Владимир Рычин, AtomInfo.Ru, ОПУБЛИКОВАНО 25.03.2012

Проект "ПРОРЫВ" - главная надежда атомной отрасли России в первой половине века. Настало время выйти из лабораторий и НИИ, засучить рукава и сделать то, о чём говорил Энрико Ферми 27 мая 1946 года - замкнуть в промышленном масштабе топливный цикл на быстрых реакторах.

"Проект действительно амбициозен: россияне взялись за то, чего никто в мире ещё не делал. Речь о новой конкурентоспособной и коммерчески оправданной атомной энергетике, в которой исключены тяжёлые аварии, вместо 0,7% используется полный энергетический потенциал урана, решена проблема накопления ОЯТ и захоронения ВАО, технологически усилен режим нераспространения.

Причём, задача должна быть решена всего за 10 лет. Этот срок руководители проекта считают вполне реалистичным.

По словам Евгения Адамова, фундаментальных проблем нет, хотя объём инженерных задач весьма высок. Напомним, что в СССР от распоряжения сверху до получения первого плутония прошло всего три года. Может быть, в том числе поэтому идеологи "Прорыва" в управленческой части используют те же подходы".

"Страна Росатом", №7(52), март 2012, "Прорваться в будущее" (интервью с Вячеславом Першуковым и Евгением Адамовым).

Прорыв есть движение вперёд, на рынок, где мы, россияне, должны быть первыми. В противном случае, это не прорыв, а топтание на месте. О проекте "ПРОРЫВ" и возможностях международного сотрудничества размышляет обозреватель электронного издания AtomInfo.Ru Владимир РЫЧИН.

Торможение сотрудничества

Не надо быть семи пядей во лбу, чтобы догадаться - замыкать цикл и внедрять коммерческие быстрые реакторы лучше с партнёрами. Если Россия объединит усилия со странами, интересующимися этой технологией, то мы придём к цели быстрее и с меньшими затратами.

Кандидаты в партнёры пересчитываются по пальцам одной руки. Реальных претендентов ещё меньше. У Китая собственная игра с переходом в шпионские романы. Индия не готова к выводу бридеров в гражданский сектор. Японию трясёт после Фукусимы, Америку раздирают внутренние противоречия, Корея политически не может сделать ничего по замыканию цикла без согласия из Вашингтона.

Остаётся Франция, в былые времена - наш главный соперник, продвигавшийся с нами ноздря в ноздрю. На БОР-60 французы отвечали "Рапсодией", на БН-350 - "Фениксом", а на БН-600 и планы по малой серии БН-800 - "Суперфениксом", настоящим чудом реакторных технологией, непонятым современниками.

Казалось бы, "быстрозамкнутый" союз между Россией и Францией выглядит естественной сделкой и должен быть заключён вчера. С этим утверждением соглашаются в Москве и Париже, подписывают документы, готовят планы совместных работ и дают оптимистические интервью.

"Росатом и Комиссариат по атомной энергии и альтернативным источникам энергии (КАЭ) разрабатывают совместную дорожную карту по созданию реакторов нового поколения на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем.

Они соответствуют новым требованиям по ядерной безопасности, конкурентоспособности, минимизации и безопасному обращению с отходами, охране окружающей среды и устойчивому использованию топливных ресурсов и решению задач энергетической безопасности". (РИА Новости, ноябрь 2011 года).

Но отраслевые инсайдеры предупреждают: "Бить в барабаны рано!". К откровенности более всего склонны источники из США. Это очевидно, так как американцам торможение франко-российского сотрудничества по быстрым реакторам и ЗЯТЦ будет только в радость - конкуренты не успеют уйти далеко вперёд.

В одном из американских подписных профессиональных изданий, которое по уровню осведомлённости о положении дел в мировой атомной отрасли давно обогнало "Stratfor" и ЦРУ, появились комментарии от инсайдеров о ходе переговоров между Россией и Францией. Комментарии удручающие. Французы заключать союз не спешат.

В чём причина задумчивости французов? Возможно, дело в намеченных у них выборах президента, где есть некий ненулевой шанс победы кандидата от нелояльных к атому левых партий. Возможно, свою роль играет экономическая тема. Но возможно и то, что французы не до конца понимают - чего на самом деле хотят россияне и что такое проект "ПРОРЫВ".

Но сначала вспомним, чего хотят и как планируют свои быстрые программы наши потенциальные конкуренты и/или партнёры.

Планирование по-иностранному

Как планируют развитие быстрых реакторов и ЗЯТЦ в Индии? Грамотные управленцы, курирующие в правительстве Индии атомную программу, нарисовали чёткую и ясную дорожную карту.

Сначала в Индии войдёт в строй PFBR-500 - блок-прототип, своего рода аналог БН-500. Это реактор с натриевым теплоносителем и смешанным оксидным топливом. Теорема существования как для натрия, так и для MOX доказана за рубежом. Индийцы знают, что смогут такой аппарат построить, ввести в эксплуатацию и - самое главное! - обойтись при этом без тяжёлых аварий.

Далее за PFBR последует реактор CFBR. На нём отработают современные решения по натриевым установкам. Например, весь первый контур не будет выходить за пределы бассейна. Парогенераторов на петлю станет меньше, но они будут выше (или длиннее). КИУМ поднимут до 85%, выгорание удвоят. В радиальной защите применят ферробор вместо нержавейки и карбида бора, а также сделают много других усовершенствований.

Самое главное - CFBR будет построено шесть штук, причём для первых двух уже выбрано место. Подпирать их будут предприятия топливного цикла, размещённые вблизи блоков. Их проектирование уже стартовало.

Сроки ввода шести CFBR - период до 2025 года. Топливо CFBR - такое же смешанное оксидное, но для одного или двух последних блоков в серии предусматривается переход на неосвоенное в мире металлическое топливо.

Индийцы не торопятся ставить в экспериментальный для себя реактор экспериментальное для всех в мире (!!!) топливо. Они последуют в этом заветам тимстеров, которые "будут готовы только тогда, когда будут вполне готовы и не раньше". Между прочим, это верный modus operandi.

Прототип и шесть коммерческих реакторов - это реальное внедрение быстрых технологий, о котором так много говорят в высшем руководстве Российской Федерации и которое случится в Индии. Основой индийского успеха будет ставка на проверенные за предыдущие полвека технологии натриевого теплоносителя и MOX-топлива. Получив в своё распоряжение парк быстрых реакторов, не имеющий равных в мире, индийские коллеги сделают следующий шаг - приступят к освоению металлического топлива и достижению своей главной цели по ускоренному воспроизводству делящихся материалов.

Если из описанной схемы изъять хотя бы один компонент - или натрий, или MOX - то индийская стратегия разрушится как карточный домик. К великому счастью индийцев, чиновники в их правительстве понимают это и обещают не допустить развала.

Но станут ли индийцы замыкаться только в натриевом домике? Конечно же, нет. Параллельно идёт движение по линии ториевых реакторов, способных в потенциале стать технологией №1 в атомной отрасли Индии. Проект первого реактора AHWR-300 закончен, проходит экспертизу у регуляторов и дожидается выделения площадки.

Кроме тория, Индия с интересом перебирает на академическом и лабораторном уровнях другие потенциально выигрышные технологии. Например, ADS-системы, включающие в себя подкритический реактор и ускоритель. Охотно верится в то, что за ними будущее. Но будущее отдалённое, из тех времён, когда мы будем регулярно летать на Марс. А задачи сегодняшнего дня для индийцев будут решать старые проверенные натриевые реакторы с MOX-топливом.

Стратегическое атомное планирование во Франции не столь грандиозно, как у индийцев. Но и здесь мы видим строгость мышления и чёткие ориентиры. У французов на передовые позиции выдвинется проект ASTRID - быстрый натриевый реактор IV поколения с MOX-топливом.

Если в выборе технологии для основной линии развития французский и индийский подходы совпадают, то как альтернативу две страны выбрали разные концепции. У индийцев это ториевый реактор, у французов - быстрый реактор с газовым теплоносителем.

Общие черты обеих альтернатив можно увидеть в исполнении программы действий - альтернативные проекты растут естественным путём, не отбирая сил и ресурсов у главного направления (натрий/MOX). Нет также и стремления к прыжкам через ступеньки, "из феодализма в социализм". Так, первый опытный быстрый газовый реактор ALLEGRO у французов будет иметь мощность всего 50-100 МВт(тепловых!!!) и обойдётся без турбинной части. По факту, это экспериментальный или исследовательский реактор, а не энергоблок.

Страны, обладающие выверенными стратегиями развития быстрых реакторов и ЗЯТЦ, вправе услышать от России о нашей собственной стратегии, прежде чем договариваться с нами о сотрудничестве. Мы в ответ должны говорить о проекте "ПРОРЫВ". Но соответствует ли он чаяниям международного сообщества? Не собирается ли Россия идти не в ногу?

Свинец и натрий, MOX и нитрид

Не секрет, что вокруг "ПРОРЫВа", вокруг ближайших планов по строительству новых быстрых блоков и выбора типа топлива ходит немало слухов. Озвучивать их не будем. По соображениям этики, перед оглаской слухов положено их проверять. Но именно этого делать не хочется, так как есть более чем твёрдое убеждение - слухи эти правдивы.

Вместо этого разберём - что будет, если в проекте "ПРОРЫВ" основная ставка будет сделана на свинцовом теплоносителе и нитридном топливе.

Проектанты советского закала знают, в чём состоит сходство идеи и женщины - в голом виде и та, и другая одинаково привлекательны. Но у этой поговорки имеется продолжение: "…а также одинаково неприличны".

Концепция реакторов БРЕСТ со свинцовым теплоносителем и нитридным топливом, обладающих естественной безопасностью, очень красива и перспективна. Её обязательно нужно развивать к удовольствию её приверженцев и невзирая на возражения её противников.

Но бьёт ли БРЕСТ натриевые реакторы с MOX-топливом? Нет, считать так было бы некорректно. И возможный перекос в рамках проекта "ПРОРЫВ" в сторону свинцовых реакторов, буде такой случится, с технической точки зрения ничем не оправдан.

К достоинствам БРЕСТа причисляют естественную безопасность. Но этот же термин можно успешно применить к реакторам БН. Натриевые аппараты обладают хорошей особенностью - промежуточным контуром. Объяснять, насколько и почему это важно с точки зрения безопасности, не стоит.

Сделаем отступление. Само понятие "естественная безопасность" до сих пор вызывает споры среди специалистов, и единого мнения о нём нет.

В качестве примера можно процитировать фрагмент из заключения научно-технической экспертизы проекта БРЕСТ-ОД-300, опубликованного в книге академика Ф.М.Митенкова "Творцы ядерного века", М: ИздАТ, 2004, стр. 185-197.

"Подводя итог сказанному, следует констатировать, что понятие естественная безопасность нового содержания практически не несёт. И в случае свинцового теплоносителя, как и в случае натриевого, безопасность реактора достигается за счёт целенаправленного выбора схемных и конструктивных решений, резервирования части оборудования и систем, реализации необходимых обратных связей (по знаку и значению), применения самосрабатывающих защитных устройств и физических барьеров на путях возможного распространения радиоактивных продуктов при тяжёлых авариях".

Свинец лучше натрия по многим физическим свойствам. Резонное утверждение, с которым не поспоришь. Но в РУ нет свинца или натрия, там есть свинцовый или натриевый теплоносители. Сравнивать их пока бесполезно, так как натриевый теплоноситель промышленно внедрён, а свинцовый теплоноситель существует только на уровне НИР.

Натриевый теплоноситель поведёт себя плохо только в тех случаях, когда он попадает на воздух из первого или второго контуров, то есть, при течах. Свинцовый теплоноситель коварен в нормальной эксплуатации и требует узкого интервала по концентрациям примесей кислорода. Если кислорода будет чуть больше, чем необходимо, то контур забьётся окислами. А если чуть меньше, то контур и оболочки твэлов/кассет со временем можно потерять в прямом смысле этого слова - в бескислородном режиме свинец хорошо растворяет металлы.

Свинец - тяжёлый металл. Настолько тяжёлый, что оксидное топливо в нём, скорее всего, не утонет. Плотности оксидной таблетки и свинца сравнимы между собой, но оксидный кориум будет непременно легче исходной таблетки из-за смешивания материалов топлива и оболочки. Поведение при тяжёлых авариях всплывшей к верху реактора бывшей активной зоны обязательно должно стать объектом тщательных исследований и пристального внимания.

Утопить расплав в свинце получится, если использовать не оксидное топливо, а более плотное нитридное. Но есть проблема. Накопленный в мире опыт по облучению нитридов невелик. Без учёта нашей страны, он составляет порядка 50 кг как по смешанному, так и по урановому топливам.

Россия - а точнее, СССР - лидер по облучению нитридного топлива, но даже если добавить отечественные показатели, говорить об обоснованности и готовности нитридного к промышленному внедрению несколько рискованно.

Сравнение двух технологий можно продолжать бесконечно. На каждый аргумент найдётся контраргумент, а на него - свой контрконтраргумент. Но ясно одно. Говорить сегодня с полной уверенностью о том, что связка свинец/нитрид однозначно лучше связки натрий/оксид, нельзя.

Как же тогда следует поступать?

Выводы на перспективу

Первое и самое важное - ни в коем случае нельзя поддаваться веяниям текущего момента и впадать в крайности и радикализм. Нельзя блокировать альтернативный путь развития быстрых реакторов с тяжёлометаллическим теплоносителем под предлогом их "бумажности". Но нельзя и тормозить натриевое направление, первым из всех быстрых достигшее стадии зрелости, пусть ещё и ранней.

Для свинцовых реакторов нужно развивать экспериментальную базу. Нужно строить и пускать новые стенды и модернизировать существующие. Первый шаг к этому сделан в ГНЦ РФ-ФЭИ с вводом стенда "СПРУТ". Следующим должно быть создание масштабированного макета с электронагревом.

Свинцовую технологию пора переводить из разряда бумажных в железные. Хороший способ, как это делается, подсказывают французы - вспомним об ALLEGRO с тепловой мощностью 50-100 МВт и без электрической части. Исследовательский реактор с условным названием БРЕСТ-30 были бы рады заполучить многие площадки госкорпорации.

Натрий должен идти своим чередом - поспешать не торопясь, но без вынужденных остановок.

Пора, наконец, решить вопрос с обеспечением MOX-топливом блока БН-800. Это важно для России, так как у БН-800 есть, среди прочего, задача по исполнению договорённостей с Америкой об утилизации оружейного плутония. Не стоит кивать на то, что американцы и сами опаздывают с выполнением соглашения - они в союзе с французами уложатся в те сроки, которые наметили, и могут поставить Россию в крайне неудобное положение "нарушителя конвенции".

Пора чётко и внятно сказать, когда и где будет построен БН-1200, а самое важное - кто, где и по каким технологиям создаст для него таблеточное производство MOX-топлива. Пора определиться, сколько блоков с БН-1200 будет построено после демонстрационного аппарата, и какие задачи на них будут возложены - ликвидация накопленных запасов ОЯТ, обслуживание ОЯТ будущих легководных реакторов или, может быть, обеспечение расширенного воспроизводства топлива для широкомасштабной атомной энергетики.

Пора определиться также, когда в действующие блоки с БН можно будет начинать загружать первые опытные партии нитридного топлива для проверки его в реальных условиях эксплуатации.

Говоря коротко, российская стратегия развития быстрых реакторов должна быть в идеале детализирована широкими мазками на уровне индийской. Тогда и нам, и нашим коллегам станет предельно ясно, к чему мы стремимся и чего мы собираемся достичь.

Ясность целей при сохранении проверенного нашими предшественниками подхода - прошедшие демонстрацию технологии внедряются, перспективные изучаются на уровне НИР и НИОКР и выходят на этап демонстрации - поможет россиянам договариваться о международном сотрудничестве и партнёрстве по быстрым реакторам и ЗЯТЦ.

Истинный прорыв будет возможен, если россияне будут работать вместе с коллегами из Франции, а в будущем, можно надеяться, и из Индии. Без "работы вместе" прорыв превратится в "бег на месте". Но для успеха сотрудничества нужно следовать проверенным схемам, а не пытаться обмануть естественный ход вещей. Иначе прорыв состоится, да только не у нас, а в Индии.

Электронное издание AtomInfo.Ru собирается продолжать публикации по теме развития отечественных быстрых реакторов и ЗЯТЦ. Статью нашего обозревателя мы публикуем в порядке приглашения к дискуссии.