Ядерный спор: Ученый и "Росатом" разошлись в вопросе о развитии отрасли

Что даст программа "Росатома" в ближайшей перспективе?

Вряд ли кто-то из простых обывателей обратил внимание на недавно мельком проскочившую в СМИ информацию – о том, что правительство России утвердило предложенный "Росатомом" план сооружения на территории страны целого ряда объектов ядерной энергетики, которые должны быть введены в эксплуатацию до 2030 года. Со ссылкой на распоряжение кабмина сообщалось, что, в частности, на Татарской АЭС к этому времени будет построен один энергоблок с реактором ВВЭР-ТОИ с установленной мощностью 1250 МВт, на Нижегородской АЭС - два энергоблока с аналогичными типами реакторов общей мощностью 2510 МВт.

Согласно тому же распоряжению на площадке Белоярской АЭС планируется ввести в эксплуатацию новый энергоблок №5 с реактором на быстрых нейтронах БН-1200, а для покрытия энергодефицита Челябинской области предлагается строительство Южноуральской АЭС также с реактором на быстрых нейтронах мощностью 1200 МВт. Кроме того, в городе Северск Томской области к 2025 году планируется ввести реактор БРЕСТ-300, который сооружается в рамках проекта "Прорыв". Сообщалось также, что "в рамках проекта "Прорыв" будет отработана новая технология ядерной энергетики будущего – полное замыкание ядерного топливного цикла".

Скорая реакция источников, близких к "Росатому," в формате: "правительство России согласилось с предложенным "Росатомом" календарным планом настоящей атомной технической революции, которая позволит ей окончательно закрепить за собой роль лидера высоких технологий" говорит о том, что это событие - отнюдь не рядовое. Ведь что бы ни говорили представители атомного лобби о мнимой дешевизне атомного киловатта, капитальные затраты на реализацию этой программы существенны - к примеру, стоимость строительства одной только Курской АЭС-2 (это четыре двухблочных АЭС с водо-водяным энергетическим реактором ВВЭР-1300, см. ниже) превысит 200 млрд. рублей.

Что дадут "быстрые нейтроны" в ближайшей перспективе?

Привычный нам мир держится на углеводородной энергетике – львиная доля электричества, которую мы потребляем, получена путем сжигания нефти и газа. Однако запасы углеводородов на планете ограничены, их, по разным оценкам, хватит еще на 40–60 лет, а спад в добыче нефти и газа по некоторым оценкам может начаться уже с 2020 года. Так что вопрос о том, как жить дальше, с каждым годом становится все острее, а работы по поиску энергетической альтернативы – все масштабней.

Если не считать возможности использования энергии ветра и Солнца, до последнего времени науке было известно всего две такие возможности: извлечение энергии за счет деления ядер тяжелых элементов, или при слиянии ядер самых легкого – водорода – с образованием ядра атома гелия. К сожалению, обе эти возможности весьма опасны – ведь в первой, по существу, приходится приручать атомный взрыв, во второй – термоядерную реакцию, которая питает звезды и пугает нас водородной бомбой.

Воплощение первого пути, атомная энергетика, развивается с середины прошлого века, однако ее доля в мировом энергобалансе все еще очень мала, всего 5,5% от его общего объема - то есть ее вклад в процветание человечества все еще меньше, чем даже ветровой и солнечной энергетики.

В мире существует два класса ядерных реакторов: на медленных нейтронах (водо-водяные, сокращенно ВВЭР, большой мощности канальные, или РБМК, на тяжелой воде и с шаровой засыпкой и газовым контуром) и на быстрых нейтронах.

В первом из них лишь ВВЭР относительно безопасны в эксплуатации и составляют основу современной мировой атомной энергетики, но имеют существенный недостаток: они требуют обогащенного примерно до 5% урана. И здесь уместно вспомнить прогноз Красной книги МАГАТЭ: даже при действующем уровне потребления мировые запасы урана с разумной стоимостью добычи, до $130 за один килограмм, истощатся уже через 85 лет.

Реакторы на быстрых нейтронах кардинально отличаются от всех остальных: плотность тепловыделения в них в несколько раз больше, поэтому в качестве теплоносителя там приходится использовать жидкий натрий или свинец вместо воды. При работе такого реактора происходит очень интенсивное выделение нейтронов, которые поглощаются слоем урана-238, расположенного вокруг активной зоны. Этот уран превращается в плутоний-239, который затем тоже может использоваться в реакторе как делящийся элемент.

Именно этот факт стал основным аргументом в пользу новой программы "Росатома", которая предполагает использовать блоки с "быстрыми" реакторами в сочетании с реакторами на тепловых нейтронах. Предполагается, что с помощью "быстрых" реакторов можно будет эффективнее решать проблему накопления отработанного ядерного топлива (ОЯТ) "тепловых" реакторов, уменьшая радиотоксичность этого ОЯТ, чтобы в некой перспективе приблизиться к так называемому замкнутому топливному циклу, когда объем и токсичность захораниваемого ОЯТ сравняется с объемом и токсичностью природного сырья "на входе".

Общий и все более существенный в современном нестабильном мире недостаток всей атомной энергетики состоит в том, она фактически исключает возможность контроля за нераспространением ядерного оружия на Земле: ведь каждое государство, имеющее на своей территории современную АЭС, которая постоянно производит плутоний, может теоретически сделать свою собственную атомную дубину. 

Второй путь предполагает генерацию энергии при управляемой термоядерной реакции. К сожалению, современные термоядерные исследования в магнитных ловушках, проводимые в мире вот уже в течение более 60 лет, так и не привели к созданию функционирующего реактора даже с кпд, равным нулю – все они в рабочем режиме потребляют много больше энергии, чем вырабатывают сами. А множество нерешенных проблем, физических и технологических, однозначно выльются в многомиллиардные затраты и многие десятки лет исследований.

Но вот вопрос: а есть ли у нас столько времени? И можем ли мы позволить себе ошибку в выборе энергетических приоритетов?

 

Кто против и почему?

Наш соотечественник Игорь Острецов с единомышленниками, работая в структуре советского еще Минатома, обнаружил, что при облучении протонами высоких энергий даже обедненного урана или отработанного ядерного топлива реакция деления с выделением энергии происходит тоже, что в "быстрых" реакторах, но вот осколки деления имеют совершенно другой изотопный состав и очень быстро теряют свою активность.

На основе этого физического эффекта он разработал принципиально новый способ извлечения энергии атома – релятивистскую ядерную технологию, ЯРТ, и предложил свою программу развития ядерной энергетики, которую "пробивает" вот уже 20 лет, не без основания считая ее совершенно безальтернативной. В самом деле, запасы природного и отвального (обедненного) урана на планете весьма велики, а проблема нераспространения и другая большая головная боль – задача утилизации отработанного ядерного топлива – решаются при таком образе действий сами собой.

Мнение экспертов, связанных с атомным монополистом, сегодня весьма распространено, однако есть и критики существующей статегии.

 

– Альтернатива бридерам (то есть "быстрым" реакторам) в отечестве есть: это совершенно новый метод генерации энергии, который мы с коллегами назвали ядерными релятивисткими технологиями. Если кратко, наш принцип состоит в том, чтобы органично совместить ядерный реактор с ускорителем элементарных частиц. Результатом такого синтеза будет ЯРЭС – ядерная релятивистская электростанция. Это реактор без сверхкритической массы делящихся продуктов и потому абсолютно взрывобезопасный. Он сможет работать на уране из отвалов радиохимических предприятий, на природном уране и даже на тории. И что чрезвычайно важно, он будет способен "дожигать" в короткоживущие изотопы всю ту гадость, которую сегодня мы не знаем, куда девать - радиоактивные отходы и облученное ядерное топливо, и даст возможность полностью перерабатывать долгоживущие продукты-актиноиды тепловыделяющих элементов подлодок и старых АЭС. Что позволит сократить объем радиоактивных отходов в разы и навсегда решить проблему нехватки урана для атомных станций, - поясняет профессор, доктору технических наук Игорь Острецов.

 

– Звучит несколько фантастически.

– Разработка уникальна и основана на фундаментальных исследованиях. Сердце ЯРЭС – линейный ускоритель Богомолова на обратной волне, сверхкомпактная супермашина по производству протонов с энергиями порядка 10 ГэВ. Классическому криогенному ускорителю на каждый ГэВ на выходе нужен 1 километр длины (на 4 ГэВ – соответственно 4 километра), наш 4-ГэВ ускоритель Богомолова легко помещается в грузовой отсек транспортного самолета Ан-124 "Руслан". Еще советская разработка, моего сокурсника по МФТИ Алексея Богомолова.

– Если то, что вы говорите - верно, почему у нас до сих пор нет госпрограммы развития ЯРТ?

– У меня, разумеется, есть ответ и на этот вопрос, но я воздержусь, потому что вообще-то это вопрос не ко мне. Да, рядом аспектов ядерных релятивистских технологий у нас де-факто занимается Физико-энергетический институт в городе Обнинске Калужской области, ФЭИ, там недавно начались работы по глубоко подкритичным системам. Некоторые эксперименты по ЯРТ ведутся и в Дубне, в составе большой кооперации, но при очень скудном финансировании. Бьется за ЯРТ Валерий Чилап, ген. директор – ген. конструктор Центра Физико-Технических проектов "Атомэнергомаш", человек, с которым мы начинали эту работу.

Он со своей командой выступил идеологом и активным участником ограниченных экспериментов по ЯРТ в Дубне на массивной урановой сборке, вложив в них практически все собственные средства. А сейчас уже несколько лет обивает пороги Росатомовского начальства, добиваясь (задумаемся!) объективной экспертизы проекта разработки ЯРТ. Люди, представляющие интересы государства в фактически наиприоритетнейших вопросах национальной безопасности, настолько безответственны, до такой степени не боятся совершить ошибку, которая безо всяких преувеличений может стоить России ее суверенитета, что позволяют себе годами держать такие вещи в долгом ящике.

P P5P0P:QP>Q PP-800 P2QQP0P1P0QQP2P0P5Q Q P=P5QP3P8Q Q
P?P>P

Q QQ PPPP!-QP>P?P;P8P2P0, P:P>QP>QP>P5 P?P>P;QQP0QQ P8P7 QP>P?P;P8P2P0, P>QQP0P1P>QP0P2QP5P3P> P2 P>P1QQP=QQ QP5P0P:QP>QP0Q. PQP5QP0 Q QP>Q QP5P0P:QP>Q P2QP2P5P;P8 P=P0 100%-Q P

Q P=P>Q
QQ. PQP4QQ P5P5 QP6P5 P7P4P5Q
Q. p #Nuclear #NuclearReactor #NuclearPower #future #FastNeutrons #BelNPP

P$P>QP> P>P?QP1P;P8P:P>P2P0P=P> @rosatom_ru PP2P3 18 2016 P2 4:17 PDT

 

По ту сторону баррикад

Чтобы получить по возможности полное представление о развитии отечественной атомной энергетики, Лайф обратился за комментарием к руководителю проекта Департамента коммуникаций госкорпорации "Росатом" Андрею Иванову, однако, Иванов отказался комментировать предложения Острецова, подчеркнув, что непрофессионально и неэтично обсуждать чье-то частное мнение и идеи. В то же время, официальная позиция госкорпорации была доведена до Лайфа.

"Какой-либо государственной программы или проекта ЯРТ на уровне ведущих российских институтов или РАН не существует. Предмета разговора просто не существует.

Любой здравомыслящий человек понимает, что инновация и научная концепция в ядерной физике проходит длительный и тернистый путь от идеи до надежной, коммерчески эффективной и безопасно работающей энергетической установки. По меньшей мере, глупо изображать "Росатом", занимающийся коммерциализацией технологий, или НИЦ "Курчатовский институт", который является, как правило, научным руководителем многих проектов, этакими монстрами, которые тормозят прогресс человечества", - заявили в "Росатоме".

Источник, близкий к "Росатому", пояснил, что никто в корпорации не видел проекта Острецова, не говоря уж о хоть каком-то научном и экономическом обосновании тех идей, которые проф. Острецов постоянно озвучивает для СМИ.

"Даже если бы он и представил нечто подобное на экспертизу, то обратился бы он не по адресу – ведь "Росатом" - это организация практиков, здесь воплощаются в жизнь инновации, уже прошедшие весьма длинный и тернистый путь от физической идеи до надежно, эффективно и безопасно работающих энергетических установок. А с "голыми" идеями Игорю Острецову надо обратиться в НИЦ "Курчатовский институт", это прямой профиль работающих там специалистов", - добавил он.

Что же касается состоятельности энергетической программы "Росатома", то свое мнение высказали ряд ведущих специалистов отрасли.

 Андрей Говердовский, директор ГНЦ ФЭИ им. Лейпунского:

Урана-235 действительно в природе очень мало, по оценкам многих специалистов его хватит, может быть, еще на лет 100. Однако в качестве источника энергии уран в целом – потрясающий элемент. В ядре любого из его изотопов содержится очень много энергии и неважно, какой это изотоп, делящейся или неделящейся. Важно, что есть энергия. И человек должен ее использовать.

В топливе реакторов ВВЭР используется уран-235 а вот в реакторах на быстрых нейтронах можно создавать совершенно другой элемент - плутоний, превращая неделящийся уран-238, которого в природе много, в это новое, совершенно эффективное топливо, при расщеплении ядер которого энергии выделяется даже больше, чем при делении урана-235.

"Быстрые" реакторы уникальны именно тем, что способны размножать топливо – превращать непригодный для "горения" уран-238 в пригодный для "горения" плутоний. Да, на этом пути есть много проблем. Необходимо замкнуть цикл, заставить вращаться топливо внутри замкнутой энергетической системы. При этом удается, как показывают расчеты, сжигать очень много разных отходов, которые считаются радиоактивными. В атомной энергетике, на самом деле, отходов не так много. В основном это очень ценные продукты, которые человек должен научится использовать для своего блага. В замкнутом ядерном топливном цикле именно так и происходит. Вот эти проблемы и решает проект "Прорыв", создавая реакторы и систему обращения с ОЯТ для замкнутого ядерного топливного цикла.

Реакторы БН - это основа замкнутого ядерного топливного цикла. Мы в России более 30 лет эффективно эксплуатируем БН-600 с натриевым теплоносителем, сейчас ввели в работу БН-800. Фактически, в атомной энергетике будущего, которая позволит решить проблему накопленных  отходов, мы - мировые лидеры.

Валерий Беззубцев, заместитель генерального директора, директор по технологическому развитию ОАО "Концерн Росэнергоатом":

Цель реализации проекта сооружения энергоблока с реактором на быстрых нейтронах нового поколения БН-800 – это переход от открытого топливного цикла с урановым топливом (БН-600) к замкнутому топливному циклу с уран-плутониевым смешанным топливом, включающий создание пилотного производства смешанного топлива и отработку пилотного замкнутого цикла с его внедрением в производство.

Замкнутый топливный цикл с реакторами на быстрых нейтронах обеспечивает сырьевую независимость и малоотходность атомной энергетики России не только за счет максимального вовлечения в энергопроизводство урана-238 из накопленных отвалов, но и за счет минимизации отходов, подлежащих окончательной изоляции, а также использования отработавшего ядерного топлива и накопленного плутония.

Замкнутый ядерный топливный цикл - это возможность радикально, на перспективу тысячелетий, расширить топливную базу – использовать необогащенный уран и хранящийся на складах и в отработавшем ядерном топливе плутоний, и решить проблему отходов, прежде всего, от самих реакторов ВВЭР – это реализация технологии замыкания ядерного топливного цикла с использованием уран-плутониевого топлива, и взаимодополняющей работы традиционных и "быстрых" реакторов.

Инновации проекта БН-800 включают пассивные системы безопасности, которые обеспечивают минимальную вероятность аварии с расплавлением активной зоны и исключают выделения плутония в топливном цикле при переработке облученного ядерного топлива.

Проект БН–800 предназначен для окончательной отработки технологии реакторов на быстрых нейтронах с использованием уран–плутониевого топлива. Атомная отрасль очень консервативна, главное для нас – безопасность: хотя у нас уже есть многолетний успешный опыт эксплуатации БН–600, этого недостаточно. Опыт эксплуатации нового БН–800 будет учтен в проекте БН–1200 – и он, после разработки и утверждения проектной документации, успешного строительства и опыта эксплуатации «головного» энергоблока, должен стать первым в серии таких же БН–1200 на других АЭС. Кроме того, реактор БН–800 будет использоваться для отработки технологий замкнутого ядерного топливного цикла – на нем будет использоваться МОКС–топливо на основе плутония, выделенного при переработке уже отработавшего ядерного топлива других реакторов. В настоящее время такой плутоний хранится на складах, и наша основная задача – его утилизация в быстрых реакторах.

В заключение отмечу, что не мы одни сделали ставку на быстрые реакторы: китайские ученые тоже изучают бридеры с 60-е годов ХХ века. В итоге еще в 1987 году руководство КНР включило в свою госпрограмму по развитию высоких технологий проект 863, "Развитие технологии быстрого реактора-бридера". После нескольких лет исследований и практических работ они решили создать у себя экспериментальный реактор на быстрых нейтронах CEFR, 65 МВт тепловой мощности и 20 МВт - электрической. А для оптимизации расходов привлечь иностранцев. Их выбор пал на Россию, что не удивительно – ведь самый большой в мире опыт в этой сфере именно у нас. Это наше сотрудничество с КНР началось в 1992 году, в июле 2010 года мы совместно совершили успешный пуск экспериментального реактора CEFR, в 2011-м подключили его к электросети. А в августе 2010-го РФ и КНР подписали соглашение о строительстве двух энергоблоков на быстрых нейтронах типа БН-800. Согласно стратегическому плану развития атомной энергетики КНР замыкание ядерно-топливного цикла будет достигнуто ими в 2030-х годах. И все мы хорошо знаем, как китайцы умеют выполнять то, что наметили.

Вместо заключения

Готовя этот текст к публикации, мы просто не могли не поинтересоваться мнением проф. И.Н. Острецова о том, в какой мере его удовлетворила реакция экспертов "Росатома". И вот что сказал нам Игорь Николаевич:

Очень хорошо, что "Росатом", наконец-то, обозначил свою позицию в вопросе по ЯРТ. Она, как мы видим, сводится к следующим положениям:

1. Искать новые направления в развитии атомной энергетики не его дело. Этим должен заниматься Курчатовский институт.
2. Очевидно, поэтому он развивает только то, что получил в наследство от советской атомной промышленности.
3. Для поддержки ЯРТ должен быть представлен достаточно хорошо проработанные предложения.

 

Позиция Курчатовского института сегодня является однозначной. Оно сводится к тому, что, поскольку в бридерах коэффициент воспроизводства топлива меньше единицы, то без создания мощного источника нейтронов в ближайшей перспективе человечество не выживет. В качестве такового эксперты КИ предлагают термоядерный источник нейтронов, подкрепляя это утверждение следующим графиком:

Кроме того бридеры крайне опасны. Используемые в небольших количествах реакторы на быстрых нейтронах, работающие в надкритическом режиме, в качестве топлива используют уран-плутониевую смесь. Однако они не получили широкого распространения в мире, так как процесс сжигания плутония происходит только при его концентрациях выше 15%. При меньших же концентрациях идет процесс дальнейшей наработки (бридинга) плутония. Однако режим работы с высокой концентрацией делящегося плутония в надкритическом режиме сопряжен с опасностью образования его критической массы с последующим развитием неуправляемой цепной реакции деления, в просторечьи – с атомным взрывом.

Но дело в том, что идея термоядерного синтеза в магнитных ловушках физически несостоятельна. В КИ, кстати, это понимают. Альтернативой может быть только ядерный каскад, инициированный релятивистскими заряженными частицами в актиноидной мишени полного поглощения, т.е. ЯРТ. Никакой другой альтернативы для выживания человечества в XXI веке просто нет.

P.S.

В середине августа стало известно о поручении президента РФ В.В. Путина правительству вместе с госкорпорацией "Росатом" и Национальным исследовательским центром "Курчатовский институт" подготовить предложения о возможности применения в качестве перспективного сырья для ядерного топлива… тория. Напомним, что изотоп торий-232 считается весьма привлекательным материалом для ядерного топлива реакторов АЭС, работающих в т.н. уран-ториевом ядерном топливном цикле.

Содержание тория в земной коре в 4-5 раз выше содержания урана, а его месторождения куда более доступны, чем природные источники урана. Для нас, однако, в контексте разговора о будущем отечественной атомной энергетики, здесь важно другое: что этот вариант имеет все признаки временного компромисса. Срок исполнения поручения главы государства истекает 1 марта 2017 года.

Биографическая справка

Игорь Острецов — доктор технических наук, профессор, бывший заместитель директора ВНИИ атомного энергетического машиностроения, руководитель работ по ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС со стороны Министерства энергетического машиностроения СССР.

Родился в 1939 году в Ростове-на-Дону. В 1962 году закончил МФТИ, в 1965-м аспирантуру МФТИ. С 1965 по 1980 год начальник лаборатории 1-го Ракетного института (современное название Исследовательский центр им. Келдыша). С 1972 года доктор технических наук, профессор.

В 1965-1976 годах преподавал в МВТУ им. Баумана. Область интересов в эти годы космическая энергетика и ряд прикладных задач в военной области, в том числе проблемы радионевидимости космических и атмосферных летательных аппаратов.

Благодаря Острецову в 1970-е годы появилась на свет аппаратура плазменной невидимости для боеголовок баллистических ракет, а затем - и для крылатой ракеты Х-90 "Метеорит". Эти работы крайне важны и сегодня - для прорыва перспективной ПРО США.

До 1980 года Игорь Острецов вел успешные работы по созданию плазменной аппаратуры для гиперзвуковой высотной крылатой ракеты "Метеорит". Здесь радиоволны не рассеивались плазмой (ибо ракета летела в атмосфере), а поглощались ею.

В 1980-м году Острецов перешел на работу в НИИ атомного машиностроения, где задумался над проблемой создания максимально чистой ядерной энергетики - производящей минимум отходов, не нарабатывающей делящихся материалов для ядерного оружия и, главное, не использующей крайне редкий в природе уран-235.

В 1998-м году, благодаря завязанному в Чернобыле знакомству с академиком Валерием Субботиным, Острецов проводит на большом ускорителе Института ядерной физики в Дубне эксперимент по облучению свинцовой сборки протонами с энергией 5 ГэВ. Результат - свинец стал делиться. То есть была доказана возможность создания релятивистской ядерной энергетики, сочетания ускорителя и подкритического реактора, где не нужны ни уран-235, ни плутоний-239.

В 2002 году под его руководством был проведён аналогичный опыт на ускорителе в Протвино. 12-часовое облучение свинцовой мишени на ускорителе протонами в диапазоне энергий от 6 до 20 ГэВ привела к тому, что свинец 10 дней "фонил", как радиоактивный металл. Провести подобные эксперименты с торием и ураном-238 Острецову не удалось из-за организационных проблем.