АТОМНОЕ КОЛЬЦО

Создать новое ядерное топливо не смогли ни французы, ни американцы, ни японцы. Это сделали сибиряки в Железногорске на легендарном Горно-химическом комбинате.

Наконец-то появился свет в конце тоннеля. И, как мне кажется, в это мгновение мы с директором комбината подумали об одном и том же: выход из атомного тупика уже совсем рядом. Впрочем, иначе и не могло быть — ведь наш разговор касался, пожалуй, самой острой проблемы в развитии атомной энергетики.

Создать новое ядерное топливо не смогли ни французы, ни американцы, ни японцы. Это сделали сибиряки в Железногорске на легендарном Горно-химическом комбинате.

Наконец-то появился свет в конце тоннеля. И, как мне кажется, в это мгновение мы с директором комбината подумали об одном и том же: выход из атомного тупика уже совсем рядом. Впрочем, иначе и не могло быть — ведь наш разговор касался, пожалуй, самой острой проблемы в развитии атомной энергетики.

Тоннель проложен поперёк могучего Енисея на глубине в полсотни метров, но мне показалось, что волны реки бьются совсем рядом, над головой. Такое ощущение, оказывается, складывается у каждого, кому посчастливилось побывать в этом необычном сооружении, относящемся скорее к фантастике, чем к реальности. Предполагалось, что по тоннелю проложат трубы, по которым пойдут отходы с комбината в подземное хранилище. Тоннель построили, но он не пригодился: учёные нашли способ, как работать без отходов. Впрочем, не о тоннеле речь пойдёт сегодня, а о величайшем достижении российской науки, что случилось буквально на наших глазах.

Но сначала хочу вернуться в недавнее прошлое. Три года назад я побывал на комбинате, где глубоко под землёй увидел гигантские выработки. Они были пусты, и только на стенах кое-где белели автографы военных строителей, которые в далёких пятидесятых врубались в эти скалы, создавая уникальный подземный завод.

— И что здесь будет? — спросил я.

— Производство нового топлива для быстрых реакторов (реактор на быстрых нейтронах. — Прим. ред.), — ответили мне.

— И как скоро?

— Планируем через три года…

Не верилось, что такое произойдет…

А потом я встретился с генеральным директором Горно-химического комбината П. М. Гавриловым. В беседе не удержался, спросил:

— Сейчас у нас 2012 год. Представим, что мы беседуем в 2062 году... Что здесь будет?
 

Директор ответил так:

— Я уверен, что комбинат будет существовать, так как полураспад плутония —двадцать четыре тысячи лет с небольшим. Нужны будут профессионалы, способные квалифицированно, грамотно и безопасно работать с этим весьма серьёзным материалом. Это аксиома. Другое дело, каким комбинат будет… Когда руководство Росатома меня сюда направляло, была поставлена задача: разобраться со всем, что здесь есть, и определить, что делать в будущем. Реакторы останавливались, радиохимия сокращалась, существовало только «мокрое» хранилище*, которое было близко к заполнению. Стоял вопрос: или повесить большой амбарный замок на комбинат, сохранив только ту часть, которая касается хранения материалов, и приступить к выводу из эксплуатации основного производства, или дать новую жизнь комбинату. К счастью, руководство отрасли выбрало второй вариант, и сегодня мы являемся тем предприятием, которое должно обеспечить замкнутый ядерный цикл. Мы ввели в строй «сухое» хранилище**. По оценкам американцев, оно самое современное в мире. И теперь они выбрали ту же концепцию. Я уверен, что задачу замыкания ядерного топлива мы решим… «Гора» востребована уже сегодня, и потребность в её существовании будет только возрастать. К сожалению, в 1990-е годы был принят ряд непродуманных решений. Их обсуждать — значит уйти в сторону от нашего разговора. Теперь основная роль, которая отводится комбинату, — это подтверждение правильности стратегии развития отрасли. Я имею в виду замыкание ядерного топливного цикла, что предполагает не только работу на заключительном этапе атомной энергетики — химическую переработку топлива, но и производство его для быстрых реакторов. И сегодня мы создаём МОКС-производство не на поверхности, а внутри «Горы» — поближе к исходным материалам, которые хранятся под землёй. «Гора» востребована, и она будет ещё востребована.

Прошло три года. Сейчас легко убедиться, что атомщики умеют держать слово. Причём речь идёт не о далёком будущем, — помните, я упомянул 2062 год? — а о сегодняшнем дне. Действительно, здесь время летит стремительно! Там, где были пустые выработки, появились уникальные аппараты, автоматические линии, новые установки. И что самое главное — они работают!

Вполне естественно, что наша беседа с генеральным директором ГХК продолжилась на оптимистической ноте.

— Через несколько дней вы летите в Лондон. Зачем?

— Пройдёт заседание Всемирной ядерной ассоциации. Представители крупнейших компаний мира соберутся там, чтобы обсудить, что сделано за минувший год, и наметить вектор развития на предстоящий.

— И вам предстоит стать там главным героем, несмотря на всевозможные санкции?

— Будем скромнее… Дело в том, что сейчас строительством новых атомных станций никого не удивишь. Это, безусловно, важно, ответственно, но всё-таки АЭС — стандартизированное изделие. А вот запуск такого высокотехнологического производства как МОКС***, насыщенного инновациями и всякого рода ноу-хау, большое событие. Страны, способные создать такое производство, можно по пальцам пересчитать. Сегодня реально действует завод МОКС только во Франции. В мае нынешнего года в Вене, когда мы представляли Российский национальный доклад по обращению с отработанным ядерным топливом и радиоактивными отходами, в кулуарах французы говорили, что мы без них такой завод не запустим. Тем не менее мы всю технологию выстроили, выпустили первую тепловыделяющую сборку (ТВС), и это является доказательством того, что завод пущен! Лицензия на эксплуатацию получена, и в день 70-летия атомной отрасли завод начинает свою жизнь официально… Никто в мире, в том числе, конечно, и французы, не верили, что в России можно сейчас запускать столь высокотехнологические производства… Вот и попросили меня в Англии рассказать о создании производства МОКС-топлива и о комплексе «сухих» хранилищ отработавшего ядерного топлива, которые находятся на площадке комбината.

— Нечто подобное где-то в мире есть?

— Нет.

— Расскажите, что такое МОКС-топливо и почему его так трудно создать?

— Придётся вкратце рассказать о ядерном цикле, чтобы лучше понять место в нём МОКС-производства. Природный уран в основном состоит из двух изотопов. Основная масса — уран-238 и совсем немного, менее одного процента, — уран-235. Уран-235 хорошо делится в «тепловых» реакторах, и за счёт этого обеспечивается работа энергетического ядерного реактора. Тепло, выделяющееся при распаде ядра, через оболочку ТВЭЛа передаётся теплоносителю, от него — рабочему телу парогенератора, пар крутит турбину и вырабатывает электроэнергию. Прежде чем загрузить в реактор уран, его обогащают, то есть увеличивают долю изотопа U-235. Но в процессе работы реактора происходит ещё реакция, известная как «радиационный захват». Атом урана-238 поглощает один нейтрон, и после ряда превращений рождается плутоний-239. Плутоний практически не существует в природе, но он так же хорошо делится, как уран-235. Получается, что при сжигании в тепловых реакторах урана-235 на выходе мы имеем не только электрическую энергию, но и наработанный плутоний-239. Использовать его для производства энергии чрезвычайно заманчиво. Так вот: МОКС-топливо — это вовлечение плутония-239 в ядерный топливный цикл.

— На первый взгляд всё просто и понятно …

— … берётся в определённой пропорции смесь оксидов урана-238 и урана-235 и оксида плутония-239 — это и есть МОКС-топливо. То есть мы возвращаем наработанный плутоний-239 обратно в ядерный топливный цикл уже как основной делящийся материал. При работе МОКС-топлива исходный плутоний «сгорает», но одновременно из урана-238 образуется новый плутоний. Таким образом, мы как бы используем одно и то же топливо многократно, практически до полного выгорания тяжёлых металлов. Это сразу же даёт гигантское преимущество ядерной энергетике перед другими видами генерации энергии. В первую очередь перед тепловой. Там топливо только сжигается и ничего, кроме отходов, вновь не образуется.

— «Топим печь ассигнациями»…

— Классики науки всегда дают точные определения… Но продолжим… Более эффективное использование МОКС-топлива имеет место в «быстрых» реакторах, нежели в «тепловых». Во Франции МОКС-топливо используется в «тепловых» реакторах, и там есть крупный промышленный завод для его производства. У наших французских коллег есть определённый опыт работы с таким топливом. Кстати говоря, французы начали строить аналогичный завод американцам, но запустить его пока не могут. Но это уже отдельная история… Англичане тоже попытались запустить такой завод, вышли на 5—7 процентов мощности, больше не смогли из-за его технической и технологической сложности.

— Понятно, ведь это попытка осуществить почти вечный атомный двигатель?!

— Почти — ведь за счёт вовлечения плутония в ядерный цикл мы можем обеспечить энергией человечество на тысячи лет. «Быстрой» энергетикой сегодня владеет только Россия. Был во Франции хороший реактор — «Суперфеникс», но по политическим соображениям французы вынуждены были его остановить и до сих пор с болью говорят об этом…

В России есть мощный коммерческий реактор БН-600, а совсем недавно вступил в строй БН-800, для которого мы и запустили производство МОКС-топлива. Впрочем, новый реактор — это пока усовершенствованный БН-600, а будущее, безусловно, за реактором БН-1200. Это более мощная и экономически выгодная машина. Но сейчас важно обеспечить реактор БН-800 топливом, сделать очередной шаг в будущее. В настоящее время идёт процесс освоения производства как у нас, так и под Екатеринбургом, где БН-800 набирает проектную мощность. Его активную зону необходимо загрузить нашим топливом, и тогда впервые в мировой практике мы замкнём ядерный цикл именно в промышленном масштабе.

— А в чём разница с французами?

— Там очень хорошо получается по изотопному составу, но замыкания цикла не происходит. Принципиальный момент в том, что получить топлива больше, чем сжигаешь, в «тепловых» реакторах невозможно. Для этого нужен «быстрый» реактор, и тогда мы получаем плутония-239 чуть больше, чем сжигаем. То есть идёт расширенное воспроизводство ядерного топлива, и это уникальное явление присуще только атомной энергетике. Таким образом, замкнуть ядерный цикл в промышленном масштабе французам не удаётся. Они наладили переработку ОЯТ, но у них нет расширенного воспроизводства делящегося материала.

— Значит, атомный «вечный двигатель» у французов не получается. А у нас?

— Это становится возможным, так как в быстром реакторе плутония-239 воспроизводится из урана-238 больше, чем сгорает. Мы организовали новый завод под землёй, в тех выработках, которые освободились после сокращения радиохимического производства. Это большое преимущество, так как есть мощная защитная оболочка, то есть естественный контаймент. Это первое преимущество. Второе: ничего не надо было строить. Я имею в виду разные здания, сооружения и так далее, что присуще любому новому производству. Выработка — заводские цеха — есть, все коммуникации тоже. Наша задача — создать оборудование, смонтировать его, состыковать с существующими коммуникациями и сетями и в конце концов пустить новое производство. Что и было нами сделано.

— Пётр Михайлович, вы очень счастливый человек?

— Да, наверное, я один из самых счастливых людей в нашей отрасли, а может быть, и на планете, потому что я занимаюсь любимым делом, которое одновременно является и моим хобби. Это бывает редко, чтобы работа и хобби совпадали. Тут и наука, множество научно-технических задач приходится решать. Тут и инженерия, и строительство, и ввод в эксплуатацию… От идеи до промышленного воплощения всё происходит на твоих глазах и при твоём участии. Редко кому удаётся пройти все эти этапы при жизни.

— Я имел в виду несколько иное, когда спросил о счастье. Десять лет назад вас послали сюда на совершенно безнадёжное дело, по сути дела, ликвидировать уникальное предприятие, мол, наступает всеобщий мир и заводы под землёй теперь не нужны. Комбинат потихоньку умирал…

— Вы правы. Сергей Владиленович Кириенко поставил тогда передо мной задачу — определить, что делать с комбинатом. Все производства, ради которых был создан Горно-химический комбинат, были остановлены или находились в стадии останова и вывода из эксплуатации. Следовало определиться: передать ли оставшиеся производства на другие площадки, в частности на комбинаты в Озерске и Северске, а здесь всё преобразовать в «зелёную лужайку», либо вдохнуть в наш комбинат вторую жизнь. Я посмотрел, убедился, что здесь работают замечательные профессионалы, сильные специалисты. А главное в жизни — люди! Не железо, не оборудование, а люди. Именно они всё создают. Я убедился, что у них уровень знаний очень высокий, а то, чего не хватает, можно взять с других комбинатов и таким образом создать команду, для которой по силам решить любую задачу, актуальную для атомной отрасли России. Сегодня, считаю, Рубикон мы уже перешли, на 70 процентов новый комбинат построили. В этом году вводится вторая очередь «сухого» хранилища, одно здание — для отработанного топлива из реакторов ВВЭР-1000, второе здание — из реакторов РБМК. Плюс к этому мы вводим ещё корпус для опытно-демонстрационного центра. О нём требуется специальный длинный разговор, и как только представится возможность, мы об этом побеседуем.

— Безусловно. Ведь, по сути, сейчас в Красноярске-26 происходят эпохальные события. В своё время комбинат спас страну. Предполагалось построить ещё четыре крупных предприятия для производства плутония. Но благодаря ряду открытий, сделанных нашими великими учёными, и подвигу (иначе сказать просто нельзя!) коллектива комбината здесь производство плутония было увеличено многократно и строительство очень дорогих предприятий не потребовалось. А сейчас, образно говоря, комбинат выступает спасителем атомной отрасли?

— Действительно, вопрос замыкания ядерного топливного цикла, создания нового радиохимического производства принципиально важен. Сегодня это ахиллесова пята атомной отрасли. Это я говорю как реакторщик. У нас специалисты есть везде: это добыча урана, фабрикация топлива, генерация энергии, строительство реакторов и пуск их в эксплуатацию. Но самое узкое место — обращение с отработавшим ядерным топливом. Тот завод по радиохимической переработке ОЯТ, который есть на «Маяке», по большому счёту относится к первому поколению. Французы сегодня имеют завод второго поколения «плюс» — комплекс химической переработки отработавшего ядерного топлива.

— На западе Франции, в городе, что прославился своими зонтиками…

— Точно. Американцы 70 тысяч тонн топлива хранят в контейнерах при атомных станциях. Однако в специальных журналах появились публикации, в которых специалисты спрашивают о том, что будет с контейнерами при длительном хранении. Выясняется неприятная вещь. Из реакторов топливо выгружается в бассейны с водой. Сборки охлаждаются, остаточное энерговыделение спадает, и тогда уже их можно передавать из «мокрого» хранилища в «сухое» или помещать в контейнеры, как это делают американцы. Такой процесс занимает приблизительно 10 лет. Однако при помещении в контейнер на отработавших сборках остаётся некоторое количество воды. Вот здесь и начинаются неприятности: идёт радиолиз воды, она разлагается с выделением водорода. При взаимодействии же водорода с металлом оболочек твэлов (как правило, это цирконий для твэлов тепловых реакторов и сталь для твэлов быстрых реакторов) происходит изменение его механических свойств — водородное охрупчивание. Это, в свою очередь, может привести к разгерметизации тепловыделяющих элементов. Если процесс пойдёт спонтанно, предсказать последствия трудно, а подчас и невозможно. И сейчас сказать, что будет при длительном хранении отработавшего топлива, никто не может. Проблема остаётся, она считается многими «отложенной»…

— На сколько?

— Говорят, на триста лет, а может быть, на пятьдесят или на двадцать… Опыта длительного хранения нет. В США никто не извлекает топливо из контейнеров, никто даже думать об этом не хочет, мол, потомки сами разберутся. Французы выбрали путь по радиохимической переработке отработавшего топлива, компактированию радиоактивных отходов, их захоронению и одновременно выделению урана и плутония, чтобы включить их в ядерный топливный цикл. Россия тоже идёт по этому пути. В настоящее время мы создаём Опытно-демонстрационный центр, где будем использовать самую современную технологию переработки. Мы показали её французам, они признали, что мы строим завод четвёртого поколения, хотя наша оценка всё же ниже — третье поколение с «плюсом».

— Почему они так считают?

— Наша технология исключает образование жидких радиоактивных отходов. Это качественный скачок в атомной промышленности, если не сказать революционный.

— А почему против вас ополчились «зелёные»? Казалось бы, они должны вас всячески поддерживать. Те же французы сбрасывают отходы в Атлантический океан, а у вас таких сбросов нет. Ни в Енисей, никуда… На руках вас надо носить, а не критиковать…

— «Зелёные» разные. Есть целая когорта, которую я бы назвал «чёрные зелёные». Их проблема как таковая не интересует. Они в суть дела не вникают, а только кричат, протестуют, спекулируют на слухах и требуют, чтобы мы всё закрыли. Известно, из чьих рук они кормятся, а потому их позицию изменить никакие аргументы не могут. У них чёткая задача: развалить атомную промышленность, нашу атомную отрасль. Потому они используют любые средства, в том числе, на мой взгляд, и недопустимые…

Есть, к счастью, и истинные «зелёные». Они искренне радеют за экологию, стараются разобраться в сложных вопросах влияния производства на окружающую среду, в сущности, помогают их решать. С ними мы сотрудничаем, они ставят вопросы остро, иногда с неожиданной стороны, но они же и помогают находить выход из проблем. Разговаривать с ними не просто нужно, а весьма полезно. По существу, мы с ними решаем одну и ту же задачу — сохранить природу, сохранить нормальные условия для людей, живущих в городе, для работников комбината. С ними мы постоянно встречаемся, и, надеюсь, с обоюдной пользой.

— Здесь прошли общественные слушания по созданию подземной лаборатории, не так ли?

— Да, в Канском массиве недалеко от Горно-химического комбината на глубине 500 метров предполагается создать исследовательскую подземную лабораторию. Кстати, аналогичную той, что есть в центре Франции. Там я был. На скоростном лифте мы опускались под землю пять минут — сто метров в минуту. Ощущения не самые приятные… Лаборатория у них располагается в глиняном пласту, а у нас — в граните…

— Поясните: что такое подземная исследовательская лаборатория и для чего она нужна?

— При переработке использованного ядерного топлива выделяются высокоактивные, средне- и низкоактивные отходы. Во всём мире высокоактивные отходы остекловывают (сплавляют в нерастворимые конгломераты, по структуре сходные со стеклом). Французы поступают точно так же. Лаборатория располагается в глине, в ней делают проходы, куда помещаются металлические трубы, а уже в них — высокоактивные отходы в специальных контейнерах. Учёные наблюдают, как ведут себя глиняные слои и материалы. Почему-то круглое сечение труб постепенно превращается в квадратное… В общем, честно говоря, такая лаборатория мне не понравилась. Считаю, что гранитоиды — это молодые граниты, как в Канском массиве, — с которыми мы имеем дело, намного лучше, надёжней. Самую большую опасность для таких лабораторий представляет вода. В глинах её нет, но и в гранитоидах мы её не наблюдаем. В общем, надо вести исследования, ведь речь идёт о хранении высокоактивных отходов на протяжении многих сотен лет… Почему именно гранитоид? По большому счёту — это огромная глыба, это сплошной камень длиной около 120 километров и шириной 70 километров. Внутри этого массива на глубине 500 метров и предполагается создать нашу лабораторию.

— Эта каменная глыба рядом?

— Да, мы на ней находимся. Да и место для комбината было выбрано именно потому, что есть этот гранитоид. Так что опыт «взаимоотношений» у нас с ним есть. Предполагаемые исследования в лаборатории должны дать ответы на многие вопросы по обращению с высокоактивными отходами.

— Это ведь очень опасные работы?

— Конечно. Но сначала всё будет проводиться на макетах, потом на имитаторах и так далее. Когда всё исследуем, поймём все трудности, то приступим к работе с малыми объёмами материалов, а уже потом перейдём к промышленным объёмам. То есть это многоэтапная работа, рассчитанная на много лет. Французы уже более десяти лет ею занимаются. Надеюсь, что с учётом опыта «Горы» у нас всё пойдёт быстрее, но есть стадии, которые обязательно надо пройти, и тут спешки просто быть не может… Так вот, теперь идут общественные слушания. «Чёрные зелёные» на них были весьма активны. Они добивались запрета на создание нашей лаборатории. В Сосновом бору под Питером они добились своего. Заморочили народу головы, и там общественность выступила против создания хранилищ для средне- и низкоактивных отходов. Ущерб отрасли нанесён весьма существенный. «Чёрные зелёные» приехали сюда. Но наши горожане не пошли у них на поводу. У нас люди грамотные, предпочитают всё понять до конца. Они знают, что конечно же опасность есть, но если грамотно организовать процесс, контролировать его, то ничего страшного произойти не может. А профессионалов здесь достаточно, чтобы гарантировать безопасность. 254 человека были за строительство лаборатории, а 49 — против.

— Странно, что непрофессионалы, люди, далёкие от науки и промышленности, могут изменять судьбу развития той или иной отрасли… Что-то ненормальное в этом есть…

— Таковы законы, и мы обязаны их исполнять.

— Не будем это обсуждать… Лаборатория на другой стороне Енисея?

— Нет, на этой.

— Значит, тоннель не понадобится?

— Я считаю, что тоннель надо достроить, привести его в порядок, потому что рано или поздно он обязательно пригодится. Мы искали разные варианты его использования, есть несколько неплохих идей, но пока говорить о них рано…

Вечером по тоннелю мы поехали на противоположный берег Енисея. В одной из деревень построена часовня. П. М. Гаврилов и его супруга (они вместе учились в Томском политехническом институте, где и поженились) не только помогли материально при строительстве часовни, но и постоянно заботятся о ней. На этот раз апробировалась система подсветки. Теперь по вечерам часовня видна издалека, — она сияет над окружающими полями и перелесками. Зрелище неповторимое…

Впрочем, как и всё остальное, что увидели мы в Железногорске и на Горно-химическом комбинате, где сегодня рождается будущее атомной отрасли России.

 

Комментарии к статье

* «Мокрое» хранилище — сооружение для хранения отработанного ядерного топлива с водяным охлаждением. Бассейн выдержки «мокрого» хранилища Горно-химического комбината, в отличие от аналогичных зарубежных сооружений, разделён на несколько десятков отсеков. В случае разгерметизации любого из них контейнеры с топливом могут быть переставлены в неповреждённый отсек. Даже в случае полной потери воды в бассейне контейнеры могут стоять в хранилище до 30 дней без потери герметичности.

** «Сухое» хранилище — «cухое хранилище отработанного ядерного топлива» — сооружение, в котором охлаждение отработанного ядерного топлива (ОЯТ) построено на принципах пассивной безопасности и осуществляется путём естественной конвекции воздуха. Топливо размещено в трёх герметичных контурах, в среде инертного газа, который исключает коррозию. Конвекция воздуха обеспечивается конструкцией здания, хранение автономно — не требуется электроэнергии, воды, действий персонала.

*** МОКС-топливо — MOX-fuel (от английского Mixed Oxide fuel) — ядерное топливо, представляющее собой смесь оксидов нескольких делящихся материалов. В настоящее время — в основном урана и плутония.

Опубликовано в журнале "Наука и жизнь" №10 (октябрь) 2015 года.