Реактор БН?800 на четвертом блоке Белоярской АЭС полностью перешел на МОКС-топливо (МОКС-топливо, MOX-топливо (англ. Mixed-Oxide fuel) – ядерное топливо, содержащее несколько видов оксидов делящихся материалов). Это важный шаг в выстраивании двухкомпонентной атомной энергетики с замыканием ядерного топливного цикла.
Раньше в российские реакторы на быстрых нейтронах загружали обычное урановое топливо, так как на них отрабатывали натриевые технологии. На БН?350 и БН?600 изучали поведение твэлов при высокой температуре и интенсивном нейтронном потоке. Изучение твэлов помогало их совершенствовать. Например, среднее выгорание топлива в БН?600 удалось повысить почти вдвое — с 40 до 74 МВт·сут/кг. Результат, важный и для смешанного оксидного топлива: как показали исследования, его поведение подобно урановому.
БН?800 сразу проектировали под МОКС-топливо, но загружали его постепенно. В 2014 году большую часть стартовой загрузки составляло обычное оксидное урановое топливо, МОКС-топлива было 16?%. Его изготовили на опытных производствах «Маяка» и НИИАР. Серийное топливо для БН?800 делает Горно-химический комбинат. Для таблеток используется обедненный уран и высокофоновый плутоний, извлеченный из облученного топлива тепловых реакторов.
В январе 2021 года после очередной перегрузки доля МОКС-топлива выросла до трети. В январе этого года — до двух третей. В конце июня во время планового ремонта в реактор загрузили последнюю треть, а в начале сентября блок включили в сеть.
Полная загрузка
Кроме сборок с МОКС-топливом в активной зоне расположены стержни, выполняющие вспомогательные функции,?— это экран, который предотвращает утечку нейтронов. Стальные стержни отражают быстрые нейтроны и возвращают их в активную зону, стержни из обедненного урана — поглощают. В результате уран?238 в обедненном уране после цепочки распадов превращается в плутоний?239, способный участвовать в цепной реакции. Из-за использования стальных стержней, в которых нет урана, коэффициент воспроизводства (отношение образовавшихся делящихся ядер к числу выгоревших) у топлива меньше 1, но планов заменить сталь на обедненный уран пока нет.
«Полная загрузка МОКС-топливом показывает, что сделан еще один большой шаг на пути к замкнутому ядерному циклу. Применение МОКС-топлива позволит в десятки раз увеличить топливную базу атомной энергетики. А главное — в реакторе БН?800 можно повторно, после соответствующей переработки, использовать облученное ядерное топливо других АЭС»,?— сказал директор Белоярской АЭС Иван Сидоров. «Это именно та веха, ради которой проектировался БН?800, строился уникальный атомный энергоблок и автоматизированное производство топлива на ГХК»,?— подчеркнул старший вице-президент по научно-технической деятельности ТВЭЛ Александр Угрюмов.
В отрасли идут споры о том, какая конфигурация российской атомной энергетики наиболее безопасна и экономична: нужны ли тепловые реакторы, если появятся быстрые, или надо строить один быстрый реактор на несколько тепловых, какие быстрые строить и проч. Но при любом раскладе опыт Белоярской АЭС даст ответы на некоторые вопросы и приблизит создание технологической платформы на основе замкнутого ядерного топливного цикла.
Мировой опыт
Первым только на МОКС-топливе в 1970?е годы заработал французский реактор «Феникс». Из-за четырех инцидентов — внезапного резкого падения реактивности, он был остановлен, потом пущен, потом снова остановлен и окончательно заглушен в феврале 2010 года. Сейчас МОКС-топливо используют во французских реакторах на тепловых нейтронах, но его доля не превышает трети активной зоны. На повторную переработку облученные ТВС не направляют, такая возможность только изучается.
В Китае в 2011 году состоялся энергопуск экспериментального быстрого реактора CEFR, сейчас строится демонстрационный блок с CFR?600, который должны запустить в 2023 году. Для загрузок китайских реакторов используют российское топливо с обогащенным ураном: в 2016 году ТВЭЛ подписал контракт по CEFR, в 2018 году — по CFR?600.
В Японии быстрым реакторам не повезло: в 1995 году на «Мондзю» через четыре месяца после пуска произошла крупная утечка натрия. Потом 15 лет ремонта, перезапуск и еще одна авария. С тех пор реактор не работает, планов строить другой нет. МОКС-топливо в Японии используют в тепловых реакторах четырех АЭС, поставляется оно из Франции.
В США от строительства производства МОКС-топлива отказались в 2018 году по ряду причин технологического и организационного характера. Большая часть времени и денег ушла на проект завода и внесение бесчисленных правок. То оборудование, которое все же купили, распродается. В Великобритании завод построили в 1997 году, но он так и не вышел на проектную мощность, а в 2011 году было принято решение о его останове.
Источни: Страна РОСАТОМ
