Станислав Субботин: о прогнозах и системах

AtomInfo.Ru, ОПУБЛИКОВАНО 02.08.2018

На вопросы корреспондентов электронного издания AtomInfo.Ru ответил Станислав СУББОТИН.

ПРОДОЛЖЕНИЕ ПОСЛЕ ФОТО

Станислав Субботин, фото AtomInfo.Ru

Правовое пространство

Станислав Анатольевич, в последнее время много говорится о будущем атомной энергетики, о её оптимальной структуре на ближайшие полвека или даже век. Есть ли смысл в столь долгосрочных прогнозах?

Всё зависит от того, какими моделями вы пользуетесь и какие цели при прогнозировании преследуете.

В чём заключается специфика атомной энергетики? Наша отрасль может внедрять только те технологии, использование которых разрешено на уровне права - федеральных законов, норм, требований, правил.

Другие, неатомные области технологий в условиях либеральной экономики могут делать всё то, что не запрещено. Атомная технология для того, чтобы шагнуть вперёд, обязана сначала разработать правовое пространство для такого продвижения.

Конечно, на уровне НИР мы можем проводить исследования и разрабатывать технологические процессы, но для их внедрения нам придётся получить разрешение со стороны законодательных и регулирующих структур.

По традиции, доставшейся нам от Древней Греции и Рима, наше правовое пространство строится на основе прошлого опыта. В России атомная энергетика обрела правовой статус в 1995 году с принятием федерального закона №170-ФЗ, в котором был учтён весь имевшийся на тот момент опыт эксплуатации различных ядерных установок.

Мы не хотим стоять на месте и собираемся перейти к работе в условиях замкнутого топливного цикла. Но имеющиеся законы, нормы, требования и правила недостаточно адекватны для эффективного замыкания ядерного топливного цикла. Опыт, который мы получили на "Маяке" и других отраслевых предприятиях, недостаточен для создания необходимого правового пространства, позволяющего создать систему ЯЭ, отвечающую требованиям устойчивого развития.

Что Вы имеете в виду под недостаточностью опыта?

Правовое пространство должно предусматривать не только защиту всей системы атомной энергетики от инцидентов и аварий, но и эффективность этой системы. Для лучшего понимания, попробуйте представить себе эффективность автомобильного транспорта в условиях наличия достаточно безопасных автомобилей в отсутствии ПДД.

Фактически мы должны сегодня разработать "правила дорожного движения" для атомной энергетики будущего. Без прогнозов сделать это невозможно.

Прогнозы мы можем строить, используя различные модели для расчёта различных сценариев, и исходя из анализа получаемых результатов мы можем подавать в законодательные органы предложения по формированию правового пространства для будущего нашей отрасли.

Примерно такой подход реализован в проекте ИНПРО. Инновационная сторона этого проекта не в том, что в нём рассматриваются новые установки, а в том, что анализируемые в нём системы отвечают принципу устойчивого развития. Есть базовые принципы, полученные на основе прошлого опыта, и есть пожелания пользователей на будущее.

Один из получаемых в проекте ИНПРО результатов - картина (в первом приближении) правового пространства для будущей атомной энергетики.

Базовые принципы

Что из себя представляют базовые принципы, сформулированные на основе прошлого опыта?

Если говорить неформально, то главный базовый принцип выглядит так: "Давайте договоримся, чего мы будем бояться".

На заре развития атомной энергетики комиссия по атомной энергии США предложила бояться мгновенной и отсроченной добавки 0,1% к уровню смертности, характерному для данной местности.

В 70-ых годах предложение дополнили беспороговой линейной концепцией, в соответствии с которой опасность представляет любое добавочное к естественному фону воздействие ионизирующего излучения.

В этом случае мы приходим к выводу о том, что наибольшую опасность в нашей отрасли представляет добыча урана из-за поступления в атмосферу эманаций радона, разносимых ветрами на большие расстояния.

Но это при условии, если мы признаём правильность беспороговой концепции, а она вызывает большие споры и сомнения.

Мы уже договорились признать беспороговую концепцию. Попробуйте теперь передоговориться - просто так не выйдет.

Внести поправки в базовые принципы возможно только на основе прогнозирования. Появляются новые факты, они принимаются во внимание в сценариях, на основе сценариев мы строим новые гипотезы, и на основании этих гипотез мы можем предлагать новые базовые принципы, объяснять, чего и как мы будем бояться через 50, 100, 200 или даже 300 лет.

Есть один момент, о котором обязательно нужно помнить. Характерная особенность атомной энергетики - риски и выгоды у нас разнесены не только по пространству на тысячи километров, но и по времени, иногда даже на столетия или тысячелетия.

Конструктор, предлагающий новую установку, может не беспокоиться о связанном с ней риске, который проявится через 1000 лет. Увидеть эти риски, учесть их, уменьшить их можно только с помощью сценарного моделирования.

Многокомпонентные системы

Станислав Анатольевич, следующий вопрос более приземлённый. Будущее атомной энергетики в России сегодня представляют в виде двухкомпонентной системы. Что показывает прогнозирование, какой она должна быть?

Я напомню, что в конце 80-ых годов в Курчатовском институте работала комиссия, которая рассматривала перспективные возможности всех реакторных направлений.

Если кратко, то комиссия пришла к такому выводу - ни одно из реакторных направлений в одиночку не решает стоящих перед отраслью проблем (топливообеспеченность, масштаб использования, неэлектрические применения, минорные актиниды...). Решить все проблемы в комплексе возможно только на основе системного подхода.

Позднее были проанализированы системы из тепловых реакторов, из тепловых и быстрых реакторов, а также рассматривалась более сложная система из тепловых и быстрых реакторов с добавлением жидкосолевых реакторов-"мусорщиков" для замыкания ЯТЦ по минорным актинидам.

С тех пор в научный оборот вошёл термин "многокомпонентная система атомной энергетики". В ней присутствуют тепловые реакторы, ответственные за расширение масштабов и сфер применения ядерной энергии, быстрые реакторы отвечают за эффективное вовлечение урана-238 в энергопроизводство, а за расширение сферы хозяйственной деятельности (удалённые районы, морское дно и так далее) отвечает малая атомная энергетика.

Под расширением масштабов понимается вовлечение в топливный цикл ²³⁸U? Но у нас, по всем данным, есть очень неплохой ресурс по ²³⁵U, его для России хватит лет на сто. Насколько актуальна на сегодняшний день задача вовлечения ²³⁸U?

Вы говорите о ресурсе, а нам нужен запас. Это принципиально разные вещи. Ресурс отличается от запаса своей доступностью. Чтобы превратить ресурс в запас, нужно потратить время и деньги.

Если мы строим ВВЭР-ТОИ со сроком службы 60 лет, то нам нужно иметь запас урана на весь этот срок, а не ресурс, который сегодня есть на месторождении где-нибудь в Африке, а завтра исчезнет из-за санкций; запас, а не ресурс в виде бедного месторождения, для разработки которого у нас пока нет эффективных технологий.

Кроме того, есть соображения экспорта. Мы вполне можем продавать часть урана-235 в форме ядерного топлива, это достойная и доходная статья высокотехнологического экспорта.

Таким образом, быстрые реакторы за счёт эффективной переработки ²³⁸U в плутоний и возможностей по его использованию как топлива решают проблему обеспечения запасов топлива, причём на сегодняшний день они единственные реакторы, которые могут это сделать.

Пути перехода

Вернёмся к многокомпонентной системе с быстрыми и тепловыми реакторами. Чем система отличается от одиночной ядерной установки? В одиночный тепловой реактор мы загружаем топливо с K_∞ много больше единицы и управляем им в режиме деградации K_∞ (топливо постепенно выгорает) за счёт использования нейтронных поглотителей. А на вход в систему можно подавать отвальный уран или торий с K_∞ меньше единицы.

Но для того, чтобы система работала таким образом, нам нужно разработать её архитектуру и обеспечить внутреннюю логистику управления нуклидными потоками, позволяющими каждому реактору системы в нужный момент брать нарабатываемое в системе искусственное топливо со склада в нужных количествах. Иначе систему постигнет экономический крах, в некоторых неблагоприятных вариантах её КИУМ может упасть до 10%!

И здесь есть подвох. В одиночный тепловой реактор мы загружаем топливо (обогащённый уран) и сразу же в течение пяти или более лет извлекаем с его помощью прибыль от продажи электроэнергии. Потом мы отправляем ОЯТ в хранилище и платим на его содержание налог.

В многокомпонентной системе с ЗЯТЦ образуются задержки с получением прибыли. Плутоний нужно сначала наработать в реакторе, затем сборки с плутонием охладить, переработать, выделить плутоний и сделать из него топливо. На весь процесс, от начала облучения ²³⁸U до готовности плутониевого топлива может уйти лет 15-20.

Учтём теперь, что за один проход через реактор мы сможем превратить в плутоний только малую часть загружаемого в реактор ²³⁸U. Таким образом, длительность технологического цикла по полному использованию для выработки энергии исходной партии ²³⁸U составляет от 100 до 300 лет. Это значит, что всю нашу экономическую деятельность в рамках ЗЯТЦ нам требуется выстраивать на таком временном плече.

К сожалению, мы находимся сегодня в такой ситуации, когда масштабы и темпы развития атомной энергетики зависят не только от её возможностей, но и от успехов и неудач развития других энергетических секторов. Значит, мы обязаны в своих прогнозах учитывать долгосрочные тенденции развития для всей энергетики.

В отрасли ведётся поисковая работа по выбору оптимальных путей перехода к многокомпонентной атомной энергетике с ЗЯТЦ для разных сценариев развития - примерно от 100 до 300 ГВт(э) реакторов российских проектов к 2100 году.

Нужно отметить, что требования к реакторам для сценариев с различными мощностями отличаются сильно. Так, для случая 300 ГВт(э) необходимо внести существенные модификации в проект БН-1200, поднять его энергонапряжённость и резко увеличить выход плутония по сравнению с тем, что на сегодняшний день предлагается в проекте.

По легководным реакторам тоже не всё просто. Их нужно перевести в другой режим работы.

Сейчас ВВЭРы эксплуатируются так, как будто бы запасы ²³⁵U не ограничены, и упор в экономике делается на удешевление изготовления топлива и его хранения. Чем глубже выгорание, тем лучше. Правда, и обогащение приходится постоянно повышать, оно подошло уже вплотную к 5%, что в свою очередь снижает производство плутония.

В условиях системы от этого придётся отказаться. Для уже построенных или сооружаемых ВВЭР глубина выгорания и обогащение топлива будут понижены для увеличения наработки плутония в них. Для новых ВВЭР можно будет внести и более серьёзные изменения в проекты.

Конечно, задачи технического характера решаемы. Анатолий Петрович Александров в 1968 году на VII мировом энергетическом конгрессе сказал: "...Накопление плутония в реакторах на теплых нейтронах имеет первостепенное значение для будущего энергетики, хотя сейчас экономически выгодно путём глубокого выгорания ядерного горючего достигать более низкого значения стоимости топливной составляющей, что сильно уменьшает выход плутония. Однако этот процесс управляем и может быть приведён к оптимизации соответствующей политикой цен или налогов".

Сейчас и политические, и экономические правила игры подстраивают не под ЯЭ. Нашей личной убеждённости в необходимости атомной энергетики недостаточно. Мы должны показывать и доказывать преимущества мирного атома - гигантская ресурсообеспеченность (тысячелетия для ЗЯТЦ), экологическая приемлемость, высокая технологическая культура, наработка радионуклидов для медицины и народного хозяйства, и многое другое.

Иными словами, помимо формирования правового пространства под атомную энергетику будущего и решения технических задач, от нас требуется продемонстрировать преимущества нашей отрасли. И для этого отрасли нужны соответствующие специалисты.

Спасибо, Станислав Анатольевич, за интервью для электронного издания AtomInfo.Ru.

Станислав Субботин, фото AtomInfo.Ru

Ключевые слова: Интервью, Статьи

---

Другие новости:

Россия подготовит более 1600 бангладешцев для работы в ядерной отрасли

Вы сами видите уровень нашего сотрудничества.

В мире статус действующего имеют 453 блока, статус строящегося 57 блоков - PRIS

Учтено начало сооружения блока №2 АЭС "Руппур".

Росатом начал строительство второго энергоблока АЭС "Руппур" в Бангладеш

Первый бетон - 14 июля.

---

---

---

---

Поиск по сайту: