Визит президента Соединённых Штатов Америки Барака Обамы в Индию ознаменовал конец весьма напряжённого этапа «притирки» отношений двух стран в весьма чувствительной сфере ядерной энергетики и контроля за делящимися материалами.
Проблемой Индии, унаследованной ещё со времён Индиры Ганди, является её категорическое неучастие в Договоре о нераспространении ядерного оружия. Этот Договор, открывшийся для подписантов ещё в 1968 году, в настоящий момент времени подписан более чем 170 странами — и накладывает весьма жёсткие требования по контролю за обращением делящихся материалов.
И именно вокруг этой проблемы и вокруг недостаточности собственных ресурсов тория и урана и крутилась основная интрига почти что 10-летних переговоров США и Индии по совместной ядерной программе.
Всё дело в том, что, несмотря на достаточно серьёзные амбиции в сфере создания собственного ядерного оружия и невзирая на масштабную программу по строительству гражданских ядерных реакторов, — Индия волею природы лишена значительных запасов природного урана. Страна может похвастаться только неплохими запасами другого химического элемента — тория, но о его использовании — чуть позже.
В силу вышеизложенного Индия вынужденно идёт по совершенно уникальному пути развития ядерной энергетики, который в чём-то предвосхищает будущие подходы тех стран, которые сейчас вовсю используют природный уран, добываемый на их территории — либо же в совместных предприятиях где-либо за рубежом (например, в лишённых своих ядерных амбиций Африке или Австралии, однако, обладающих при этом значительными запасами урана). Индия в деле обеспечения делящимися изотопами может рассчитывать только на себя — на свои скудные запасы урана и на неудобный торий, так как создание СП по добыче ядерного сырья где-либо за рубежом тоже упирается во всё тот же неподписанный Договор о нераспространении ядерного оружия.
Однако в качестве собственных ресурсов Индия, в отличие от многих других стран, пытающихся скорее избавиться от отработанного ядерного топлива, рассматривает и промышленно получаемые делящиеся изотопы. В первую очередь — это получаемый из природного урана плутоний (изотоп 239Pu) и производимый при бомбардировке в реакторе уран (изотоп 233U), получаемый из природного изотопа тория. Поскольку оба этих изотопа в теории можно спокойно использовать для производства ядерного оружия, Индия всегда была под подозрением в части такого рода деятельности, не приветствуемой Договором о нераспространении ядерного оружия. Ну а поскольку Индия не подписала данный Договор, то все усилия мирового сообщества были направлены не в сторону прямых обвинений Индии в таких поступках, а скорее в создании предпосылок к недопущению свободного доступа Индии к делящимся материалам и технологиям их получения и переработки.
В силу данных моментов ядерная программа Индии развивалась на протяжении более чем сорока лет в условиях неафишируемой, но весьма эффективной блокады в части ядерных технологий и доступа к делящимся материалам.
До сих пор основным видом реактора в национальной индийской ядерной программе является сильно модифицированный клон старого канадского реактора CANDU, получивший название PHWR (тяжёловодный реактор под давлением). Этот тип реактора был получен Индией в рамках сотрудничества с Канадой в 1970-х годах, однако потом эта кооперация была свёрнута по канадской инициативе — и Индия продолжила эксплуатацию и дальнейшую модификацию оригинальной конструкции реактора CANDU уже сама.
Сам по себе выбор реактора CANDU в качестве основной «рабочей лошадки» для индийской программы мирного атома тоже очевиден, если рассмотреть его с точки зрения блокады индийских инициатив.
Первая АЭС была построена в индийском городе Тарапур (штат Махараштра) и пущена в эксплуатацию в 1969 году, ровно через год после объявления об открытии для подписания Договора о нераспространении. Общая мощность этой АЭС, построенной при содействии американской компании «Дженерал электрик», составила 420 МВт, станция состояла из двух кипящих лёгководных реакторов мощностью по 210 МВт каждый.
В реакторах в качестве ядерного топлива использовался обогащённый уран, поставки которого из США были обеспечены соглашением на 30-летний срок. Однако уже в 1980 году поставки обогащённого урана из США на станцию Тарапур были прекращены, а техническое сопровождение проекта с американской стороны — остановлено. Ситуацию пришлось решать экстренным соглашением о поставках обогащённого урана из Франции, которое смогли подписать только в 1982 году, а мощность реакторов пришлось снизить с 210 до 160 МВт. Кроме того, ещё при постройке станции в Тарапуре Индия столкнулась с необязательностью американской стороны — при проектном бюджете постройки в 485 миллионов рупий, итоговая стоимость станции составила двойную цену — 970 миллионов рупий.
Не менее извилистой была и дорога CANDU на индийский рынок.
Осознав ещё в начале 1970-х годов всю ненадёжность сложившейся ситуации с обеспечением страны импортируемым ядерным топливом, Индия стала искать варианты создания ядерной энергетики, которая была бы независимой от обогатительных технологий. Напомню, что уже 18 мая 1974 года Индия произвела своё первое (тайное) испытание ядерного оружия, названное «Операция Улыбающийся Будда». Тогда в пустыне Тар штата Раджастхан был взорван первый индийский ядерный заряд мощностью в 8 килотонн. Однако нет ничего тайного, что не стало бы явным, — после данного испытания стало ясно, что уже ни США, ни даже СССР не передадут Индии никаких технологий по разделению изотопов урана. И перед индусами в полный рост встал вопрос об использовании природного, необогащённого урана. А это сразу же обусловило выбор CANDU, как основного реактора индийской ядерной программы.
Атомная станция в Раджастхане, введённая в строй в 1972 году, явилась первой, где использовался данный тип реактора. Основная часть оборудования была произведена фирмами Канады; в силу отсталости промышленности Индии добиться какой-либо значительной локализации постройки тогда так и не удалось. С начала 1980-х годов, однако, даже АЭС Раджастхан, несмотря на «канадскую сборку», действовала лишь на 40% от своей номинальной мощности, а её работа сопровождалась хроническими техническими неполадками. Частично все эти проблемы можно объяснить прекращением технического содействия Канады, частично — плохим состоянием подключённой к станции энергосистемы, а кроме того — постоянным пренебрежением руководством станции основными техническими правилами эксплуатации столь сложного объекта.
АЭС Раджастхан, как и АЭС Тарапур, столкнулась с аналогичной проблемой увеличения стоимости проекта: первый блок Раджастханской атомной станции при проектной стоимости в 340 млн рупий обошёлся Индии в 733 млн рупий, а стоимость второго увеличилась с 582 млн до 943 млн рупий.
На сегодняшний день ситуация с реализацией ядерных амбиций Индии ничуть не изменилась, несмотря на прошедшие сорок лет с момента запуска АЭС Тарапур и АЭС Раджастхан. Ядерная отрасль Индии по-прежнему остаётся «белым единорогом» в море патриархальной и весьма отсталой в промышленном отношении Индии.
И именно на этот рынок решаются прийти США, чтобы вернуться к сотрудничеству с Индией после более чем 30-летнего перерыва.
США и Индия подписали соглашение о сотрудничестве в сфере мирного атома в 2006 году, по которому американские компании «Вестингауз» и «Дженерал Электрик» начали подготовительные работы на площадках для строительства будущих АЭС в штатах Гуджарат и Андхра-Прадеш.
Однако реализации данного соглашения помешали два момента. С одной стороны, учитывая позицию Индии по Договору о нераспространении, американцы потребовали полного контроля за обращением с делящимися материалами, получаемыми из американского ядерного топлива, на что индийская сторона категорически не соглашалась — в силу вышеизложенной политики Индии: «ни грамма отработанного ядерного топлива — за рубеж». С другой стороны, уже американских поставщиков смущал принятый в 2010 году в Индии закон о гражданской ответственности в случае аварии и ядерного ущерба, который предусматривал солидарную ответственность (в том числе — и поставщиков ядерного топлива на АЭС) в случае любого ядерного инцидента. Видя весьма специфический подход индусов к эксплуатации ядерных объектов и учитывая опыт предыдущего «сотрудничества», американские поставщики весьма скептически оценивали риски такого начинания, как постройка новой АЭС и, особенно, её дальнейшей эксплуатации силами индусов. В общем, доверие «белых обезьян» к «обезьянам смуглым» находилось на весьма низком уровне.
Однако, как сообщили индийские СМИ, незадолго до итогового совместного заявления индийского премьер-министра Наренда Моди и президента Барака Обамы сторонам удалось уладить разногласия: американцы, в конце концов, согласились отменить пункт о контроле за обращением с отработанным топливом, понимая всю бесперспективность давления на Индию в данном критическом для страны вопросе, а индийская сторона, в свою очередь, заявила о создании многоуровневого механизма страхования рисков поставщиков. Для этого несколько страховых компаний создадут страховой фонд в размере порядка 260 миллионов долларов. Индийская атомная госкорпорация NPCIL будет страховать в этом совместном фонде от имени поставщиков их риски, а в дальнейшем эти риски будут включены в стоимость электроэнергии, вырабатываемой на построенных американцами АЭС. Побочным выходом такой схемы, безусловно, будет удорожание всего проекта постройки и эксплуатации американских реакторов на индийской земле, но тут уж выбирать не приходится — Индии жизненно необходимы ядерные киловатты, а США могут дать их достаточно быстро.
Но даже без страховки рисков аварии ситуация для американских проектов мирного атома на индийской земле пока не столь очевидна, как представляется на первый взгляд: действующий сейчас на первой очереди АЭС Куданкулам, построенной с использованием российских технологий и с реактором ВВЭР-1000, где тариф на электроэнергию составляет 3,5 рупии за кВт•ч, что соответствует 7 американским центам по текущему обменному курсу. Тариф, изначально предложенный американской компанией «Вестингауз» для запланированных к постройке АЭС в Гуджарате и Андхра-Прадеше составляет 6 рупий (12 центов) за кВт•ч, и эта цена неизбежно возрастёт за счёт страховки рисков поставщика, о которой договорились в ходе переговоров премьер страны Нарендра Моди и президент США Барак Обама.
В итоге, добившись от США такого же условия по переработке ядерного топлива на своей территории, которое было навязано России при строительстве АЭС Куданкулам, Индия сможет в перспективе получить в эксплуатацию (и — ознакомится с конструкцией и техническими решениями) два типа американских лёгководных реакторов: разработку «Вестингауза» реактор АР1000 и совместный проект «Хитачи» и «Дженерал Электрик» — кипящий лёгководный реактор ESBWR. Первый из этих реакторов, АР1000, сейчас возводится уже на нескольких площадках в США и Китае, в то время как ESBWR пока существует только на бумаге, только в сентябре 2014 года получив необходимые разрешения от американской регулирующей организации — Комиссии по ядерному регулированию (NRC).
Что же может представлять из себя ядерная отрасль Индии через десятилетие? И зачем Индия так рьяно борется за отработанное топливо со всех «импортных» лёгководных реакторов, так и не получив в итоге ни технологий центрифужного разделения изотопов, ни даже — газодиффузионных технологий, устаревших ещё в 1980-х?
Ответ, в общем-то, тот же самый: плутоний и торий. Именно они нужны Индии для будущего её атомной энергетики.
Рассмотрев в прошлой части нашего рассказа тернистый путь индийской ядерной программы, надо, кроме проблем, которые преследовали индусов на их нелёгком пути к мирному атому, рассказать и о том нелёгком выборе, который по-прежнему стоит перед Индией, начиная ещё с момента старта индийской ядерной программы в далёких 1950-х годах.
Выбор этот прост и сложен одновременно — страна прекрасно понимает всю тупиковость своей нынешней энергетической стратегии, но, в то же время, не может повернуть инерцию громадной, миллиардной страны с пагубного пути экстенсивного использования минеральных топлив на перспективный путь замкнутого цикла ядерной энергетики.
И основным моментом такого стратегического поворота, конечно же, будет являться твёрдая заявка Индии на самостоятельное освоение практики работы с такими трудными изотопами, как 232Th и 239Pu.
Программа работы с изотопами 232Th и 239Pu, которую Индия пытается осуществить и сейчас, была сформулирована ещё в начале 1950-х годов основоположником индийской ядерной программы — Хоми Джехангиром Бабой.
Хоми Баба тогда предложил так называемую трёхступенчатую программу развития индийского атома, которая опиралась на тот простой и совсем не устаревший сегодня геологический факт: Индия практически лишена запасов природного урана (обладая, по разным оценкам, от 1 до 2% мировых запасов этого природного ядерного топлива), но, с другой стороны, обладает более чем 25% от мировых промышленных запасов тория.
Программа была сформулирована Хоми Бабой предельно чётко и лаконично:
«Общие запасы тория в Индии составляют не менее 500 000 тонн, а известные индийские запасы урана не составляют и 1/10 от запасов тория. В силу вышесказанного, стратегической задачей индийской ядерной программы должно стать скорейшее вовлечение в неё масштабных запасов тория, которому необходимо дать приоритет перед использованием урана. Однако, в силу понятных причин, первое поколение индийских атомных станций должно использовать 235U, как единственный изотоп природного урана, с которого можно начинать ядерный цикл. 239Pu, получаемый на станциях первого поколения, может затем использоваться для производства электроэнергии с одновременным превращением природного тория 232Th в изотоп урана 233U и с конвертацией обеднённого урана изотопа 238U в тот же изотоп 239Pu, который можно снова использовать в реакторах-размножителях второго поколения. И, наконец, станции второго поколения должны открыть путь к станциям третьего поколения, которые уже будут использовать искусственно наработанный из тория изотоп урана 233U для дальнейшего превращения тория в ядерное топливо…»
План Бабы, представленный им премьер-министру Джавахарлалу Неру в 1954 году, был утверждён индийским правительством четырьмя годами позже, в 1958-м.
Однако натурная реализация данных планов столкнулась, как я уже говорил в первой части моего рассказа, с тотальной неготовностью промышленности и науки Индии к быстрому и масштабному освоению столь сложной и комплексной программы, как мирная атомная энергетика.
Программа «трёхступенчатого похода к ториевой энергетике» актуальна и сейчас — запасы тория и урана в Индии по-прежнему относятся в рамках практически того же отношения: на сегодняшний день в Индии в результате масштабной программы геологических исследований имеется уже около 900 000 тонн промышленных запасов тория и лишь около 150 000 тонн урана.
Точно так же страна, как и в 1950-е годы, на фоне взрывного роста населения и масштабного роста экономики и промышленности не может опираться лишь на минеральное топливо в деле обеспечения страны энергией.
Всё дело в том, что Индия, несмотря на весьма значительную территорию, сегодня уже вынужденно импортирует все три основных минеральных топлива — нефть, газ и даже каменный уголь.
На сегодня страна импортирует 80% нефти и нефтепродуктов, 45% потребляемого природного газа и около 15% каменного угля, используемого в стране.
Понятное дело, попытка построить устойчивую, дешёвую и масштабную энергетику на нефти или природном газе для Индии утопична — страна не сможет даже рассчитывать на судьбу Японии, которая после 30 лет «банкета» на импортном газе и нефти и после краха японской ядерной программы теперь срочно возвращается к своему, местному углю. Поезд дешёвого газа и бесплатной нефти уже ушёл — и Индии там ловить совершенно нечего: эти дефицитные энергоносители страна будет использовать лишь там, где от их использования невозможно уйти — в первую очередь на транспорте и в труднодоступных местах.
А вот остаток массовой, стационарной промышленной и бытовой энергии, как ни крути, страна будет вынужденно получать из угля — на сегодняшний день уголь обеспечивает 67% энергетического баланса страны и 59% производства электроэнергии. Но даже на этом пути Индию ждут неприятные сюрпризы.
В перспективе всего лишь пяти лет, на фоне продолжающегося взрывного роста населения и желания обеспечить хотя бы минимальную электрификацию сельской местности, Индия неизбежно будет вынуждена ещё больше нарастить потребление каменного угля (до уровня почти что в 1 млрд тонн в год) при одновременном росте его импорта (составляющего уже сейчас около 135 млн тонн в год). При этом надо понимать, что Индия, как и Китай, имеет с углём одну и ту же труднорешаемую проблему — это масштабные экологические последствия от сжигания столь значительных объёмов весьма токсического топлива.
К локальному преимуществу Индии перед Китаем можно отнести лишь то, что из 61 млрд тонн извлекаемых запасов угля не менее 95% составляет каменный уголь и, учитывая текущее потребление, Индия всё-таки может ожидать своего локального «пика угля» не в периоде 2016–2020 годов, а как минимум десятилетием позже.
Однако масштабные планы по установке угольной генерации могут значительно приблизить этот возможный пик угля в Индии и значительно увеличить даже громадную цифру потребления угля в Индии в 1 млрд тонн в год.
Страна сегодня имеет около 153 ГВт установленной генерирующей мощности на угле. А вот планы Индии на установку угольной мощности уже гораздо более масштабны: индусы собираются за следующее десятилетие установить ещё около 614 ГВт мощности угольных энергоблоков, из которых уже около 135 ГВт угольной генерации находятся на стадии реального строительства или же сдачи в эксплуатацию.
Уже реализация только лишь начатой постройки может практически удвоить потребление угля в Индии, реализация же всей программы угольной энергетики поднимет потребление Индией каменного угля как минимум втрое, до уровня, уже сравнимого с китайским.
При этом уголь, который сейчас обеспечивает Индии около двух третей её энергетического баланса, хоть и является каменным углём, а не лигнитом (бурым углём), в основном представлен низкокачественными марками, с низкой калорийностью (от 80 до 50% от калорийности австралийского антрацита — 4500 ккал/кг вместо 6500 ккал/кг) и с гораздо более высокой зольностью (от 15% до 45%). Уже сейчас, в силу вышесказанного, Индия вынужденно тратит в среднем 0,7 кг угля на генерацию каждого кВт-часа электроэнергии, в то время как США имеет данный показатель на уровне всего 0,45 кг угля на 1 кВт-час.
Поэтому возможная задача о переводе индийской энергетики с качественных, низкозольных импортируемых углей и истощающихся месторождений индийского качественного угля на высокозольный и низкокалорийный местный уголь «второй очереди» может оказаться не менее масштабной и сложной, нежели реализация амбициозной ториевой ядерной программы.
Сегодня Индия производит уже 1150 ТВт-часов в год.
При этом развитие всей электроэнергетики Индии базируется на простом принципе: «электроэнергией снабжаются только те потребители, которые могут за это заплатить». Индийское правительство не использует никаких лозунгов «пятилетних планов» или же «тотальной электрификации страны», которые двигали вперёд СССР или Китай в похожих ситуациях: в Индии до сих пор нормальной считается ситуация, когда некоторые районы даже столичных городов практически начисто лишены доступа к электроэнергии.
Поэтому — будущая схватка индийского угля и индийского же мирного атома так или иначе будет вращаться вокруг стоимости электроэнергии, производимой с помощью сжигания каменного угля или же в результате ядерных реакций.
И если технология сжигания каменного угля — уже устоявшийся процесс, в котором себестоимость ясна и понятна, то в вопросе сжигания плутония, тория и урана, несмотря на немалый пройденный за полвека путь, Индии ещё предстоит встретиться с массой сложных и трудноразрешимых моментов.
Оригинальный план Хоми Бабы подразумевал использование резервов тория (которые тогда оценили в рамках плана в 300 000 тонн) для производства 358 ТВт-часов электроэнергии в год на протяжении не менее 100 лет.
Сегодняшние запасы тория в принципе позволяют Индии произвести и вдвое больше электроэнергии.
Что же останавливает Индию от начала масштабной ториевой программы, и сможет ли торий хотя бы частично заменить Индии её заканчивающийся и достаточно трудный в использовании уголь?
Разобрав в прошлых двух частях вопросы прошлого развития атомной энергетики Индии и её нынешнего непростого выбора между углём и торием, перейдём всё-таки к анализу того, насколько реальным является создание Индией в ближайшем будущем собственной ториево-урановой энергетики.
Да, с точки зрения механики изотопов задумка Джехангира Бабы выглядит безупречной: жжём уран, получая плутоний из урана, жжём плутоний, получая уран из тория, снова жжём уран, получая плутоний, — и так до тех пор, пока у нас не закончатся последние делящиеся изотопы.
Бесплатным бонусом такой программы является то, что торий, уран и плутоний можно в рамках такого цикла спокойно отделять с помощью радиохимических методов (как отдельные химические элементы), особо не напрягаясь с весьма дорогостоящими и капризными в разработке и освоении центрифужными технологиями.
А это, напомню, одна из органических слабостей индийской ядерной программы — как страна, так и не подписавшая ДНЯО, Индия очень ограничена в доступе к российским или западным передовым ядерным технологиям.
Сами, всё — исключительно сами.
Поэтому основная проблема «ториевой программы» Индии лежит не в плоскости физики или химии, а в плоскости техники и технологии: сможет ли «родина слонов» овладеть столь сложной и комплексной технологией, опираясь исключительно на собственные силы?
Безусловно, тремя «краеугольными камнями» любой размножительной (бридерной) программы являются три основных момента: реактор-размножитель, изготовление всех видов ядерного топлива и — переработка отработанного топлива с целью разделения изотопов и выделения «горючего» следующего этапа.
И «сердцем» любого замкнутого ядерного цикла (ЗЯТЦ), безусловно, является реактор-размножитель.
Индия на сегодняшний день уже вовсю ведёт работы по собственному реактору-размножителю, получившему рабочее название PFBR — «прототип быстрого реактора-бридера». Согласно опубликованным данным, индийский бридер (размножитель) должен, как и реакторы-размножители российской, французской и японской разработки, использовать жидкий натрий в качестве теплоносителя. Это — проверенная и зарекомендовавшая себя с наилучшей стороны схема, которая позволяет не только добиться воспроизводства уранового и, в перспективе, ториевого топлива, но и уже отработана в плане получения электроэнергии.
Строительство первого блока с реактором PFBR мощностью в 500 МВт было начато Индией в 2004 году, на сегодняшний день, согласно последним заявлениям, может быть запущен уже к середине 2015 года.
Изначальные планы по запуску PFBR были нацелены на 2010 год, однако, как и в случае почти что всех построек реакторов последнего времени, сроки запуска неоднократно переносились, в итоге чего PFBR строился более 11 лет.
Если энергетический запуск реактора, намеченный на июль 2015 года, пройдёт успешно, то уже к концу 2016 года PFBR может быть подключён в энергосистему.
Безусловно, запуск собственного бридера может стать наиболее крупным успехом Индии за последнее время: на сегодняшний день лишь Россия может похвастаться работающими экспериментальными и энергетическими натриевыми реакторами-размножителями: аналогичные проекты во Франции («Суперфеникс») и в Японии («Мондзю») находятся в стадии «глубокой» заморозки, а США, Германия и Великобритания вообще закрыли все свои работы по реакторам-размножителям.
Индия же вот уже 30 лет (начиная с 1985 года) эксплуатировала свой прототип натриевого быстрого бридера, тепловой мощностью в 40 МВт, названный FBTR («быстрый тестовый реактор-размножитель»). Прототипом для проектирования индийского FTBR выступил первый экспериментальный французский бридер «Рапсодия», запущенный ещё в 1967 году.
Однако, в отличие от французов, индусы построили на FTBR полноценную АЭС: кроме тепловой мощности в 40 МВт экспериментальный быстрый реактор должен был обеспечивать ещё и работу электростанции мощностью в 13,2 МВт.
Нельзя сказать, что эксплуатация FBTR проходила гладко: после запуска в 1985 году первый индийский экспериментальный размножитель четыре года вообще лихорадило, а после этого, в период с 1989 по 1992 год, его эксплуатировали на смешной мощности в 1 МВт.
Наконец, к 1993 году индусам удалось поднять электрическую мощность FBTR до 10,5 МВт — после чего индийские атомщики решили не испытывать судьбу и продолжили эксплуатацию FBTR на 75% от номинальной мощности.
Скорее всего, исходя из опыта FBTR и учитывая практику эксплуатации обычных тяжёловодных реакторов в Индии, которые тоже постоянно страдают от неправильного обслуживания и работают отнюдь не на номинальной мощности, — запуск первого индийского промышленного реактора-размножителя тоже не будет «лёгкой прогулкой». Скорее всего, даже весьма реалистичные в другой стране мира планы по почти что двухлетнему периоду подключения PFBR к сети могут легко вылиться и в пятилетнюю эпопею по трудному запуску с устранением массы недоделок — как это и происходило с FBTR.
Тем более что опыт французского «Суперфеникса» и японского «Мондзю» говорит именно об этом: переход от экспериментальных размножителей к промышленным бридерам всегда чреват массой осложнений.
Кроме того, надо учесть, что выбранный размер промышленного реактора (500 МВт электрической мощности) позволит Индии достаточно полно отработать все этапы работы реального бридера, но может и не обеспечить ей приемлемых коэффициентов размножения топлива. Так, например, реальное размножение топлива (с фактическим коэффициентом размножения около 1,2, то есть на 20% больше плутония, нежели изначального урана) согласно всем расчётам может быть достигнуто на реакторах размеров 800–1200 МВт электрической мощности («Суперфеникс», БН-800, БН-1200). Для первого же французского реактора-бридера («Феникс», 1974 год, 250 МВт) удалось обеспечить коэффициент размножения плутониевого топлива всего лишь в 1,12 (12% дополнительного плутония к загруженному ядерному топливу).
Теоретический коэффициент размножения для уран-плутониевого цикла составляет около 1,28. Любая активная зона реактора подвержена процессу потери нейтронов, которые либо поглощаются внутренней конструкцией, либо же покидают активную зону реактора, так и не вступив в реакции. В случае же попытки размножить топливо в торий-урановом цикле теоретический коэффициент размножения составит около 1,06, поскольку дополнительно к потерям нейтронов из-за утечки и паразитного поглощения, торий образует промежуточные продукты превращения в уран, которые остаются в реакторе продолжительное время.
В течение этого времени эти продукты (особенно 233Th и 233Ра) реакции чистого 232Th могут поглощать нейтроны, образуя неделящиеся продукты.
Кроме того, что маломощный бридер имеет проблемы с коэффициентом размножения топлива, его подключение к сети тоже является малорентабельной затеей: согласно всем расчётам наиболее хорошую экономическую рентабельность дают блоки с мощностью в 800–1200 МВт и выше.
Поэтому пока на пути к замкнутому ядерному циклу (да и ещё и использованием весьма экзотического тория) у Индии нет главного — «двигателя» процесса, собственного реактора-размножителя. С гипотетической возможностью, конечно же, получить его в перспективе 2–5 лет. Если всё будет хорошо и гладко в металле.
Однако индийские ядерщики не расстраиваются — и стараются идти вперёд, заранее нарабатывая знания о работе различных типов топлива (оксидное и нитридное) из различных «наборок» активной зоны реактора, включая и смешанные урано-плутониево-ториевые загрузки.
Этот процесс упрощается для индийских атомщиков тем, что большую часть их парка составляют индийские «клоны» канадских реакторов CANDU, которые позволяют легко загружать и выгружать каждую индивидуальную ТВС с ядерным топливом, не производя полной остановки реактора, как, например, надо делать в случае с реакторами типа ВВЭР.
Именно этот неприятный для операторов АЭС факт, который вынуждает рабочие смены реакторов CANDU буквально ежедневно «дёргать» и переставлять с места на место ТВС, позволил индийским экспериментаторам достаточно массово и быстро провести наибольшее количество экспериментов с ториевыми ТВС в мире — причём именно в рамках серийных, а не экспериментальных реакторов.
Индия, начиная с 1980-х годов и по сегодняшний день, загрузила в общей сложности более 230 ториевых сборки в свои тяжёловодные энергетические реакторы.
Первые четыре ториевых сборки были испытаны в реакторе PHWR (клоне CANDU) на блоке №1 на АЭС «Мадрас». С тех пор исследования ториевого топлива различной направленности производились на АЭС «Кайга» и на АЭС «Раджастан».
Ториевые сборки, изготовление и репроцессинг которых уже налажены в Индии на радиохимическом заводе в Тарапуре, предполагается использовать в блоках с реакторами PHWR для выравнивания энерговыделения уже в первой загрузке, что позволит выводить такие блоки на номинал уже на начальных стадиях пусковой программы.
В индийскую ториевую сборку для PHWR входят 19 твэлов с диоксидом тория в качестве топлива. Они спроектированы на линейную мощность 57,5 кВт/м и глубину выгорания 15 ГВт×сут/тонну. Максимальные реально достигнутые показатели для индийских ториевых сборок — максимальная мощность сборки 408 кВт и глубина выгорания 13 ГВт×сут/тонну.
Именно глубина выгорания показывает «качество» ядерного топлива и определяет, насколько долго его можно эксплуатировать в реакторе без потери его основных свойств.
По сравнению с урановыми сборками, которые сегодня для реакторов ВВЭР показывают глубину выгорания в 40 ГВт×сут/тонну с перспективой довести цифру до 60 ГВт×сут/тонну, конечно же, показатели, достигнутые индийскими учёными для тория, пока очень скромны.
Как скромен и сам проект первого индийского бридера, который поможет «родине слонов» выйти из порочного замкнутого круга постепенного истощения своих небогатых запасов природного урана — при необъявленной блокаде поставок урана в страну в связи с позицией Индии по ДНЯО.
Однако именно этот реактор-размножитель позволит Индии поднять коэффициент размножения топлива с обычных 0,8–0,9 (что является средним для тяжёловодных и легководных реакторов на тепловых нейтронах, составляющих общую массу реакторов на индийских АЭС) до уровня хотя бы в 1,06, что может обеспечить Индии будущий ториевый цикл.
Тогда где-то в пределе 30–40 лет (учитывая коэффициент размножения 1,06) Индия может рассчитывать на масштабную ториевую энергетику.
А пока… пока Индии для того, чтобы выжить, — надо будет жечь уголь.
И учить в своих и в иностранных вузах студентов, которые послезавтра смогут жечь уже торий — создавая снова и снова из его пепла новое ядерное топливо.