Российские атомщики создают самые безопасные реакторы. Специальный корреспондент «МИР 24» Артем Васнев побывал на первой в мире АЭС закрытого типа.
«Вопрос на засыпку: можно ли построить в России атомную энергетику так, чтобы топлива хватало на тысячи лет? Ответ: да, возможно. На Белоярской АЭС, что в 60 км от Екатеринбурга, „обкатывают“ замкнутый цикл. Постараемся объяснить суть простыми словами — так, чтобы было понятно даже семикласснику», — рассказал корреспондент.
Попасть на территорию станции неспециалисту невозможно: объект имеет стратегическое значение, его защищает эшелонированная система безопасности.
«Здесь тепловая энергия преобразуется в электрическую. В помещении очень шумно, поэтому приходится пользоваться берушами. А еще здесь довольно жарко — температура держится на уровне 30 – 35 градусов. Неудивительно, что в таких условиях хорошо растут даже экзотические растения», — показал корреспондент.
Щит управления третьего энергоблока сохранил черты эпохи 1980‑х годов. Именно тогда, 8 апреля 1980 года, запустили первый в мире реактор на быстрых нейтронах БН‑600. Специалисты в шутку прозвали его «Борис Николаевич». Строительство энергоблока растянулось на десять лет и существенно отставало от графика. Ускорить работы помог Борис Ельцин, занимавший в тот период пост секретаря Свердловского обкома КПСС. Он входил в состав госкомиссии по приемке и запуску третьего энергоблока и именно он зачитал приветствие Генерального секретаря ЦК КПСС Леонида Брежнева в день запуска.
«Эта выдающаяся трудовая победа открывает еще одну яркую страницу в истории отечественной атомной энергетики и свидетельствует о том, что наша социалистическая Родина по праву занимает передовые научные и технические позиции в использовании мирного атома на благо человечества», — отметил Борис Ельцин.
С вводом в эксплуатацию БН‑600 началась эра замкнутого топливного цикла.
«Перед нами блочный щит управления третьего энергоблока. Здесь работают оператор реактора, оператор парогенератора и оператор турбины. Отсюда осуществляется контроль и управление всеми технологическими процессами в энергоблоке», — показал корреспондент.
Преимущества технологии наглядно продемонстрировал Владимир Путин на Глобальном атомном форуме в Москве буквально на пальцах.
«Практически весь объем — 95% отработавшего ядерного топлива — можно будет многократно использовать в реакторах. Такой механизм в перспективе позволит практически полностью решить проблему накопления радиационных отходов».
И все это благодаря реактору на быстрых нейтронах. В активной зоне реактора размещаются тепловыделяющие сборки: внутри чехловой трубы циркулирует жидкий натрий, а также находятся 127 тепловыделяющих элементов.
Процесс выработки электроэнергии строится по четкой схеме: сборки с ядерным топливом загружают в реактор, где в ходе управляемой цепной реакции выделяется значительное количество тепла. Его принимает теплоноситель — в реакторе БН‑800 эту функцию выполняет не вода, как в традиционных установках, а жидкий натрий. Натрий передает тепло парогенератору, который преобразует воду в пар. Пар вращает турбину, а та, в свою очередь, приводит в движение ротор генератора. Выработанная электроэнергия через трансформаторы поступает в общую энергосистему. Реактор производит тепло, парогенератор — пар, турбина — механическое вращение, а генератор — электричество.
«В этих блестящих трубах циркулирует жидкий металл — натрий, а не вода. Теплоноситель забирает тепло из реактора, и именно это направление можно считать шагом в будущее. В планах — разработка компактных реакторов с жидкометаллическим теплоносителем, которые смогут функционировать даже в космосе», — указал корреспондент.
Натриевые реакторы на Белоярской АЭС не просто сжигают топливо — они фактически вырабатывают новое. Для наглядности главный инженер станции Илья Филин привел образное сравнение.
«Представим, что ядерное топливо — это березовое полено. Основа полена — уран‑238, а кора — уран‑235: в природе их соотношение примерно такое. Традиционная ядерная энергетика действует проще и удобнее: по аналогии она сжигает только бересту, а само полено в итоге уходит в отходы, поскольку уран‑238 очень плохо работает в области тепловых нейтронов. Однако в зоне быстрых нейтронов происходят поистине уникальные процессы — начинает „работать“ само полено».
Сегодня большинство атомных станций работают по разомкнутому (открытому) циклу: их реакторы используют лишь 1% добытого урана, а оставшиеся 99% подлежат утилизации. Замкнутый цикл предполагает иной подход: после отработки топливо не выбрасывают, а подвергают очистке, разбавляют оксидами металлов и вновь загружают в реактор.
«Замкнутый топливный цикл позволяет преодолеть проблему ограниченности запасов урана. Конечно, это не означает создания вечного двигателя, но дает возможность решить одну из ключевых отраслевых проблем. Поэтому технология имеет стратегическое значение для развития ядерной энергетики», — отметил ведущий аналитик Фонда национальной энергетической безопасности, эксперт Финансового университета при правительстве России Игорь Юшков.
Реакторный зал четвертого энергоблока Белоярской АЭС оснащен реактором БН‑800, введенным в эксплуатацию в 2015 году. Доступ в помещение разрешен только в стерильной спецодежде: любое загрязнение потенциально может стать радиационным следом. При этом текущий радиационный фон остается в пределах нормы, хотя каждый входящий обязан носить дозиметр. Реактор функционирует на полной мощности, выдавая 880 мегаватт электроэнергии.
Компактную версию реактора теоретически можно разместить на Луне в случае начала ее колонизации. Вероятность серьезной аварии при этом будет практически нулевой: реактор на быстрых нейтронах безопасен. Конструкция купола реакторного отделения рассчитана на падение самолета, а здание способно выдержать землетрясение силой до семи баллов. В нештатной ситуации реактор можно оперативно остановить с помощью специальных стержней, поглощающих нейтроны. Дополнительно предусмотрена ловушка расплава топлива: она способна удержать радиоактивные материалы внутри даже при самой маловероятной аварии, исключив выход вещества наружу и предотвратив развитие неуправляемой цепной реакции.
На территории АЭС функционирует учебный центр, где персонал отрабатывает действия в чрезвычайных ситуациях. Вячеслав Неуймин, руководящий подразделением, сравнил подготовку операторов с тренировками пилотов.
«Тренировка длится три‑четыре часа, в ходе нее моделируются различные нештатные события. Далеко не все сценарии прописаны в инструкциях, поэтому мы внимательно следим за тем, как операторы выкручиваются».
Замкнутый цикл существенно повышает коэффициент полезного действия: вместо 1 – 2% он достигает 30 – 40%. По сути, такая технология приближает создание практически «вечного» атомного источника энергии, что означает производство дешевой электроэнергии — ценного товара с высоким экспортным потенциалом. Потребление электричества продолжает стремительно расти, особенно в сегменте высокопроизводительных вычислений. Если традиционные офисные дата‑центры потребляют 10 – 20 МВт, то гипермасштабируемые комплексы для задач искусственного интеллекта требуют до 1 ГВт — объема, сопоставимого с энергопотреблением крупного города. Замкнутый топливный цикл способен обеспечить практически неограниченные энергетические ресурсы, становясь основой технологического суверенитета страны.