Таблетки для атомной печки - Энергетика и промышленность России - № 12 (16) декабрь 2001 года - WWW.EPRUSSIA.RU

1 февраля в Канаде начался беспрецедентный международный эксперимент в рамках проекта «Параллекс». Проект предусматривает проведение исследований по параллельному облучению в канадском реакторе типа CANDU (КАНДУ) экспериментального уран-плутониевого топлива (МОКС-топливо), изготовленного из американского и российского плутония, изъятого из военных программ. Цель - сравнение рабочих характеристик этого топлива. Ожидается, что в результате эксперимента «Параллекс» будут получены уникальные данные по выгоранию МОКС-топлива, по поведению и взаимодействию топлива и оболочки. Экспериментальное МОКС-топливо было изготовлено во Всероссийском научно-исследовательском институте неорганических материалов имени академика А.А. Бочвара (ВНИИНМ) и в Лос-Аламосской национальной лаборатории в США. О некоторых аспектах российского участия в этом проекте рассказывает директор ВНИИНМ, член-корреспондент РАН Михаил Солонин.

- ИТАК, Михаил Иванович, почему именно в Канаде проходит эксперимент «Параллекс»? Почему на реакторе КАНДУ?

- Вы знаете, мы давно ждали начала испытаний, была проведена большая подготовительная работа. И вот первого февраля в исследовательском канадском реакторе RNU (аналогичный энергетическому коммерческому ядерному реактору типа КАНДУ) начались испытания российского и американского МОКС-топлива, созданного с использованием избыточного оружейного плутония.

Проект «Параллекс» был разработан в 1996 году. Его участниками стали три страны: Канада, Соединенные Штаты Америки и Россия. Вы знаете, что США и Россия заявили на политическом уровне, а затем подписали соглашение о необходимости утилизации избыточного для военных целей оружейного плутония (по 34 метрические тонны с каждой стороны). Дело в том, что плутоний - ценное энергетическое сырье. И вот один из вариантов сжигания оружейного плутония в ядерных реакторах - это сжигание его в канадских реакторах типа КАНДУ.

Почему в КАНДУ? Потому что, во-первых, реактор этого типа может принять достаточно много плутония. Например, один реактор за один год выжигает до тонны плутония. Второе обстоятельство - реакторы КАНДУ имеют приблизительно годичную кампанию топлива, что определяется физикой реактора, использующего природный, необогащенный уран...

- Простите, а что значит - «годичная кампания топлива»?

- Топливо работает в реакторе в течение года, а затем выгружается - это и есть годичная кампания топлива. Если добавить в урановое топливо плутоний, то кампания может быть увеличена. Отсюда экономический выигрыш для энергетики при использовании реакторов КАНДУ в случае успешной реализации этого проекта.

У проблемы утилизации оружейного плутония есть два важных аспекта. Первый связан с объемами и темпом утилизации. А второй - экономический, с затратами и их компенсацией. Этот второй аспект во многом зависит как раз от характеристик ядерных реакторов. По оценкам экспертов, экономика ядерного топливного цикла реакторов КАНДУ может быть существенно улучшена при использовании плутония. В данном случае оружейного плутония. То есть решается сразу комплекс задач: и политических, и экономических, и научных.

- Насколько известно, американцы еще с конца 1970-х годов придерживаются концепции, согласно которой они намереваются не перерабатывать плутоний, а консервировать и захоранивать в устойчивых геологических породах. И вдруг США становятся участниками проекта «Параллекс»...

- На самом деле американская сторона рассматривала и рассматривает несколько вариантов утилизации избыточного оружейного плутония. Один вариант - тот, о котором вы говорите: иммобилизация, то есть включение плутония в стеклоподобные или минералоподобные матрицы. Дополнительно, чтобы исключить доступ к этим матрицам, туда планируется добавлять радиоактивные отходы. Другой вариант - использование плутония в атомной энергетике. В США рассматривались эти две альтернативы. И, в конце концов, может быть, под влиянием российской стороны американцы приняли решение по утилизации основной массы избыточного плутония в действующих атомных реакторах США. Это решение отражено в российско-американском соглашении, по которому обе стороны обязались утилизировать по 34 тонны избыточного оружейного плутония.

- В энергетике некоторых европейских стран и в Японии смешанное уран-плутониевое топливо уже давно используется на АЭС. Почему тогда эксперимент в рамках проекта «Параллекс» называют уникальным?

- Дело в том, что сегодня МОКС-топливо используется для выработки электроэнергии, в частности в западноевропейских реакторах типа PWR. Это реакторы с водой под давлением: при этом сжигается энергетический плутоний. А мы разработали ТВЭЛы под реактор, который изначально не предназначался для использования в нем МОКС-топлива. Но эффективность сжигания плутония в реакторах типа КАНДУ существенно выше, чем в реакторах PWR. Я уже вам приводил этот показатель: одна тонна плутония в год. А в реакторах PWR этот показатель меньше примерно в три раза. Плутоний надо не просто утилизировать, а утилизировать с наибольшей экономической эффективностью.

- То есть желательно обойтись без постройки специальных реакторов под МОКС-топливо...

- Это с одной стороны. А с другой - важно, чтобы его вовлечение в топливный реакторный цикл не нагружало атомную энергетику дополнительными проблемами, а, наоборот, способствовало ее развитию. Использование реакторов типа КАНДУ в этом смысле - весьма и весьма выгодный проект.

- По-видимому, это как раз отвечает российской позиции - отношению к плутонию как к ценному энергетическому сырью?

- Да, несомненно. Но, кроме того, мы должны искать возможности коммерциализации данного подхода. И это позиция Минатома России. А коммерциализация здесь просматривается достаточно хорошо. Все стороны заинтересованы. Заинтересована Канада, заинтересована Россия, заинтересованы США. Объем экономической помощи в решении проблемы утилизации избыточного оружейного плутония может быть сокращен.

- Михаил Иванович, не могли бы вы немного более подробно рассказать о технической стороне эксперимента «Параллекс»: какие вы себе цели ставите с научной и инженерной точек зрения? Что собой представляют изготовленные в вашем институте ТВЭЛы с МОКС-топливом?

- Тепловыделяющий элемент, ТВЭЛ, - это конструктивное оформление ядерного топлива, которое, собственно, и позволяет топливу выполнять свои основные функции в реакторах: функцию обеспечения надежного съема тепла и герметизации от первого контура и от окружающей среды радиоактивных продуктов. То есть ТВЭЛ - это главный элемент активной зоны реактора.

Тепловыделяющий элемент выглядит просто - это оболочка или герметизирующий чехол, в котором помещается топливо. В данном случае это так называемое таблеточное топливо, выполненное в виде таблеток. Требования к ТВЭЛу достаточно жесткие. Геометрия таблетки определяет особенности конструкции данных тепловыделяющих элементов. Ведь мы в институте конструкцию ТВЭЛов в данном случае не разрабатывали. Ее параметры выдали канадцы, проектировщики реактора.

Таблетки МОКС-топлива изготовлены с использованием диоксида обедненного урана и диоксида оружейного плутония. Требования по качеству к таблеткам очень высоки. По точности их изготовления, по геометрии, по сплошности. Нам нужно было выдержать достаточно много параметров, которые должны обеспечить длительную и надежную работу ТВЭЛов.

- А с экологической точки зрения насколько безопасно МОКС-топливо?

- ТВЭЛы с МОКС-топливом можно спокойно брать руками. Надо только надевать перчатки, чтобы не остались масляные пятна на поверхности.

Как только топливо загерметизировано в тепловыделяющем элементе, оно не представляет никакой опасности окружающим. Ведь плутоний - сильный альфа-излучатель. А альфа-излучение - это поток тяжелых частиц, они экранируются даже обычным листом бумаги. Альфа-частицы опасны, когда попадают внутрь организма. В институте все работы ведутся под контролем Минздрава РФ, Гос-атомнадзора, Санэпидемстанции.

- Известно, что планировалось начать эксперимент «Параллекс» еще в середине декабря прошлого года. Потом срок перенесли на середину января. Говорят, что по причине некондиционности американского МОКС-топлива. Это правда?

- У меня нет такой информации. Я знаю, что задержки были связаны с некоторым негативным, будем так говорить, отношением общественности Канады к проведению этой работы. Но в итоге мы поставили восемь ТВЭЛов для первой сборки. Американцы также подготовили восемь. (То есть мы и США на первую сборку поставили одинаковое количество тепловыделяющих элементов.) Но мы подготовили топливо уже на вторую сборку и третью сборку (18 штук). Американцы не подготовили и, видимо, не собираются этого делать. Поэтому проект «Параллекс» сегодня фактически трансформируется в программу сжигания российского оружейного плутония в канадских реакторах КАНДУ. Мы считаем, что это нормальная модификация данного проекта.

-Вы ничего страшного не видите в том, что американцы дальше не хотят продолжать проект?

- Не видим. Американцы, видимо, выбрали свой путь. По нашим данным, они планируют покупать технологию изготовления МОКС-топлива у французской фирмы КОЖЕМА. Это их выбор.

- Вы уже сказали, что в Канаде реакторы типа КАНДУ исследуются на предмет возможности сжигания в них плутонийсодержащего топлива. В России прорабатываются подобные проекты для реакторов ВВЭР-1000 и БН-600. Но в России сейчас разрабатывается еще и новый проект - «БРЕСТ». Что собой представляет этот реактор?

- Во-первых, в контексте нашего разговора реактор «БРЕСТ» не предназначается для утилизации избыточного оружейного плутония. Он должен выжигать энергетический плутоний. (Энергетический плутоний - это плутоний, который образуется в результате работы обычных урановых реакторов. Оружейный более чистый.) «БРЕСТ» - это реактор, который создается для большой атомной энергетики. Это перспективная разработка, которая к утилизации оружейного плутония отношения не имеет.

Сейчас мы подходим к стадии испытаний макетных образцов ТВЭЛов реактора «БРЕСТ».

Логин:
Пароль:
Запомнить меня
Регистрация
Забыли свой пароль?
Войти как пользователь: