Работа с РЕМИКС-топливом на Балаковской АЭС началась в 2016 году. Тогда в активную зону третьего энергоблока было загружено несколько экспериментальных твэлов. Они отработали три топливных кампании, каждая – по 18 месяцев. Но это только начало пути. Сейчас на станции начался уже второй этап испытаний нового типа топлива.
Владимир Дергачев, начальник отдела ядерной безопасности и надежности Балаковской АЭС: «Мы находимся в помещении пульта управления перегрузочной машины, с помощью которой производятся все перемещения ядерного топлива в бассейне выдержки и в реактор, в том числе загрузка свежего топлива».
Рядом с самой перегрузочной машины в реакторном зале – ни души. Весь процесс контролируется дистанционно. Где среди этих топливных сборок те самые ТВС с инновационным РЕМИКС-топливом, знают только специалисты. Но и они ориентируются на номера кассет. Глазом их не отличить – начинка разная, а конфигурация идентичная. Внутриреакторные испытания РЕМИКСа – очередной шаг на пути к замкнутому ядерному топливному циклу.
Владислав Корогодин, директор по управлению жизненными циклами ядерного топливного цикла и АЭС Госкорпорации «Росатом»: «Сейчас природный уран занимает небольшую долю в составе общего энергетического потенциала природных ископаемых. Если мы переходим к замкнутому топливному циклу, то доля природного урана в общем балансе резко возрастает и становится преобладающей. В этом случае мы имеем уже 86% от всего мирового потенциала энергоресурсов. Этот путь называется реализация цели устойчивого развития, ответственное производство и потребление. В этом контексте задачи у нас три. Первая, это достаточность природных ресурсов. Вторая, это безотходность. И третья, это экологическая безопасность».
Прежде чем опустить в активную зону реактора даже минимальное количество чего-либо нового, особенно это касается делящихся материалов, смеси проверяют и испытывают. И только при положительных результатах создают уже опытные образцы таблеток. Атомщики с самых первых дней существования отрасли прекрасно знают – права на ошибку у них нет.
Юлия Пономарёва: «Давайте все-таки объясним, что такое РЕМИКС, почему это называется РЕМИКС».
Иван Дубров, главный инженер Химико-металлургического завода АО «Сибирский химический комбинат»: «РЕМИКС-топливо – это топливо, которое рециркулируется, то есть после его облучения в атомном реакторе его первично очищают на радиохимических производствах, добавляют в него еще необходимые компоненты, уран или плутоний, и запускают заново, создавая топливные таблетки. То есть оно подразумевает несколько рециклов его обучение в атомной станции».
Таким образом используется повторно не только плутоний, содержащийся в облученном топливе, но и не выгоревший уран-235. Пропорции содержания урана-235 и плутония реакторного класса тщательно выверены. Нейтронный спектр РЕМИКСа не отличается от стандартных таблеток с обогащенным ураном. Поэтому поведение топлива в активной зоне реактора и количество плутония, образующегося из урана в результате облучения, практически идентичны. После испытаний РЕМИКС можно будет внедрять без изменений в конструкции реактора.
Леонид Карпюк, генеральный директор АО «Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара»: «Физической основой замыкания ядерного топливного цикла является наработка делящегося материала в процессе работы реактора. Как результат, нарабатывается и увеличивается топливная база для ядерной энергетики, и существенно сокращаются объемы радиоактивных отходов. В этом, собственно, и есть основной смысл и экономический эффект от реализации этого проекта».
У новых видов топлива огромные перспективы. Отработавшие сборки перестанут отправлять на хранение до лучших времен. Эти лучшие времена в атомной энергетике уже наступили. Все ядерное наследие может быть пущено в оборот. По данным Росатома, из 18 тысяч тонн свежего ядерного топлива, произведенного в мире, в цикле производства энергии сгорает всего 3% от массы тяжелого металла – 540 тонн. На планете уже накоплено около 400 тысяч тонн отработавшего ядерного топлива, а еще в отвалах лежит полтора миллиона тонн обедненного урана.
РЕМИКС – это новый виток эволюции топлива для реакторов ВВЭР, где частично уран-235 заменен на плутоний. Такое топливо, также, как и другие новые виды – СНУП и МОКС, позволяет существенно увеличить жизненный цикл всего добытого урана.
С РЕМИКС-технологиями и еще несколькими вариантами нового топлива никто уже не посмеет назвать ОЯТ отходами. Это огромная ресурсная база для атомной энергетики. При изготовлении РЕМИКС-топлива в смесь урана и плутония добавляется природный уран с обогащением менее 20% по 235-му изотопу.
Дмитрий Колупаев, генеральный директор ФГУП «Горно-химический комбинат»: «Плутоний в нашем случае, с одной стороны, – это стратегический материал для быстрой энергетики, а с другой стороны, если мы только перерабатываем тепловое топливо, мы имеем пассив – нам некуда его деть. Создавать энергетику, когда всё находится в балансе, когда выделяется ровно столько, сколько нужно для того, чтобы встало в ректора, не было никаких лишних запасов, не было обременений, связанных с хранением урана, плутония, хвостов – вот это самый главный вдумчивый, правильный, умный подход к организации атомной энергетики».
Путь опытного РЕМИКСа начинается здесь на Горно-химическом комбинате в Железногорске. Отработавшую смесь извлекают из ТВС, очищают, пробы отправляют на контроль в лабораторию. Все манипуляции проводятся в боксах за толстыми стеклами, но работа идет быстро – оборудование самое лучшее. Химики определяют изотопный состав отдельных элементов, их активность и концентрацию компонентов.
Юлия Пономарёва: «При переработке топлива что ваши результаты дают?»
Юлия Кудрина, начальник лаборатории Международного центра инженерных компетенций ФГУП «Горно-химический комбинат»: «Мы оперативно контролируем состав технологических продуктов. И можно будет посмотреть, отвечает ли этот состав требованиям, которые к ним предъявляются».
Юлия Пономарёва: «То есть можно его потом использовать для производства нового топлива или нет».
Юлия Кудрина: «Совершенно верно».
Затем из полученной смеси делают РЕМИКС-таблетки, и они отправляются в путешествие до Северска, где собирают опытный ТВС.
Иван Дубров, главный инженер Химико-металлургического завода АО «Сибирский химический комбинат»: «При реакция деления в атомном реакторе накапливаются изотопы урана, изотопы плутония, америция и другие радиогенные примеси, которые очистятся на первичной радиохимической переработке, добавятся нужные компоненты для продолжения цепной реакции, и опять топливо будет помещено в реактор для того, чтобы он выделял тепло, а дальше для того, чтобы генерировать электричество, для воспроизводства энергии».
Юлия Пономарёва: «Интересно, где это топливо раньше побывало?»
Иван Дубров: «В каком-то из реакторов побывало точно».
Испытание нового топлива на атомной станции проходит в два этапа – это международный протокол. Сначала ставят тепловыделяющие сборки, где внутри на 312 твэлов всего несколько РЕМИКСов. В реакторе 3-го блока Балаковской АЭС в течение пяти лет работали 18 таких таблеток. Сотрудники отдела ядерной безопасности станции никаких отклонений не увидели – у топлива достойное поведение. Новый этап – загрузка шести ТВС, где уже вся начинка уран-плутониевая. Кампания стартовала в декабре 2021 года. Энергоблок работает в штатном режиме.
Андрей Филоненко, начальник лаборатории отдела ядерной безопасности и надежности Балаковской АЭС: «Сейчас кассеты, как они первого года эксплуатации, они загружены примерно где-то здесь. В дальнейшем они будут перемещаться сначала ближе к центру активной зоны, а затем на периферию. Собственно говоря, можете видеть, что всё зелененькое – отклонений нет».
Юлия Пономарёва: «Так это реальная картинка?»
Андрей Филоненко: «Да, это реальная картинка».
Датчики системы внутриреакторного контроля позволяют отслеживать поведение каждой из 163-х тепловыделяющих сборок в активной зоне. За три топливных кампании ТВС еще дважды пройдут ротацию. Это позволяет контролировать баланс мощности в активной зоне.
Андрей Филоненко: «ЦРК высчитывает различные параметры, которых несколько десятков тысяч, так скажем. Нет задачи сделать что-то легче, сложнее, то есть в среднем как все ТВС работают».
Расчет активной зоны перед новой загрузкой, ротация топлива выполняется персоналом отдела ядерной безопасности станции. Они же делают отчет по поведению ТВС, отслеживают энерговыделение, распределение мощности. На основе этих данных, а также после вскрытия отработавших экспериментальных сборок в Институте атомных реакторов, он входит в Научный дивизион Росатома, будет принято решение о полномасштабном внедрении нового топлива
Андрей Филоненко: «Кассета, когда у нас отработала, она вывозится, в данном случае в НИИАР в Димитровград. Там специально есть институт, стенды, которые, грубо говоря, разрезают эту кассету, смотрит, что с ней произошло за это время выгорания, и тоже дают заключение что всё нормально, все расчетные характеристики подтвердились, можно это использовать. Вообще интересно, конечно, происследовать, которые простоят максимальное количество времени, потому что они как бы получат максимально выгорание, максимально, скажем так, ресурс свой выработают. И как раз его и надо будет посмотреть».
Ядерную энергетику всегда отличал консервативный подход. Но это не означает, что изменения невозможны. Просто они должны быть тщательно проверены и испытаны. Зачастую на внедрение инноваций уходят годы и даже десятилетия. Перешагнув 75-летний рубеж, российская отрасль первая в мире взяла курс на двухкомпонентную энергетику и замыкание ядерного топливного цикла. Переработка отработавшего топлива и рециклирование урана и плутония позволяют продлить существование ядерной энергетики на тысячелетия.
Юлия Пономарёва: «С точки зрения безопасности новые топливные элементы никак не отличаются от известной и привычной двуокиси урана. Главная цель создания и внедрения РЕМИКСа – это обеспечение замыкания ядерного топливного цикла. По оценкам специалистов, использования нового топлива поможет сэкономить до 22% природного урана».
Видео специального репортажа доступно на YouTube-канале Госкорпорации "Росатом" по ссылке: