В НИЯУ МИФИ разработан метод существенного увеличения безопасности «реакторов будущего». Это будет достигнуто за счет окружения активной зоны реактора отражателем из радиогенного свинца. Данная разработка выполнена в рамках стратегического проекта «Ядерные энерготехнологии нового поколения и экстремальные состояния вещества» государственной программы «Приоритет 2030».
Речь идет о так называемых быстрых реакторах со свинцовым теплоносителем, которые относятся к четвертому поколению (Generation IV) ядерных установок. Те ядерные реакторы, которые сегодня строят для промышленного использования, специалисты относят к поколению «три плюс». По сравнению с ними четвертое поколение ядерных ректоров должно отличаться большей безопасностью и эффективностью, причем это должно достигаться не за счет «умной» электроники и других настроек, а за счет конструктивных особенностей и лучшего использования физических принципов.
Теоретически КПД реакторов на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем может достигать 50%, в то время как у большинства ядерных установок, находящихся в промышленной эксплуатации в России, этот показатель находится на уровне 30%. Чтобы создать реакторы нового типа, надо решить еще немало научных и технических проблем, и среди них – исключить возможность выхода ядерной реакции из-под контроля (как это случилось на печально известной Чернобыльской АЭС).
Именно этому посвящена разработка Института ядерной физики и технологий Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», осуществленная в рамках государственной программы «Приоритет 2030» под руководством профессора Анатолия Шмелева.
Как поясняет один из авторов разработки, доцент кафедры теоретической и экспериментальной физики ядерных реакторов НИЯУ МИФИ Евгений Куликов, суть разработки заключается в изготовлении окружающего активную зону реактора отражателя из радиогенного свинца (то есть свинца с преимущественным содержанием изотопа свинца-208). Отражатель из этого материала будет обладать уникальными свойствами. Прежде всего, он почти не будет выпускать образующиеся в ходе ядерной реакции нейтроны за пределы активной зоны, то есть почти все нейтроны будут возвращены в активную зону. Но, что особенно важно, возвращены они будут не сразу, а спустя относительно длительное время (ввиду большого атомного веса свинца-208). Поэтому использование в быстром реакторе отражателя на основе свинца-208 позволит радикально увеличить среднее время жизни нейтронов (примерно на 3 порядка!), что существенно улучшит его ядерную безопасность в случае аварийного ввода в него положительной реактивности порядка и более эффективной доли запаздывающих нейтронов. Действительно, переходные процессы в этом случае протекают много медленнее и поддаются управлению. Это позволит избежать многих аварийных ситуаций.
Отражатели из свинца-208 в будущем, возможно, станут обыденностью ядерной энергетики.
Напомним, что в настоящее время экспериментальный реактор на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем БРЕСТ-ОД-300 сооружается в городе Северске Томской области.
В 2021-2022 года в НИЯУ МИФИ в рамках программы «Приоритет-2030» был проведен целый ряд исследований по развитию моделей взаимосвязанных физических процессов в активных зонах реакторов и поиску новых технических решений, обеспечивающих естественную безопасность и эффективность реакторных установок четвертого поколения.