Вышла в свет книга Б.И.Нигматулина и В.А.Пивоварова «Реакторы с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем. История трагедии и фарса». Подробнее 

Михаил Барышников, руководитель департамента разработки инновационных продуктов российской компании Tenex и бывший председатель рабочей группы Всемирной ядерной ассоциации по отработанному ядерному топливу, объясняет, что такое замкнутый ядерный топливный цикл и как он разрабатывается.

Как бы вы описали замкнутый топливный цикл? 

Замкнутый топливный цикл — это система, в которой топливо, извлечённое из ядерного реактора, перерабатывается, а полученные ядерные материалы повторно используются для создания нового топлива. В современных легководных реакторах топливо не выгорает полностью. Фактически до 97 % его массы составляет несгоревший уран и плутоний. Оба этих элемента можно повторно использовать для создания нового топлива. Таким образом, замкнутый топливный цикл во многих отношениях является единственным практическим решением, если мы говорим об эффективном использовании природных ресурсов и минимизации отходов. Однако из-за особенностей нейтронных спектров легководных реакторов обычные легководные реакторы могут поддерживать только один цикл переработки плутония и два или три цикла переработки урана.

Что можно сделать, чтобы решить эту проблему?

Перспективным решением является «разделение и трансмутация». Это технический процесс, который предполагает разделение отработанного ядерного топлива на различные компоненты для их оптимального использования. В рамках этого процесса применяются специальные технологии, которые могут улучшить существующие методы обращения с отходами.

Чем это отличается от существующих методов переработки ядерного топлива?

Во Франции и других странах, использующих аналогичные методы, из отработанного ядерного топлива в процессе переработки извлекаются только уран и плутоний. Остальные материалы считаются отходами. Извлечённые уран и плутоний затем повторно используются в качестве топлива в легководных реакторах, а остальное остекловывается и отправляется на окончательную утилизацию. При использовании этого метода уран можно повторно использовать только два или три раза, так как накопление «чётных изотопов» значительно снижает эффективность топлива. Плутоний обычно используется только один раз из-за аналогичных ограничений.

И как же разделение и трансмутация улучшают ситуацию?

При разделении и трансмутации урана и плутония также извлекается критическая фракция, известная как «малые актиниды» Это наиболее долгоживущие и опасные компоненты отработанного ядерного топлива. Малые актиниды затем подвергаются трансмутации — процессу, при котором они бомбардируются ускоренными частицами (либо в реакторе на быстрых нейтронах, либо в протонном ускорителе) для преобразования в менее опасные элементы. Реакторы-размножители на быстрых нейтронах особенно перспективны в этом отношении, поскольку они могут работать на топливе, изготовленном из плутония, извлечённого из отработанного ядерного топлива, что позволяет многократно использовать его. В результате значительно сокращается объём и долгосрочная опасность отходов, предназначенных для окончательного захоронения, а плутоний расходуется гораздо эффективнее.

Для трансмутации нужны быстрые реакторы? 

Да, быстрые реакторы и передовая радиохимия играют ключевую роль в этом процессе. Кроме того, нам нужна соответствующая инфраструктура, такая как транспортные контейнеры, радиохимические установки, заводы по производству топлива и так далее. И, конечно же, интегратор, который сможет обеспечить слаженную работу всего комплекса.

И кто может обеспечить такую инфраструктуру?

Есть несколько вариантов. Как представитель TENEX, я могу с уверенностью сказать, что российские компании, входящие в состав «Росатома», уже разрабатывают такие системы. Большая часть инфраструктуры, включая реакторы на быстрых нейтронах, радиохимические заводы и производственные мощности, находится в России. Если управление топливным циклом будет передано нам, международным заказчикам будет проще эксплуатировать свои легководные реакторы без необходимости самостоятельно создавать эти объекты в своих странах.

Компания TENEX известна как поставщик обогащённого урана. Зачем ей расширяться в сегменте обращения с отработавшим ядерным топливом?

Это решение, продиктованное рынком. Природные запасы урана ограничены, это ценный ресурс, и цена на него может быть довольно нестабильной. Учитывая, что 96 % отработанного ядерного топлива состоит из урана и около 1 % — из плутония, у нас уже есть технология для извлечения и использования обоих элементов. Кроме того, у нас есть опыт эффективного обращения с радиоактивными отходами. Это позволяет нам предложить новый подход к ядерному топливному циклу, а точнее, новый тип ядерного топливного цикла. По сути, мы говорим о полноценной системе, включающей в себя быстрые реакторы, контейнеры, радиохимию и производство топлива из регенерированных ядерных материалов.

Можно ли это сравнить с «арендой» ядерного топлива?

С юридической точки зрения это нельзя назвать арендой. Но по сути это работает так же. Мы поставляем свежее топливо в реактор, собираем отработанное ядерное топливо для переработки, а затем можем вернуть свежее топливо, изготовленное из регенерированных материалов.

Какие технические проблемы остаются нерешёнными?

Конечно, проблемы всё ещё есть, но они связаны с совершенствованием существующих технологий и масштабированием инфраструктуры.

Каковы следующие шаги для развития этой системы?

Мы стремимся усовершенствовать наше решение по оптимизации топливного цикла, чтобы оно стало готовым, но при этом полностью укомплектованным предложением. Это означает разработку набора стандартов не только для свежего и отработанного топлива, но и для радиоактивных отходов, образующихся в результате переработки отработавшего топлива и трансмутации минорных актинидов. Мы уже разработали надёжную упаковку и эталонные образцы для этих отходов, а также концепцию оборудования для их окончательной изоляции. Однако, поскольку за утилизацию радиоактивных отходов отвечают национальные операторы, предстоит проделать значительную работу по интеграции этих технических решений в национальное законодательство и нормативные акты. Это крайне важная работа, поскольку в случае успеха ядерная энергетика станет примером комплексного и устойчивого решения для каждого этапа ядерного топливного цикла — от добычи и обогащения до переработки и окончательной утилизации отходов.

Сколько стран рассматривают возможность внедрения ваших решений?

Я бы сказал, что наш глобальный охват значителен. Возможно, ещё слишком рано говорить о глобальном внедрении, но интерес к нашим решениям продолжает расти, как и число потенциальных клиентов того, что мы называем «устойчивым ядерным топливным циклом». Это название предложили наши клиенты.

С точки зрения инноваций, можно ли сказать, что это повышает устойчивость ядерной энергетики?

Безусловно. Ярким примером могут служить упомянутые выше реакторы на быстрых нейтронах. По сути, это реакторы четвёртого поколения, самые совершенные из существующих на данный момент. То же самое можно сказать о наших радиохимических процессах, технологиях производства и контейнерах. На каждом этапе мы используем лучшие доступные технологии.

И наконец, как вы оцениваете перспективы замкнутого топливного цикла на ближайшие 50–100 лет?

В долгосрочной перспективе альтернативы замкнутому топливному циклу не существует. Без него мы в конечном счёте исчерпаем природные ресурсы, а количество отходов станет непосильным. К сожалению, процессы в топливном цикле занимают десятилетия, поэтому маловероятно, что замкнутый топливный цикл будет полностью внедрён во всём мире в течение 50 лет. Но я уверен, что через 100 лет он будет реализован повсеместно.

 

World Nuclear News, 08.08.2025