Борис Васильев, главный конструктор "ОКБМ Африкантов": "Прорыв" на тысячелетия вперед"

15 июня 2012

Одна из самых обсуждаемых, можно сказать – модных, тем мировой науки – энергетика будущего. Прошли те времена, когда казалось, что вот-вот человечество изобретет нечто абсолютно новое, совершенно безопасное и при этом практически бесплатное, и это «нечто» перевернет всю мировую экономику. В настоящее время, а развитые страны стремятся стать лидерами в предложении миру новых энерготехнологий, базирующихся, однако, на достаточно изученных фундаментальных основах.

Разумеется, не составляет исключение в этом ряду и Россия, где в 2010 году была утверждена Федеральная целевая программа «Ядерные энерготехнологии нового поколения на период 2010-2015 годов и на перспективу до 2020 года». А уже в 2011 году сформирован консолидированный проект «Прорыв», объединивший основные положения целевой программы, относящиеся к замыканию ядерного топливного цикла.

Судя по информации, поступающей из технического комитета проекта «Прорыв», россияне взялись за то, чего никто в мире еще не смог реализовать. Речь идет  о «новой конкурентоспособной и коммерчески оправданной атомной энергетике, в которой исключены тяжелые аварии, вместо 0,7% используется полный энергетический потенциал урана, решена проблема накопления ОЯТ и захоронения ВАО, технологически усилен режим нераспространения».

Поставленная задача должна быть решена всего за 10 лет. Руководитель технического комитета проекта Евгений Адамов объясняет такие сроки тем, что фундаментальных проблем для реализации проекта нет, хотя объем стоящих перед его участниками инженерных задач весьма высок. При этом руководители проекта напоминают, что в свое время в СССР от распоряжения сверху до получения первого плутония прошло всего три года.

Наш собеседник – член технического комитета проекта «Прорыв», главный конструктор реакторов на быстрых нейтронах ОАО «ОКБМ Африкантов» Б. А. Васильев.

- Борис Александрович, позвольте начать с вопроса несколько провокационного: проект «Прорыв» - это новая энергетика или все-таки нет? Можно ли говорить о том, что в результате его реализации будет принципиально решен вопрос энергообеспечения человечества на длительное время.

- Это было бы неточно «Прорыв» определять как проект, относящийся к новому виду энергии. По большому счету, это все-таки развитие уже освоенной атомной энергетики. Но то, что замыкание топливного цикла позволит превратить атомную энергетику в глобальную, такую, которая может удовлетворять потребности человечества в энергии в течение тысячелетий, это действительно так.

Вопрос о замыкании ядерного топливного цикла был поставлен уже в начальный период развития атомной энергетики. А сейчас тем более стало ясно, что без замыкания топливного цикла, запасов урана хватит не более чем на 100 лет. Такая атомная энергетика не имеет принципиальных преимуществ перед традиционной, поскольку запасы нефти и газа хотя тоже не безграничны, но и не меньше по энергоресурсу.

Замыкание ядерного топливного цикла позволяет вовлечь в работу дополнительный делящийся материал – плутоний, который получается из «балластного» изотопа урана-238 (99,3% в природном уране), что позволяет эффективно использовать весь природный уран, тогда как в освоенной атомной энергетике используется лишь природный делящийся материал – изотоп уран-235 (~0,7% в природном уране). Но замкнутый топливный цикл сложнее, чем открытый. Он требует переработки отработавшего ядерного топлива, выделения из него плутония (а это радиоактивный и токсичный элемент), изготовления свежего топлива на основе плутония; этот процесс должен быть непрерывным, что не так просто осуществить. Впрочем, во Франции, например, эта идея уже частично реализована, правда, на традиционных реакторах, которые не обеспечивают многократное повышение эффективности использования делящегося материала. Чтобы перейти к решению задачи полного использования потенциального ресурса урана, нужен новый тип реактора – реактор на быстрых нейтронах (быстрый реактор).

Реакторы на быстрых нейтронах довольно давно разрабатываются во многих странах, но широкого внедрения пока не получили. Единственный в мире быстрый реактор действует сегодня в России, на Белоярской АЭС. Это реактор БН-600 с натриевым теплоносителем электрической мощностью 600 мегаватт. Один он, естественно, ничего не решает, да и сооружен БН-600 еще в 1980-е годы, то есть имеет достаточно солидный возраст для технического объекта. Кроме того, нужно улучшить показатели реакторов БН: технико-экономические характеристики, показатели безопасности. Это в определенной мере сделано в проекте БН-800, который сейчас сооружается на Белоярской атомной станции и через год-два должен быть пущен в эксплуатацию.

В полной мере возможности улучшения конструкции быстрого натриевого реактора могут быть реализованы на базе всего накопленного опыта, и мы сейчас воплощаем эту идею в проекте реактора БН-1200, разрабатываемого в рамках проекта «Прорыв».

Кроме натрия в быстром реакторе возможно использование других видов теплоносителя, не замедляющего нейтроны – в отличие от воды в традиционных реакторах. Специалистами НИКИЭТ (Москва) в 90-х годах было предложено использовать свинцовый теплоноситель, соответствующая конструкция реактора также разрабатывается в рамках проекта «Прорыв».

Считается, что он может быть более эффективным по технико-экономическим показателям и безопасности. Мы, разработчики быстрого натриевого реактора, не уверены в этом. Окончательную оценку эффективности применения свинцового теплоносителя можно будет сделать только после получения опыта работы разрабатываемого опытно-демонстрационного реактора БРЕСТ-ОД-300.

Но для того, чтобы замкнуть ядерный цикл, мало иметь только реакторы, нужен целый набор технологий: переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), изготовления свежего топлива, обращения с радиоактивными отходами от ОЯТ, которые являются самым опасным элементом в этой цепочке, да и в атомной энергетике в целом. Существует два варианта обращения с ОЯТ: прямое захоронение ОЯТ в недра земли, что делает атомную энергетику малоэффективной и экологически наиболее проблемной; и переработка ОЯТ. Переработка и выделение из отработавшего ядерного топлива полезных продуктов для дальнейшего использования в реакторах как раз и решают обозначенную задачу эффективного использования природного урана. При этом одновременно сводится к минимуму количество радиоактивных отходов атомной энергетики. Решение комплексной задачаи замыкания ядерного топливного цикла с использованием новых технологий – это и есть проект «Прорыв».

- Отдельные элементы этой задачи, как Вы сказали, решались и в других странах, в частности, во Франции. Почему же мы говорим, что это наш, российский, прорыв?

- Решением задачи создания замкнутого цикла, безусловно, занимались и за рубежом, поскольку без этого вообще невозможно рассчитывать на долгосрочное и эффективное использование атомной энергии. Но дело это сложное и, скажем, с созданием надежной конструкции быстрого реактора на сегодняшний день ни у кого, кроме нас, особых достижений нет. То есть, здесь мы – лидеры.

Что касается переработки ОЯТ и создания вторичного топлива: на Западе в решении этих задач продвинулись достаточно далеко, но те методы, которые там используются, и топливо, которое получается, не в полной мере удовлетворяют требованиям, сформулированным в проекте «Прорыв». Соответственно, и в этих технологиях планируется выход России на передовые позиции.

Вообще, ситуация с замыканием топливного цикла в мировой атомной отрасли выглядит так: страны, однозначно ориентированные на замыкание – это Франция, Япония (во всяком случае, до аварии на АЭС «Фукусима»), Великобритания, США, Корея, Индия и Китай.

Последние две страны считают, что их экономики просто-напросто не выживут без решения этой задачи. Индийские специалисты, несмотря на то, что база у них гораздо слабее нашей,  достаточно хорошо продвинулись вперед и в скором времени готовятся запустить свой демонстрационный натриевый реактор с замкнутым топливным циклом. Если у них все получится, то Индия вслед за нами выйдет в мировые лидеры в этой области, поскольку другие страны к практической реализации проектов еще не готовы. Индийские специалисты хотят форсировать практическую реализацию, поэтому после запуска первого реактора они собираются выпустить малую серию подобных реакторов и одновременно разрабатывать более совершенный проект. Планируется, что это может быть осуществлено к 2020 году. Китай тоже хотел бы ориентироваться на этот срок, но у него пока нет твердой программы развития. Зато они активно интересуются нашими технологиями и вполне возможна перспектива совместной работы по созданию БН в Китае. Для этого имеется хороший задел – создание в 2011 году в Китае с помощью России экспериментального быстрого натриевого реактора CEFR. Что касается других названных стран, то они планируют создание у себя подобных реакторов не раньше 30-40-х годов.

- Насколько быстро новые технологии могут быть внедрены в атомную энергетику?

- Нужно понимать, что резкого перехода атомной отрасли на новые технологии не произойдет, по крайней мере в два ближайших десятилетия. Госкорпорация «Росатом» ставит задачу ежегодно вводить в эксплуатацию в России и за рубежом несколько традиционных для атомной энергетики реакторов типа ВВЭР (на тепловых, или «медленных» нейтронах). Все они вполне современны, удовлетворяют всем новым требованиям по безопасности, достаточно экономичны. У нас очень мощная база обеспечения реакторов ВВЭР топливом: в Советском Союзе был создан такой задел, что мы имеем возможность обеспечивать обогащенным ураном и топливом на его основе не только себя, но и зарубежные страны, и это еще долгие годы будет происходить. У нас есть серьезные машиностроительные мощности для производства самих реакторов – они ориентированы на технологии, которые используются сегодня. Переделать сразу все это на новый лад, безусловно, невозможно, поэтому традиционная атомная энергетика еще долгое время будет существовать наряду с новыми технологиями замкнутого топливного цикла. Кроме того, необходимо накопление опыта функционирования новых реакторов. И этот процесс тоже займет достаточно длительное время – не одно десятилетие. Впрочем, вопрос не в том, сколько времени это займет, а в том, чтобы этот процесс шел в принципе, поскольку, если ничего не будет делаться, то и рассчитывать будет не на что.

В России сейчас реализуется Федеральная программа «Ядерные энерготехнологии нового поколения…», рассчитанная на период 2010–2015 годов и на перспективу до 2020 года. Соответственно ставится задача к 2020 году создать технологии на промышленном или хотя бы на опытном уровне. Это не означает, что 2020 году весь объем работ будет закончен; безусловно, будет намечена дальнейшая перспектива. Достаточно масштабного практического использования полученных результатов НИОКР по проекту «Прорыв» можно ожидать примерно к 2030 году.

- Можно чуть подробнее рассказать о том, как ОКБМ вошло в эту программу и какова его функция в реализации проекта?

- Главная функция ОКБМ, разумеется, создание быстрого натриевого реактора, удовлетворяющего самым высоким требованиям по безопасности и экономичности. Мы ведем эту работу уже несколько лет, сейчас вышли на техническое проектирование, и в 2013 году должны технический проект полностью разработать. Он будет включен в проект атомной станции, и нашей главной задачей будет сооружение этого объекта. Еще при защите проекта мы должны будем доказать, что этот блок можно строить серийно.

- Как известно, для решения технических вопросов по проекту создается технический комитет под руководством Евгения Адамова, а также будет сформирован так называемый институт экспертизы. Представители  от ОКБМ приглашены в этот институт?

- Институт экспертизы – понятие условное, под этой формулировкой имеется в виду привлечение высококвалифицированных экспертов для анализа научно-исследовательских отчетов, конструкторской документации, которые будут выпускаться в рамках проекта. Этот экспертный совет уже начал действовать, и его решения являются важной составляющей для оценки того, что уже сделано, и принятия решений о дальнейшем движении вперед. ОКБМ тоже участвует в этой работе, наши специалисты привлекаются для анализа ряда проектов.

- В ФЦП «Ядерные энерготехнологии нового поколения» предусматривается разработка не двух, а трех типов быстрого реактора…

- Действительно, рассматривается еще третий тип реактора – свинцово-висмутовый СВБР-100. Он тоже на быстрых нейтронах, но это реактор, предназначенный для малой региональной энергетики. Разработчики так его и позиционируют: безопасный реактор, который может размещаться в непосредственной близости от населенных пунктов. Именно в  этом они видят его конкурентное преимущество (в этой области у ОКБМ есть свои предложения), а то, что он на быстрых нейтронах, имеет второстепенное значение, поскольку в совокупности реакторы для малой, региональной, энергетики будут выдавать относительно небольшую мощность. Поэтому их возможное влияние на атомную энергетику и эффективность использования урана будут невелики.

Поэтому серьезно рассматриваться могут только два уже названных мной типа реактора: наш БН-1200 и БРЕСТ – разработка НИКИЭТ. Однако и вопрос выбора между ними по существу не стоит: на сегодняшний день реактор со свинцовым теплоносителем находится только в стадии разработки проекта опытно-демонстрационного образца. Естественно, прежде чем можно будет делать выводы о перспективе его дальнейшего использования, опытно-демонстрационный реактор должен будет определенное время поработать. Таким образом, если говорить о внедрении замкнутого топливного цикла в обозримом будущем, то альтернативы натриевому реактору нет.

Другое дело, что по результатам разработки нашего проекта высокотребовательный экспертный совет может выявить какие-то моменты, требующие доработки. Однако, невозможно отрицать, что быстрые натриевые реакторы наиболее подготовлены к работе в замкнутом топливном цикле, и можно ожидать, что развитие пойдет именно в этом направлении. А на будущее совершенно не обязательно говорить о выборе между реакторами - они вполне могут использоваться параллельно.

- Руководители проекта «Прорыв» одной из основных проблем, возникающих в ходе реализации поставленных задач, называют нехватку квалифицированных кадров. С одной стороны – новое направление, требующее соответственно новых подходов, с другой – невысокая популярность инженерных профессий у молодежи, поступающей в вузы. Насколько эта проблема актуальна для вашего предприятия?

- К счастью, в ОКБМ эта проблема сейчас остро не стоит, мы смогли предотвратить ее раньше. У нас имеется достаточно действенный потенциал разработчиков – как специалистов, имеющих большой опыт, так и молодежи, получившей определенный опыт работы на предприятии. Когда работа идет активно – а у нас она идет именно так – то и профессиональный рост идет гораздо быстрее. В этом плане нас очень подтянула работа по реактору БН-800.

- Борис Александрович, нижегородцев, безусловно, интересует, будут ли новые технологии, подразумевающие замкнутый цикл, использоваться на проектируемой сегодня Нижегородской АЭС?

- На Нижегородской АЭС будут использоваться традиционные реакторы типа ВВЭР. Замкнутый топливный цикл может использоваться в этих реакторах лишь частично. Такой вариант замыкания топливного цикла представляет определенный интерес в том случае, если в системе атомной энергетики наряду с реакторами ВВЭР имеются быстрые реакторы. Но применительно к Нижегородской АЭС пока определенного решения по этому вопросу не принято.

- Входят ли в проект «Прорыв» другие нижегородские предприятия?

- Нет, кроме ОКБМ туда никто не входит, но возможно будут использоваться возможности ВНИИЭФ, связанные с расчетами на разработанном ими суперкомпьютере.

- Года два назад в интервью журналу "Атомный проект" Федор Михайлович Митенков сетовал на определенный застой в атомной науке. Можно ли назвать проект «Прорыв» свидетельством возрождения в этой области? Или здесь инженерии все же больше, чем науки?

- Разумеется, здесь можно и нужно говорить об атомной науке, поскольку улучшение характеристик по некоторым направлениям может быть связано только с решением целого ряда научных задач. В первую очередь сюда относятся вопросы, связанные с материаловедением, с организацией химических процессов при переработке и изготовлении топлива и многие другие. Но основные задачи все же находятся в инженерной области.

- Мой последний вопрос связан с решением многих европейских стран приостановить строительство новых станций или даже вовсе отказаться от атомной энергетики после аварии на японской АЭС «Фукусима». Промышленное использование замкнутого ядерного топливного цикла, на Ваш взгляд, способно изменить в положительную сторону отношение к атомной энергетике в этих странах?

- Я бы не стал все-таки ставить знак равенства между безопасностью атомной энергетики и данным проектом. Безопасность атомной энергетики должна быть безусловно обеспечена независимо от того, какой топливный цикл используется в реакторе. Даже прямое захоронение отработавшего ядерного топлива должно быть осуществлено так, чтобы гарантировать исключение вреда для будущих поколений. Без решения задач безопасности в рамках технологий, применяемых  сегодня, не может быть развития атомной энергетики.

В этом отношении уроки Фукусимы должны быть всесторонне изучены и приняты во внимание. Но очень важно, что подобные аварии – и в Чернобыле, и в Японии – это не закономерность, которую всегда можно ожидать от атомной энергетики, а недостатки конкретных проектов, которых при тщательном подходе к разработке и всесторонней экспертизе вполне можно избежать. А что касается изменения отношения к атомной энергетике в тех странах, которые от нее сейчас отказываются, – оно произойдет даже раньше, чем мы введем в эксплуатацию замкнутый топливный цикл. Я в этом уверен.