Замкнутый ядерный топливный цикл: принципы функционирования и перспективы развития Михаил Барышников, руководитель Департамента разработки инновационных продуктов АО "ТВЭЛ" и бывший председатель рабочей группы по обращению с отработавшим ядерным топливом Всемирной ядерной ассоциации, подробно разъясняет концепцию замкнутого ядерного топливного цикла и этапы его промышленного внедрения - рубрика "Вопросы и ответы" издания World Nuclear News. Как можно определить замкнутый топливный цикл? Замкнутый топливный цикл представляет собой систему, в которой отработавшее топливо, извлечённое из ядерного реактора, подвергается репроцессингу, а восстановленные ядерные материалы повторно используются для изготовления нового топлива. В современных легководных реакторах топливо выгорает не полностью: до 97% его массы составляет неиспользованный уран и плутоний. Оба этих элемента могут быть применены повторно для производства свежего топлива. Таким образом, замкнутый топливный цикл во многом является единственным практическим решением с точки зрения эффективного использования природных ресурсов и минимизации отходов. Однако из-за особенностей нейтронного спектра легководных реакторов традиционные установки такого типа допускают лишь однократную рециркуляцию плутония и двукратную или трёхкратную рециркуляцию урана. Как можно решить эту проблему? Перспективным решением является метод «разделения и трансмутации». Это технологический процесс, предполагающий разделение отработавшего ядерного топлива на различные компоненты для их оптимального использования. Данный подход предусматривает применение специализированных технологий, способных усовершенствовать существующие практики обращения с радиоактивными отходами. Чем это отличается от современных методов переработки отработавшего ядерного топлива? Во Франции и других странах, применяющих аналогичные методы, в процессе переработки из отработавшего ядерного топлива извлекаются только уран и плутоний. Остальные материалы рассматриваются как отходы. Восстановленные уран и плутоний повторно используются в качестве топлива в легководных реакторах, тогда как остаток остекловывается и направляется на окончательное захоронение. При таком подходе уран может быть повторно использован лишь два-три раза, поскольку накопление «чётных изотопов» существенно снижает эффективность топлива. Плутоний, как правило, применяется только однократно из-за аналогичных ограничений. Каким образом метод разделения и трансмутации позволяет усовершенствовать этот процесс? В рамках технологии разделения и трансмутации наряду с ураном и плутонием выделяется особая фракция, известная как «минорные актиниды» — наиболее долгоживущие и радиологически опасные компоненты отработавшего ядерного топлива. Эти элементы направляются на трансмутацию — процесс бомбардировки ускоренными частицами (либо в реакторе на быстрых нейтронах, либо в протонном ускорителе) для их преобразования в менее опасные изотопы. Особую перспективу в этом контексте представляют реакторы-размножители на быстрых нейтронах. Их ключевое преимущество заключается в способности работать на топливе, изготовленном из плутония, извлечённого из отработавшего топлива, что обеспечивает возможность многократной рециркуляции. В результате достигается значительное сокращение как объёма отходов, направляемых на окончательное захоронение, так и их долговременной радиологической опасности, одновременно повышается эффективность утилизации плутония. Требуются ли быстрые реакторы для трансмутации? Да, быстрые реакторы и передовая радиохимия играют ключевую роль в этом процессе. Наряду с этим необходима соответствующая инфраструктура, включающая транспортные контейнеры, радиохимические предприятия, заводы по изготовлению топлива и другие объекты. Кроме того, требуется интегратор, способный обеспечить согласованную работу всех элементов в едином цикле. Далее -- в Подробнее. Загрузить:
Кто может обеспечить такую инфраструктуру? Существует несколько вариантов. Как представитель АО «ТВЭЛ», могу с уверенностью утверждать, что российские компании в составе Госкорпорации «Росатом» уже разрабатывают подобные системы. Большая часть необходимой инфраструктуры, включая быстрые реакторы, радиохимические предприятия и заводы по фабрикации топлива, сосредоточена в России. Передача управления топливным циклом на аутсорсинг нашей организации позволяет зарубежным заказчикам эксплуатировать свои легководные реакторы без необходимости создания аналогичных объектов в своих странах, что существенно упрощает их задачу. ТВЭЛ известен как поставщик обогащённого урана – почему вы расширяете деятельность в сфере обращения с отработавшим ядерным топливом? Это решение продиктовано рыночной логикой. Природные запасы урана ограничены и представляют собой ценный ресурс, а его цена подвержена значительным колебаниям. Учитывая, что 96% отработавшего ядерного топлива составляет уран и около 1% – плутоний, мы уже обладаем технологиями для их извлечения и повторного использования. Кроме того, мы имеем компетенции в области эффективного управления радиоактивными отходами. Это позволяет нам предложить новый подход к организации ядерного топливного цикла, точнее – принципиально новый тип предложения в этой сфере. Фактически речь идёт о комплексной системе, включающей быстрые реакторы, транспортные контейнеры, радиохимические технологии и производство топлива из регенерированных ядерных материалов. Можно ли это сравнить с «лизингом» ядерного топлива? С юридической точки зрения такая модель не классифицируется как лизинг. Однако по сути она функционирует аналогичным образом: мы поставляем свежее топливо для реактора, осуществляем сбор отработавшего ядерного топлива для переработки и потенциально можем возвращать свежее топливо, изготовленное из регенерированных материалов. Какие технические проблемы остаются нерешенными? Безусловно, определенные вызовы сохраняются, однако они связаны преимущественно с совершенствованием существующих технологий и масштабированием инфраструктуры. Каковы следующие шаги по развитию данной системы? Наша ключевая задача заключается в доведении решения по оптимизации топливного цикла до уровня готового коммерческого продукта. Для этого необходимо разработать комплекс стандартов, охватывающих не только свежее и отработавшее топливо, но также радиоактивные отходы, образующиеся при переработке ОЯТ и трансмутации минорных актинидов. Нами уже созданы надежные упаковочные комплекты и эталонные образцы таких отходов, а также проработаны концепции объектов их окончательной изоляции. Однако, учитывая, что вопросы окончательного размещения радиоактивных отходов находятся в компетенции национальных операторов, предстоит значительный объем работ по адаптации данных технических решений к требованиям национальных законодательств и нормативных актов. Эта работа имеет принципиальное значение, поскольку ее успешная реализация позволит ядерной энергетике продемонстрировать полностью замкнутый и устойчивый цикл - от добычи урана и обогащения до рециклинга материалов и окончательного захоронения отходов. Какое количество стран рассматривает возможность внедрения ваших решений? Можно констатировать, что география нашего потенциального влияния весьма обширна. Хотя говорить о глобальном внедрении преждевременно, интерес к нашим решениям неуклонно растёт, как и число потенциальных клиентов для того, что сами потребители предложили называть "Устойчивым Ядерным Топливным Циклом". Повышает ли данное решение устойчивость ядерной энергетики с точки зрения инновационности? Безусловно. Ярким примером могут служить упомянутые ранее реакторы на быстрых нейтронах, которые представляют собой реакторы поколения IV - наиболее совершенные из существующих в настоящее время. Это же относится и к нашим радиохимическим процессам, технологиям фабрикации топлива и транспортным контейнерам. На каждом этапе мы используем самые передовые доступные технологии. Каковы перспективы развития замкнутого топливного цикла в ближайшие 50-100 лет? В долгосрочной перспективе замкнутый топливный цикл не имеет альтернатив. Отказ от его реализации приведет к неизбежному истощению природных ресурсов и накоплению неуправляемого объема радиоактивных отходов. Однако процессы, связанные с топливным циклом, характеризуются значительной временной протяженностью, что делает маловероятным его повсеместное внедрение в течение следующих 50 лет. Тем не менее, на период 100 лет можно с уверенностью прогнозировать глобальное распространение данной технологии как единственно устойчивой модели ядерной энергетики. |
Электронный портал ядерных знаний Республики Беларусь
Belarusian Nuclear Education and Training Portal - BelNET
