В этом году(2015) Росатом приступил к практическим работам по созданию инновационного топлива для тепловых реакторов, которое планируется получать из неразделенной смеси регенерированного урана и плутония, выделяемых при переработке ОЯТ, с добавлением небольшого количества обогащенного урана. О том, какие проблемы решает использование РЕМИКС-топлива, о плюсах и минусах новой технологии, а также о том, долго ли придется ждать появления первой ТВС, в интервью Ивану Моргунову рассказывает генеральный директор Радиевого института им. В. Г. Хлопина Игорь Рыжов.
— Игорь Владимирович, расскажите, пожалуйста, что такое РЕМИКС-топливо, в чем его особенность и принципиальное отличие от МОХ-топлива?
— Идея создания РЕМИКС-топлива появилась около десяти лет назад. Его основу составляет смесь регенерированного урана и плутония, которая получается при переработке отработанного ядерного топлива. Для повышения энергетического потенциала этой смеси могут быть использованы различные варианты подпитки 235U. В качестве базового варианта рассматривается подпитка 20 % обогащенного природного урана, с уровнем обогащения около 17 %.
— Каковы плюсы РЕМИКС-топливо по сравнению с другими видами топлива? Есть ли у него минусы?
— К плюсам РЕМИКС-топлива я бы прежде всего отнес тот факт, что нейтронно-физические характеристики активной зоны реактора ВВЭР‑1000 при полной загрузке РЕМИКС- и традиционным урановым топливом практически не отличаются. Поскольку эти характеристики влияют на безопасность работы реактора, можно говорить о принципиальной возможности полной загрузки реактора ВВЭР‑1000 РЕМИКС-топливом. Что же касается МОХ-топлива, для него загрузка активной зоны ограничена, как правило, 30 %.
— Значит, при производстве РЕМИКС-топлива необходима серьезная радиационная защита?
— Да, конечно. Необходимы защита, дистанционное управление и, по возможности, автоматизация процесса производства. Это справедливо и для РЕМИКС-, и для МОХ-топлива.
— Сколько циклов переработки может «пережить» РЕМИКС-топливо?
— Проводились расчеты, подтверждающие возможность использования РЕМИКС-топлива в пяти циклах, но думаю, что количество циклов может быть и больше, так, чтобы соответствовать сроку эксплуатации реактора.
— Какова экономика производства РЕМИКС-топлива по сравнению с MOX-топливом?
— Стоимость производства РЕМИКС-топлива сегодня считается сравнимой со стоимостью производства МОХ-топлива; с учетом достигнутого уровня автоматизации при фабрикации уранового топлива она должна быть даже меньше.
— Была ли проведена оценка стоимости его производства?
— Такая оценка сейчас едва ли возможна. Определенные шаги в этом направлении предпринимались и предпринимаются, но я бы не рискнул давать оценку стоимости его производства, так же, как и МОХ-топлива для тепловых реакторов.
— Плотность выгорания РЕМИКС-топлива выше, чем обычного?
— Сегодня основные атомно-энергетические операторы стремятся повысить глубину выгорания топлива. С РЕМИКС-топливом может сложиться иная ситуация: его не нужно максимально выжигать, иначе просто нечего будет возвращать в цикл.
— Могли бы вы рассказать о технологии переработки ОЯТ и получения РЕМИКС-топлива? Какие вопросы еще не решены? В чем заключается наибольшая сложность?
— Сегодня в промышленном масштабе реализована только гидрометаллургическая технология переработки ОЯТ тепловых реакторов — так называемый PUREX-процесс, в основе которого лежит водная экстракция с использованием экстрагента — раствора трибутилфосфата. Предполагается, что технология производства РЕМИКС-топлива станет элементом технологии переработки ОЯТ реакторов ВВЭР‑1000, разработанной в Радиевом институте и реализуемой сегодня на ОДЦ ГХК. В основе нашей технологии лежит упрощенный PUREX-процесс, преимущества которого —исключение сброса жидких РАО в окружающую среду и создание полного замкнутого кислото- и водооборота.
— Уже известно, какая технология получения плутониевого продукта будет использована в промышленной установке?
— Окончательного решения пока нет. На ОДЦ будет реализована технология осаждения, а к моменту реализации промышленной установки, возможно, будет отработана и технология термической денитрации.
— Правильно ли я понимаю: если изначально мощность ОДЦ была ориентирована на обеспечение производства МОХ-топлива, то придется столкнуться с нехваткой сырья для фабрикации РЕМИКСа?
— Потребность в МОХ-топливе для быстрых реакторов сейчас окончательно не определена. На первом этапе на ОДЦ можно отрабатывать технологии производства как РЕМИКС-топлива для тепловых реакторов, так и МОХ-топлива для быстрых реакторов.
— Позволяет ли эта технология перерабатывать «свежее», только что извлеченное из реактора ОЯТ?
— Дело в том, что технология, которая будет использована на ОДЦ, изначально рассчитана на выдержку ОЯТ в течение не менее семи лет. Нет никакой необходимости перерабатывать ОЯТ с существенно меньшим временем выдержки.
— Почему до сих пор в промышленности практически не используют регенерированный уран? Нет проверенных технологий? Или он дороже по сравнению с природным?
— На самом деле примеры использования регенерированного урана есть. В частности, на «Маяке» перерабатывают топливо реакторов ВВЭР‑440. Полученный регенерат урана поступает на Сибирский химический комбинат, где его дообогащают и затем направляют на заводы, где изготавливают топливо для реакторов РБМК.
— Позволит ли производство РЕМИКС-топлива существенно снизить потребление природного урана?
— Есть разные оценки, но могу с уверенностью сказать, что экономия составит не менее 20–25 %.
— А можно ли использовать для фабрикации обедненный уран, которого накоплено очень много?
— Можно, но тогда это будет МОХ-топливо, с существенно большим, чем у РЕМИКС-топлива, содержанием плутония и невозможностью многократного рециклинга в тепловых реакторах.
— На ваш взгляд, производство РЕМИКС-топлива позволит обеспечить нераспространение ядерных материалов?
— Использование РЕМИКС-топлива позволяет фактически замкнуть цикл по плутонию в тепловых реакторах и тем самым приостановить процесс накопления энергетического плутония или даже (при определенных условиях) сократить его запасы. В этом смысле технология способствует нераспространению ядерных материалов.
— Какого класса радиоактивные отходы образуются при производстве РЕМИКС-топлива?
— Отходы в действительности образуются не в процессе производства РЕМИКС-топлива, а в процессе переработки отработанного ядерного топлива. Например, французы при переработке ядерных отходов на заводе на мысе Ла Аг сливают в океан порядка 100 тысяч кубометров НАО в год. Технология Радиевого института — это технология следующего поколения, которая полностью исключает сброс жидких радиоактивных отходов.
— Образуются только твердые?
— Да, на ОДЦ должны образовываться только твердые РАО: 0,15 м³ остеклованных ВАО, 0,1 м³ металлических ВАО конструкционных материалов ТВС и около 2,5 м³ цементированных САО на одну тонну переработанного ОЯТ.
— Насколько популярна идея РЕМИКС-топлива в мире? Есть ли страны, которые продвинулись в его производстве дальше, чем Россия?
— Российские ученые — авторы данной идеи. В этом году мы перешли от разговоров вокруг этой проблемы к практическим действиям, запустив проект по расчетно-экспериментальному обоснованию РЕМИКС-топлива. Другие страны пока лишь поглядывают в нашу сторону.
— Как вы думаете, почему эта идея не востребована?
— Ядерная энергетика — вещь чрезвычайно инерционная. Французы, однажды взявшись за работу с МОХ-топливом, не очень готовы «соскочить» с этого направления. В каждой стране, где есть атомная энергетика, существуют свои программы развития ядерно-энергетического комплекса, которые не меняются в одночасье. Кто-то должен продемонстрировать эффективность и целесообразность новых технологических подходов, и не исключено, что этот опыт может быть постепенно заимствован другими странами.
— На какой стадии реализации сейчас находится проект?
— Как я уже говорил, идея РЕМИКС-топлива существует около десяти лет. За это время было много публикаций по данной теме, презентаций и дискуссий на различных семинарах и конференциях.
— Из каких средств финансируется этот проект?
— Проект финансируется из резервов ГК «Росатом».
— Где планируется строить завод по фабрикации РЕМИКС-топлива?
— Как вы уже поняли, порошки для производства РЕМИКС-топлива будут изготавливаться на строящемся сегодня опытно-демонстрационном центре Горно-химического комбината. Совершенно логично, с моей точки зрения, если завод по производству таблеток, твэл и ТВС будет организован здесь же. Я бы ожидал такого решения, тем более что у Горно-химического комбината уже есть подобный опыт. Как вы знаете, недавно там был запущен завод по фабрикации МОХ-топлива для быстрых реакторов.
— Но пока это еще не решено?
— Такого решения пока нет.
— Сколько времени может занять принятие решения?
— Думаю, многое будет зависеть от того, насколько успешно в середине 2016 года мы завершим текущие дела. Как я уже говорил, наша задача — загрузить экспериментальные ТВС не только в энергоблок Балаковской АЭС, но и в экспериментальный реактор МИР, поскольку для обоснования безопасности внедрения нового топлива необходимы, среди прочего, испытания в энергетических и исследовательских реакторах.
Комментарии
Здорово.
+
интереснейший материал, благодарю
После переработки и подпитки? С чего бы это?
Имеется ввиду МОХ топливо которое используется для тепловых реакторов, там КВ=0.5, плутония сгорает в 2 раза больше чем образуется, зато образуется много МА.
РЕМИКС - для тех же самых тепловых реакторов, для него всё это точно так же справедливо. Но оно почему-то может рециклироваться, а МОХ не может. Причем, видимо, именно наше - т.к. у тех же французов МОХ рециклируется.
Вся беда в выгорании: чем глубже топливо выгорает, тем оно дольше работает, тем больше накапливается МА. МА для тепловых реакторов "яд". Если удалять(отчищать от) МА тогда можно делать рециклинг долго, но это экономически не выгодно. МА высоко радиоактивны, даже плутоний сжигать в МОХ топливе выгодно только из-за того что объемы РАО сокращаются. Сборки МОХ топлива дороже обычных ТВС на природном уране. Если грубо то из-за особенности состава и эксплуатации РЕМИКС топлива МА будет нарабатываться значительно медленней.
Наши хотят МА сжигать в БН , перерабатывая топливо по упрощенной схеме без разделения тяжелых элементов.
Короче говоря, весь вопрос не в том, МОХ или РЕМИКС, а в составе и глубине выгорания. Если вдруг выяснится, что пониженный процент плутония и низкое выгорание выгодно, то точно так же сделают и для МОХ.
В мокс кладется плутоний с 30-38% старших изотопов (для выгорания исходного ОЯТ выше 42 МВт*дней/кг). После облучения мокс в нем уже примерно 50% старших изотопов, в т.ч. процентов 35-40 четных, 1% 236U, 0,3-0,5% 232U - в общем топливом это можно назвать только условно.
Конечно это не топливо, а ОЯТ. Его нужно перерабатывать и подпитывать.
проще сжечь в БН.
Ну буковка Т в сокращении ОЯТ тоже как бы про это.
Насчет подпитывать - если у вас в ОЯТ 1% 236U, 0,5% делящихся изотопов плутония и 0,4 поглощающих, 0,8% 235U - то природный уран подпитать получается выгоднее, такая петрушка.
Если глубокое выгорание МОХ менее выгодно, чем неглубокое, то просто переходим на неглубокое. Но почему это заявляется возможным только на РЕМИКС?
Заявляется так, потому что мокс при полной переработке - это всего 12,5% всех кассет, поэтому 87,5% будут с ухудшенной экономикой - не выгодно. Мокс вообще внедряют, что бы меньше ОЯТ с длинными периодами контролируемого хранения нарабатывалось, а не из-за экономики.
Ремикс ситуация слегка легче - теоретически можно весь объем загружаемых кассет иметь с ремиксом (ну с нюансами, типа сейчас под ОР СУЗ рабочих групп надо ставить свежую не ремикс, не мокс кассету и т.п.). Проблема только как у замыкания - получается здоровенный парк обращающихся кассет, в который надо инвестировать. Вкупе с приличным расходом среднеобогащенного урана и стоимостью этого обогащения, экономика получается не очень. Наконец, на выходе из цикла мы не получаем уменьшения объема ОЯТ с длинным циклом хранения, т.к. плутоний не концентрируется.
А с МОХ-ом так сделать нельзя, что ли? Понизив долю плутония и уменьшив выгорание.
Можно, но так будет заметно дороже (по топливной составляющей в киловатт*часе).
А почему это будет дороже, чем для РЕМИКСА?
Я же объяснил выше - потому что топливоиспользование для МОКС зависит от выгорания (потому что 87,5% кассет с природным ураном, уран из них не рециклируется), а у РЕМИКС не зависит, т.к. 100% кассет может быть РЕМИКС, уран рециклируется.
Но это все сугубая теория, в реальности не будет 100% кассет РЕМИКС, а проблема 5-ти кратного цикла не решена и не факт что когда-то будет решена, так что экономика МОКС и РЕМИКС скорее всего будет очень похожа, а не как сказал уважаемый директор Радиевого института.
Я говорю про МОХ с параметрами РЕМИКСа. Берем МОХ с пониженным содержанием плутония (как у РЕМИКС), выгорание делаем менее глубоким (как у РЕМИКС). Правильно ли я вас понимаю, что в этом случае кассеты МОХ все равно не могут составлять 100%? Если да, то каким свойством РЕМИКСа или МОХа это объясняется?
Вы как-то упускаете базовую вещь - в ОЯТ делящихся материалов меньше, чем в СЯТ. Меньшее содержание плутония (типа 1% против 7% в МОКС) РЕМИКС компенсирует 3 лишними процентами 235U.
В замкнутой системе - нет, не могут, максимум 12,5%, если мы говорим о примерно современных выгораниях, а не старых РБМК (там эта доля слегка повысится за счет того, что плутоний ОЯТ станет лучше по изотопному составу, и его надо будет меньше класть в МОКС-ТВС).
Объясняется тем, что РЕМИКС - это рецикл всех делящихся материалов ОЯТ + добавление свежих, а МОКС - это рецикл _только_ плутония - результата конверсии 238 (c коэфф конверсии порядка 0,45-0,5). Разница при этом в том, что в МОКС кассету кроме продукта переработки ОЯТ мы кладем только обедненный уран, а в РЕМИКС еще 20% среднеобогащенного урана (сделанного из природного).
Нет, я спрашиваю именно про неглубокое выгорание. В этом случае, как я понимаю, нет проблем сделать зону 100% МОХ?
Если делать МОХ с невысоким содержанием плутония, то разумеется надо будет доложить среднеобогащенный уран. Если в конечном счете это в целом будет выгодно - почему бы нет? Но МОХ не перестанет быть от этого МОХом.
Для этого надо где-то взять дополнительный плутоний. Своего в легководном реакторе очевидно не хватит.
Так это и получится РЕМИКС.
Его при любом раскладе не будет хватать, там КВ меньше единицы. Для этого и придется подпитывать У235.
Откуда же? МОХ и РЕМИКС отличаются методом переработки ОЯТ. Или Радиевый институт уже подсуетился и запатентовал процентное содержание рециклированных делящихся материалов?
Как-то разговор ходит по кругу...
Посмотрите откуда это начиналось. Это ваше желание натянуть на 100% мокс-кассет. Я уже 3 раза объяснил разницу технологий и причины, по которым она возникает.
Слушайте, ну у нас разговор так выглядит "-А что будет, если к носорогу приделать уши и хобот слона? ...-Ну, слон и получится. -А вот и нет! Генетически это не слон" В МОКС не добавляют среднеобогащенный уран, в РЕМИКСе не выделяют плутоний при переработке, зато отделяют нептуний, но вы-то все какой-то гибрид технологий хотите.
Дело в том, что И. Рыжов выдает рециклинг своего РЕМИКСа как основное достоинство, напрочь отказывая в этом свойстве МОХу. Но как выясняется из нашего разговора, проблем нет никаких, саму технологию переработки менять не нужно вообще. Получается, это просто некрасивый пиар своей продукции (а РЕМИКС в этой статье - это конкретный продукт конкретно Радиевого института, а вовсе не принцип фабрикации!) директором Радиевого института - методом необоснованного очернения конкурирующего продукта.
МОХ -1 раз выделить плутоний выгодно только из-за сокращения объемов хранения, дальше смысла в этом нет ни какого. Нет ни существенного сокращения объема ни времени хранения ОЯТ.
РЕМИКС чтоб не нарабатывался активно плутоний- теоритически объемы ОЯТ должны сократится изза рециклинга.
МОХ(для тепловых реакторов) и РЕМИКС интересен из-за уменьшения объемов ОЯТ. Экономически МОХ как и РЕМИКС дороже обычных ТВС. Побочный плюс это экономия природного урана.
Я еще раз обращаю внимание, что Рыжов говорит о РЕМИКСе как о конкретном продукте своего институте, причем в ряде высказываний он прямо противопоставляет его МОХу. Причем весьма некрасиво противопоставляет.
у МОХ свои плюсы минусы у РЕМИКС свои. Если вам что-то конкретно в интервью не нравится то и приводите именно это. Вы же в течении десятка комментариев пытались из МОХ сделать РЕМИКС не принимая во внимания задачи этих топлив- сокращения ОЯТ. Теоретически РЕМИКС должен делать это лучше и дешевле чем нынешний МОХ практически узнаем по результатам исследований.
Так я и привел. Но вначале уточнил не совсем понятный мне момент.
Кстати, я сейчас заглянул в литературку, вот о чем господин директор директор умолчал:
Ну и про проблемы с 236U вроде сказал. Как обычно, французские конкуренты совсем не по причине дурости или недостаточности в технологиях "в сторону РЕМИКС только смотрят".
Спасибо!
Ну разумеется, Радиевому институту много лет не нравится что ВНИИНМ им. Бочвара на коне по теме МОКС (правда после смерти своего директора уже может и не на коне). Вот они и двигают (причем года с 2011 где-то) РЕМИКС, как альтернативу. При этом РЕМИКС, при имеющихся плюсах не очень-то системно вписывается в политику ГК, поезд уже слегка ушел.
Насчет "необоснованного" - мы скорее видим селективную реальность, столь частую везде и повсеместно.
Спасибо, очень интересный материал.
На самом деле с технологией Радиевого института все не так радужно - для изготовления первых твэлов под рэо используется модельный состав, не совпадающий с составом ОЯТ ВВЭР-1000 высокого выгорания. Впрочем ОЯТ разного состава навалом, так что для ограниченного применения можно найти нишу и для Ремикса, вопрос в экономике и промышленной площадке для производства. Есть еще вопросы политического противостояния ВНИНМ-Радиевый институт. :)
Тем не менее, в данном случае лучше иметь возможность отказаться от использования ремикс-твс, чем не иметь возможности их применять.