Цього року Росатом приступив до практичних робіт зі створення інноваційного палива для теплових реакторів, яке планується отримувати з нерозділеного суміші регенерованого урану і плутонію, що виділяються при переробці ВЯП, з додаванням невеликої кількості збагаченого урану. Про те, які проблеми вирішує використання РЕМИКС-палива, про плюси і мінуси нової технології, а також про те, чи довго доведеться чекати появи першої ТВС, в інтерв'ю Івану Моргунову розповідає генеральний директор Радієвого інституту ім. В. Г. Хлопіна Ігор Рижов.
- Ідея створення РЕМИКС-палива з'явилася близько десяти років тому. Його основу становить суміш регенерованого урану і плутонію, яка виходить при переробці відпрацьованого ядерного палива. Для підвищення енергетичного потенціалу цієї суміші можуть бути використані різні варіанти підживлення 235U. В якості базового варіанту розглядається підживлення 20 % Збагаченого природного урану, з рівнем збагачення близько 17 %.
Причому в обох випадках мова йде про паливо для реакторів на теплових нейтронах. У разі РЕМИКС-палива мається на увазі реактор ВВЕР-1000.
- Які плюси РЕМИКС-паливо в порівнянні з іншими видами палива? Чи є у нього мінуси?
- До плюсів РЕМИКС-палива я б перш за все відніс той факт, що нейтронно-фізичні характеристики активної зони реактора ВВЕР-1000 при повному завантаженні РЕМІКС- і традиційним уранових паливом практично не відрізняються. Оскільки ці характеристики впливають на безпеку роботи реактора, можна говорити про принципову можливість повного завантаження реактора ВВЕР-1000 РЕМИКС-паливом. Що ж стосується МОХ-палива, для нього завантаження активної зони обмежена, як правило, 30 %.
Крім того, використання РЕМИКС-палива призводить до економії природного урану. Я думаю, що оцінка в 20-25 % Цілком справедлива. До цього слід додати, що робота поділу, необхідна для збагачення уранової підживлення, практично не змінюється.
Нарешті, найважливіша особливість РЕМИКС-палива полягає в можливості повторного використання плутонію без його істотної деградації. Іншими словами, після переробки і відповідного дозбагачення РЕМИКС-паливо може багаторазового повертатися в реактор, що призводить до істотного скорочення темпів накопичення ВЯП. МОХ-паливо за період роботи деградує настільки, що не може бути повторно використано в реакторах на теплових нейтронах.
Звичайно, у кожної медалі є дві сторони. Є й проблеми, пов'язані з використанням РЕМИКС-палива. Зокрема, очікується, що витрати на поводження з ним будуть кілька перевищувати відповідні витрати для традиційного уранового палива - це пов'язано з необхідністю забезпечення радіаційної безпеки в зв'язку з появою плутонію і 235U в свіжому паливі.
- Значить, при виробництві РЕМИКС-палива необхідна серйозна радіаційний захист?
- Так звичайно. Необхідні захист, дистанційне керування і, по можливості, автоматизація процесу виробництва. Це справедливо і для РЕМІКС-, і для МОХ-палива.
- Скільки циклів переробки може «пережити» РЕМИКС-паливо?
- Чи проводилися розрахунки, що підтверджують можливість використання РЕМИКС-палива в п'яти циклах, але думаю, що кількість циклів може бути і більше, так, щоб відповідати терміну експлуатації реактора.
- Яка економіка виробництва РЕМИКС-палива в порівнянні з MOX-паливом?
- Вартість виробництва РЕМИКС-палива сьогодні вважається порівнянною з вартістю виробництва МОХ-палива; з урахуванням досягнутого рівня автоматизації при фабрикації уранового палива вона повинна бути навіть менше.
- Чи була проведена оцінка вартості його виробництва?
- Така оцінка зараз навряд чи можлива. Певні кроки в цьому напрямку робилися і робляться, але я б не ризикнув давати оцінку вартості його виробництва, так само, як і МОХ-палива для теплових реакторів.
- Щільність вигоряння РЕМИКС-палива вище, ніж звичайного?
- Сьогодні основні атомно-енергетичні оператори прагнуть підвищити глибину вигорання палива. З РЕМИКС-паливом може скластися інша ситуація: його не потрібно максимально випалювати, інакше просто нічого буде повертати в цикл.
- Могли б ви розповісти про технології переробки ВЯП і отримання РЕМИКС-палива? Які питання ще не вирішені? У чому полягає найбільша складність?
- Сьогодні в промисловому масштабі реалізована тільки гідрометалургійна технологія переробки ВЯП теплових реакторів - так званий PUREX-процес, в основі якого лежить водна екстракція з використанням екстрагента - розчину трибутилфосфату. Передбачається, що технологія виробництва РЕМИКС-палива стане елементом технології переробки ВЯП реакторів ВВЕР-1000, розробленої в Радиевом інституті і реалізованої сьогодні на ОДЦ ДХК. В основі нашої технології лежить спрощений PUREX-процес, переваги якого -виняток скидання рідких РАО в навколишнє середовище і створення повного замкнутого кислото- і водооборота.
Цільові продукти ОДЦ, закладені в проекті: регенерат урану у вигляді закису-окису і так званий плутонієвий продукт-порошок змішаних оксидів на основі нептунію, регенерату урану і плутонію. Плутонієвий продукт може бути використаний, як і передбачається в проекті ОДЦ, при фабрикації МОХ-палива для реакторів БН, проте він не підходить для виробництва РЕМИКС-палива через наявність 237Np. Таким чином, сьогодні в проекті ОДЦ немає продукту для виробництва РЕМИКС-палива; адаптація технології ОДЦ для отримання РЕМИКС-палива полягає в оптимізації екстракційного циклу з метою виключення нептунію зі складу плутонієвого розчину, використовуваного при отриманні порошків змішаних оксидів.
- Уже відомо, яка технологія отримання плутонієвого продукту буде використана в промисловій установці?
- Остаточного рішення поки немає. На ОДЦ буде реалізована технологія осадження, а до моменту реалізації промислової установки, можливо, буде відпрацьована і технологія термічної денітрації.
- Чи правильно я розумію: якщо спочатку потужність ОДЦ була орієнтована на забезпечення виробництва МОХ-палива, то доведеться зіткнутися з нестачею сировини для фабрикації ремікс?
- Потреба в МОХ-паливі для швидких реакторів зараз остаточно не визначена. На першому етапі на ОДЦ можна відпрацьовувати технології виробництва як РЕМИКС-палива для теплових реакторів, так і МОХ-палива для швидких реакторів.
- Чи дозволяє ця технологія переробляти «свіже», тільки що витягнуте з реактора ВЯП?
- Справа в тому, що технологія, яка буде використана на ОДЦ, спочатку розрахована на витримку ВЯП протягом не менше семи років. Немає ніякої необхідності переробляти ВЯП з істотно меншим часом витримки.
- Чому до сих пір в промисловості практично не використовують регенерований уран? Ні перевірених технологій? Або він дорожче в порівнянні з природним?
- Насправді приклади використання регенерованого урану є. Зокрема, на «Маяку» переробляють паливо реакторів ВВЕР-440. Отриманий регенерат урану надходить на Сибірський хімічний комбінат, де його дозбагачення і потім направляють на заводи, де виготовляють паливо для реакторів РБМК.
- Чи дозволить виробництво РЕМИКС-палива істотно знизити споживання природного урану?
- Є різні оцінки, але можу з упевненістю сказати, що економія складе не менше 20-25 %.
- А чи можна використовувати для фабрикації збіднений уран, якого накопичено дуже багато?
- На ваш погляд, виробництво РЕМИКС-палива дозволить забезпечити нерозповсюдження ядерних матеріалів?
- Використання РЕМИКС-палива дозволяє фактично замкнути цикл по плутонію в теплових реакторах і тим самим призупинити процес накопичення енергетичного плутонію або навіть (за певних умов) скоротити його запаси. У цьому сенсі технологія сприяє нерозповсюдження ядерних матеріалів.
- Якого класу радіоактивні відходи утворюються при виробництві РЕМИКС-палива?
- Відходи в дійсності утворюються не в процесі виробництва РЕМИКС-палива, а в процесі переробки відпрацьованого ядерного палива. Наприклад, французи при переробці ядерних відходів на заводі на мисі Ла Аг зливають в океан близько 100 тисяч кубометрів НАО в рік. Технологія Радієвий інституту - це технологія наступного покоління, яка повністю виключає скидання рідких радіоактивних відходів.
- Так, на ОДЦ повинні утворюватися тільки тверді РАВ: 0,15 м³ осклованих ВАО, 0,1 м³ металевих ВАО конструкційних матеріалів ТВС і близько 2,5 м³ цементованих САО на одну тонну переробленого ВЯП.
- Наскільки популярна ідея РЕМИКС-палива в світі? Чи є країни, які просунулися в його виробництві далі, ніж Росія?
- Ядерна енергетика - річ надзвичайно інерційна. Французи, одного разу взявшись за роботу з МОХ-паливом, що не дуже готові «зіскочити» з цього напрямку. У кожній країні, де є атомна енергетика, існують свої програми розвитку ядерно-енергетичного комплексу, які не змінюються відразу. Хтось повинен продемонструвати ефективність і доцільність нових технологічних підходів, і не виключено, що цей досвід може бути поступово запозичений іншими країнами.
- Як я вже говорив, ідея РЕМИКС-палива існує близько десяти років. За цей час було багато публікацій з даної теми, презентацій та дискусій на різних семінарах і конференціях.
У відповідності до цього наказу був створений керуючий рада під головуванням директора по державній політиці в області РАО, ВЯП і ВЕ ЯРОО ГК «Росатом» О. В. Крюкова, розроблений і затверджений ряд основоположних документів, включаючи програму робіт по розрахунково-експериментального обґрунтування РЕМИКС-палива і так зване рішення про організацію робіт. Останній документ фактично регламентує порядок проведення робіт, визначаючи організації, які беруть участь в них, що стоять перед ними завдання і терміни їх виконання.
- Проект фінансується з резервів ГК «Росатом».
- Де планується будувати завод з фабрикації РЕМИКС-палива?
- Як ви вже зрозуміли, порошки для виробництва РЕМИКС-палива будуть виготовлятися на споруджуваному сьогодні дослідно-демонстраційному центрі Гірничо-хімічного комбінату. Абсолютно логічно, з моєї точки зору, якщо завод з виробництва таблеток, ТВЕЛ і ТВЗ буде організований тут же. Я б очікував такого рішення, тим більше що у гірничо-хімічного комбінату вже є подібний досвід. Як ви знаєте, недавно там був запущений завод з фабрикації МОХ-палива для швидких реакторів.
- Такого рішення поки немає.
Матеріал надано редакцією журналу Nuclear Safety