Нужен ли России ядерный цикл?

Энергетика - это основа всего современного жизненного уклада. Когда в доме гаснет свет, жизнь в нем становится неудобной и унылой. Когда свет гаснет в городе, из него уходит цивилизация. Каждая страна стремится иметь у себя достаточное количество энергии, которого хватило бы не только на удовлетворение текущих проблем, но и для устойчивого экономического развития. Первое, что строят во время любой индустриализации, это электростанции. А для того, чтобы развитие было действительно устойчивым и ни от кого не зависело, надо создавать независимую энергетическую базу.

Энергетика - это самое уязвимое место любого народного хозяйства. Не будет электроэнергии - не будет и производства.

В России принята программа развития энергетики до 2030 года, в которой на фоне общего роста ее производства (в 2,3 раза по отношению к 2005 году) предусмотрено и относительное увеличение доли атомных станций.

В 2010 году руководством страны были озвучены планы доведения доли АЭС в общем объеме производства электроэнергии с 16 до 20-30%, что, в свою очередь, потребует увеличения мощности атомных станций более чем в два раза. Сейчас в эксплуатации находятся 35 блоков. Еще 8 блоков строится (без учета 2 маломощных плавающих блоков «Академик Ломоносов»).

Плюс к этому государственная монополия «Росатом» реализует амбициозную программу строительства атомных станций по всему миру. На сегодня в постройке находятся 29 атомных блоков. Значительную часть блоков, построенных еще во времена СССР и позже, «Росатом», согласно контрактам, обязан обеспечивать ядерным топливом.

А между тем уран - это единственный источник энергии, которым Россия не обеспечивает свои потребности…

Дело в том, что каждый новый блок (ВВЭР-1000) при загрузке топлива требует эквивалент - 600-700 тонн добытого уранового концентрата (U₃O₈). Плюс ежегодная догрузка каждого блока - это еще до 150 тонн. Для блоков ВВЭР-440 потребность в топливе на 40% меньше.

Суммарные потребности в уране только России составляют до 5500 тонн уранового концентрата в год. Примерно такое же количество необходимо для покрытия зарубежных контрактов уже сегодня. С учетом постройки блоков уже через 6-7 лет потребности компании возрастут до 20 000 тонн. Дальше будет больше.

При этом сама Россия добывает около 3000 тонн концентрата. Кроме этого, «Росатом» добывает уран в других странах. Это еще 5-6 тысяч тонн. Сегодня, как мы видим, разрыв между потребностью и производством небольшой. Пока цена на уран в мире относительно невысока и он в доступности, проблем у отрасли не будет.

Для справки: в мире идет бурное развитие добычи урана. В первую очередь это связано с вводом в строй в большом количестве новых атомным блоков, а значит, и увеличением спроса. Еще в 2005 году производство уранового концентрата составляло 41,7 тыс. тонн, а в 2013 году - уже 59,6 тыс. тонн. Спрос за это же время вырос с 49,2 тыс. тонн до 70 тысяч тонн соответственно. Есть оценки (на основе планов строительства блоков АЭС в мире и при отсутствии катаклизмов), что мировой спрос в 2030 году достигнет 120 тысяч тонн…

Разницу покрывают за счет использования высокообагащенного оружейного урана (до 10% мировых потребностей). «Спасибо» атомной гонке и… переработке отработанного ядерного топлива (ОЯТ) (около 2% мировых потребностей)…

Цена на уран, так же как и цена на нефть, подвержена большим колебаниям. Например, в 2002 году она была $21 за кг, а в 2007 уже $300 за кг. Далее она опустилась в коридор $60-160 за кг, в котором находится и сейчас. В сентябре 2015 года - 80-85$ за кг.

Кстати, благодаря высокой себестоимости добычи урана в России «Росатом» в 2014 году получил убыток в этом сегменте в 22 млрд рублей. Но все равно проекты не забрасываются, а расширяются, потому что независимость «стоит» дороже. Есть рядом мировой лидер производства урана – Казахстан, входящий в ТС, но его уран законтрактован западными корпорациями, а ресурсы не бесконечны (нынешним темпом на 25-30 лет).

Итак, урана России не хватает, и он убыточен. Хуже всего то, что в обозримой перспективе значительный рост собственной добычи урана возможен только за счет увеличения убытков в геометрической прогрессии. А если эмбарго? Значит, нужен выход.

На самом деле эта перспектива (недостаток поставок урана) рассматривалась руководством страны еще во времена СССР. И советские ученые пришли к выводу, что данную проблему можно решить только при помощи «замкнутого ядерного топливного цикла» (ЗЯТЦ). Что это такое?

Подавляющее большинство стран сейчас работают по так называемому открытому ядерному циклу (ОЯЦ): добыли уран, обогатили его до необходимой концентрации, заложили его в блок АЭС, сожгли, остатки захоронили.

При нынешней стоимости и доступности урана - это дешево, быстро и… привычно. Вопрос: как долго это будет дешево?

Но есть и альтернатива. Можно производить топливо не из природного урана, а самим. Здесь тоже есть два пути.

МОКС-топливо

Переработка ОЯТ. Дело в том, что само топливо выгорает не до конца. Да и «горит» в нем не весь уран, а только один из его изотопов, а именно U₂₃₅. Собственно, именно он и является тем самым традиционным топливом, которое предоставляет особую ценность. Именно он может поддерживать цепную ядерную реакцию в реакторе. Его собрат U₂₃₈ сам по себе не «горит», хотя и его «радиоактивность» не лишняя при работе блока.

В ядерном топливе важна суммарная радиоактивность. Можно выделять U₂₃₅ и разбавлять его булыжниками, но энергетически это намного хуже, чем разбавлять его не особо ценным и имеющимся в достатке U₂₃₈.

В природе в руде пропорции U₂₃₅ и U₂₃₈ составляют 0,72% и 99,2745% соответственно (0,0055% составляет U₂₃₄). Чтобы топливо могло гореть в реакторе, его надо «обогатить».

Это святая святых мирового ядерного клуба, в который стараются никого не пускать. Именно за «самовольное» обогащение урана были введены санкции в отношении Ирана.

Итак, его надо обогатить до 2-5%, то есть повысить долевую часть U₂₃₅ до этой цифры. Если же обогатить руду выше 20%, то мы получаем оружейный уран.

Итак, топливо произведено, оно выгорело (за 4-5 лет) и вывезено в хранилище для ОЯТ. Далее его можно захоронить или переработать. Дело в том, что за время нахождения топлива в активной зоне реактора U₂₃₅ выгорает не весь, а только треть от него. Остальное можно извлечь и использовать повторно, отделив другой очень ценный энергетический элемент – плутоний. Далее разделенные элементы добавляют в природную руду и повторно используют. Получают так называемое МОКС-топливо. Так уже давно поступают во Франции, где треть используемого топлива - это повторно используемые изотопы. Французы также производят МОКС-топливо и по заказу других стран.

В США программа создания своего завода по производству МОКС-топлива была закрыта после «освоения» $8 млрд, ввиду… нерентабельности его производства. Суммарно проект должен был обойтись в $30 млрд.

В России в сентябре 2015 года «Росатом» наконец ввел в эксплуатацию свой завод по производству данного вида топлива.

«Росатом» запустил на «Железногорском горно-химическом комбинате» промышленное производство МОКС-топлива (mixed-oxide fuel) для реакторов на быстрых нейтронах.

Как заявил глава госкорпорации Сергей Кириенко, в ходе мероприятий, посвященных запуску производства, проект по созданию производства МОКС-топлива на базе ГХК занял 2,5 года. «Если посчитать деньги, которые мы потратили на это за 2,5 года, - это будет девять с небольшим миллиардов рублей, порядка $240 млн».

И, что очень важно, анонсирован запуск завода по переработке топлива реакторов ВВЭР-1000 (сейчас перерабатывается только топливо от реакторов ВВЭР-440).

В ближайшие 1,5-2 года ПО «Маяк» (входящее в ГК «Росатом») станет единственным в мире универсальным переработчиком облученного ядерного топлива.

Освоение переработки ОЯТ реакторов ВВЭР-1000 откроет новый большой сектор рынка услуг по переработке отходов атомной промышленности. А проект по возврату и утилизации отработавших радиоизотопных источников значительно повысит уровень безопасности обращения с отслужившими радиоактивными источниками на территории России и за рубежом. Поскольку другие предприятия - производители радиоизотопов таких услуг не оказывают.

Запуск заводов по производству МОКС-топлива и переработке ядерных отходов не означает, что Россия наконец-то догнала Европу. Это значит, что Россия пошла вперед и скоро будет находиться далеко впереди, потому что есть и другой путь, по которому она прошла дальше других.

Другой путь. Реакторы-бридеры 

Теория реакторов-бридеров возникла еще до появления первой атомной станции. Идея очень простая: создать реактор, который будет производить топливо для себя и для других. Есть такой параметр в атомной энергетике, как коэффициент воспроизводства топлива. В реакторах-бридерах он выше 1. В теории может быть 2, но в реальности 1,1-1,5. Все, что нужно для запуска этого реактора, - это первый раз загрузить его топливом и, пока не будут переработаны его первые «отходы» (а это 10-15 лет), догружать. Затем он будет обеспечивать топливом и себя, и «соседа».

Первое поколение бридеров было построено в 1970-е годы. Идея была очень перспективной, но… оказалась очень убыточной. Стоимость самого реактора с жидкометаллическим теплоносителем (в данном случае натрием) стала слишком высокой, да и с безопасностью были проблемы. Поэтому от этой идеи последовательно отказались США, Германия, Япония. Дольше всего продержалась Франция, но в 2009 году под давлением «общественности» сдалась и она.

Только Россия продолжила этот путь (правда, есть неподтвержденные данные, что Франция также вынашивает идею строительства бридера 4-го поколения, но не ранее 2020-х годов).

В России принята программа «Прорыв». Согласно ей российская атомная промышленность и энергетика должны совершить качественный скачок и наконец «замкнуть» ядерный цикл, сделав ядерную энергетику безопасной и полностью независимой от внешних факторов.

В 2014 году был достроен блок нового поколения БН-800. В начале 2016 года блок должен быть передан в эксплуатацию.

Сама программа строительства блоков данного типа была принята еще в СССР, но с его распадом и экономической разрухой их достройка была заморожена. И вот один-таки достроили? Реакторы данного типа в СССР должны были стать предсерийными. В них в значительной мере был учтен опыт работы предшественника – БН-600.

Увеличена безопасность, существенно уменьшены размеры, что наряду с увеличением мощности уменьшило и себестоимость электроэнергии.

Но сам проект, которому уже более 30 лет (пусть и в измененном виде), конечно, не мог впитать все достижения современных технологий. Уже новый реактор проекта БН-1200, несмотря на 1,5-кратное увеличение мощности, будет компактнее, а значит, и намного дешевле.

Кстати. В рамках проекта «Прорыв» к 2020 году должен быть построен еще один экспериментальный реактор - бридер БРЕСТ-300-ОД. Принципиальное отличие его состоит в том, что в нем в качестве теплоносителя используется не жидкий натрий, а жидкий свинец. Это в теории позволяет добиться практически абсолютной безопасности.

Принятие решения о серийном строительстве реакторов проекта БН-1200 будет приниматься с учетом опыта эксплуатации реактора БН-800. Наверняка в проект будут вноситься изменения и доработки. Но самое важное сейчас состоит в другом. Россия движется к своей энергетической независимости: планомерно и целенаправленно. Многие части проекта «Прорыв» уже реализованы (завод по производству МОКС-топлива, проект БН-800) или на стадии реализации (завод по переработке ОЯТ, проект БРЕСТ-300-ОД и проект БН-1200), а значит, есть уверенность, что рано или поздно ядерный цикл будет замкнут.

Подписывайтесь на наш канал в Telegram