Одной из проблем, стоящих на пути развития мировой атомной энергетики, является обращение с отработавшим ядерным топливом (ОЯТ). По данным МАГАТЭ, к настоящему времени его накопилось уже приблизительно 300 тысяч тонн и каждый год этот объём увеличивается ещё на 10-12 тысяч тонн. В тоже время кардинального решения данной проблемы на сегодняшний день пока нет, хотя многие специалисты в мире считают, что наиболее целесообразным подходом для уменьшения накоплений ОЯТ в мире является его переработка и возвращение в ядерный топливный цикл (ЯТЦ) урана и плутония, а также использование полезных радиоизотопов, накопленных в ОЯТ. Одной из перспективных технологий в этом направлении для тепловых реакторов, которые будут продолжать доминировать в ближайшие десятилетия в атомной энергетике, может стать технология РЕМИКС-ЯТЦ, предложенная российскими специалистами НПО «Радиевый институт» им. В. Г. Хлопина.
Данная технология представляет собой инновационный подход к замыканию ЯТЦ тепловых реакторов. РЕМИКС-топливо, изготавливаемое в рамках данной технологии, – топливо на основе смеси изотопов урана и плутония, выделенной из ОЯТ, очищенной от минорных актинидов и продуктов деления и смешанной (с учетом компенсации четных изотопов урана и плутония) с обогащенным природным ураном [1]. При этом также возможно использование в качестве подпитки не только обогащенного урана, полученного из природного сырья, но и из ранее выделенного регенерированного урана (из тепловых или быстрых реакторов) и плутония оружейного качества, выводимого из оружейных программ. В зависимости от типа подпитки обычно выделяют следующие типы РЕМИКС-топлива, основные характеристики которых представлены в Таблице 1.
Таблица 1. Типы РЕМИКС-топлива [2]Важно отметить, что в теории РЕМИКС-топливо предполагает отсутствие разделения урана и плутония при переработке ОЯТ с получением 2 смеси оксидов урана и плутония с последующей её подпиткой обогащенным ураном, полученным из регенерированного или природного урана. Вместе с тем, возможность использования неразделённой смеси продолжает обсуждаться, поскольку на сегодняшний день данный вопрос ещё не достаточно изучен.
РЕМИКС-ЯТЦ представляет собой на сегодняшний день относительно новый вариант замыкания ЯТЦ, в котором максимально эффективно используется энергетический потенциал всех компонентов ОЯТ. Более того, РЕМИКС-ЯТЦ может достаточно свободно интегрироваться в любую национальную энергетическую систему, предоставляя возможности для оптимизации ЯТЦ.
В связи с тем, что содержание плутония в РЕМИКС-топливе невелико (до 3%), возможна его 100% загрузка в активную зону реактора типа ВВЭР1000 без существенных модификаций систем обеспечения безопасности реактора, что позволяет использовать существующие тепловые реакторы в РЕМИКС-ЯТЦ.
Помимо этого, схожесть состава свежего, отработавшего РЕМИКС-топлива с ОЯТ уранового топлива не требует создания новых специализированных систем для обращения с ними и может быть произведено с помощью существующих систем обращения с ОЯТ. Потребуется лишь проведение реорганизации процессов транспортировки и приемки свежего РЕМИКС-топлива на АЭС путем использования дистанционно-обслуживаемого оборудования с высокой степенью автоматизации. Таким образом, использование РЕМИКС-ЯТЦ не потребует от энергетических компаний значительных капитальных затрат на модернизацию имеющегося у них парка АЭС на тепловых нейтронах.
При осуществлении дополнительного фракционирования продуктов деления урана, содержащихся в ОЯТ, можно выделить ценные изотопы, которые могут быть использованы в различных сферах науки и промышленности: Sr-90, Cs-137, Am-241, Ru, Pa, Rh, Xe и др. Это позволит получить дополнительный доход от использования замкнутого ЯТЦ.
Использование технологии РЕМИКС-ЯТЦ позволяет полностью замкнуть ЯТЦ по урану и плутонию. При этом в отличие от МОКС-топлива, изотопный состав плутония в РЕМИКС-топливе не претерпевает значительной деградации (Табл. 2), что позволяет использовать все количество урана и плутония, полученного из ОЯТ и участвующего в данном процессе, до 5 раз. Таким образом, это позволяет не только достичь экономии в расходе природного урана (до 20%), но и значительно уменьшить физические объемы ОЯТ, тем самым решая вопрос его накопления.
Таблица 2.2. Содержание изотопов Pu в регенерируемом РЕМИКС-топливе (кг/т U) реактора ВВЭР-1000 (4-х летний ЯТЦ, выгорание 49,2 ГВт·сут/т, выдержка 5 лет) [2]Вместе с тем, вопрос утилизации РЕМИКС-топлива после пятикратного рецикла в тепловом реакторе в настоящее время остается открытым. Его решением сможет стать ядерная энергетика с реакторами на быстрых нейтронах, которая сегодня усиленно развивается в России.
В настоящее время РЕМИКС-ЯТЦ как полноценный продукт пока находится на стадии его формирования. В июне 2016 г. три экспериментальных ТВС с РЕМИКС-топливом были загружены в 3 энергоблок Балаковской АЭС. Данные ТВС будут находиться в реакторе приблизительно 3 года, затем будут направлены на послереакторные исследования [3]. С 2019 года, согласно программе «Реферирование РЕМИКС-топлива» Госкорпорации «Росатом», планируется провести разработку промышленной технологии РЕМИКС, обоснование безопасности технологии РЕМИКС и создать производство РЕМИКС-ТВС. Полноценно референцию технологии РЕМИКС планируется получить к середине 2030-х годов. И в случае успеха РЕМИКС-ЯТЦ сможет стать надёжной основой и поддержкой интегрированного предложения Госкорпорации «Росатом» для продвижения российских ядерных энергетических технологий за рубеж, что укрепило бы её позиции на мировом рынке услуг в области ЯТЦ как на его начальной, так и на заключительной стадии.
Уже сейчас можно говорить о целевых странах, в которых отсутствует окончательное решение по вопросу обращения с ОЯТ, но имеются планы по расширению или продлению срока эксплуатации тепловых реакторов, в том числе и реакторов типа PWR. Наиболее реалистичные перспективы РЕМИКС-ЯТЦ имеет, в первую очередь, в тех странах, где в настоящее время Госкорпорация «Росатом» строит или имеет соглашения о сооружении реакторов типа ВВЭР: Беларусь, Венгрия, Бангладеш, Турция, Узбекистан, Египет [4]. 4
Таким образом, можно сказать, что РЕМИКС-ЯТЦ обладает потенциалом для того, чтобы стать конкурентоспособным и привлекательным предложением на международном рынке услуг в области ЯТЦ. Однако для возможности его продвижения на внешние рынки необходимо осуществить ещё достаточно большой объём работ по обоснованию его эффективности, созданию и совершенствованию нормативно-правовой базы, формированию необходимой инфраструктуры для реализации всех переделов, а также их сертификация. И от того, насколько оперативно и успешно будут выполнены данные работы, будет зависеть будущее технологии РЕМИКС, а, следовательно, конкурентоспособность и успешность Госкорпорации «Росатом» как одного из лидеров мирового рынка использования атомной энергии.