Атомный мангал, теперь можно отходами топить

Реактор БН‑800 на четвёртом блоке Белоярской АЭС полностью перешел на МОКС-топливо. Это важный шаг в выстраивании двухкомпонентной атомной энергетики с замыканием ядерного топливного цикла.

Если простыми словами: довели до ума технологию по рекуперации топлива для реакторов. Теперь можно отходами топить.

Далее подробности.

Генеральный секретарь ОПЕК Мохаммед Баркиндо дал оценку новому топливному кризису. Он был уверен, что всемирный нефтяной кризис 1974 года и в подмётки не годится тому, что началось в третьем квартале 2021 года. Да, пол сотни лет тому назад уже всё выглядело весьма драматично. Стоимость нефти за полгода подскочила в четыре раза. Это тогда ведь голландцы пересели на велосипеды. ФРГ запретили автомобильную езду по выходным дням и так далее. Но тогда взлетели цены только на нефть и нефтепродукты.

А летом 2021 года дорожать стало всё подряд. Росли котировки нефтяных фьючерсов, стартовали цены природного газа, им в затылок дышали и дышат цены на уголь и, как следствие, практически не контролируемо растут цифры на конечную продукцию переработки энергетических ресурсов на тепловую, на электрическую энергию. В нашем XXI веке это означает рост цен на все остальные товары от слова вообще. Растут цены на продукты питания, на продукцию химической переработки, лезут как тесто на дрожжах цены в чёрной цветной металлургии, стоимость удобрений превращает их едва ли не в ювелирные изделия.

Нет, 70-е прошлого века – это летний бриз на фоне девятибального шторма. Прав был и остается прав Мохаммед Баркиндо, мир праху ему. И вот на фоне всего этого буйства событий энергетика атомная потихоньку превратилась в своеобразный островок стабильности.

22 сентября 2022 года произошло событие, значение которого сложно переоценить. Зато совершенно обоснованно можно и нужно называть знаковым, важным, рубежным. Строки новостных сообщений были впрочем до предела скупы, цитата:

“Энергоблок номер четыре Белоярской атомной электростанции с реактором БН-800 впервые выведен на стопроцентный уровень мощности при полной загрузке активной зоны МОКС-топливом. Реактор успешно прошёл в стадию технологического перехода на инновационное топливо и готов нести полную загрузку.”

Потрясающая новость. Непонятно только о чем собственно речь идёт.

Мы помним про атомную энергетику из школьного курса физики, что свободные нейтроны врезаются в атом урана. Из-за этого удара происходит деление на две части, при этом на свободу вырывается уже два новых свободных нейтрона, которые ударяют уже по двум новым атомам урана в результате чего получается четыре свободных нейтрона. Вот только есть несколько чрезвычайных важных нюансов. Вот такому цепному отделению подвержены только те атомы урана, у которых в ядре нечётное число нуклонов (нуклоны – это общее название для протонов и нейтронов) в основном изотопе урана этих самых нуклонов 238 штук, то есть никакого цепного деления в стиле 1 2 4 8 16 с таким ураном не получится. Атом с числом нуклонов на один больше – это уже не уран, 239 нуклонов – это уже ядро плутония. Если из ядра урана 238 каким-нибудь способом украсть один нейтрон, то получим уран-237 – нечётное число нуклонов. Период полураспада урана-237 всего 6,75 дня, меньше недели. То есть лежит перед вами кусок топлива, а через неделю этот кусок уменьшился в 2 раза. Конечно, с такими веществом работать неудобно. У основного изотопа, например, урана-238 период полураспада 4,5 миллиарда лет – вот тут уж точно никуда торопиться не надо, тут всё стабильно.

Ладно, с ураном-237 не получается. Что не получается – вычеркиваем. Крадём из ядра урана 238 ещё один нейтрон – получаем уран-236 и тоже сразу вычеркиваем, так как чётное число нуклонов не годится. Крадём третий нейтрон – получаем уран 235 и сразу смотрим на период полураспада (грубо, на срок его жизни). Оба-на! 700 миллионов лет, то есть это и есть наш клиент, с ним вся наша атомная энергетика и работает. И вот тут вылезает ещё одно толстое обстоятельство этого изотопа урана 235. В природном уране, который тем или иным способом из под земли извлекают, этого изотопа всего 0,711%.

Давайте тоже самое на пальцах ещё разок.

Богатый урановый рудой считается та, в которой урана больше 0,1%. Извлекаем из-под земли тонну руды. В ней 999 кг никому ненужных примесей, урана-238 всего-навсего 1 кг. Но в нём нужного необходимого атомной энергетике урана-235 те самые 0,7%, то есть вообще какие-то крохи – разнесчастные 7 грамм. И автоматически возникает вопрос: а стоит ли овчинка выделки-то. Выгрести из урановой шахты тонну породы и получить из неё 7 грамм полезного вещества – это, спросить, не перебор? Но бородатые люди в белых халатах слыша такой вопрос только пальцем у виска крутят. Поскольку из грамма урана энергии можно извлечь столько же сколько мы умеем извлекать из 90 тысяч граммов угля. Кило ядерного топлива – это эквивалент 90 тоннам угля, то есть полтора стандартных железнодорожных вагона. И этим всё сказано. Никакой химической реакции горения, никаких угарных газов, никаких гигантских складов, никаких золы, шлака и прочих прелестей, от которой господа экологи шипят что сатана от святой воды. Потому при всей трудоёмкости по производству ядерного топлива ответ известен: атомной энергетике быть. Для особо любопытных можно добавить: один килограмм ядерного топлива – это эквивалент 60 тонн нефти. Так что в этом случае ответ точно такой же: атомной энергетике быть.

С одним нюансом разобрались двигаемся дальше.

Для того, чтобы цепная реакция с алгоритмом 1 2 4 8 16 шла без проблем, братьям физикам маловато тех самых природных 0,7% урана-235. Им вынь да положь обогащение по содержанию этого изотопа никак не менее 3%, то есть в 14 с лишним раза больше, чем в природном уране. Есть, конечно, всевозможная тяжеловесная экзотика, но она в мировой атомной энергетике погоды точно не делает. Тут как бы должен следовать подробный рассказ о том, какими способами достигается повышенное содержание урана-235. Но сейчас не об этом, так как главный герой сегодняшнего повествования вовсе не уран-235. Сказать коротко, обогащать уран, то есть наращивать в нём процентное содержание урана-235 учёные конструкторы инженеры научились достаточно давно. Что остаётся на выходе таких вот заводов по обогащению урана? Тут никаких диаграмм не требуется, вполне достаточно здравого смысла. На входе на технологическую линию завода по обогащению поступает природный уран, в котором урана-235 те самые 0,7%. На выходе уже не очень природный уран, поскольку урана-235 в конечной продукции от 3 до 5%. В дальнейшем переработка заключается в том, что идёт прессование топливных таблеток на производстве, тепловыделяющих элементов, тепловыделяющих сборок. Но на том же обогатительном заводе остаётся ещё исходное сырье уран-238, из общей массы которого постарались вытащить весь уран-235. Такой уран, в котором содержание урана-235 меньше, чем в природной руде атомщики так и называют “обеднённый” (физики не химики – с названиями на латыни не изощряются). Уран, в котором урана-235 больше, чем в природном, – “обогащенный”, а уран, в котором урана-235 меньше, чем в природном – “обеднённый”. Так что любой школьник может уверенно считать, что разобрался в энергетике вообще без проблем.

Обогащенный уран уходит в дело, обеднённый уран горами валяется на складах заводов по обогащению. Такова жизнь. Оно, конечно, можно было бы тупо выбросить, ведь радиоактивность обеднённого урана 5-7 раз ниже, чем урана природного. Бояться нечего. Ну, блин, мы ведь все отлично знаем, что самое страшное в мире животное – это жаба, поскольку она огромное количество народу задушила. Уран где-то там в дальних уголках из-под земли извлекли, от пустой породы очистили, за несколько тысяч вёрст на обогатительные заводы доставили и теперь взять и выбросить! Нет, это не наш метод, проклятый расхититель социалистической собственности. Ничего не выкидываем, пусть лежит, а мы будем думать как объединённый уран к делу приспособить. Тем более, что довести содержание урана-235 до абсолютно нуля никак не получается. Если обогащение идет по европейской технологии, в отвалах обеднённого урана изотопа 235 остаётся 0,3%. После наших газовых центрифуг – 0,1%. Ну и всё равно не ноль. В общем попытки сопротивляться жабе успехам не увенчались. Нигде. Кроме такой дикой страны как США – там из обеднённого урана умудрились наконечники для бронебойных снарядов делать. Дикари, что с них взять.

Продолжаем продолжать разбираться в нюансах.

Уран-238 в цепной реакции деления участвовать отказывается – гордый. Он не согласен на такое унижение, но есть у него одно удивительное свойство. Время от времени он неохотно, лениво, но соглашается принять внутрь своего ядра дополнительный протон. Нуклонов становится на один больше. Но это уже другой химический элемент, который всем нам хорошо известен –
это плутоний-239, самое лучшее, самое качественное вещество для создания ядерного и термоядерного оружия. Об этом свойстве урана-238 ученые-атомщики само собой хорошо знают. Иначе бы мир не познакомился со взрывами над Нагасаки, со слойкой Сахарова (первая советская водородная бомба РДС-6с), с атомной бомбой над Новой землёй. Полный объём технологических извращений по созданию плутония-239 нам никто никогда не расскажет, если, конечно, не получили образование в одном из российских ядерных ВУЗов и не отправились на работу в то подразделение Росатома, которое называют ЯОК (ядерный оружейный комплекс). Но грубое описание никто не запрещает. Нужно запустить цепную реакцию деления ядерного урана. Дождаться точно вычисленного момента, когда в куске урана с повышенным содержанием урана-235 наберётся максимально возможное по физическим законам количество плутония-239 и выдернуть этот кусок урана из активной зоны, чтобы с бешеной скоростью отправить его на радиохимический завод, где специальные люди специальными методами все атомы того плутония-239 аккуратно выделят, соберут в кучку и опять отправятся к высшему руководству страны клянчить строительство пролива имени Игоря Курчатова. Такой способ создания атомного, ядерного и термоядерного оружия оказался исторически первым, а использование именно плутония-239 даёт наилучший результат.

Реакторы, на которых нарабатывается плутоний-239, называются реакторами наработчиками. Какая неожиданность не правда ли?! И вот так переходим к третьему нюансу атомной энергетики, постепенно приближаясь к расшифровке новости с которой начиналась публикация. Напрягаем воображение. Представим, что происходит в активной зоне реактора. Пусть обогащение по урану-235 у нас пять процентов. Тогда в активной зоне на каждую тонну загруженного свежего топлива имеем 950 кило урана-238 и 50 кило урана-235. И вот тут физик-ядерщик просто обязан подойти к зеркалу и внимательно присмотреться к собственному лицу, чтобы ответить на вопрос: я создатель ядерного оружия или же я атомный энергетик. В первом случае всё ясно: берёшь в руки совершенно секретный секундомер, чтобы вовремя выдернуть блочок урана с максимальным количеством плутония-239 и вперёд за орденами. Да ещё один сугубо субъективный момент. Вот эти ребята с секундомером, с забегами от реактора до радиохимического цеха, есть самые главные, самые нужные России люди.

Если в зеркале увидели атомного энергетика, то задача у него совершенно иная, на плутонии-239 не завязанная. Задача состоит, чтоб извлечь из урана-235 все крохи энергии досуха, до последней капли. На научном жаргоне: есть необходимость добиться максимального выгорания ядерного топлива, добиться того, чтобы в управляемой реакции цепного деления поучаствовал весь запас урана-235, желательно до последнего атома. Только в этом случае будет получен максимально экономический эффект. Весь уран, который из-под земли извлекали, от пустой породы очищали, до урана-235 обогащали, топливо фабриковали, – совершит полезную работу, отдав все свои запасы энергии.

Первое следствие очевидно: период времени, в течение которого ядерное топливо находится в активной зоне, должно быть максимальным. Второй вывод чуть сложнее: о нарастающем по мере выгорания урана-235 дефиците свободных нейтронов. Тут вполне хватает логики: много делящихся атомов – много свободных нейтронов. Чем меньше количество актов деления – тем меньше образуется свободных нейтронов. И вот тут вылезает ещё один нюанс, с которым нельзя не считаться. Ядра атомов урана-235 делятся при попадании в них нейтронов движущихся с любой скоростью, как быстрых так и медленных. Ну, те самые ядра урана-238 лишние протоны принимают внутрь себя чем активнее чем быстрее свободные нейтроны. А это уже не хорошо. Такое поглощение нейтронов увеличивает их дефицит. У ядерного урана-235 всё меньше поводов для цепной реакции деления. Единственно логичный вывод: скорость нейтронов нужно каким-то образом снижать, при этом не снижая их количество. Как замедлить движение мечущегося шарика? Подставлять под его удары препятствия, от которых он будет отскакивать. Удар – скорость ниже, ещё удар – ещё один шажок по снижению скорости. На обычном уровне вроде бы ничего сложного, а вот на уровне субатомных частиц задача далеко не тривиальная. Нужно подобрать химический элемент, ядра атомов которого будут оставаться равнодушными по отношению к мечущимся свободным нейтронам. Собственно, таких химических веществ всего два: вода и графит. Вода, потому что в составе её молекул имеется атом водорода, а ядро атома атома водорода состоит ровно из одного протона – куда тут свободные нейтроны поглощать. Ну, хронологически первым замедлителем для свободных нейтронов был именно графит. С твёрдым веществом работать легче – сконструировать активную зону так, чтобы из него было удобно вырывать бачки уранового топлива с максимальным количеством плутония-239 оказалось куда как проще, чем с водой. Соответственно, именно уран-графитовые ректоры и были реакторами самых первых атомных электростанций. Натренировавших в работе с урановым топливом в военных целях физики продолжили эту работу и в мирных целях. Но судьба уран–графитовой технологии оказалась как известно неудачливой. Взорвавшийся реактор в Чернобыльской атомной электростанции был именно уран-графитовый. В результате победа реакторов водо-водяных стала окончательной и бесповоротной. В настоящее время новых уран-графитовых реакторов не строит ни одна страна мира. Работающие реакторы такого типа поэтапно по мере выработки сроков выводятся из эксплуатации. Водо-водяной реактор – двойное название. Причем дважды используется слово вода. Вода в активной зоне такого реактора выполняет сразу две функции. Первое – это замедление свободных нейтронов, что обеспечивает максимальное выгорание топлива, то есть максимальное количество ядер урана-235 успевает поучаствовать в цепной реакции деления. Вторая функция воды в таких реакторах – снятие температуры: вода используется для того, чтобы реакция деления становилась с источником энергии. Фраза “уран-235 отдаёт свою энергию” как бы оборвана на середине. Чему и как уран отдает энергию? Энергия нагревает воду, которая под очень серьёзным давлением протекает стремительным потоком вдоль труб тепловыделяющих элементов. Давление приходится держать выше 300 атмосфер, что тоже понятно: ведь при обычном давлении вода закипает при 100 градусах Цельсия превращаясь в пар. А в активной зоне вода нужна именно как жидкость. Из активной зоны водо-водяного реактора вода выходит с температурой 328,6 градуса (на 200 с лишним градусом выше обычной температуры кипения). Эту сверхгорячую воду отправляют в теплообменник. Трубки со сверх горячей водой буквально переплетены с трубками, по которым движется вода под обычным давлением. Этого вполне хватает, чтобы вода второго контура вскипела, превратилась в пар, который отправляют на турбину, вращение которой обеспечивает выработку электрической энергии.

Как только появилась технология водо-водяных ректоров, так сразу физики-ядерщики заинтересовались: что остается в тепловыделяющих элементах по окончании топливной сессии. То есть, после того, как выгорел почти весь уран-235. Для начала, как бы ядерщики не старались, почти один процент урана-235 так и не успевает выгореть. То же самый случай: чем меньше урана-235, тем меньше образуется свободных нейтронов и цепная реакция деления прекращается сама по себе. Обидно, но ничего не поделаешь.

Ещё интереснее складывается ситуация с образованием плутония. Хоть вода и замедляет свободные нейтроны, но забрать скорость у всех таких нейтронов не получается. И часть вот этих быстрых нейтронов такие успевают добраться до ядер урана-238, тем самым превращая его в плутоний-239. Ну и тут есть очень важный нюанс, благодаря которому реакторы ВВР (водо-водяной энергетический реактор) ни при каких обстоятельствах не могут стать источником оружейного плутония (источником материала для ядерного оружия). Ядерщикам-энергетикам нужна вся энергия урана-235, поэтому он находится в активной зоне максимально возможное количество времени. Топливная сессия современного ядерного топлива продолжается уже два года и такого длительного промежутка времени оказывается достаточно для того, чтобы в урановом топливе накапливался не только оружейный плутоний-239, но ещё два его изотопа: плутоний-240 и плутоний-241. В мире нет технологий, которые позволяли бы отделить друг от друга изотопы, которые отличаются друг от друга всего на один нейтрон. Поэтому на научном жаргоне: облучённое ядерное топливо содержит энергетический плутоний, в нём приблизительно по одной трети плутония-239, плутония-240 и плутония-241. Ну, а плутоний с чётным номером, то есть с чётным числом нуклонов в ядре, делает энергетический плутоний неприменимым для создания ядерного оружия. Вот такой встроенный, обусловленный фундаментальными физическими законами предохранитель, не позволяющий использовать атомные энергетические реакторы для производства ядерного оружия. Нет, конечно, энергетический плутоний вполне подходит для создания так называемой “грязной ядерной бомбы”. Так и без него грязную бомбу из облучённого ядерного топливо делать можно. Это та самая причина, по которой спички детям не игрушка. Тем не менее физики-ядерщики достаточно быстро выяснили, что энергетической плутоний весьма полезен несмотря на примеси лишних изотопов. Плутоний-239 способен на участие в той самой цепной реакции деления, которая тоже вполне может быть контролируемой, то есть использовался для целей атомной энергетики реакторов типа ВВР. Содержание энергетического плутония тоже почти 1% (как и не выгоревшего урана-235). Один процент и один процент – это уже 2 процента делящегося материала, что в три с лишним раза выше содержания делящегося материала в природном уране. Уже этого достаточно для того, чтобы признать облучённое ядерное топливо не отходами, а весьма ценным материалом.

Если энергетический плутоний – полезная штука, то дальше идея физиков-ядерщиков вполне логична: нужно научиться извлекать из облучённого ядерного топлива и не догоревший уран-235 и этот самый энергетический плутоний. В комплексе эти два вещества вполне себе новое ядерное топливо. Нужно только уметь его готовить. Первыми технологию производства такого топлива освоили французы. Но вот название это топливо получило почему-то английское MOX (Mixed-Oxide fuel – cмешанное оксидное топливо). Из облучённого ядерного топлива отдельно извлекают остатки урана-235, отдельно образовавшийся энергетический плутоний. То и другое, соединяя с атомами кислорода. Французские атомщики научились использовать МОКС-топливо в обычных водо-водяных реакторах. После дополнительной модернизации эти реакторы выдерживают до 30% МОКС-топлива. Именно выдерживают. У свободных нейтронов образующихся при делении энергетического плутония характеристики совершенно иные, чем у свободных нейтронов, которые дают при делении атомы урана-235. Ну, не самый лучший вариант, поскольку МОКС-топливо по себестоимости куда как дороже стандартного уранового, но тем не менее МОКС-топливо использовалось и используется достаточно активно. Причина в том, что излечение делящихся материалов из облучённого ядерного топлива облегчает нагрузку при его дальнейшей переработке. Логика понятна: чем меньше в обученном ядерном топливе делящихся материалов, тем проще с ним работать. Ну, а сами французы так и вовсе оказались в двойном шоколаде. Те же японцы, например, за деньги отправляют им на переработку свою облучённого ядерное топливо, да ещё и платили и платят за то, что французы из этого давальческого сырья производили для них, для японцев, МОКС-топливо. При этом стоит помнить и о том, что технологии переработки обогащенного ядерного топлива не только весьма дорогостоящие, но ещё и уникальные по своей сложности. Был завод по переработке в Англии – закрыли, не потянули. Был завод в Германии – тоже закрыт. Ну, а круче всех повели себя американцы. В Штатах ещё в семидесятые годы появился закон объявивший облучённое ядерное топливо высокорадиоактивными отходами – никакой переработки, только геологическое захоронение. Политики так решили, чтобы изящно прикрыть несостоятельность собственных физиков-ядерщиков. Закон есть. С тех времен все компании в Соединённых Штатах, владеющие атомными электростанциями, аккуратно отстёгивали часть прибыли в фонд, который должен был финансировать технологии этого самого геологического захоронения. Результат тоже известен: хранилищ нет, а деньги куда-то потерялись. Речь между прочим идёт о десятках миллиардов долларов. Суды владельцев атомных электростанции с их собственным правительством длятся десятки лет. Никому не скучно, но в этой напряженной обстановке заниматься какими-то новыми атомными технологиями ковбоям просто недосуг.

На использование МОКС-топлива в качестве добавки присадки к обычному ядерному топливу в обычных реакторах научная мысль останавливается не захотела. Причина вполне себе экономическая. Грамм плутония даёт энергии столько же, сколько 4 тонны угля. По этой причине были активизированы работы по созданию эксплуатации реакторов на быстрых нейтронах. Это такие реакторы, где в активной зоне нет никаких замедлителей. То есть, свободные нейтроны движутся с той скоростью, какую получили в момент распада ядра делящихся материалов. Основная идея: вовлечь в оборот тот самый обеднённый уран-238, количество которого в мире исчисляется сотнями тысяч тонн. Почему так много? Да, по военным причинам, как водится. Уран, в котором изотопа урана-235 больше 90% – это оружейный уран, с действием которого жители города Хиросимы познакомились в августе 1945 года и, не не сказать, что сильно этому обрадовались. Все ядерные державы нарабатывали оружейный уран, потому и объёмы обеднённого урана-238 весьма и весьма значительны.

Энергетический плутоний дает куда как более плотный поток быстрых свободных нейтронов, чем уран-235. И это даёт возможность вовлечения урана-238 в деловой оборот. Идея проста: МОКС-топливо – никаких замедлителей. В результате интенсивность поглощения свободных нейтронов ядрами урана-238 вырастает кратно, а на выходе тот самый энергетический плутоний. То есть, новое ядерное топливо. Красиво, что и говорить. Запаса урана-238 в мире много, очень много. Его уже не нужно извлекать из подземных кладовых, возиться с очисткой от пустой породы, с транспортировкой – вот он горами лежит рядом с обогатительными заводами. Если удастся вовлечь весь этот запас обеднённого урана, то нового ядерного топлива хватит приблизительно где-то так на 3000 лет, если спрос на электроэнергию не будет расти слишком уж стремительно. Но красота, как известно, страшная сила. Не замедлять свободные нейтроны, но при этом надёжно снимать температуру. То есть, энергия выделения ядерного топлива – это очень нетривиальная задача. Все варианты с лёгкими химическими элементами отпали сразу. Такие элементы, замедляющие нейтроны, не подходят по определению. Подходящими оказались следующие материалы: ртуть, жидкий натрий, жидкий свинец, жидкий висмут и смесь жидкого висмута с жидким свинцом – это металлы. Поэтому есть плохой момент и хороший. Плохой понятен: не так просто держать металл в расплавленном состоянии. Хороший: металлы могут уносить из активной зоны реактора куда как более серьезные температуры, то есть нет нужды возиться с давлениями в 300 атмосфер. Ртуть отпала почти сразу так как токсичность зашкаливает – справиться с ней никаких возможностей нет. Следующим кандидатом стал жидкий натрий. Реакторы с таким теплоносителем хорошо известны – они имеют аббревиатуру БН (быстрый натриевый) БН-350, БН-600, где числа – это электрическая мощность мегаватт. Что с ними сложного? Совершенно иная организационная нагрузка на все конструкционные материалы. Поток нейтронов, как было выше сказано, в разы интенсивнее. Химические свойства натрия, который в жидком виде вспыхивает при соединении с кислородом, просто мгновенно и с огромной температурой. Именно это стало причиной того, что с технологией не справились: в Штатах, во Франции, в Японии. Российский первый быстрый реактор БН-350 получился вполне себе ничего, но аварий с утечками натрия на нём было немало. Учились, тренировались, добивались максимальной безопасности, но при этом умудрились забросить разработку производства МОКС-топлива. Так что в активных зонах БН-350 и БН-600 работает урановое топливо разве что с более высоким, чем обычно, содержанием урана-235. БН-800 на сегодня самый новый из быстрых натриевых, спроектирован был ещё в 1994 году, то есть основной объём по проектированию работ был выполнен в советские времена. Что дальше? Святые девяностые, когда денег реально не было. А дальше не было бы счастья, да несчастья помогло. В 2000 году Россия и Штаты подписали соглашение об утилизации плутония. В 2011 году его ратифицировали. Суть соглашения: каждая из стран утилизирует по 34 тонны оружейного плутония. А наши физики-ядерщики убедили заокеанских коллег, что единственный надежный способ его утилизации – отправить плутоний-239 в МОКС-топливо, далее МОКС-топливо заправить в активную зону реактора и испарить в цепной реакции деления. Американцы кивнули, в ответ на фразу “Но у нас денег нет” с лёгкостью отвратили левую полу сюртука: “С деньгами и у нас не очень, но доллары имеются”. Вот тут карта и пошла, что называется. в 2015 году БН-800 был принят в эксплуатацию. Одновременно сразу несколько подразделений Росатома осваивали производство МОКС-топлива. Начинали самые опытные, по счастью, переработку облучённого ядерного топлива и по производству новых видов топлива: Маяк в Озерске и научно-исследовательский институт атомных реакторов в Димитровграде. И первые партии МОКСа были изготовлены, действительно, из оружейного плутония. Не сильно много. В стартовой загрузке МОКС-топлива было всего 16%. Число 16 оказалось роковым не для нас, а для американцев. В 2016 стало окончательно ясно, что Штаты освоить технологию производства МОКС-топлива и строительства быстрых реакторов просто не способны. Путин был прост: соглашение об утилизации плутония приостанавливаем до той поры, пока коллеги не сообщат, что они хоть чему-то научились. Американцы немного возмутились по этому поводу, но реально возразить было нечем и делают вид, что чертовски заняты и не до этого им сейчас. Спецы Росатома только хмыкнули и приступили к освоению технологии производства МОКС-топлива уже из энергетического плутония, извлеченного из облучённого ядерного топлива из обычных реакторов. Оружейный плутоний лежит на наших складах. Так что насчёт того, чтобы производить новое более совершенно ядерное оружие, вопрос у России не стоит – всё в полном порядке. После того, как технология стала выходить на промышленный уровень, производство МОКС-топлива сосредоточили в Железногорске Красноярского края на Нагорном химическом комбинате в знаменитой и очень секретной скале. Наращивали объёмы производства МОКС-топлива и плавно без суеты увеличивали количество МОКС-топлива в активной зоне БН-800. Атомная энергетика суеты не терпит, безопасность здесь не на первом, а на нулевом уровне, поэтому спешки не было. В январе 2021 после очередной перегрузки МОКС-топлива в активной зоне было уже 33%, в январе 2022 года 66%. В конце июня 2022 года ректор БН-800 был остановлен на планово-предупредительный ремонт и вот после него в активную зону загрузили МОКС-топливом на все 100%. В начале сентября блок включили в сеть, постепенно наращивали мощность и вот 22 сентября произошло то, к чему так долго шли. Реактор выведен на стопроцентный уровень мощности полностью на МОКС-топливе, перед этим 300 часов проработав на отметке 85% проектной мощности. Никаких замечаний, все нейтронные физические характеристики соответствует проектам.

До замыкания ядерного топливного цикла расстояние всё меньше – развитие технологии выходит на конечную стадию. И у каждого есть шансы увидеть это при жизни. Чего не хватает? Пока в активной зоне нет стержней с обеднённым ураном-238, там стоят стержни металлические, задача которых отражать свободное нейтроны обратно в активную зону. Последние проверки, последнее испытание. Что будет, если замечания не последует в этот раз? В активной зоне появится обеднённый уран-238 и тогда наконец состоится технологическое чудо: коэффициент восстановления делящегося материала превысить единицу. Ну, если грубо: погружаем в активную зону в виде МОКС-топлива тонну делящегося материала (энергетического плутония и урана-235), а по окончании топливной сессии извлекаем делящихся материалов в количестве одна тонна и 200 кг. За время выгорания МОКС-топливо будет обеспечивать такой поток свободных нейтронов, что в стержнях с ураном-238 успеет образоваться новый объем плутония-239, которого будет больше, чем урана и плутония в исходном МОКС-топливе. А дальше по схеме: извлекаем этот энергетический плутоний, добавляем в МОКС-топливо обеднённый уран-238, снова загружаем в активную зону, снова получаем прирост материалов и так следующие 3000 лет. Сколько будет продолжаться начавшееся последняя стадия проверки технологии? Молчат физики-ядерщики, но улыбаются хитро. Есть надежда, что всё пройдет штатно. Молчат ещё и потому, что в ближайшее время на оценку научного совета Росатома будет вторично предложен проект реактора БН-1200. С первого захода проект завернули, выявив недочёты, которые конструкторы должны придумать как устранить. Главная задача: экономика БН-1200 (быстро натриевый реактор) должна быть на том же уровне или выше, чем экономика ВВР-1200 (водо-водяной энергетический реактор). Не стоят наши атомщики на месте. Шаг за шагом двигаются к замыканию топливного цикла. И эта цель всё ближе. И вот эти события куда как более интереснее, занимательнее и захватывающее, чем все политические новости.

Источник https://www.youtube.com/watch?v=9ylviWAgshI “Событие мирового масштаба на Белоярской АЭС. Борис Марцинкевич”

Смотрите ещё:

Шашлык на атомной подводной лодке

Можно ли готовить в фольге

Кто изобрёл электросварку и при чём тут русский инженер Николай Бенардос