На семинаре в рамках Генконференции МАГАТЭ «Техснабэкспорт» и ТВЭЛ представили новое экспортное продуктовое направление «Росатома» — сбалансированный ядерный топливный цикл (СбЯТЦ), который базируется на многократном рециклинге топлива. Компании работают в связке, создавая новые услуги и виды топлива. Разберемся, что предлагают заказчикам.
Как пояснил директор департамента по инновациям и технологиям «Техснабэкспорта» Михаил Барышников, который представлял новый продукт, в СбЯТЦ входят четыре компонента-услуги: переработка ОЯТ с фракционированием высокоактивных отходов, производство уран-плутониевого топлива, дожигание минорных актинидов в быстрых реакторах и создание систем длительного хранения ОЯТ и высокоактивных отходов. Купить услуги можно как по отдельности, так и в комплекте.
Будущая схема отношений клиента и исполнителя такова. Когда на АЭС с легководными реакторами типа ВВЭР или PWR завершается очередная топливная кампания, облученное топливо несколько лет охлаждают в приреакторном бассейне выдержки. Оттуда топливо в транспортно-перегрузочных комплектах (их можно заказать в «Техснабэкспорте») перевозят в пристанционный пункт контейнерного хранения. Проект типового пункта «Техснабэкспорта» предполагает установку 16 транспортно-перегрузочных комплектов и 38 упаковочных комплектов повышенной вместимости (еще один продукт «Техснабэкспорта», комплекты пригодны как для хранения, так и для транспортировки). Постепенно ОЯТ перегружают из ТУКов в упаковочные комплекты повышенной вместимости. Когда их будет достаточно, чтобы сформировать транспортную партию, ОЯТ отправляют в Россию на переработку.
На предприятиях «Росатома» — «Маяке» и ГХК — ОЯТ перерабатывают, разделяя компоненты. Сначала — уран (около 96 % массы топлива) и плутоний (около 1,2 %). Их планируют использовать в производстве обычного уранового и РЕМИКС-топлива для тепловых реакторов, а также МОКС- или СНУП-топлива для быстрых реакторов. Урановое и РЕМИКС-топливо заказчик может приобрести для своих легководных реакторов. О МОКС- и СНУП-топливе речь пойдет тогда, когда за рубежом «Росатом» построит хотя бы один быстрый натриевый или свинцовый реактор.
Об особенностях рециклированного топлива на семинаре МАГАТЭ рассказал директор департамента по новым ядерным продуктам ТВЭЛ Александр Павлюк.
РЕМИКС-топливо производят из смеси оксидов обогащенного урана (4–5 % по 235‑му изотопу) и плутония. По своей геометрии ТВС‑2М с РЕМИКС-топливом ничем не отличается от ТВС‑2М с диоксидом урана, используемых на блоках с ВВЭР. Небольшая разница лишь в нейтронно-физических характеристиках. РЕМИКС-топливо прошло первый этап испытаний в реакторе Балаковской АЭС, идет второй. Возникает вопрос: не рано ли предлагать топливо на стадии исследований? Михаил Барышников считает, что время выбрано правильно, поскольку на рынке топлива контракт заключается за несколько лет до поставки, лицензирование надо начинать еще раньше, плюс на знакомство с топливом, тестирование требуется время. Так что опцию поставок разных видов топлива есть смысл предусматривать в контрактах уже сейчас.
Если заказчик не может или не хочет использовать уран-плутониевое топливо, оно пригодится в России. РБМК уже полностью загружены топливом из регенерата. Идет подготовка к переводу на него ВВЭР. МОКС-топливо тоже используют — с октября БН‑800 Белоярской АЭС работает на полной МОКС-зоне. СНУП-топливо готовят для новейшего реактора БРЕСТ-ОД‑300, который строится в Северске. Предполагается, что на плутониевом топливе в перспективе будут работать также жидкосолевые реакторы. Первый из них, исследовательский, проектируется для сооружения на ГХК.
Самая токсичная, радиоактивная и долгоживущая (миллионы лет) часть ОЯТ –– минорные актиниды. Их доля в общем объеме мала: америция — 0,035 %, нептуния — 0,05 %, кюрия — 0,006 %. Им прописана трансмутация. Америций и нептуний будут добавлять в топливную композицию для быстрых реакторов, а кюрий — выдерживать до распада в плутоний и использовать в производстве топлива. В быстрых реакторах америций и нептуний дожигаются, превращаясь в короткоживущие высокоактивные отходы. ФЭИ и НИИАР дожигали минорные актиниды в рамках НИОКР и получили обнадеживающие результаты.
Дожигать минорные актиниды предполагается первоначально в натриевых реакторах, в перспективе — в свинцовых и жидкосолевых.
Фракцию короткоживущих высокоактивных отходов, состоящую главным образом из цезия и стронция, будут выделять, отверждать и выдерживать в течение примерно 30 лет. За это время цезий и стронций распадутся до состояния, которое позволит их перевозить и размещать на финальную изоляцию со среднеактивными отходами. Для них не надо строить геологических хранилищ, достаточно приповерхностных.
Владелец ОЯТ может забрать контейнеры с фракцией короткоживущих отходов практически сразу, чтобы они дошли до стадии среднеактивных на пристанционной площадке (хранение ОЯТ на площадке — обычная практика для многих АЭС). Второй вариант — оплатить выдержку на российской площадке и потом забрать контейнеры на финальную изоляцию.
По модельным расчетам «Техснабэкспорта», после 60 лет работы двухблочной АЭС с реакторами ВВЭР‑1200 объем ОЯТ составит примерно 7 тыс. м3, включая упаковку. С переработкой — примерно в семь раз меньше: все среднеактивные отходы в матрице можно будет упаковать в 30 комплектов повышенной вместимости.
На создание инфраструктуры для хранения и захоронения ОЯТ без переработки требуется 1,17 млн долларов на тонну урана, с переработкой — 0,91 млн долларов. Таким образом, экономия на протяжении всего жизненного цикла АЭС достигает почти 23 %.
Концептуально сбалансированный ЯТЦ нацелен на минимизацию объема радиоактивных отходов, отправляемых на захоронение, снижение затрат на ядерный топливный цикл в целом и максимальное использование потенциала ядерного топлива за счет его рециклирования. В итоге сбалансированный ЯТЦ должен решить проблему накопления ОЯТ и улучшить восприятие атома как возобновляемого и чистого источника энергии.