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

с использованием топлива на основе НОУ+

Джэффри Донован, МАГАТЭ

На протяжении десятилетий топливо, используемое в большинстве ядерных реакторов по всему миру, соответствовало негласному правилу: обогащение по урану‑235 (235U), – изотопу, наиболее легко расщепляемому нейтронами для получения энергии, должно оставаться ниже 5%. 

Этот уровень, который характерен для низкообогащенного урана (НОУ, от англ. Low-Enriched Uranium, сокращенно LEU) и был принят на заре развития промышленной ядерной энергетики в качестве консервативного стандарта, постепенно стал краеугольным камнем, на котором выстроен весь топливный цикл. 

Однако после аварии на японской АЭС «Фукусима- Дайити» в 2011 году этот стандарт пошатнулся. 

Исследователи по всему миру начали разрабатывать так называемое «толерантное топливо», то есть топливо, более устойчивое к повреждениям в случае серьезных аварий. При этом такое топливо поглощает больше нейтронов, необходимых для поддержания цепной ядерной реакции, поэтому для сохранения производительности реактора на прежнем уровне требуется несколько более высокая концентрация урана-235.

 

Пересмотр предела в 5%

Стремление к улучшению конструкции топлива находится в русле более широкой тенденции к повышению производительности существующего парка реакторов. В попытке компенсировать поглощение нейтронов исследователи начали пересматривать давно установленный 5%-ный предел. С увеличением обусловленного промышленным ростом, электрификацией и инфраструктурой искусственного интеллекта спроса на электроэнергию ядерный сектор все больше сосредотачивается на уране, обогащение которого повышено примерно до 5–8% по изотопу урана-235 (так называемый НОУ+). Это позволяет внедрять более безопасные топливные технологии, одновременно повышая эффективность использования топлива в реакторах. 

Показателем того, сколько энергии можно извлечь из топлива до его замены, являетсяглубина выгорания. Сегодня такой показатель в легководных реакторах обычно составляет около 50–60 ГВт·д на тонну урана. «Использование топлива НОУ+, особенно в сочетании с толерантным топливом, может значительно улучшить производительность легководных реакторов, — поясняет Анжелика Хаперская, технический руководитель по вопросам разработки ядерного топлива и установкам топливного цикла в МАГАТЭ. – Это позволяет современным реакторам работать более эффективно без необходимости в их физической модификации». 

За счет увеличения интервала между плановыми перегрузками с 18 месяцев до примерно двух лет реакторы смогут работать дольше и вырабатывать больше электроэнергии. Однако это не означает, что реакторы получают «больше из меньшего». Производство низкообогащенного урана (НОУ+) требует дополнительных работ по обогащению, поэтому затраты на производство топлива могут быть выше. Некоторые операторы считают это оправданным компромиссом, если реактор способен вырабатывать больше энергии за меньший период времени.

 

Испытания топлива на основе НОУ+

Некоторые страны уже начали испытания топлива на основе НОУ+. В США тепловыделяющие сборки, содержащие НОУ+, были впервые загружены в энергоблок № 2 АЭС «Вогтль», штат Джорджия, в 2025 году. Это испытание в действующей активной зоне промышленного реактора — часть программы по сбору эксплуатационных данных о поведении топлива на основе НОУ+. 

Тем временем Российская Федерация исследует топливо, имеющее обогащение выше порогового значения в 5%, в некоторых случаях в сочетании с эрбием в качестве выгорающего поглотителя для контроля реактивности. В Китае разработчики реакторов также изучают топливо чуть более высокой степени обогащения. 

Топливо с обогащением от 5% до 19,75% по изотопу урана-235 называется высокопробным низкообогащенным ураном (ВНОУ, от англ. High-Assay Low-Enriched Uranium, сокращенноHALEU). В то время как существующие реакторы вполне могли бы эффективно работать на НОУ+ с максимально низким для этого типа топлива обогащением, многие разрабатываемые проекты усовершенствованных реакторов предполагают использование ВНОУ. Это подталкивает США и европейские страны планировать сооружение новых промышленных мощностей по выпуску данного вида топлива. 

«НОУ+ является необходимым этапом на пути к созданию топлива ВНОУ, — подчеркивает Сет Грей, генеральный директор Lightbridge Corporation — американской компании-разработчика перспективного ядерного топлива. — Компании, которые располагают мощностями по обогащению урана и готовятся выйти на уровень обогащения до НОУ+, могут затем сделать и следующий шаг — создать необходимую инфраструктуру для обогащения до ВНОУ». 

Однако если ставится цель широкого коммерческого внедрения, более высокая степень обогащения подразумевает нечто большее, чем просто изменение одного из технических параметров. Вся цепочка поставок топлива — заводы по конверсии, обогащению и изготовлению топлива, системы хранения и обработки свежего топлива, а также транспортные контейнеры — была разработана для обслуживания топлива с обогащением 5%. Другая степень обогащения потребует определенных корректировок. 

Потенциальные выгоды от НОУ+ кажутся незначительными, однако игра может стоит свеч. При этом необходимы дальнейшие испытания для подтверждения безопасности и эффективности использования топлива с более высоким обогащением в существующем парке реакторов. Поскольку по мере роста степени обогащения стоимость топлива растет, целесообразность использования НОУ+ в конечном итоге будет зависеть от того, компенсируют ли эксплуатационные преимущества дополнительные производственные затраты. 

МАГАТЭ готовит новый проект координированных исследований, который объединит научно- исследовательские институты, университеты, проектные и производственные организации, а также операторов АЭС для изучения характеристик толерантного топлива и топлива с увеличенной глубиной выгорания. «Сочетание топлива, устойчивого к авариям, с топливом на основе НОУ+ с большей глубиной выгорания может сыграть важную роль в разработке решений следующего поколения для существующих реакторов большой и малой мощности, — говорит Анжелика Хаперская. — Однако остаются открытыми важные технические и экономические вопросы, поэтому здесь не обойтись без дальнейших исследований, испытаний и лицензионной работы».

 

Cайт МАГАТЭ, 02.09.2026