Росатом сделал новый шаг на пути к замыканию ядерного топливного цикла — ​во время планового ремонта в активную зону реактора БН‑800 энергоблока № 4 Белоярской АЭС была загружена очередная порция МОКС-топлива. Теперь его доля составляет 60 % от общего объема активной зоны. В конце января 2022 года энергоблок вышел на номинальный уровень мощности.

Россия первая начала и в настоящее время ведет огромную работу по замыканию ядерного топливного цикла с использованием быстрых реакторов. БН‑800 расшифровывается как «быстрый натриевый, мощностью 800 МВт». Блок с этим реактором был запущен в декабре 2015 года, и с самого начала его главной задачей было получение полномасштабного опыта работы в реакторе МОКС-топлива, а также опыта обращения с облученными ТВС с МОКС-топливом, включая его переработку.

МОКС-топливо означает «смешанное оксидное» (mixed oxide). Первый компонент смеси — ​оксид плутония. Для топлива используют низкофоновый плутоний, полученный после переработки облученного ядерного топлива (ОЯТ) для быстрых натриевых реакторов, а также высокофоновый плутоний, который получают из облученного топлива для реакторов ВВЭР. Отличие высокофонового плутония от низкофонового плутония в изотопном составе. Например, в высокофоновом плутонии более высокое содержание четных изотопов, которые накапливаются в энергетических реакторах (БН, ВВЭР, РБМК) и могут «сжигаться» в быстрых реакторах.

Второй компонент — ​обедненный уран, который образуется на стадии обогащения. Да, это тот самый уран, который по неосведомленности называют «отходом». Росатом, создавая МОКС-топливо, на практике показывает, что «отход» — ​это сырье для топлива нового поколения.

Опытные тепловыделяющие сборки (ТВС) с МОКС-топливом, изготовленные в Научно-­исследовательском институте атомных реакторов (входит в Росатом) были загружены в активную зону при первой же загрузке в 2015 году. Промышленная фабрикация началась в конце 2018 года, а первая партия серийных ТВС была загружена в БН‑800 в начале 2020 года. Авторитетный журнал Power признал это событие одним из 12 главных за тот год. А во время планово-­предупредительного ремонта в начале 2021 года впервые перегрузку выполнили только МОКС-топливом, загрузили 160 ТВС.

В целом, процедура перехода на активную зону, полностью состоящую из ТВС с МОКС-топливом, простая. Перегрузки идут по штатной схеме, в каждую остановку реактора на перегрузку обновляется одна треть общего количества ТВС активной зоны. Планируется, что она будет полностью заполнена МОКС-топливом уже в этом году.

И производство топлива, и работа реактора безопасны. При оценке перспективных проектов реакторов по критериям устойчивого развития в рамках международного проекта ИНПРО еще в 2012 году проект БН‑800 на МОКС-топливе признан соответствующим требованиям к реакторам поколения III+. При производстве топлива с высокофоновым плутонием все технологические операции полностью автоматизированы. Перегрузочный тракт БН‑800 также автоматизирован, ручные операции при перегрузке сведены к минимуму.

Особенность компоновки БН‑800 заключается в том, что активная зона окружена зоной воспроизводства, которая заполняется обедненным ураном. Благодаря облучению, обедненный уран в этой зоне превращается в ядерный материал, из которого можно делать новые порции ядерного топлива. В этом и заключается суть замкнутого ЯТЦ: максимально использовать возможности природного урана и минимизировать количество отходов. Поскольку в природном уране содержание изотопа U‑235 составляет меньше 1 %, вовлечение в топливный цикл обедненного урана в перспективе может увеличить количество топлива, получаемого из одной порции природного урана, в несколько десятков раз.

Помимо воплощения «в железе» замкнутого ЯТЦ с использованием быстрого натриевого реактора, Росатом также ведет первый в мире проект по замыканию ЯТЦ на базе быстрого свинцового реактора — ​«Прорыв».

В рамках «Прорыва» уже строятся реактор БРЕСТ‑300 мощностью 300 МВт и модуль фабрикации-­рефабрикации топлива, началось проектирование модуля переработки облученного топлива. Для БРЕСТ‑300 будут использовать уникальное СНУП-топливо. Его особенность в том, что для него будут использовать не оксиды, а нитриды урана и плутония. СНУП имеет большую плотность по сравнению с МОКС и, как следствие, — ​лучшее воспроизводство плутония. В настоящее время идут испытания СНУП-топлива, исследуются его характеристики.

Наконец, в Росатоме активно прорабатывается проект более мощного быстрого натриевого реактора — ​БН‑1200. В сентябре прошло объединенное заседание трех научно-­технических советов, где оценивался усовершенствованный с учетом проекта «Прорыв» вариант реактора БН‑1200М. В результате он был одобрен.

Задача БН‑1200 — ​осуществить экономически эффективное замыкание ­ядерно-­топливного цикла в промышленных масштабах и обеспечить переход к двухкомпонентной атомной энергетике. Предполагается, что реакторы ВВЭР и БН будут работать в технологической связке. В настоящее время специалисты выбирают оптимальное соотношение количества быстрых и тепловых реакторов.

Экономическая эффективность БН‑1200 достигается за счет новых проектно-­конструкторских решений и современных технологий в строительстве, машиностроении и т. д. В частности, новая компоновка оборудования позволит использовать те же габариты главного корпуса, что и у БН‑800, несмотря на увеличение мощности энергоблока. За счет уменьшения длины трубопроводов и современных модификаций другого оборудования удастся снизить металлоемкость, запланированы и другие нововведения.

Для БН‑1200 многое уже готово: вспомогательные коммуникации, инженерные сети и системы, объекты выдачи электрической мощности в энергосистему и даже корпус сборки реактора (реакторы БН, в отличие от ВВЭР, не привозят с завода готовыми, их собирают на площадке) уже созданы во время возведения БН‑800.В пресс-­службе Белоярской АЭС сообщили, что строительство нового блока планируют завершить к 2035 году.