Реактор на быстрых нейтронах. Есть ли у него будущее?

  АТОМИНФО.РУ

В Париже открылась международная конференция по быстрым реакторам и ЗЯТЦ. Страны, желающие развивать быструю программу, поделились в первый день своими ближайшими и не очень планами. Почти у всех на первом плане - натрий и MOX, а что до экзотики, то она различная и вынесенная на дальнюю перспективу.

Китай - сотни быстрых гигаватт и соперничество с углём

Народная республика обречена на крупномасштабное развитие быстрых технологий. В противном случае, её транспортная система захлебнётся от потоков угля, а её население начнёт физически вымирать от смога.

Энергопотребление в КНР по сравнению с 90-ыми годами выросло в разы, причём рост останавливаться не собирается. Сегодня энергию для Китая даёт уголь. Выступавший на конференции Donghui Zhang из китайского института атомной энергии привёл конкретные показатели - в 2012 году на долю угля пришлось 66,2% в энергобалансе, или 758 ГВт мощностей.

Конечно, в Китае уделяют большое внимание альтернативной энергетике. Одних только ветряков в стране работает 61 ГВт, что примерно в пять раз больше, чем атомных станций. В прошлом году Китай инвестировал в альтернативные виды 67,7 миллиардов долларов - возможно, это самый большой объём вложений в мире.

Но у альтернативной энергетики в Китае существуют естественные пределы. Так, максимально возможный гипотетический парк ветряков в КНР составит 700 ГВт. От Солнца китайцы смогут получить не более 200 ГВт. У гидроэлектростанций также есть свой максимальный потенциал - 500 ГВт. В то время как возможности атомной энергетики бесконечны (в практическом понимании этого слова) - конечно, если она будет подкреплена быстрыми реакторами и ЗЯТЦ.

По прогнозам, которые ещё не получили официального подтверждения в правительстве, к 2030 году Китай должен иметь 200 ГВт АЭС при общей мощности электростанций 2000 ГВт, а к 2050 году - 400 ГВт АЭС при общей мощности 2500 ГВт.

Сколько из них придётся на быстрые реакторы? Ответ будет зависеть от обеспеченности Китая ураном (неважно, за счёт собственной добычи, покупки месторождений в других странах или простого импорта).

Если урана в Китае окажется достаточно, то на долю быстрых реакторов останется роль выжигателей младших актинидов. В этом случае, в 2050 году в Китае будет работать 70 ГВт быстрых блоков.

При дефиците урана, быстрые реакторы вспомнят о своих бридерных способностях и начнут нарабатывать излишки плутония для теплового крыла отрасли. При таком раскладе, в 2050 году у Китая окажется 200 ГВт быстрых реакторов.

Старт быстрой программы в КНР, по мнению докладчика, будет происходить так. Китайцы начнут с натрия и MOX-топлива и в 2023 году пустят свой демонстрационный блок CFR-600. А в 2030 году у них появится коммерческий аппарат CFR-1000 - естественно, натриевый, скорее всего, сначала оксидный, а затем - металлический. Значение КВ у серийного китайского БН будет колебаться между двумя отметками - около единицы для сценария с достаточным количеством урана и более 1,2 для бридерного сценария.

В проекте CFR-600 будут учтены все постфукусимские веяния. К активным системам безопасности добавят пассивные дополнения, под реактором установят ловушку расплава, усилят контейнмент. В концептуальном виде с проектом нового реактора можно будет ознакомиться через год, а предварительный проект появится в декабре 2015 года.

Очень интересным выглядит условие, которое, по всей видимости, китайским атомщикам поставили партия и правительство. Коммерческие быстрые реакторы обязаны быть конкурентоспособны с угольными станциями. Насколько реально его соблюсти? Такой вопрос сразу же возник у зала, но китайцы разводят руками - выполнять придётся, так атом в Китае призван замещать именно уголь.

Франция - проект ASTRID продолжает жить

Для французских атомщиков самая главная новость ушедшего года - то, что правительство Олланда всё-таки догадалось не закрывать работы по проекту ASTRID. Хотя в выступлениях и комментариях представители атомных организаций республики не касаются темы взаимоотношений с властями, явное облегчение в их лицах читается.

Но экстравагантные взгляды французского президента на жизнь и экономику - не тема нашего сайта. А если вернуться к делу, то от быстрых реакторов во Франции хотят получить сокращение общего объёма плутония и младших актинидов в топливном цикле, а также разобраться с запасами обеднённого урана - их в стране скопилось столько, что хватило бы для обеспечения топливом всей Франции едва ли не на 1000 лет.

Для проекта ASTRID - а это, напомним, быстрый натриевый реактор мощностью 600 МВт(эл.) - ключевым остаётся 2019 год, когда будет приниматься окончательное решение о его строительстве. При положительном вердикте на пуск блока можно надеяться после 2023 года.

В проекте, над которым сегодня непосредственно трудится около 500 человек, предлагаются интересные решения. Большой упор делается на естественную циркуляцию - особенно в аварийных ситуациях. Предусматриваются методы поддержания минимального уровня натрия. Естественно, будет и ловушка расплава.

Разработчики ASTRID всеми силами стремятся добиться отрицательного НПЭР, для чего используют запатентованную во Франции концепцию CFV активной зоны (уплощённая зона, разбитая на две части с натриевой полостью вверху). В ответ на прямой вопрос из зала французы сознались - он полагают, что уже добились отрицательного НПЭР, но в реальности он всё ещё может оставаться положительным, и необходима дальнейшая работа по повышению точности расчётных инструментов.

Для ASTRID рассматриваются новые концепции парогенераторов - это, например, модульные и реверсные. Правда, присутствующие в зале члены чешской делегации тут же напомнили о парогенераторах для БОР-60, отметив, что не все решения новые. Ещё одна интересная идея - отказ от воды/пара и переход к азоту, что явно исключит возможные взаимодействия натрия с водой.

Тема выявления и борьбы с течами натрия стоит на особом положении. По детектированию предлагаются, в частности, такие технологии как "поднатриевое" наблюдение. По борьбе - инертный контейнмент, внутри которого практически отсутствует кислород.

Экзотическое направление у французов есть - это известный проект газового быстрого реактора ALLEGRO. Работы по нему продолжаются, но ведутся на дальнюю перспективу. Вместе с французами над ALLEGRO трудится консорциум из четырёх стран Восточной Европы - Венгрии, Словакии, ЧР и Польши. Скорее всего, демонстрационный блок с ALLEGRO будет построен у кого-то из них.

Индия - от оксида к металлу и торию в бланкетах

Индия слегка изменила свои планы по дальнейшему развитию быстрой программы и ЗЯТЦ. Теперь, как рассказал Dr. Vasudeva Rao, они выглядят следкющим образом.

На площадке в Калпаккаме заканчивается строительство демонстрационного энергетического быстрого реактора PFBR-500. В конце этого года ожидается заливка в контура натрия. В первом квартале 2014 года пройдут горячие испытания, а в сентябре 2014 года состоится физпуск.

За демонстрационным блоком последует два блока с коммерческими CFBR-500 (ранее говорилось о малой серии из шести блоков).

Зато в отдельную ветвь выделены натриевые реакторы с металлическим топливом. Сначала появится реактор MFTR мощностью 120 МВт(эл.), а затем тысячник MFBR-1000. Ранее предполагалось, что на металл после 2020 года переведут один или два блока из малой серии CFR-500.

MFTR придёт на смену индийскому исследовательскому реактору FBTR. Старичок неплохо послужил индийской атомной науке. Он работал на мощности 20,3 МВт при температуре натрия (выходной) 540°C. На нём сделано 20 облучательных кампаний. Для карбидного топлива достигнута глубина выгорания 165 ГВт×сут/т, причём топливо с выгоранием 150 ГВт×сут/т успешно перерабатывается на заводе CORAL и рециклируется в FBTR. Таким образом, на индийском исследовательском реакторе успешно реализован замкнутый топливный цикл, чем индийцы очень гордятся.

В настоящее время на FBTR выполняется большая исследовательская программа - например, продолжается облучение шести металлических твэлов, ведётся облучение образцов из сплавов и материалов D9, SS304LN, SS316LN.

Но у реактора FBTR есть лимитирующий фактор - интегральная доза на нижнюю плиту (Grid Plate). По результатам последних обследований стало ясно, что у реактора осталось ресурса на семь эффективных лет работы на полной мощности. Этим, в частности, и вызвано появление в плане развития быстрой энергетики Индии нового исследовательского реактора MFTR.

Если говорить об основных приоритетах быстрой энергетики в Индии, то это натрий, высокий КВ, высокий КВ и ещё раз высокий КВ. Стремление к металлическому топливу вытекает из перечисленого. Время удвоения на MOX-топливе индийскими специалистами оценивается как 30 лет, на металлическом ( например, уран/19% плутония/6% циркония) - 12 лет, а на усовершенствованном металлическом (без циркония) - 8 лет.

И, конечно, вопрос о тории. Зал интересовался, почему бы индийцам не сделать первый шаг к третьей (ториевой) стадии своей атомной энергетики, ставя ториевые кассеты в бланкеты быстрых реакторов. Полученный ответ гласил - да, подобная работа в Индии планируется.

Вместо заключения

Япония, несмотря на Фукусиму, не намерена отказываться от продолжения работ по созданию реакторов IV поколения и готова сохранить для исследований быстрый натриевый реактор "Монджу".

Позиция Соединённых Штатов остаётся выжидательной, что неудивительно при президенте-демократе. США продолжат "научно обоснованные" исследования с привлечением университетов, национальных лабораторий, промышленности и международной кооперации, но реально строить быстрые реакторы или перерабатывающие заводы не будут. Но не торопятся они и с промежуточными хранилищами ОЯТ - только на обдумывание и осмысление первого из них они отводят себе 10 лет.

Позиция России заслуживает отдельного разговора, и о ней позже.

Общие выводы делать пока рано. Но об одном обстоятельстве стоит сказать уже сейчас. Планы Китая по строительству быстрых реакторов воистину огромны - от 70 до 200 ГВт в период с 2030 по 2050 годы. И скорее всего, Китай будет строить их в кооперации с партнёрами из-за рубежа. И скорее всего, эти быстрые гигаватты будут натриевыми.

Принять участие в реализации китайских планов и получить весомые дивиденды для российской атомной отрасли и страны можно. Но для этого к 2030 году нам нужно иметь построенный, действующий и набравший реальный и продолжительный (несколько лет) опыт эксплуатации блок с БН-1200. И лучше бы, не один такой блок, а два или более.

А значит, если принять точку зрения о том, что БН-1200 строить не следует (а такая точка зрения, как известно, отстаивается рядом специалистов), то фактически мы тем самым скажем: "Мы уходим с огромного в потенциале китайского рынка быстрых реакторов, теряем те позиции, что мы наработали во время контрактов по CEFR, и отдаём этот рынок конкурентам - хотя бы тем же французам". Конечно же, допускать этого нельзя.