«Прорыв» делает ставку на пирохимическую переработку ОЯТ

На первом Всероссийском съезде по высокотемпературной электрохимии, который проходил в Екатеринбурге с 30 июня по 3 июля, руководство проекта «Прорыв» официально озвучило позицию: только пирохимическая переработка отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) обеспечит двухкомпонентной энергетике будущего необходимые экономические преимущества. Как повлияет пирохимическая переработка ОЯТ на технологии рефабрикации ядерного топлива? Мы спросили об этом у Михаила Скупова — руководителя объединенного отраслевого проекта «Разработка твэлов и ТВС со СНУП-топливом», заместителя гендиректора Бочваровского института.

— Что означает переход на пирохимическую переработку ОЯТ для разработчиков смешанного нитридного уран-плутониевого (СНУП) топлива для быстрых реакторов?

— С точки зрения традиционных топливных технологий пирохимия — не лучший вариант переработки, поскольку на выходе получаются плотные, плохо измельчающиеся порошки. Трудно из этих порошков делать топливные таблетки. Такие порошки плохо спекаются, поскольку представляют собой кристаллы. Они плохо диффундируют и не растворяются в матрице топлива. Это приводит к тому, что в топливе наблюдается негомогенность распределения компонентов. Лучше работать с порошком с высокой удельной поверхностью, с мелким зерном, которое хорошо формуется, хорошо спекается в высокотемпературной печи и обеспечивает требуемую плотность топливных таблеток.

С другой стороны, есть инновационные технологии — например, метод высоковольтной электроимпульсной консолидации (ВЭИК). Он позволяет наиболее эффективно компактировать именно такие порошки, какие получаются при пирохимической переработке. Кроме того, ВЭИК позволит нам сэкономить, совместив технологические процессы прессования и спекания топливных таблеток в одном переделе. Учитывая тот факт, что на выходе с процесса переработки предлагается получать непосредственно нитридные порошки, я вижу преимущество пирохимии для производства топлива как раз таки в возможности более эффективного применения ВЭИК. Исключение сразу двух технологических переделов дает серьезные основания полагать, что производство нитридного топлива будет экономически эффективнее производства традиционного таблеточного при паритетных параметрах производительности. На бумаге экономический эффект рассчитать несложно, но, чтобы его доказать, нужен пилотный технологический участок.

— Ученые обсуждают трансмутацию кюрия в жидкосолевом реакторе. А почему нельзя сделать кюриевое топливо для бридеров?

— Содержание кюрия в ОЯТ очень незначительно — гораздо меньше 1 %. Однако этот элемент — один из ярких представителей минорных актинидов, которые вносят основной вклад в радиотоксичность облученного топлива. Если америций и нептуний мы уже сегодня предполагаем вовлекать в топливный цикл быстрых реакторов, то с кюрием есть две проблемы: высокие энерговыделение и нейтронный фон. Высокая температура, обусловленная наличием кюрия в топливе, при технологических операциях меняет условия работы оборудования, а нейтронное излучение требует принципиально другой биологической защиты. Это неоправданно дорого, требует полной переработки топливных технологий. Скорость трансмутации и эффект от выжигания, который мы ожидаем, скорее всего, не окупят те затраты, которые повлечет повторное вовлечение кюрия в топливный цикл.

Кюрий имеет достаточно короткий период полураспада. Ранее планировалось его хранить в течение 70 лет, пока большая часть кюрия не распадется в плутоний, который можно возвращать в топливный цикл. Однако хранение кюрия — дело очень сложное, как и последующее обращение с ним. Требуется специальное оборудование и технологии. Так что хранение тоже не выглядит экономически эффективной стратегией.

— Как кюрий хранят сейчас?

— Сейчас его в основном специально не выделяют из ОЯТ. Промышленная технология выделения кюрия только разрабатывается.

— Давайте представим многокомпонентную ядерную энергетику будущего. Какое место, по-вашему, в ней будут занимать быстрые реакторы?

— В части быстрых реакторов время концептуальных рассуждений уже прошло — существуют конкретные программы сооружения и ориентировочные графики ввода в эксплуатацию. Реакторы на быстрых нейтронах, работающие в замкнутом топливном цикле, будут занимать центральное место в многокомпонентной энергетике будущего. Открытый топливный цикл требует постоянной добычи и обогащения урана, ресурсная база ограничена, замыкание цикла и переход на быстрые реакторы с точки зрения расширения сырьевой базы атомной энергетики неизбежны.