В ходе недавнего визита Си Цзиньпина в Москву стороны подписали множество соглашений и меморандумов. В том числе руководством «Росатома» и Агентства по атомной энергии КНР подписана комплексная программа долгосрочного сотрудничества в области реакторов на быстрых нейтронах и замыкания ядерного топливного цикла. В заголовках российского официоза с хорошо читаемым торжеством сообщили про «сотрудничество по атомным технологиям будущего». Между тем предмет сотрудничества настолько деликатный и непростой для самой России, что требует отдельного рассмотрения.
История технологии
Реакторы на быстрых нейтронах позволяют использовать изотопы тяжелых элементов, не способных к делению в водяных реакторах современных коммерческих АЭС. В таком топливном цикле используются запасы нерадиоактивного урана-238 и тория, которых в природе (и на складах) на порядки больше, чем главного топлива современной ядерной энергетики и оружия — 235U. Уран-238 в реакторе на быстрых нейтронах превращается в способный к делению плутоний-239, который потом используется уже в производстве топлива для обычных АЭС.
Запомним, что
в действующих сегодня реакторах на быстрых нейтронах обычный природный уран превращается в почти готовое ядерное оружие — плутоний.
Поэтому, несмотря на конструктивную сложность, они построены и в качестве исследовательских или экспериментальных установок, в том числе нарабатывающих начинку для ядерной бомбы во всех пяти государствах официального ядерного пула. Разумеется, плутоний можно использовать и как топливо в обычных АЭС. Но никто в РФ, Китае, США, Франции и Англии не хочет, чтобы реакторы-«размножители» стали достоянием всех желающих. Это существенная часть их общей стратегии ядерного нераспространения.
Но есть у реакторов на быстрых нейтронах свойство, ради которого все стремятся ввести их в коммерческий оборот. Они не просто позволяют превратить в топливо весь наличный природный уран. Излучение в их активной зоне трансформирует все опасные изотопы в радиоактивных отходах АЭС, со временем превращая их в безопасные.
Проще говоря, они умеют полностью «выжигать» все, чего человечество так боится после открытия лучевой болезни и бомбардировок Хиросимы и Нагасаки. Реакторы на быстрых нейтронах используют отработавшее ядерное топливо без последствий для окружающей среды. То, что сегодня складывают в дорогих и сложных хранилищах (и легко превращается в так называемую грязную бомбу), можно уничтожить полностью, если удастся построить массовый безопасный коммерческий проект АЭС с реакторами на быстрых нейтронах.
Соблазн велик, мы можем передать потомкам планету без радиоактивных отходов.
Кроме того, реакторы на быстрых нейтронах могут использовать и «обедненный уран», оставшийся после обогащения ядерного топлива. А такого урана государства ядерного клуба накопили огромное количество.
Таким образом, в будущем возможно расширенное воспроизводство ядерного топлива (реакторы производят больше топлива, чем расходуют) без огромных затрат на добычу руды и ее обогащение. Резко сократятся и расходы на обеспечение радиационной безопасности. В идеале электроэнергия АЭС, которая и сегодня одна из самых дешевых в мире, станет еще дешевле.
А если человечество решится на резкое расширение сети АЭС, оно получит почти неисчерпаемый источник очень дешевой энергии. Интересно, что в комментариях «Росатома» к группе проектов и исследовательских работ, объединенных названием «Прорыв», задача так и ставится: добиться, чтобы электроэнергия АЭС была конкурентоспособной по стоимости с энергией солнца и ветра. Первые шаги к этому сейчас делает Европа: там
идет дискуссия о возможности признать атомную энергию экологически чистой и внести ее в «зеленый» список, в отличие от углеводородов.
Что имеем на сегодня
Действующая коммерческая атомная электростанция с реакторами на быстрых нейтронах есть только в России.
Это Белоярская АЭС в Свердловской области. Ее реактор БН-600 запущен в 1980 году, а БН-800 — в 2015 году. Интересно, что проект БН-800 разработан в СССР еще в 1983 году именно как типовой. То есть он должен был положить начало серии таких электростанций.
Следующей должна была стать Южноуральская АЭС в Челябинской области, которую так и не построили. Остановили это сложное строительство сначала авария в Чернобыле, потом неурядицы перестройки, а в 1993 году проект заново пересмотрели из-за выпуска новых нормативов по ядерной безопасности. Скорее всего, в этом году будет принято решение о строительстве на Белоярской АЭС третьего, самого мощного в мире реактора БН-1200. Его проектирование практически завершено, по коммерческим характеристикам он впервые должен сравняться с традиционными водо-водяными реакторами.
Фото: Донат Сорокин / ТАСС
Последний подобный иностранный реактор «Феникс» на АЭС в Маркуле (Франция) был остановлен и выведен из эксплуатации в 2010 году из-за частичного исчерпания гарантийного срока (были, впрочем, и аварийные остановки из-за несовершенства оборудования), а также не затихающих протестов экологических активистов.
В целом мировой наукой реакторы на быстрых нейтронах признаны сегодня наиболее безопасными, в сравнении с традиционными водо-водяными коммерческими реакторами (в том числе и «чернобыльского типа»). В случае превышения допустимых параметров работы ядерная реакция в них затухает естественным образом без участия человека или автоматики.
Так почему же с самого начала, еще с конца пятидесятых годов прошлого века, люди не развивали АЭС с реакторами на быстрых нейтронах? Ведь они гарантировали безопасность и почти бесконечную дешевую энергию. Ответ, как всегда, упирается в деньги. В таких устройствах теплоносителем выступают расплавленные металлы (в ныне действующих — натрий),
они требуют огромных научных и технологических усилий, потому и стоят значительно дороже традиционных реакторов, принесших нам катастрофы в Чернобыле и Фукусиме.
Из-за того что действующие реакторы на быстрых нейтронах производят еще и оружейный плутоний, вопрос об их экспорте повис в воздухе. Поэтому в городе Северске Томской области полным ходом строится опытно-демонстрационный энергетический комплекс по проекту «Прорыв». На одной площадке будут работать: реактор (электрической мощностью 300 МВт) со свинцовым теплоносителем БРЕСТ-ОД-300 и полный комплекс переработки ядерных отходов и рефабрикации топлива.
Это условный бассейн, заполненный расплавленным свинцом (чтобы нагреть его до точки плавления, нужно семь месяцев), в который погружены тепловыделяющие сборки топлива. На сегодня это пиковая технология, которой не обладает еще никто. Сложность ее объясняет и сроки — вряд ли БРЕСТ-ОД-300 будет сдан раньше 2030 года. Далее начнется изучение проблем и подтверждение расчетных параметров. Как будет себя вести реактор, досконально не знает никто — не было предшественников.
На выходе должна получиться электроэнергия и отходы с уровнем радиации, не превышающим естественный природный фон в Северске.
Решения, заложенные в БРЕСТ-ОД-300, позволяют обойтись без выделения плутония. Такие АЭС можно будет строить за рубежом.
Какой партнер достался «Росатому»
Уже шесть лет Китай строит АЭС «Сяпу» с двумя реакторами на быстрых нейтронах на острове в провинции Фуцзянь. Каждый реактор мощностью 600 МВт соответствует в главных чертах конструкции и по возможностям введенному в эксплуатацию в 1980 году советскому реактору БН-600 Белоярской АЭС. Китайская атомная промышленность готовится взять рубеж, который наша страна оставила позади более сорока лет назад. Таков технологический отрыв, а научный еще глубже.
Реакторы «Сяпу» вызывают пристальный интерес мировых ядерных держав: помимо выработки энергии, они будут производить плутоний оружейного качества, то есть имеют двойное военное и гражданское назначение. При этом Пекин прекратил ежегодные добровольные декларации в МАГАТЭ о своих запасах плутония. Мы знаем, что Поднебесная давно является признанным членом ядерного пула, первое испытание ядерного оружия там провели еще при Мао в 1964 году.
СССР внес огромный вклад в создание китайского атомно-промышленного комплекса.
Накануне полного разрыва отношений в начале 60-х годов оттуда вернулось более тысячи советских ученых-ядерщиков. С их помощью, в частности, был запущен первый исследовательский реактор, создан полигон для ядерных испытаний. Наши геологи разведали урановые месторождения, на которых немедленно началась добыча — часть продукции поставляли в СССР.
Долгое время ядерные арсеналы Китая были весьма скромными по сравнению с советскими и американскими. Но, как писала «Новая газета», два года назад были обнаружены два новых позиционных района недалеко от наших границ, где ведется строительство более чем двухсот шахт для межконтинентальных ракет. При таких темпах производства
к 2030 году КНР кратно увеличит свою ядерную триаду и приблизится к США и РФ. Англия и Франция со своими арсеналами останутся далеко позади.
Все это в целом соответствует той новой политической линии, которую китайская Компартия проводит под руководством Си Цзиньпина. Не удивительно, что его визит в Москву завершился подписанием документа о реакторах на быстрых нейтронах: если ЦК КПК решил сделать Китай третьей ядерной державой в мире, плутоний АЭС «Сяпу» лишним не будет.
АЭС «Сяпу» в Китае. 3D визуализация
В КНР с 2012 года действует очень небольшой экспериментальный реактор на быстрых нейтронах возле Пекина. И спроектирован, и построен он силами наших атомщиков. Китайские коллеги ездили в Россию на стажировки с 2003 года, учились на наших реакторах, взяли в голову столько, сколько туда вместилось. «ОКБМ Африкантов» поставил и смонтировал оборудование. Получается, что потомки ученых, создавших в Китае ядерный комплекс, начали в этих сложных отношениях новую страницу.
Ядерное топливо для реакторов на быстрых нейтронах — технологически самая сложная часть проекта. Поэтому поставляться на реакторы АЭС «Сяпу» оно будет из России. В Электростали уже построили для производства топлива новый участок. Договор об этом с компанией ТВЭЛ был подписан еще четыре года назад.
Будут ли с этих вложений проценты?
Уже десять лет, как экономика КНР — вторая (после США) экономика мира по номинальному ВВП, первая — по ВВП и по паритету покупательной способности. Будущий рынок атомной энергетики Китая огромен. Только за четыре года, с 2007 по 2011-й, там заложено строительство 29 ядерных реакторов, действующих 54 — Китай уже вторая страна в мире по числу атомных энергоблоков. Построенные «Росатомом» для китайцев четыре реактора (еще два будут построены в течение пяти лет) на АЭС «Тяньвань» — капля в море.
Но политика ЦК КПК и правительства предполагает первоочередную локализацию производства и перевод патентов в свою собственность. Выгодные по всем коммерческим показателям «чисто китайские» реакторы на воде, которыми гордятся в Пекине, созданы французскими и американскими специалистами. Причина проста: своих сил и умений не было, а Франция с США под давлением чрезвычайно соблазнительных коммерческих предложений Пекина пошли на передачу ядерных (мирных) технологий.
Эта участь постигла все французские реакторы, построенные в Китае. На сегодня
передовые американские реакторы Westinghouse АР-1000 уже считаются китайскими и называются САР-1400.
Руководители китайского ядерного концерна SNPTS заявили: «Это приоритетный национальный проект, находящийся в интеллектуальной собственности Китая и призванный в будущем стать мировым брендом».
По сути, Westinghouse создал себе мирового конкурента, которого ему уже не победить никогда. Мы все это уже видели по мере развития китайской автомобильной промышленности: эксперты ждут, что через пять лет на наших улицах в основном будут ездить китайские машины. И в этом случае Пекин не просто хочет строить сугубо отечественные АЭС по китайским проектам на собственной территории, он всячески поощряет строительство китайских АЭС на экспорт.
«Росатом» в перспективе столкнется с ним на мировом рынке. Он оказался единственным мировым концерном, отказавшимся передать свои технологии Поднебесной. Урок Westinghouse стоит помнить при сотрудничестве в строительстве реакторов на быстрых нейтронах.
В силу своей инерции, человеческих и капитальных затрат проекты вроде создания замкнутого топливного цикла в ядерной энергетике никак не связаны с текущей политикой. Они растянуты на десятилетия.
И до времени, когда реакторы на быстрых нейтронах превратятся в типовые коммерческие проекты по всему миру, нынешняя элита скорее всего не доживет.
Но природного урана-235 становится все меньше, уже виден край. Гонку за включение в топливо огромных накопленных запасов, не способных к делению урана и тория, сегодня возглавляет Россия. Делают свои шаги китайские ученые и конструкторы.
Уникальные знания и умения в этой сфере, накопленные за семьдесят лет, растерять несложно: всем известна тяга китайских мастеров к копированию. Однако чрезвычайно сложное строительство реакторов на быстрых нейтронах является уникальным багажом России — в будущем это даст ей впечатляющее преимущество. Это не просто коммерческий проект, хотя реакторы, которые сегодня только проектируются, на внешних рынках «Росатом» строить будет без сомнений.
В момент, когда определяются уже конкретные параметры будущих технологий, вряд ли есть задача важнее их сохранения. Идеи реактора на быстрых нейтронах появились еще в сталинские времена при Курчатове, развивались в оттепель при Хрущеве, в застой встали на коммерческие рельсы, в рыночной экономике превратились в важнейшее конкурентное преимущество. Кто бы ни был президентом нашей страны через 30 лет, Россия может извлечь из этого невероятную прибыль и политическую пользу. Надо суметь пройти по краю, получить коммерческие и политические выгоды в торговле и научном обмене с Китаем — самом большом рынке будущего, — но одновременно не сдать пакет научных достижений четырех поколений в этот своеобразный банковский залог.
