Радиоактивные отходы сделают ториевые реакторы дешевле

Александр Березин

Исследователи из Кембриджского университета (Великобритания) под руководством Джеффа Паркса разработали новый подход к проектированию ториевых реакторов, который может избавить их от потребности в дорогостоящих ускорителях, одновременно способствуя переработке ядерных отходов.

Европа хорошо знает, что такое радиоактивные отходы: каждое путешествие поезда с CASTOR (Cask for Storage and Transport of Radioactive Material) из Франции в Германию, на бывшую соляную шахту, превращается в отдельную демонстрацию протеста (последняя была в ноябре 2011-го). Кроме демонстраций, проблемой является и спуск проводов для электропоездов (чтобы снизить вероятность аварии), и блокировка стрелок за 12 часов до прохода поезда — с той же целью. Ясно, что экономические потери от происходящего только на транспорте огромны, но это лишь надводная часть айсберга. Самое печальное то, что из-за закрытия проектов быстрых атомных реакторов по всему миру сегодня у человечества просто нет способов утилизации высокорадиоактивных материалов. Выход видят в их захоронении, но риски при нём высоки, а перспективы слишком неопределённы. Кто может поручиться, что те же террористы не захотят извлечь ядерные отходы из мест хранения и использовать их в качестве угрозы? Тут даже стеклование не поможет: массам бесполезно объяснять, что витрификация делает невозможным использования отходов в качестве примитивной нейтронной бомбы...

Между тем сейчас только в США наличествует 65 000 т высокорадиоактивных отходов, размещённых в 75 точках «временного хранения», которые, по сути, уже давно стали постоянными. В мире же, оценочно, ежегодно генерируется около 10 000 т таких отходов. Уже через полвека их общая масса превысит миллион тонн — и это в случае, если Германия и Япония закроют, как обещали, все имеющиеся у них АЭС.

95% первичных радиоактивных отходов — это уран-238, не используемый в нынешних АЭС, но радиоактивный несколько миллиардов лет. Конечно, его можно извлечь из отходов, но это куда дороже, чем добыть его из руды. Поэтому почти никто так не делает, ибо это ставит под сомнение экономическую целесообразность всей атомной отрасли.

Огромные официальные цифры накопленных ядерных отходов приукрашивают правду: Россия, Китай и Индия не сообщают о количествах собственных отработанных ядерных материалов. (Здесь и ниже иллюстрации New Scientist.)

Теоретически проблема урана и актиноидов, образующихся при делении, проста: их дополнительное облучение нейтронами приводит к участию в распаде, и образующиеся при этом продукты обычно короткоживущи. Самые опасные криптон-85 и цезий-137 имеют период полураспада в 11 и 30 лет соответственно. Но вот беда: массовые реакторы замедляют нейтроны до энергий в 0,025 эВ. Быстрые реакторы-размножители столкнулись с барьером: в мире они дороги, в СССР получались относительно дешёвыми, однако в России с целью унификации было решено не делать реакторов, принципиально не подлежащих экспорту. А поскольку реакторы на быстрых нейтронах могут служить кузницей сырья для ядерного оружия, постольку и в нынешнем зависимом от экспорта российском атомпроме им места нет.

Что же делать? Способен помочь MYRRHA — «Многоцелевой гибридный исследовательский реактор для высокотехнологичных приложений» (Multipurpose Hybrid Research Reactor for High-tech Applications ), который начнёт строиться в Бельгии в 2015 году. Его ввод в эксплуатацию намечен на 2023 год, и это станет первым шагом на пути решения (а не откладывания в долгий ящик) проблемы радиоактивных отходов. Чтобы на практике проверить концепции, лежащие в основе этого реактора, его создатели намерены ввести в эксплуатацию демонстрационную версию под названием Guinevere.

Хотя в отходах доминирует уран-238, за значительную часть их радиоактивности отвечают короткоживущие актиноиды.

В этом реакторе с подкритическими параметрами в качестве топлива будет использоваться торий-232, сам по себе не способный делиться. Но в присутствии сторонних нейтронов из внешнего источника (ускорителя) он превращается в короткоживущий уран-233, вполне распадающийся. Ускоритель будет внешним, мощностью 20 МВт, однако мощность самого реактора — 600 МВт, что с лихвой покроет потребление вспомогательной системы. Главное же в конструкции нового ториевого реактора — невозможность инцидентов в стиле Чернобыль — Фукусима. В случае выхода из строя любого компонента цепная реакция просто прекратится... и всё. Ни йодного отравления, ни перегрева теплоносителя: без внешней подпитки от ускорителя торий не будет превращаться в способный к делению уран-233.

Но самым неожиданным оказалось другое. Один из коллег Джеффа Паркса Бенджамин Линдли подсчитал, что на самом деле 20-мегаваттный ускоритель в качестве внешнего источника нейтронов не нужен: достаточно просто смешивать высокорадиоактивные отходы с торием в определённой пропорции, чтобы не только получать энергию, но и одновременно вместо урана-235, живущего миллиарды лет, оставаться лишь с весьма короткоживущими изотопами. Разумеется, при этом отпадает необходимость в строительстве дорогого ускорителя, что положительно скажется на экономике проекта. Соответствующая работа молодого учёного опубликована в журнале Annals of Nuclear Energy.

Согласно расчётам, радиоактивность атомных отходов, оставляемых MYRRHA, будет меньше радиоактивности «входящих» отходов в тысячу раз, да и их физический объём сократится стократно.

Некоторый сумбур в происходящее вносит лишь то, что конструкция MYRRHA уже согласована и строительство собирались начать в 2014-м. Перепроектирование займёт время, а потому раньше 2015 года ничего не будет. В общем, сейчас ведутся лихорадочные расчёты того, целесообразно ли строить новый перерабатывающий отходы реактор на принципах Бенджамина Линдли. И если ответ будет «да», уже в ближайшие годы мы увидим новую, весьма необычную конструкцию ториевого реактора в действии.

Подготовлено по материалам NewScientist.

Вернуться назад