Атомная энергетика остается основой экономики развитых стран, включая и Россию. В ближайшем будущем в этой отрасли намечаются значительные инновации. «Известия» поговорили с Еленой Родиной, начальником отдела физики реакторов на быстрых нейтронах в замкнутом ядерном топливном цикле, АО «Прорыв» (госкорпорация «Росатом»), о новом уникальном ядерном реакторе отечественной разработки и его перспективах.
— Недавно выступали на одной из пленарных сессий Конгресса молодых ученых в «Сириусе», где рассказывали про проект «Прорыв». Расскажите, в каком состоянии сегодня находится этот проект и что именно вы создаете в Северске?
— Проект «Прорыв», который реализует «Росатом» в тесном сотрудничестве с национальным исследовательским центром «Курчатовский институт», университетами и Российской академией наук, выходит на ключевую стадию. Мы фактически завершаем создание первой в мире промышленной технологии замкнутого ядерного топливного цикла на базе реакторов на быстрых нейтронах.
В городе Северске Томской области строится опытно-демонстрационный энергокомплекс (ОДЭК), в который входят три связанные между собой части: реактор на быстрых нейтронах БРЕСТ-ОД-300 со свинцовым теплоносителем, модуль фабрикации и рефабрикации нитридного СНУП-топлива и модуль переработки облученного топлива. Это не разрозненные объекты, а единая технологическая линия, которая должна продемонстрировать замкнутый цикл «от топлива до топлива» в реальном промышленном масштабе.
Первая очередь ОДЭК — модуль фабрикации и рефабрикации топлива — уже создана и с декабря 2024 года находится в опытной эксплуатации. Сейчас ведется сооружение самой инновационной АЭС с реактором БРЕСТ-ОД-300 мощностью 300 МВт.
— Почему именно сейчас тема замкнутого топливного цикла и быстрых реакторов стала такой актуальной?
— Подходы, которые сегодня лежат в основе реакторных систем поколения IV, имеют очень глубокие корни. Идея воспроизводства топлива в реакторах на быстрых нейтронах родилась еще в 1940-е годы. На реализацию этой идеи в промышленном формате потребовалось около 80 лет — отрасль накопила колоссальный объем знаний, отработала разные конструкции и материалы.
Параллельно проявились и новые вызовы. После аварий на «Тримайл-Айленде», Чернобыльской АЭС и «Фукусиме» мировое сообщество существенно пересмотрело требования к вопросам безопасности. Плюс еще острее встал вопрос накопления отработавшего топлива и радиоактивных отходов, а также долгосрочной ресурсной обеспеченности атомной энергетики. Мы понимаем, что при дальнейшем росте атомной генерации человечество неминуемо столкнется с ограничениями по урановому сырью.
Поэтому системы на быстрых нейтронах с замкнутым топливным циклом — это уже не просто «интересное будущее», а технологическая необходимость, если мы говорим о большом, устойчивом и при этом экологически приемлемом атомном энергобалансе.
— Вы часто говорите о двухкомпонентной схеме атомной энергетики. В чем ее смысл и почему она снимает экологические претензии к отрасли?
— Двухкомпонентная схема означает, что в энергосистеме сосуществуют два типа реакторов: тепловые (традиционные ВВЭР и их аналоги) и быстрые. Тепловые реакторы обеспечивают основную генерацию сегодня, а быстрые выполняют сразу две критически важные функции — воспроизводят топливо и «санируют» ядерные отходы.
Именно такое разделение ролей позволяет снять ключевые экологические претензии к ядерной энергетике. Сейчас всё, что не может быть повторно вовлечено в топливный цикл, в мире рассматривается как отходы, подлежащие захоронению. При этом в отработавшем топливе образуются долгоживущие минорные актиниды — америций, нептуний, кюрий. Они и определяют тот самый «хвост» в тысячи лет, из-за которого отходы нельзя просто разместить в приповерхностных хранилищах.
Двухкомпонентная схема с быстрыми реакторами позволяет поменять саму философию: мы не перекладываем проблему на будущие поколения, а внутри одной технологической системы радикально сокращаем сроки и масштабы радиационной опасности отходов.
— Что именно делает долгоживущие минорные актиниды такой сложной проблемой для обращения с отходами?
— Основная проблема в том, что именно из-за содержания минорных актинидов отработавшее топливо и высокоактивные отходы остаются опасны тысячелетиями. Это значит, что их нельзя просто захоронить вблизи поверхности — требуется либо длительное контролируемое хранение, либо создание специальных хранилищ в глубоких геологических формациях.
Формально такой путь обсуждается: предполагается, что отходы можно будет изолировать на геологические времена. Но у нас нет реальных гарантий, что на горизонте многих тысяч лет любое хранилище останется столь же надежным: геологические процессы продолжаются, меняются гидрогеология, напряженное состояние массива, возможны непредсказуемые факторы.
Сегодня фактически проблема признана отложенной: полного решения по промышленным глубоким хранилищам пока ни у одной страны нет. По сути, мы создаем «подарок» будущим поколениям, перекладывая на них риск и ответственность за то, что мы произвели сейчас. Именно это в корне противоречит идеологии устойчивого развития и природоподобных технологий.
— Как быстрые реакторы помогают решить эту проблему и что означает принцип радиационно-эквивалентного захоронения?
— Жесткий энергетический спектр быстрых нейтронов позволяет эффективно «пережигать» как раз долгоживущие минорные актиниды. Иначе говоря, под воздействием быстрых нейтронов минорные актиниды поделятся на осколки деления или перейдут в другие изотопы, в результате сформируется другой, гораздо более управляемый по времени радиационный профиль отходов.
В результате срок опасности радиоактивных отходов радикально сокращается. Уже через 100–150 лет риски онкозаболеваемости от таких отходов оказываются ниже аналогичных рисков от природного уранового сырья. Это принципиальное изменение: мы уходим от тысячелетних горизонтов к временным масштабам, сопоставимым с длительностью жизни нескольких поколений.
Идеология так называемого радиационно-эквивалентного захоронения как раз в том, чтобы довести радиоактивность отходов до уровня природного сырья. Замкнутый топливный цикл в сочетании с быстрыми реакторами доводит радиоактивность отходов до уровня природной руды — это принцип, недостижимый для традиционных открытых схем. В этом случае мы можем говорить об окончательном захоронении без риска отложенного ущерба для населения в будущем.
— Часто звучит тезис, что быстрые реакторы — это «естественно безопасные» установки. В чем выражается эта естественная безопасность и почему вы исключаете сценарии крупных аварий?
— Концепция естественной безопасности строится на том, что основные защитные свойства заложены в самой физике процесса, в конструктивных решениях и в характеристиках используемых материалов, то есть безопасность обеспечивается не за счет «сложной автоматики», а прежде всего за счет внутренних свойств системы.
— Какую роль в реализации этой концепции сыграли российские ученые и наработки по безопасности?
— Научные принципы и критерии безопасности, положенные в основу проекта «Прорыв», — это результат многолетней работы ведущих российских специалистов. Это и физики, и материаловеды, и специалисты по теплофизике, и инженеры-расчетчики.
Очень важно, что речь идет не просто о частных решениях, а о целостной технологической платформе — от обоснования характеристик реакторной установки до подходов к обращению с топливом и отходами. Хочу отметить, что целый ряд ученых (Евгений Олегович Адамов, Владимир Григорьевич Асмолов и Михаил Валентинович Ковальчук) был удостоен Государственной премии президента именно за вклад в создание этой платформы безопасности. Это серьезное признание на государственном уровне того, что мы движемся в верном направлении.
— Давайте подробнее о самом БРЕСТ-ОД-300. В чем его уникальность и на какой стадии сейчас строительство?
— БРЕСТ-ОД-300 — это первый в мире промышленный реактор на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем мощностью 300 МВт. Его разработка велась в НИКИЭТ им. академика Доллежаля. В ОДЭК он станет «сердцем» комплекса, вокруг которого выстраиваются модули переработки и фабрикации/рефабрикации топлива.
Пуск реактора запланирован на 2028 год, а пуск модуля переработки облученного топлива — на 2030-й. После этого мы замкнем весь цикл — от производства топлива до его переработки и повторного вовлечения. Это и будет демонстрация полностью замкнутой ядерной энергосистемы нового поколения.
— Вы упомянули нитридное СНУП-топливо. Почему выбран именно этот тип топлива и какой опыт уже накоплен?
— Мы применяем нитридное смешанное уран-плутониевое топливо — СНУП, потому что оно сочетает несколько ключевых преимуществ. Во-первых, это высокая теплопроводность и хорошие эксплуатационные характеристики, что важно для быстрых реакторов со свинцовым теплоносителем. Во-вторых, именно нитридное топливо позволяет реализовать полное воспроизводство внутри активной зоны и выйти на нужные параметры замкнутого цикла.
— Что будет следующим шагом после БРЕСТ-ОД-300? Какие серийные решения вы видите на горизонте 2030–2040-х годов?
— БРЕСТ-ОД-300 задуман как опытно-демонстрационный реактор, но с самого начала проектировался с прицелом на масштабирование. Его логическим продолжением станет серийный быстрый реактор со свинцовым теплоносителем на 1200 МВт — БР-1200, над которым также работают в НИКИЭТ. Предполагается, что он будет построен в Северске, а пуск намечен на 2037 год.
Параллельно ведется разработка еще одного серийного быстрого реактора на 1200 МВт — БН-1200М с натриевым теплоносителем. В его основу легли десятилетия опыта эксплуатации БН-350, БН-600 и БН-800. Пуск БН-1200М планируется раньше — в 2034 году, на пятом энергоблоке Белоярской АЭС.
Вместе эти установки формируют линейку реакторов на быстрых нейтронах, которая позволит построить полнофункциональную двухкомпонентную атомную энергетику с замкнутым топливным циклом — от демонстрации до серийной реализации.
— Как вы видите роль ядерной энергетики в глобальной энергетике с точки зрения климата и эффективности?
— Мир сегодня ищет технологии с низким углеродным следом и высокой энергоэффективностью. По обоим критериям ядерная энергетика уже сейчас опережает гидроэнергетику более чем вдвое, а солнечную генерацию — примерно в восемь раз. Предлагая энергетически эффективный и экологически безопасный реакторный комплекс, мы поставляем не только киловатт-часы, но и стратегическую уверенность — в ресурсах, в предсказуемости тарифов, в устойчивости к климатическим и технологическим вызовам.
Замкнутый топливный цикл с быстрыми реакторами радикально меняет отношение к «ядерному наследию»: мы перестаем производить отходы, опасные на тысячелетия, и встраиваем атомную энергетику в парадигму устойчивого развития.
— И напоследок что вы хотели бы сказать молодым специалистам, которые сегодня только выбирают свой путь в науке и технике?
— Я всегда подчеркиваю: «Прорыв» — это начало нового этапа, новая глава развития мировой атомной энергетики, и она будет написана руками сегодняшних молодых специалистов. Если вам интересно работать на стыке фундаментальной физики, высоких технологий, материаловедения, цифрового моделирования и большой инженерии — у этой области огромное будущее.