Атом завтрашнего дня

В нынешнем году российской атомной отрасли исполняется 70 лет. Главной ее задачей в августе 1945 года было создание ядерного оружия сдерживания, и атомный проект СССР называли «Дело № 1». Но с первого правительственного документа, принятого еще в 1942 году, ставилась задача создания не только оружия, но и атомной энергетики. Сегодня глобальный паритет надежно обеспечен ядерным арсеналом, но в атомной энергетике остается много вопросов, которые требуют решения. В первую очередь – обращение ядерных материалов и надежная изоляция радиоактивных отходов. Прорывом обещает стать технология замкнутого ядерного цикла с МОКС-топливом на быстрых реакторах, обеспечивающая фактически неограниченный источник дешевой и «зеленой» энергии. Россия сегодня – главный источник прогресса в этой области, и головные в своем классе производства создаются в Красноярском крае на ГХК.

Согласно оценкам Всемирной ядерной ассоциации (WNA), к 70-летию атомной отрасли Россия подходит мировым лидером в развитии технологий. Такие выводы содержатся в опубликованном в нынешнем году докладе экспертов организации. Росатом помогает создавать атомные электростанции в странах, где их прежде не было, и строит за рубежом больше атомных энергоблоков, чем какая-либо другая компания. Только за 2014 год портфель заказов Росатома вырос с 20 до 28 будущих атомных блоков в разных странах. Десятилетний объем зарубежных контрактов Росатома в 2014 году впервые превысил 100 млрд $. Как отмечают зарубежные эксперты, проекты госкорпорации выражают тренд мировой энергетики – новейшие технологии, позволяющие создавать наиболее чистые и эффективные источники энергии. Не в последнюю очередь это реакция мирового сообщества на проблему всемирного потепления. Атомная генерация не дает выброса парниковых газов, и ее развитие прямо влияет на сохранение климата планеты.

Авторы исследования WNA констатируют высокий научно-технический потенциал российской атомной отрасли. Россия – мировой лидер в технологии реакторов на быстрых нейтронах. Как отмечается в докладе, ими обладают очень немногие страны, а что касается быстрых реакторов промышленной мощности, то единственное место, где они есть, – это российская Белоярская АЭС. Энергоблоки атомных электростанций, построенные по «быстрым» технологиям, уже в ближайшей перспективе позволят существенно расширить топливную базу атомной энергетики и минимизировать радиоактивные отходы за счет организации замкнутого ядерно-топливного цикла. А развитие этого направления обещает не только минимизацию, но и полное исключение радиоактивных отходов, которые нуждаются в изоляции.

Технология замкнутого ядерно-топливного цикла создает возможности для дальнейшего развития отрасли, поскольку обеспечивает снятие ее ключевых ограничений. До сих пор полностью не решена проблема утилизации отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). Окончательная изоляция без переработки чревата рядом осложнений, в том числе проблемами с режимом нераспространения, а затраты на технологическое хранение ОЯТ грозят стать вечным экономическим бременем энергетики. Альтернативой является переработка топлива и возврат в ядерный топливный цикл до 97 % ядерных материалов.

Сегодня в технологиях переработки лидирует Франция, но количество циклов повторного использования регенерированного топлива в тепловых реакторах весьма ограничено. Кроме того, действующие французские заводы переработки ОЯТ второго поколения дают низкоактивные жидкие отходы. Создаваемые российские производства решают все эти проблемы. Это не попытка «догнать современный уровень», а полноценный обход в повороте – качественно другая техника нового поколения.

Еще одной проблемой уже в недалеком будущем грозит стать ограниченность запасов топлива. Согласно оценкам профильных экспертов, уран-235, который сегодня является основным делящимся материалом атомной энергетики, сможет оставаться таковым максимум до начала следующего века. Следовательно, нужно будет либо закрывать станции, либо искать новые виды топлива. В природном уране «сжигаемого» 235-го изотопа всего 0,7 %. Практически все остальное – уран-238. Вот его-то новые российские технологии и позволяют использовать практически как неограниченный ресурс энергии – через МОКС-топливо в быстром реакторе. На сегодня России единственной удалось обеспечить устойчивую эксплуатацию реактора на быстрых нейтронах промышленной мощности. Быстрый реактор БН-600 на Белоярской АЭС работает с 1980 года, но на уране. Опыт его эксплуатации позволил создать реактор БН-800, который должен стать прототипом новой атомной энергетики уже с другим видом топлива. Для него, собственно, и построено производство МОКС-топлива на Горно-химическом комбинате.

Разработанные и принятые в России федеральные целевые программы финансирования стратегических объектов обеспечивают возможность создания промышленных прототипов новой энергетики в ближайшие три года, уверены представители отрасли. Работа ведется сразу по нескольким направлениям. В рамках ФЦП «Ядерные энерготехнологии нового поколения» Росатом завершает создание быстрого натриевого реактора БН-800 на Белоярской АЭС в Свердловской области и завода МОКС-топлива на железногорском ГХК. Еще по одной программе – «Обеспечение ядерной и радиационной безопасности» – на ГХК уже создано «сухое» хранилище ОЯТ и развернуто строительство опытно-демонстрационного центра по радиохимической переработке ОЯТ нового поколения. «Сухое» хранилище ГХК – первое и пока единственное в мире хранилище ОЯТ камерного типа, действует с 2012 года. Охлаждение топлива организуется естественным током воздуха, который, в свою очередь, обеспечивается конструкцией самого здания хранилища. Нет необходимости ни в электроэнергии, ни в водоснабжении, ни даже в действиях персонала. Достаточно, чтобы просто вокруг был воздух. Само топливо расположено в трех контурах герметичных ампул в среде инертного газа, который исключает коррозию. Это оптимальное решение проблемы долгохранящегося ОЯТ в ожидании создания промышленных мощностей по его переработке. Нулевое воздействие на окружающую среду и снижение в разы стоимости хранения по сравнению с «мокрым» хранилищем, где необходимо обеспечивать циркуляцию воды. Уже несколько стран сообщили о создании у себя подобных объектов. В США, по сообщению Питера Лайонса, замминистра энергетики, комиссия «голубых воротничков» уже в 2012 году включила создание объекта аналогичной концепции в стратегический план развития. Только в прошлом году с целью изучения опыта Горно-химический комбинат дважды посещали японские специалисты, в том числе президент Атомного промышленного форума Японии Такуя Хаттори.

Как отмечает немецкий эксперт Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) по радиационной безопасности Олаф Ницше, применяемые на ГХК решения имеют инновационный характер. «Уникальность ГХК в том, что производства по хранению, регенерации и фабрикации ядерного топлива компактно сосредоточены в одном месте. Также отмечу радиохимическую переработку ОЯТ без жидких отходов на опытно-демонстрационном центре ГХК. Это новая концепция, и сработать она может намного лучше, чем технологии, которые используются во Франции и Великобритании», – подчеркнул Олаф Ницше.

«Быстрые реакторы со стороны экологов должны быть поддержаны руками и ногами, потому что сжигают долгоживущие актиниды, которые больше всего тревожат общество, – полагает специалист департамента ядерной энергии МАГАТЭ Михаил Ожован. – Об эту задачу сломали зубы и французы, и англичане. Но без этого нет будущего. Задача, которую сегодня решает производство МОКС-ТВС на ГХК, создавая топливо для быстрых реакторов, – это благородная, цивилизационная задача». Добавим, что МОКС-топливо в быстром реакторе дает ключ к практически неограниченной ресурсной базе. Сегодня в мире на промышленных складах находится такое количество обедненного урана, оставшегося после обогащения топлива, что уже только этого урана хватит для того, чтобы обеспечить энергетические потребности человечества на сотни лет вперед.

Авторитетные зарубежные специалисты отмечают превосходство российских концепций развития атомной отрасли и с нетерпением ждут их промышленного воплощения. И тому есть особые причины. Вложения в развитие атомной отрасли сегодня подвержены сильным политическим рискам. Яркий пример тому – Германия, где после «Фукусимы» было принято политическое решение отказаться от атомной энергии. Вторая причина – сланцевый ренессанс углеводородов и бум «альтернативных источников». Чтобы понять необходимость, более того – жизненную необходимость развития атомных технологий, надо смотреть на 70–100 лет вперед, куда сегодня не достает ни один бизнес-план. Но если сегодня остановить развитие атомной энергетики, то через сто лет деградация климата планеты примет необратимый характер, а истощение ископаемых энергетических ресурсов приведет к обострению международной обстановки и череде конфликтов. В этих условиях принятие решения о создании качественно нового уровня атомных технологий говорит о понимании проблем человеческой цивилизации. Это понимают и высоколобые профессионалы-атомщики всего мира, но пока им не удается убедить свои правительства делать то, без чего нельзя будет обойтись через несколько десятилетий. Поэтому они почти «болеют» за Росатом – успех российских технологий даст им не только здоровые амбиции сделать еще лучше, но и протащить через свои правительства саму возможность что-то делать.

Необходимо учитывать, что при всем благородстве намерений России никто не снимает задачу экономической эффективности новых технологий. Эта задача была, есть и будет. Более того, в атомной отрасли есть очень хорошие традиции. Достаточно вспомнить, что центрифужная технология обогащения урана была в десять раз более эффективна диффузионной, ранее распространенной на Западе. Соответственно, проектные бизнес-параметры будущих производств имеют не только технические, но и экономические показатели, превосходящие современный уровень.

И, наконец, необходимо понимать, куда вообще ведет человечество развитие атомных технологий. В свое время атомный проект стал главным мотиватором создания цифровых технологий, принципиально новых материалов и прорыва в космос. Нанотехнологии впервые появились именно в атомной отрасли более 70 лет назад. Сегодня речь идет уже об использовании не только мощной энергии ядерного деления, которая определяется по знаменитой формуле Эйнштейна, но и о гораздо более тонких вещах. Не будем говорить о широком спектре радиационных технологий. Возьмем только самый понятный – энергетический. На том же Горно-химическом комбинате уже приступили к реализации проекта «атомной батарейки». Принципиально важно – не аккумулятора, а именно батарейки, со сроком службы более 50 лет. Аккумуляторы на самом деле являются эрзац-чистыми источниками. Чтобы их зарядить, нужно произвести электроэнергию, для чего нужно сжечь все то же самое топливо и испортить атмосферу парниковыми газами. Атомная батарейка использует энергию бета-излучения, то есть электроны, вылетающие из атомного ядра при бета-распаде. На стабильность источника не влияют ни температура, ни влажность, ни удары, ни вибрация. Ничего, кроме количества «материнского» изотопа. В проекте ГХК таким изотопом будет никель-63, энергия бета-распада которого настолько мягкая, что этот миниатюрный источник планируют использовать для питания кардиостимуляторов. Это пока первый шажок, но трудно вообразить, какую революцию в быту и технике произведут автономные источники подобного типа при развитии этого направления. Самый близкий соблазн – автомобиль без заправок и зарядок и – без выхлопных газов. Дом в глухой тайге, но полный электричества и с вертолетом на электромоторе, да просто телевизор, для которого не надо искать розетку. То, как мы сегодня генерируем электроэнергию, это примерно как добывать огонь трением. В глубинах атомного ядра есть гораздо более совершенные механизмы создания разности потенциалов. Но чтобы до них дотянуться завтра, нужно сегодня развивать технологии и культуру обращения с ядерными материалами. Безопасность и совершенство рождается в развитии, а не в унылом перечислении проблем. И Россия сегодня может по праву гордиться своей 70-летней «старушкой» – атомной отраслью, которая создает технологии лучшего будущего.

Василий Савельев