Ученые Росатома "ядерным Lego" смоделируют прототип "реактора будущего"

26 октября 2017

Специалисты Физико-энергетического института имени Лейпунского (ФЭИ, Обнинск, Калужская область, входит в научный дивизион госкорпорации "Росатом") на своей уникальной, не имеющей действующих мировых аналогов экспериментальной базе — так называемом комплексе быстрых физических стендов (БФС), выполнят работы, результаты которых нужны для обоснования надежной и безопасной работы реактора на быстрых нейтронах БН-800 четвертого энергоблока Белоярской АЭС при отработке на нем ряда технологий, необходимых для развития атомной энергетики будущего.

Энергоблоки с реакторами на быстрых нейтронах, как считается, имеют большие преимущества. С их помощью можно будет замкнуть ядерный топливный цикл, в котором за счет расширенного воспроизводства ядерного "горючего" существенно расширится топливная база атомной энергетики, а также появится возможность уменьшить объемы радиоактивных отходов благодаря "выжиганию" опасных радионуклидов. Россия, как отмечают эксперты, занимает первое место в мире в технологиях строительства реакторов на быстрых нейтронах.

В 2016 году началась промышленная эксплуатация четвертого энергоблока Белоярской АЭС с реактором БН-800, на котором будут отрабатываться технологии замыкания ядерного топливного цикла, и который станет прототипом более мощного коммерческого атомного энергоблока БН-1200.

Реактор БН-800 рассчитан на использование в нем смешанного оксидного уран-плутониевого МОКС-топлива, в котором можно использовать плутоний, выделенный в процессе переработки отработавшего ядерного топлива реакторов на тепловых нейтронах, составляющих основу современной атомной энергетики. Одной из задач отработки технологий замыкания ядерного топливного цикла является формирование активной зоны реактора БН-800 с полной загрузкой МОКС-топлива.

Изначально активная зона БН-800 была собрана главным образом из традиционного, уранового оксидного ядерного топлива. Лишь часть топливных сборок (примерно шестая доля от общего количества) содержала МОКС-топливо. Постепенно доля МОКС-топлива будет наращиваться, а полностью перевести БН-800 на МОКС-топливо предполагается в 2019 году.

Но сначала необходимо обосновать безопасность работы БН-800, активная зона которого будет полностью загружена МОКС-топливом. Для этого, в свою очередь, требуется получить надежные и точные экспериментальные данные по нейтронно-физическим характеристикам, полученным на модели активной зоны. Решить эту задачу позволит комплекс БФС, предназначенный для исследований таких характеристик моделей новых реакторов на быстрых нейтронах, разрабатываемых в России и за рубежом.

Как говорят атомщики, принцип создания на БФС детальных моделей быстрых реакторов напоминает работу с детским конструктором Lego — из небольших элементов собираются большие композиции. В конце 2016 года ФЭИ завершил модернизацию комплекса БФС.

Работа по обоснованию безопасности применения МОКС-топлива для реактора БН-800 будет идти с использованием крупнейшего в мире критического стенда БФС-2 в несколько этапов, следует из материалов на сайте закупок Росатома. Сначала выполняется расчетное моделирование активной зоны реактора с полной загрузкой МОКС-топливом. Это нужно для того, чтобы сформировать так называемую критическую сборку, моделирующую активную зону БН-800 с МОКС-топливом. Далее будет сформирован макет критической сборки и пройдет загрузка топлива в ее активную зону. После этого начнутся собственно эксперименты. По плану, анализ результатов экспериментов предстоит завершить летом 2018 года.

Государственный научный центр РФ ФЭИ — многопрофильная научная организация, ведущая комплексные исследования физико-технических проблем ядерной энергетики. ФЭИ — научный "штаб" отечественной атомной отрасли по реакторам на быстрых нейтронах.