Ядерный реактор для "выжигания" наиболее опасных радионуклидов, остающихся после переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) атомных электростанций, предлагается построить на горно-химическом комбинате "Росатома" в Железногорск (Красноярский край).

Эксплуатация таких установок, как предполагается, позволит решить ряд экологических задач, необходимых для развития российской атомной энергетики, и повысит конкурентоспособность России на мировом рынке услуг по переработке ОЯТ.

Как следует из материалов на сайте закупок "Росатома", специалисты национального исследовательского центра "Курчатовский институт" по заказу железногорского комбината должны будут в рамках аванпроекта провести исследования, необходимые для полномасштабной разработки проекта создания в составе комбината так называемого жидкосолевого ядерного реактора, предназначенного для "сжигания" высокоактивных радионуклидов.

Зачем нужен новый реактор

Переработка в промышленных масштабах отработавшего ядерного топлива АЭС — одна из ключевых задач, которые надо решить для развития глобальной атомной энергетики, учитывая его возрастающие объемы в мире.

Переработка отработавшего ядерного топлива — высокотехнологичный процесс, направленный на минимизирование радиационной опасности этого топлива, безопасную утилизацию неиспользуемых компонентов, выделение полезных веществ (прежде всего урана и плутония) и обеспечение их дальнейшего использования.

Россия в последние годы приступила к отработке технологий переработки ОЯТ реакторов ВВЭР-1000, составляющих большинство эксплуатируемых сейчас реакторов как на российских АЭС, так и на станциях, построенных по российским проектам за рубежом.

На железногорском комбинате построили пусковой комплекс опытно-демонстрационного центра (ОДЦ) по переработке отработавшего топлива, в котором применяются новейшие, экологически чистые технологии поколения 3+. Уже отработаны технологии переработки ОЯТ с использованием реальной топливной сборки реактора ВВЭР-1000. В будущем достроят второй пусковой комплекс ОДЦ, мощности которого позволят перерабатывать ОЯТ уже в промышленных масштабах.

В дальнейшем ОДЦ послужит основой для создания на базе комбината крупномасштабного завода по переработке ОЯТ, который должен обеспечить эффективную систему обращения с отработавшим ядерным топливом для длительной эксплуатации атомных энергоблоков ВВЭР-1000 и более совершенных блоков ВВЭР-1200 как в России, так и за рубежом.

Вместе с тем, для обеспечения экономической эффективности и повышения экологической безопасности системы обращения с отработавшим ядерным топливом предстоит решить проблему так называемых минорных актинидов — долгоживущих радиоактивных изотопов трансурановых химических элементов америция, кюрия и нептуния, которые вносят главный вклад в высокую радиоактивность отходов, остающихся после переработки ОЯТ.

С одной стороны, извлечение из отходов переработки ОЯТ минорных актинидов и их последующее "сжигание" позволит сократить объем отвержденных, предназначенных для глубинного захоронения высокоактивных отходов. С другой стороны, это позволит "Росатому" предлагать на международном рынке услугу переработки ОЯТ с многократным возвращением в ядерный топливный цикл урана и плутония, исключая необходимость очень дорогого и не во всех странах возможного геологического захоронения высокоактивных радиоактивных отходов.

Уникальная технология

Эффективно перерабатывать минорные актиниды можно с помощью так называемой трансмутации — "пережигания" в ядерных реакторах на быстрых нейтронах или с помощью ускорителей.

В данном случае для этих целей предлагается использовать так называемые жидкосолевые ядерные реакторы на расплавах фторидов металлов.

Как поясняют специалисты, такие установки будут обладать рядом преимуществ, в том числе повышенной безопасностью, поскольку на них в силу технологических особенностей не могут произойти тяжелые аварии. Кроме того, такие реакторы не нуждаются в изготовлении традиционных топливных элементов.

"Технические и технологические возможности площадки горно-химического комбината предоставляют возможность разместить пилотную экспериментальную реакторную установку на расплавах солей с быстрым спектром нейтронов, связав ее инфраструктурно с ОДЦ", — говорится в техническом задании на работу.

Предполагается, что завершающим этапом решения задачи по утилизации трансурановых элементов, выделяемых в процессах переработки ОЯТ, должно стать сооружение полномасштабной реакторной установки ЖСР-С, способной принять в топливный цикл на дожигание весь нарабатываемый в процессах переработки объем минорных актинидов и часть плутония как с ОДЦ, так и в последующем с полномасштабного завода по переработке ОЯТ, планируемого к созданию на комбинате.

"Включение в национальную ядерно-энергетическую систему установок ЖСР-С для сжигания образующихся в процессах переработки трансурановых элементов позволит улучшить экологические показатели атомной генерации и решить вопрос социально-общественной привлекательности атомной энергетики", — говорится в техническом задании.

По мнению специалистов, эксплуатация такого реактора также поможет дополнительному энергоснабжению Железногорска, в том числе обеспечит потребности расположенного в городе предприятия "Роскосмоса" ИСС имени Решетнева, городского Промышленного парка и территории опережающего социально-экономического развития.

Что предстоит сделать

Согласно техническому заданию, основной целью работы Курчатовского института станет обоснование возможности вовлечения минорных актинидов в ядерный топливный цикл, путем "сжигания" их в жидкосолевом ядерном реакторе, размещаемого на горно-химическом комбинате.

Для этого, в числе прочего, предстоит определить место жидкосолевых реакторов в структуре атомной энергетики России, разработать базовые положения по безопасности ЖСР, определить ключевые целевые технико-экономические параметры, оценки перспектив окупаемости

ЖСР и потенциальный объем заказов на утилизацию минорных актинидов и потенциальных заказчиков (в том числе зарубежных), обосновать потенциальные преимущества ЖСР по сравнению с альтернативными решениями по утилизации минорных актинидов, в том числе с помощью ядерных реакторов на быстрых нейтронах.

Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (входит в дивизион заключительной стадии жизненного цикла объектов использования атомной энергии "Росатома") имеет статус федеральной ядерной организации. Это ключевое предприятие "Росатома" по созданию технологического комплекса замкнутого ядерного топливного цикла на основе инновационных технологий нового поколения.

На комбинате впервые в мире сосредоточены сразу три высокотехнологичных передела — хранение отработавшего ядерного топлива реакторов АЭС, его переработка и производство нового ядерного МОКС-топлива для энергетических реакторов на быстрых нейтронах.