Вопросы ядерного топливного цикла в течение последних 50 лет играли структурирующую роль в разработке и опытной или промышленной реализации различных поколений ядерных реакторов во Франции.
Конструкция первого поколения французских реакторов (с топливом на основе природного урана, графитовым замедлителем и газовым теплоносителем) определялась условиями тогдашнего ЯТЦ, а именно, использованием природной смеси изотопов урана в связи с отсутствием в стране промышленных мощностей по обогащению, имеющимися возможностями обращения с ОЯТ, выделения и рециклирования плутония.
При внедрении второго поколения реакторов ключевыми были вопросы экономичности, возможности промышленной реализации и стандартизации. В настоящее время во Франции эксплуатируются 58 АЭС с реакторами типа PWR. Реализация второго поколения реакторов сопровождалась запуском завода по обогащению Georges BESSE I в 1978 году, современных установок по обращению и переработке ОЯТ в 1990-х годах, а также адаптацией одной трети реакторного парка PWR к работе на МОКС-топливе.
Третье поколение реакторов в полной мере использует преимущества новейших технологических достижений по обеспечению безопасности, экономичности и выполнению задач ЯТЦ (повышенная глубина выгорания, оптимальное использование урана, увеличение загрузки МОКС-топливом и использование плутония). Эти реакторы – наиболее технологичные установки, которые соответствуют промышленной «зрелости» реакторной технологии и рассматриваются в качестве постепенной замены реакторов PWR второго поколения. Сооружение реактора типа EPR ведется во Фламанвиле.
Развитие реакторов на быстрых нейтронах является предварительным условием для реализации систем четвертого поколения. Быстрые ректоры разрабатываются во Франции с 1960-х годов, вплоть до опытно-демонстрационных установок, с соответствующими элементами ЯТЦ, для достижения конечной долгосрочной цели ядерного топливного цикла – размножения уранового топлива и обеспечения квазибезграничных возможностей производства плутония.
Развитие промышленной атомной энергетики
Обращение с ОЯТ и его переработка были внедрены во Франции с самого начала развития атомной энергетики. Установка UP1 в Маркуле была введена в эксплуатацию в 1958 году, UP2 в Ла Аге – в 1966 году. Обе установки предназначены для переработки ОЯТ реакторов первого поколения с топливом из природного урана. Исследовательская установка ATPu в Карадаше для работы с уранплутониевым оксидным топливом и реакторами на быстрых нейтронах вступила в действие в 1965 году, с загрузкой уранплутониевым топливом активных зон реакторов Rapsodie (с 1967 года), Phenix (1973 год) и Super-Phenix (1985 год). За прошедшее время получен большой объем результатов исследований.
После нефтяных кризисов 1973 года и 1979 года во Франции была реализована программа массового промышленного внедрения реакторов второго поколения типа PWR, в результате сегодня 58 таких установок, эксплуатируемые компанией EDF, дают 80% производства электроэнергии в стране.
В 1980-1990-х годах спроектированы и внедрены дополнительные промышленные мощности с применением современных технологий: установки UP3 (800 т/год по тяжелым металлам – ТМ, введена в эксплуатацию в 1990 году) и UP2-800 (800 т/год, 1994 год) в Ла Аге и установка Melox в Маркуле для производства МОКС-топлива. Изначальная мощность последней установки составляет 100 т/год по ТМ, ее эксплуатация начата в 1995 году, в настоящее время разрешенная мощность повышена до 195 т/год по ТМ.
Данный этап промышленной реализации наглядно продемонстрировал способность французской науки и промышленности в сжатые сроки разрабатывать, проектировать и строить, а также эксплуатировать крупномасштабные ядерно-энергетических системы – реакторы и установки ЯТЦ.
К настоящему времени накоплен успешный опыт промышленной эксплуатации различных элементов ЯТЦ:
- в Ла Аге переработано свыше 24000 т ОЯТ легководных реакторов с эффективной оптимизацией технологического процесса;
- изготовлено более 2000 т по ТМ МОКС-топлива;
- воздействие на окружающую среду от эксплуатации установок очень мало, тщательно контролируется и доступно общественности в открытых источниках;
- МОКС-топливо эксплуатируется в течение свыше 35 лет на более чем 35 легководных реакторных установках, в том числе на 20 реакторах PWR во Франции, с хорошими показателями надежности;
- реализовано эффективное общее управление движением материалов и материально-техническим обеспечением (оптимизированное производство, складирование, промежуточное хранение, транспортировка, обращение со вторичными отходами).
Юридические рамки и решения по окончательному этапу топливного цикла
Законодательные рамки замыкающих элементов ЯТЦ и долгосрочного решения по обращению с высокоактивными долгоживущими РАО были впервые определены в декабре 1991 года в законе об обращении с долгоживущими ВАО.
Закон устанавливает, что, прежде чем будет принято решение по сооружению специальных мощностей по долгосрочному обращению с такими ВАО (например, глубоких геологических хранилищ), в течение 15 лет должны быть выполнены исследования по следующим трем вариантам: разделение изотопов и трансмутация, долгосрочное приповерхностное хранение, захоронение в глубоких геологических формациях.
Закон от 1991 года также определил агентство ANDRA независимым национальным оператором по обращению с РАО во Франции.
В течение последующих 15 лет был выполнен очень существенный объем исследований, результаты которых свидетельствуют, что:
- в долгосрочной перспективе, для обеспечения устойчивого развития отрасли, помимо уже промышленно реализованного рециклирования в легководных реакторах, плутоний и, возможно, минорные актиниды могут выжигаться в реакторах на быстрых нейтронах;
- долгосрочное приповерхностное хранение может быть безопасно реализовано в течение около сотни лет;
- захоронение в глубоких геологических формациях представляет собой безопасное долгосрочное решение для обращения с конечными РАО с использованием подходящих площадок в глинистых формациях на востоке Франции.
В июне 2006 года был принят новый закон, определивший следующее:
- политика переработки и рециклирования ОЯТ будет продолжена;
- захоронение долгоживущих ВАО в глубоких геологических формациях – наиболее подходящее решение для долгосрочного обращения с конечными РАО, с установлением сроков для определения площадки такого хранилища к 2015 году и введением в промышленную эксплуатацию в 2025 году;
- необходимо выполнить оценку возможности трансмутации отходов в промышленных масштабах, с выбором основных технологических вариантов к 2012 году и сооружением опытной установки (Astrid) в течение 2020-х годов.
Закон от 2006 года установил основы политики в области обращения со всеми видами радиоактивных материалов и отходов, а также определил принципы финансирования работ по долгосрочному обращению с ними.
Перспективы
Полученный опыт наглядно показывает эффективность промышленной атомной энергетики с замкнутым ЯТЦ.
Сегодня переработка и возвращение в цикл отработавшего топлива обеспечивают устойчивое оптимальное развитие ядерной энергетики за счет:
- безопасного выделения и повторного использования ценных элементов без угрозы распространения ядерных материалов, обеспечивая экономию энергоносителей;
- сокращения радиотоксичности ВАО в 10 раз и объема в пять раз, с высоким уровнем безопасности долгосрочных решений по их хранению.
После переработки обращение с полученными долгоживущими ВАО намного упрощается за счет: обеспечения теплоотвода в компактных, безопасных и надежных промежуточных хранилищах; простоты извлечения; обеспечения в будущем глубокоэшелонированной защиты при захоронении в глубоких геологических формациях с использованием высоких прочностных качеств стеклянной матрицы при долгосрочном хранении (более 10000 лет); низкой долгосрочной радиотоксичности отходов.
Конечные отходы практически не содержат делящихся материалов, в связи с чем их передача от одной организации к другой существенно упрощается.
Накопленный многолетний опыт обращения и переработки ОЯТ и изготовления МОКС-топлива свидетельствует, что имеющихся производственных мощностей достаточно для нескольких десятилетий работы легководных реакторов в режиме замкнутого цикла. Устойчивое же развитие «хвоста» ЯТЦ должно проводиться поэтапно, с промышленной реализацией технологий только после их окончательной доработки и испытаний.
Ведутся также работы на более долгосрочную перспективу: реакторы четвертого поколения на быстрых нейтронах должны еще более оптимизировать ядерный топливный цикл, создав возможности для производства и многократного использования плутония и выжигания минорных актинидов, обеспечив долгосрочный энергетический ресурс.
Реализуется программа создания опытно-промышленной реакторной установки на быстрых нейтронах, к 2012 году планируется представить французскому правительству ее основные технические варианты, смету и график сооружения, а к 2020 году – запустить.
Ожидается, что необходимость промышленного внедрения реакторов на быстрых нейтронах возникнет к 2040 году, и их доля в производстве электроэнергии во второй половине ХХI века должна будет составить около 20%.
Дальнейшие шаги и перспективы ЯТЦ
В целом, мировой парк ядерных реакторов XXI века должен состоять главным образом из:
- существующих реакторных установок второго поколения, с перспективой продления срока их эксплуатации на более чем 40 лет, возможно, на 60 лет или дольше;
- вновь сооруженных реакторов третьего поколения со стандартным сроком эксплуатации 60 лет, представляющих собой, на несколько последующих десятилетий, реалистичный промышленный вариант удовлетворения растущего спроса на электроэнергию по всему миру; реакторы третьего поколения, сооруженные в первой половине XXI века, будут эксплуатироваться в течение всей второй половины столетия.
Заключение
Россия на сегодняшний момент четко определила свою стратегию по обращению с ОЯТ и юридически оформит ее в самое ближайшее время. На площадке в Красноярске РФ планирует реализовать замыкающие технологические этапы ЯТЦ, в том числе промежуточное хранение ОЯТ, затем его переработку и возвращение в цикл с изготовлением МОКС-топлива, кондиционирование конечных отходов (остекловывание) и захоронение в геологических формациях на другой близлежащей площадке. Перерабатывающий завод должен быть введен в эксплуатацию к 2025 году, а опытно-промышленная установка – к 2015 году. Ожидается, что при выполнении данных работ Россия может сотрудничать с Францией. Крупномасштабная промышленная реализация такой технологии – непростой процесс, необходимо предотвратить большое количество трудностей. Соответственно, существует «поле» для сотрудничества при реализации технологии, аналогичной той, которая освоена во Франции, с общей конечной целью создания промышленных реакторов на быстрых нейтронах и замыкания ЯТЦ.
Автор
external link, opens in a new tab
Патрис Бернарexternal link, opens in a new tab
Посольство Франции в Российской Федерацииexternal link, opens in a new tab
