Реактор БН-800 полностью перешёл на МОКС-топливо

Энергоблок №4 с реактором БН-800 БАЭС. Фото БАЭС.

О намерении к 2023 году полностью перевести на МОКС-топливо энергоблок №4 с реактором БН-800 Белоярской атомной станции (БАЭС) заявил два года назад, 29 сентября 2020 г., заместитель главного инженера по безопасности и надёжности станции Валерий Шаманский: 

"В конце 2022 - в начале 2023 года активная зона БН-800 будет полностью сформирована из уран-плутониевого топлива (МОКС-топлива - прим. ТАСС). Сейчас процент этого топлива в активной зоне небольшой, значимая часть топлива будет загружена в активную зону уже в ближайшее время. Это январь - февраль 2021 года. Будет загружена почти треть активной зоны. И в дальнейшем, в течение полутора лет мы полностью переведем активную зону на уран-плутониевое топливо". 

Обещание выполнено. "Росэнергоатом" сообщил, что 22 сентября 2022 года энергоблок №4 Белоярской АЭС с реактором БН-800 впервые выведен на 100% уровень мощности при полной загрузке активной зоны МОКС-топливом. По словам специалистов, реактор успешно прошёл стадию технологического перехода на инновационное топливо, и готов нести полную нагрузку.

"По условиям действия лицензии после окончания планового ремонта и перезагрузки топлива энергоблок № 4 должен был проработать в течение 300 часов на уровне мощности 85% от номинальной. Этот период работы реактор прошел без каких-либо замечаний, все нейтронно-физические характеристики активной зоны находятся в пределах нормы. Это значит, что инновационное топливо работает правильно, и энергоблок готов надёжно, безопасно и в полном объёме вырабатывать электрическую и тепловую энергию", - отметил директор Белоярской АЭС Иван Сидоров. 

Издание "Страна Росатом" поясняет, что 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 обеднённый 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

Реакторо БН-800 БАЭС. Фото: "Страна Росатом".

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 обеднённом 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.