПРК и МБИР станет безальтернативной. Вся перспективная деятельность невозможна без НИОКР, которые проводились в предыдущие десятилетия и будут завершены в рамках федерального проекта. Само оборудование ПРК является объектом НИОКР: будут спроектированы и сооружены более 20 универсальных технологических модулей под различные технологии переработки топлива и РАО, с возможностью взаимозамещения и ремонта без ущерба всей технологической цепочки. Также в рамках федерального проекта будет проведено расчетно-экспериментальное обоснование на радиационную безопасность, для получения дальнейшей лицензии на эксплуатацию ПРК.
В результате выполнения этих НИОКР в рамках выполнения ФП-2 будет обеспечен своевременный ввод в эксплуатацию реактора МБИР, как установки с экспериментальным оборудованием, позволяющим проводить исследования сразу после пуска реактора. НИОКР создадут максимальный задел для завершения сооружения полифункционального радиохимического комплекса. Тем самым в текущем десятилетии будет обновлена экспериментальная стендовая база, и это станет основанием для развития направления реакторов на быстрых нейтронах, и всей двухкомпонентной энергетики.
Алексей Комольцев для журнала РЭА (по материалам доклада)
