10-11 октября 2007 года в Обнинске прошёл пятый международный семинар по технологиям быстрых реакторов, организованный Физико-энергетическим институтом (ГНЦ РФ ФЭИ). Сайт AtomInfo.Ru попросил директора ФЭИ Анатолия ЗРОДНИКОВА прокомментировать итоги этого важного события.

"ABR" можно расшифровать по-разному

Анатолий Васильевич, пожалуйста, пару слов о том, что за событие происходило в ФЭИ?

В самом начале нынешнего тысячелетия был образован международный дискуссионный клуб под названием "Стратегический малый клуб по реакторам на быстрых нейтронах". Идея его создания принадлежит известному учёному господину Фуджиё, возглавлявшему в то время атомное ведомство Японии. Учредили клуб представители четырёх стран - Герман Грюндер (США), Йоши Фуджиё (Япония), Жак Бушар (Франция) и ваш покорный слуга.

Работа клуба изначально задумывалась без излишней помпезности. Под его эгидой должны были собираться учёные для обсуждения научно-технических проблем, которые касаются развития реакторов на быстрых нейтронах. На момент создания клуба быстрое направление не было так востребовано, как сегодня. Ведь если вспомнить, то несколько лет назад судьба всей ядерной энергетики была под большим вопросом, а быстрые реакторы, тем более, переживали не лучшие времена.

Так, в Соединённых Штатах быстрая программа была вообще закрыта, и слово "бридер" оказалось у них под запретом. Они и сейчас никак не могут выбраться из политической ловушки, в которую тогда попали. В своём выступлении на закрытии семинара я напомнил американцам, что используемая ими сегодня аббревиатура ABR (Advanced Burner Reactor) первоначально расшифровывалось как Advanced Breeder Reactor. Наши российские технологии соответствуют последней формулировке, и в результате международного сотрудничества на основе нашего Breeder и их Burner можно было бы получить Advanced Best Reactor.

В рамках клуба проводятся регулярные семинары. Эта форма общения даёт возможность специалистам свободно высказываться по всем актуальным проблемам. Она свои плоды приносит. Наш клуб дискуссионный, и каждый его участник может излагать свою точку зрения.

Такие встречи очень полезны для всех, специалистам они дают возможность "нормироваться". Я понимаю, конечно, что участники выкладывают не самые последние результаты. Какие-то вещи пока держатся в секрете, особенно теми, кто вышел вперёд. Уровень, достигнутый специалистами США в быстром направлении, несколько выше, чем это было представлено на последнем семинаре. Надо сказать, что мы тоже показываем далеко не всё.

Тем не менее, я полагаю, что на концептуальном уровне, где речь идет о "доказательстве теоремы существования" быстрых реакторов, мы должны работать совместно. Конкуренция появится потом, когда речь зайдёт о технологическом развитии.

В идеологии всё начинается с понятий

Как мы полагаем, выбор Обнинска как места проведения международного семинара по быстрым реакторам не был случайным. Какое место занимает ФЭИ в российской быстрой программе?

Давайте сначала вспомним об одном очень важном событии в ядерной физике, которое повлияло на всю дальнейшую программу исследований. Ровно семьдесят пять лет назад, 10 октября 1932 года, в Харьковском физико-техническом институте впервые в СССР было осуществлено искусственное расщепление ядра лития. И сделали это молодой Александр Лейпунский и его молодые коллеги (самому старшему было 27 лет). Впоследствии Александр Ильич Лейпунский стал научным руководителем ФЭИ и основателем отечественной научной школы по проблемам реакторов на быстрых нейтронах.

Если говорить о роли Обнинска в развитии атомной энергетики, то я уверен, что почти все слышали о Первой АЭС. Но очень мало кто знает, что в том же 1954 году в ФЭИ был пущен первый на Европейском континенте реактор на быстрых нейтронах БР-1. Мои предшественники и учителя рассказывали, что в свое время Курчатов провёл строгое разделение ядерной тематики по "спектрам" - реальными вещами, то бишь водой и реакторами с тепловым спектром нейтронов, должна заниматься Лаборатория №2 (нынешний Курчатовский институт), а всякой "экзотикой" вроде жидких металлов и быстрых реакторов пусть занимается Лаборатория "В" (нынешний Физико-энергетический институт). Вот так всё и началось.

Реакторы на быстрых нейтронах и замкнутый топливный цикл - это особая научная идеология. Для того, чтобы она жила, необходимы её носители (люди и оргструктуры). Берусь утверждать, что на сегодняшний день в нашей стране на федеральном уровне единственной организационной структурой-носителем научной идеологии быстрых реакторов является ФЭИ.

Вы знаете, в идеологии всё начинается с понятий. Часто приходится слышать термин "быстрые реакторы с замкнутым топливным циклом". А ведь топливный цикл может быть только у топлива, а не у реактора! Правильнее говорить о ядерной энергетике, которая базируется на топливном цикле с быстрыми реакторами. Сегодняшняя атомная энергетика тоже базируется на топливном цикле. Он называется "разомкнутым", и из-за чего возникают проблемы его "головы" и "хвоста". Проблема "головы" - это откуда взять топливо, а проблема "хвоста" - куда девать ОЯТ и РАО.

И топливообеспечение, и обращение с ОЯТ сегодня и в России, и в мире строится на радиохимических технологиях. Создание новой технологической платформы и переход к замкнутому топливному циклу должны привести к тому, что "голову" и "хвост" топливного цикла начнут обслуживать ядерные технологии. Реакторы на быстрых нейтронах станут ключевым, технологическим элементом такого ЯТЦ, который замкнет на себя проблемы и "головы", и "хвоста".

Отсюда легко видеть бессмысленность споров о том, какой реактор лучше, тепловой или быстрый? На самом деле, это - элементы двух различных систем. В нынешней системе с разомкнутым топливным циклом реакторы на быстрых нейтронах, строго говоря, не нужны вовсе. Да, они могут выполнять такие функции, которые недоступны тепловым реакторам, но потребностей в этих функциях у нынешней ядерно-энергетической системы нет. В разомкнутом ЯТЦ не нужно воспроизводить топливо или выжигать актиниды и высокоактивные осколки деления.

Что может дать замыкание топливного цикла? Если перевести энергетику на использование ²³⁸U и ²³²Th в качестве первичного сырьевого ресурса, то можно получить очень интересный в философском плане результат - первичный сырьевой ресурс окажется практически неисчерпаемым - его хватит на длительный, исторически значимый срок, скажем, более 1000 лет. При этом вторичного топлива можно наработать ровно столько, сколько потребуется. Иными словами, мощности энергетики будут определяться не ограниченным сырьевым ресурсом, а технологическим и интеллектуальным ресурсами, которые являются воспроизводимыми. А это, в свою очередь, будет означать свершившийся переход ядерной энергетики в разряд возобновляемых (renewable) источников энергии.

Так вот, возвращаясь к ФЭИ. Главная миссия нашего института - расширять и углублять систему знаний атомной науки и техники, укрепляя идеологические позиции научной школы А.И.Лейпунского: будущее ядерной энергетики есть замкнутый ЯТЦ с многократным использованием ядерных материалов в реакторах на быстрых нейтронах, способных обеспечить расширенное воспроизводство трансуранового топлива и утилизацию долгоживущих компонентов РАО. А за идеологией, разумеется, следуют и технологии.

БН малой серии и БР нового поколения

Какие проекты сейчас реализуются в ФЭИ в области быстрых реакторов?

Повторюсь, что основная наша задача - научно обеспечивать перспективу не на год-два-три, а, как минимум, на 10-20-30 лет вперёд. Конечно, мы также принимаем участие во многих уже ведущихся практических проектах. Сейчас, например, мы обеспечиваем научное сопровождение сооружения энергоблока с реактором БН-800.

Что касается будущего крупномасштабной ядерной энергетики, то здесь в зоне нашего постоянного внимания находятся сразу несколько проблем. Часть наших сотрудников занимается ориентированными фундаментально-поисковыми исследованиями концептуального характера. Для этого нужно анализировать целый ряд системных вопросов, связанных с научно-техническими, экологическими, экономическими и даже политическими проблемами. Всё это должно быть учтено на системном уровне уже при разработке концепции инновационного развития энергетики.

Рассказывая о современном ядерном топливном цикле, я уже отмечал, что перед нами стоят проблемы его "головы" и "хвоста", топливообеспечения и обращения с ОЯТ и РАО, причём более приоритетной на сегодня выглядит вторая. Действительно, урана у нас хватит, как минимум, лет на пятьдесят, что и позволяет нам наращивать энергетические мощности на хорошо отработанных и апробированных "старых" энерготехнологиях, а вот хранилища ОЯТ переполнены уже сегодня.

Поэтому мы работаем сейчас над быстрыми реакторами двух типов - коммерческим быстрым реактором малой серии для переходного периода и коммерческим быстрым реактором нового поколения. Ранний ввод в эксплуатацию реакторов первого типа даст возможность остановить накопление ОЯТ ВВЭР и провести отработку технологий замыкания ЯТЦ на промышленном уровне, реакторы второго типа будут замещать строящиеся сегодня ВВЭР по мере вывода последних их эксплуатации.

Надо сказать, что практически готовым реактором малой серии является реактор проекта БН-800. Конечно, нам потребуется учесть все те знания, что были накоплены за время "простоя" этого проекта, внести необходимые изменения и модификации, доработать и получить современный проект быстрого реактора малой серии. Для обслуживания собственных нужд российской энергетики в части обращения с ОЯТ реакторов ВВЭР к 2030 году должно быть построено до пяти быстрых реакторов малой серии, и примерно такое же количество - для обслуживания тех тепловых реакторов, которые Россия строит за рубежом. Параллельно мы работаем над коммерческим быстрым реактором нового поколения, призванным обеспечить полное замыкание топливного цикла. Их интенсивный ввод начнётся после 2030 года, они то и должны стать ключевым технологическим элементом замкнутого ЯТЦ.

Обе эти задачи связаны прежде всего с направлением БН-реакторов. Аббревиатуру БН, кстати, часто расшифровывают как "Быстрые Нейтроны". На самом деле, конечно же, это "Быстрые Натриевые". Еще одна задача, которой мы традиционно занимаемся, - быстрые свинцово-висмутовые реакторы. Это не альтернатива натрию. Мы рассматриваем свинец-висмут как дополнение к натриевой программе.

Взять технологию из будущего и работать над ней сегодня

Лёгкий металл в быстром реакторе идеален как теплоноситель, но при контакте его с воздухом или с водой возникают известные проблемы. А вот у тяжёлого металла есть очень красивое и очень важное свойство - тяжёлые жидкие металлы (напр., свинец или свинец-висмут) очень хороши для организации прямоконтактного теплообмена "металл-вода". Это убирает проблему стенок, это позволяет размеры теплообменных устройств из метров перевести если не в сантиметры, то в дециметры. Иными словами, уменьшить их в десятки раз. И это очень важно в связи с необходимостью освоения водородных технологий.

Кстати, о производстве водорода. Оно должно быть, прежде всего, экологически чистым. Сегодня у нас бытует несколько упрощённое представление - вот, мы сделаем автомобиль на водороде, из выхлопной трубы которого выходит не СО₂, а Н₂О - пар, и экологические проблемы будут решены. На самом деле, всё сложнее. От того, что мы переведем на водород автомобили, в глобальном плане ничего не изменится: необходимо ещё перейти на экологически чистые технологии производства водорода. Ядерные технологии такому требованию удовлетворяют. И над этим направлением - атомно-водородной энергетикой - мы тоже сейчас работаем.

Наши интересы связаны также с реакторами малой и средней мощности для региональной энергетики. В условиях России это очень важно, если вспомнить, что только 15% ее территории покрывается единой сетью передачи энергии. Реактор для региональной энергетики должен быть максимально надёжным с точки зрения ядерной и радиационной безопасности, пожаробезопасности, взрывобезопасности и многого другого. Все эти аспекты должны быть исследованы. Мы это поняли давно, ещё в те времена, когда разрабатывали ТЭС-3 (крупноблочные транспортабельные атомные электростанции). Любая маленькая АЭС всё равно остаётся ядерным объектом, который требует принципиально другого уровня отношения к себе, чем станции на углеводородном топливе.

Одно из наших предложений по региональным АЭС базируется на тех разработках, которые в своё время велись для атомных подводных лодок. Задачи проектирования реакторов для АПЛ сходны с задачами создания региональных реакторов - например, точно также есть ограничения на количество обслуживающего персонала, системы должны быть максимально автоматизированы, абсолютно надёжны и безопасны.

Используя опыт создания лодочных реакторов, мы участвуем сейчас в разработке свинцово-висмутового быстрого реактора СВБР-100, опытно-промышленный образец которого предполагается построить на площадке ФЭИ. Этот реактор достаточно безопасен для того, чтобы его можно было располагать прямо в городской черте.

За нами остаётся и космическое направление. Космические ядерные установки - это тоже реакторы на быстрых нейтронах. Конечно, там никто не говорит о КВ, воспроизводство топлива в космосе не требуется. Там нужны другие важные свойства быстрых реакторов - компактность активной зоны и теплофизика жидких металлов. Если вы посмотрите на кривую P_s(T_s) для натрия, то увидите, что его температура кипения при давлении в 1 атмосферу составляет 900°C. С водным теплоносителем поддерживать такой уровень температур в системе невозможно. А высокая температура нужна, потому что в космосе удалить неиспользованную в процессе преобразования теплоту можно только одним способом - по T в четвёртой.

Имеется в виду, что тепловой поток абсолютно чёрного тела прямо пропорционален четвёртой степени его абсолютной температуры. - AtomInfo.Ru.

Таким образом, космические реакторы автоматически получаются реакторами на быстрых нейтронах. Они маленькие, компактные и лёгкие, с высокотемпературным теплоносителем и длительным ресурсом работы, а также, что очень важно, без эффектов отравления. Естественно, что ФЭИ является идеологом их создания.

Как видите, мы действительно думаем о будущем. К слову, мне импонирует одна из теорий роста, которая в кратком изложении выглядит примерно следующим образом - для того, чтобы преуспевать в бизнесе, достаточно взять технологию из будущего и начать работать над ней сегодня с таким расчётом, чтобы к моменту, когда это будущее наступит, технология была бы готова. Единственное, что при этом важно - технологии надо взять всё-таки из будущего, а не из прошлого или настоящего.

ИСТОЧНИК: AtomInfo.Ru

ДАТА: 25.10.2007

Темы: Семинар в Обнинске по быстрым реакторам, Россия, Быстрые натриевые реакторы, Свинец-висмут, Интервью