Реактор на бегущей волне (реактор-самоед, реактор Феоктистова) — теоретическая концепция ядерного реактора на быстрых нейтронах, работающего на уране-238 за счёт наработки из него плутония-239. Главное отличие идеи от других концепций реакторов-размножителей в том, что цепная реакция деления происходит не сразу во всей активной зоне реактора, а ограничена определённым участком, который с течением времени перемещается внутри этой зоны.

Краткая история концепции

Впер­вые идея «са­мо­ре­гу­ли­ру­ю­ще­го­ся ре­ак­то­ра», на­зван­ная на за­па­де кон­цеп­ци­ей «breed-and-burn», а в среде со­вет­ских спе­ци­а­ли­стов «ре­ак­то­ра­ми-са­мо­еда­ми», была пред­ло­же­на в 1958 году со­труд­ни­ка­ми Кур­ча­тов­ско­го ин­сти­ту­та С. М. Фейн­бер­гом и Е. П. Ку­не­ги­ным^[1]. В даль­ней­шем такие ре­ак­то­ры ис­сле­до­ва­ли Майкл Дри­сколл (1979)^[2], Л. П. Фео­к­ти­стов, ко­то­рый «ре­ани­ми­ро­вал» идею са­мо­ре­гу­ли­ру­ю­ще­го­ся ре­ак­то­ра в ка­че­стве кон­цеп­ции «бе­гу­щей волны» (1988)^[3][4], Тел­лер, Ис­и­ка­ва и Вуд (1995)^[5], Хьюго ван Дам (2000)^[6], Хи­ро­си Сэки­мо­то (2001), обос­но­вав­ший идею рас­чё­та­ми и мно­го­крат­но до­кла­ды­вав­ший о ней на меж­ду­на­род­ных се­ми­на­рах и конференциях^[7][8].

Даль­ше тео­ре­ти­че­ских ис­сле­до­ва­ний кон­цеп­ция не дви­ну­лась до на­сто­я­ще­го времени^[9]. В 2006 году кор­по­ра­ция Intellectual Ventures  (англ.)рус. со­зда­ла венчурную компанию TerraPower (в число со­вла­дель­цев ком­па­нии вхо­дит Билл Гейтс) для со­зда­ния про­мыш­лен­но­го об­раз­ца ре­ак­то­ра на бе­гу­щей волне^[10]. Раз­ра­ба­ты­ва­ют­ся мо­де­ли раз­лич­ной мощ­но­сти — 300 и 1000 МВт^[11].

Физические принципы работы реактора

До­ку­мен­та­ция и пре­зен­та­ци­он­ные ма­те­ри­а­лы ком­па­нии TerraPower^[12][13][14] опи­сы­ва­ют ре­ак­тор на бе­гу­щей волне как ре­ак­тор бас­сей­но­во­го типа, с охла­жде­ни­ем жид­ким на­три­ем. В ка­че­стве ядер­но­го топ­ли­ва ис­поль­зу­ет­ся, в ос­нов­ном, обед­нён­ный уран, од­на­ко тре­бу­ет­ся неболь­шое ко­ли­че­ство обо­га­щён­но­го урана для на­ча­ла цеп­ной ре­ак­ции. Неко­то­рые быст­рые ней­тро­ны, про­из­во­ди­мые обо­га­щён­ным топ­ли­вом, по­гло­ща­ют­ся при­ле­га­ю­щим слоем обед­нён­но­го урана, ко­то­рый пре­вра­ща­ет­ся в плу­то­ний в ре­зуль­та­те ре­ак­ции:

Пер­во­на­чаль­но ак­тив­ная зона за­пол­не­на обед­нён­ным ура­ном. Неболь­шое ко­ли­че­ство обо­га­щён­но­го топ­ли­ва по­ме­ща­ет­ся с одной сто­ро­ны зоны. В про­цес­се ра­бо­ты ак­тив­ная зона ре­ак­то­ра де­лит­ся на 4 части, со­дер­жа­щих:

• отработанное топливо;
• обогащённое топливо, в которой происходит образование нейтронов;
• обогащающееся топливо, в которой происходит поглощение нейтронов;
• ещё не вступавший в реакцию материал;

Зона ре­ак­ции пе­ре­ме­ща­ет­ся внут­ри ак­тив­ной зоны с те­че­ни­ем вре­ме­ни. Теп­ло­вы­де­ле­ние от ядер­ной ре­ак­ции пре­об­ра­зу­ет­ся в элек­три­че­скую энер­гию с по­мо­щью па­ро­вых тур­бин.

Ядерное топливо

В от­ли­чие от ре­ак­то­ров на лёг­кой воде, к ко­то­рым от­но­сят­ся все во­дя­ные ре­ак­то­ры, экс­плу­а­ти­ру­е­мые в Рос­сии, и двух про­мыш­лен­ных ре­ак­то­ров на быст­рых ней­тро­нах, рас­по­ло­жен­ных на Бе­ло­яр­ской АЭС, ре­ак­тор на бе­гу­щей волне может быть за­гру­жен обед­нён­ным ура­ном для непре­рыв­ной ра­бо­ты в те­че­ние 60 лет^[13]. Ре­ак­то­ры на бе­гу­щей волне более эко­но­мич­ны, для них не тре­бу­ют­ся спе­ци­аль­ные про­це­ду­ры обо­га­ще­ния ядер­но­го топ­ли­ва.

Обед­нён­ный уран яв­ля­ет­ся до­ста­точ­но до­ступ­ным сы­рьём. Так, в США име­ет­ся более 700 000 мет­ри­че­ских тонн обед­нён­но­го урана, ко­то­рый яв­ля­ет­ся по­боч­ным про­дук­том в про­цес­се обо­га­ще­ния.

Тео­ре­ти­че­ски в ка­че­стве топ­ли­ва может ис­поль­зо­вать­ся от­ра­бо­тан­ное топ­ли­во как обыч­ных во­дя­ных ре­ак­то­ров, так и дру­гих ре­ак­то­ров на бе­гу­щей волне.