Рано сравнивать свинец с натрием

Ведущий российский специалист по быстрым реакторам, доктор технических наук, профессор, замгендиректора Физико-энергетического института Владимир Поплавский в интервью Ольге Ганжур рассказал об уникальных фактах из истории развития натриевых технологий и объяснил, почему его волнует судьба проекта БН-1200.

— Недавно я читала статью «Будущее быстрых реакторов», которую в 1962 году Лейпунский и Казачковский опубликовали в журнале «Атомная энергия». У обывателя складывается впечатление, что концепция быстрой энергетики сложилась уже тогда. Насколько далеко на самом деле наука шагнула за эти 50 лет? 

— Еще в 1949 году Александр Ильич Лейпунский подал в правительство докладную записку, в которой были изложены возможности быстрой технологии с точки зрения воспроизводства ядерного топлива, которые впоследствии легли в основу концепции быстрых реакторов. Эта концепция во многом актуальна и сейчас, и не только в России. 

К 1962 году был получен определенный опыт в области натриевых технологий и быстрых реакторов в целом. Экспериментальный реактор БР-5 оставался основным источником сведений по быстрой тематике в Советском Союзе. Стратегия развития атомной энергетики с использованием быстрых реакторов была одобрена правительством и поддерживалась Министерством среднего машиностроения, надо было думать о дальнейшем развитии. Была поставлена задача: перейти от экспериментального реактора, каким являлся БР-5, к демонстрационному, который обладал бы всеми функциями энергетической установки, и прежде всего большой мощностью. 

Таким образом, к 1962 году ученые экспериментально доказали, что на быстром реакторе действительно можно реализовать коэффициент воспроизводства топлива больше единицы — это главное фундаментальное свойство быстрого реактора. Но технического подтверждения возможности создания АЭС с быстрым реактором к тому моменту не было. Мы понимали физические, теплогидравлические, инженерные основы технологии, но на экспериментальном уровне. Первый опыт мы получили только в начале 1970-х годов на реакторе БН-350. И этот опыт был чрезвычайно важен, поскольку показал как положительные, так и отрицательные аспекты технологии. 

— Что это означает? 

— Мы многого тогда не знали, но в то же время не могли одновременно развивать два направления: реакторное и топливное. Поэтому было принято решение отложить решение топливных проблем и сконцентрироваться на создании реактора; освоение смешанного уран-плутониевого топлива, характерного для быстрого реактора, было отложено на какое-то время. Пуск БН-350 и первый опыт эксплуатации показали, что материалы активной зоны подвержены радиационному формоизменению и это необходимо учитывать в ее конструкции. 
 

Александр Ильич Лейпунский с учениками

Мы применили парогенератор с одностенным разделением натриевого теплоносителя и воды. Натрий ведет себя чрезвычайно благородно по отношению к конструкционному материалу, но в то же время химически активен по отношению к кислороду воздуха и воде. 

Мы опасались образования течей, и не напрасно. Причиной были не столько конструктивные недоработки, сколько низкое качество парогенератора. Такое оборудование производили впервые, и тех методов неразрушающего контроля, которыми мы владеем сейчас, тогда не было. Увидев последствия реакции натрия с водой, мы сделали важный вывод: парогенераторы требуют особого внимания с точки зрения своевременного определения течи воды в натрии, нужно защищать парогенератор специальной системой. В целом БН-350, несмотря на все трудности его освоения, оказался очень важным с точки зрения обоснования БН-600. 

Пуск БН-600 состоялся на пять лет позже запланированного срока — за это время мы устранили все недостатки, которые проявились в этой технологии на БН-350. Мы практически переработали два основных элемента атомной станции: активную зону и парогенератор. БН-600 работает уже 36 лет, и хорошо работает, в то время как практически все остальные быстрые энергетические реакторы в мире остановлены, причем по разным причинам — как техническим (выработка ресурса), так и политическим. 

Конечно, есть определенные недостатки и у БН-600, но именно благодаря этому мы к 2000 году изучили практически весь спектр аварийных ситуаций, возможных на быстрых реакторах, и научились ремонтировать все системы. Поэтому в 2000 году, после 20 лет успешной эксплуатации БН-600, мы смело заявили, что быстрый реактор с натриевым теплоносителем обоснован с точки зрения безопасности и работоспособности. А вот конкурентоспособность, экономика… На нее сначала не очень обращали внимание. Сейчас перед нами встала задача: не снижая уровня безопасности и даже повышая его, добиться конкурентоспособных технико-экономических характеристик АЭС с быстрым реактором.

Реактор БН-600

— Почему после БН-600 стали строить БН-800? Зачем он понадобился? 

— История этого проекта очень непростая — она связана с определенными макроэкономическими и политическими процессами, которые происходили в стране, когда БН-800 разрабатывался и сооружался. 

Быстрый реактор многофункционален. Это практически технология двойного назначения. В середине 1970-х годов было принято решение о проектировании быстрого натриевого реактора для специальных целей (проект БНК). Однако дальнейшее развитие событий в отрасли показало отсутствие необходимости в подобной специальной установке. Решением Минсредмаша (и лично Ефима Павловича Славского) проект был перепрофилирован; новой целью стало создание быстрого энергетического реактора с улучшенными (по отношению к БН-600) характеристиками — БН-800. Он использует много технических решений, которые применялись в БН-600, но есть и немаловажные отличия. 

Показатель удельной металлоемкости реакторной установки на 30 % лучше, чем в БН-600. С точки зрения решений по безопасности он также существенно отличается от БН-600. Мы впервые применили пассивные органы воздействия на реактивность, ввели дополнительные устройства, повышающие безопасность. 
 

— Начали проектировать в 1970-х — построили лишь недавно. Почему? 

— БН-800 должны были пустить вскоре после БН-600. В 1983 году вышло постановление ЦК КПСС и Совета министров о сооружении четырех блоков БН-800: трех на Южно-Уральской и одного на Белоярской станции. На Южно-Уральской станции уже был выкопан котлован под первый блок, была создана вся вспомогательная инфраструктура. Начались работы и на Белоярской станции. Но в начале 1990-х все эти работы были прекращены, и до 2005 года шли только разговоры. 

Мы понимали, что БН-600 работает хорошо, но у конструкторов и ученых есть потенциал, который в полной мере не используется. Если не решать новых задач, то мы потеряем технологию полностью. Мы говорили, что БН-800 — это как раз очень хороший инструмент, чтобы подготовить почву для замыкания ядерного топливного цикла атомной энергетики. 

К сожалению, потенциала Минатома оказалось недостаточно для возобновления строительства БН-800. И мы вынуждены были обратиться за поддержкой в Государственную думу, в комитет по энергетике, транспорту и связи. В это время как раз шла подготовка Федеральной целевой программы развития атомного энергопромышленного комплекса. Было решено, что государство обеспечит существенное софинансирование строительства каждого энергоблока из бюджета. Что касается сооружения БН-800, то нам удалось доказать: его необходимо строить полностью за счет бюджетных средств. 

К сожалению, опыт БН-800 показал, как не нужно сооружать атомную электростанцию. Из-за задержки строительства мы потеряли очень многое. Промышленная база, которую мы создали для сооружения БН-600, была потеряна, кадровый потенциал — существенно снижен. Поэтому многие вопросы пришлось решать заново. Представляете, что значит на Белоярской площадке заново создать строительную базу? Заводы — изготовители оборудования потеряли производственные технологии. 

Например, натриевый теплоноситель ранее использовали собственный: для БН-350 получали натрий в Чирчике, для БН-600 — в Березняках на Урале. Когда готовились строить БН-800 в 1990-е годы, специальная установка для получения натрия реакторной чистоты была сооружена в Усолье-Сибирском под Иркутском. Производители долго ждали, когда же натрий нам потребуется, а мы все время говорили: «Вот завтра, завтра, завтра». Они не выдержали и закрыли производство. Кто сейчас, в условиях рыночной экономики, будет содержать производственный агрегат, если он не требуется никому? В итоге натрий мы получили из Франции. 

К счастью, сейчас все проблемы решены, пусть и дорогой ценой. Успешную реализацию проекта БН-800, разработка, обоснование, сооружение которого осуществлялись с большими сложностями, в условиях социально-экономического переустройства страны, можно считать настоящим трудовым подвигом ученых, проектировщиков, конструкторов, строителей, монтажников и эксплуатационного персонала.

Реакторный зал БН-800

— Несмотря на большую задержку с сооружением, реактор сегодня будет востребован? 

— Реактору БН-800 предстоит долгая и насыщенная жизнь. В частности, необходимо отработать технологию использования смешанного уран-плутониевого топлива на опытно-промышленном уровне, отработать технологии обращения с ОЯТ и РАО. Однако это только прелюдия к достижению конечной цели — переводу атомной энергетики страны на замкнутый топливный цикл. 

В перспективе атомная энергетика России должна представлять собой двухкомпонентную структуру, состоящую из тепловых и быстрых реакторов. 

При этом реакторные установки должны играть системообразующую роль по отношению к другим компонентам топливного цикла и обладать приемлемыми технико-экономическими характеристиками. 

Однако если реакторы на тепловых нейтронах вышли на коммерческий уровень (проекты ВВЭР-1000, ВВЭР-1200, ВВЭР-ТОИ), то быстрые реакторы с натриевым охлаждением подобного уровня еще не достигли. 

В связи с этим возникла задача разработки проекта быстрого натриевого реактора, который бы имел улучшенные по отношению к БН-600 и БН-800 технико-экономические параметры. 

В марте 2001 года, в условиях практически полного отсутствия работ по тематике быстрых натриевых реакторов, по инициативе руководства ФЭИ этот вопрос был рассмотрен на заседании НТС № 1 Минатома, и было принято решение о начале НИОКР по разработке проекта быстрого натриевого реактора большой мощности, который должен обладать коммерческими характеристиками. 

На первом этапе научный руководитель (ФЭИ), главный конструктор (ОКБМ) и генеральный проектировщик (СПбАЭП) совместно разработали технические предложения по энергоблоку с реактором БН-1800. Дальнейшая оптимизация параметров энергоблока привела к решению о целесообразности снижения его электрической мощности до 1200 МВт. 

В основу проекта БН-1200 заложены проектно-конструкторские и схемно-компоновочные решения, принципиально отличающиеся по некоторым позициям от проектов БН-600 и БН-800. Это в первую очередь касается систем безопасности (использование пассивных устройств воздействия на реактивность активной зоны и аварийного теплоотвода), активной зоны реактора, транспортно-технологической схемы, парогенератора. 

Совокупность принятых инженерно-технических решений позволила уменьшить почти в 2,5 раза удельную материалоемкость реакторной установки по сравнению, например, с проектом БН-600. В целом по капитальным затратам проект БН-1200 существенно приблизился к проекту ВВЭР-ТОИ.

— Скоро решится судьба проекта БН-1200: строить или не строить. Насколько мне известно, в прошлом году на НТС Росатома перед учеными и проектантами поставили задачу дальнейшего улучшения технико-экономических параметров проекта. Удалось ее решить? 

— Действительно, на НТС была серьезная экспертиза, которая показала, что есть еще резервы для улучшения технико-экономических характеристик. Мы разработали план действий, к концу года предложим ряд новых технических решений. Но, к сожалению, я не уверен, что они существенно повлияют на решение о строительстве блока с реактором БН-1200. Все это уже сейчас начинает напоминать историю с БН-800. 

— Чем вызваны ваши опасения? Думаете, не примут новую ФЦП по перспективным ядерным технологиям? 

— Новая ФЦП, может быть, и будет, но ведь есть риск, что проект БН-1200, как в свое время БН-800, будет отложен «в долгий ящик». Проекту БН-1200 сейчас противопоставляется проект БР-1200 — свинцовый реактор. Многие считают, что нужно бросить все силы и средства на его разработку, потому что по некоторым характеристикам он должен превзойти натриевый реактор. Но я 55 лет занимаюсь быстрой тематикой и понимаю, что освоение технологии такого масштаба — это очень сложный и долговременный процесс. Конечно, сейчас нужно построить БРЕСТ-ОД-300. Но надо понимать, что он лишь покажет, насколько данная технология работоспособна и оправданны ли те надежды, которые на нее возлагаются. Ведь в мире нет ни одного свинцового реактора, нет даже крупномасштабного стенда. 

Если мы сейчас все бросим на «свинцовую» технологию, ничего не делая по натрию, мы можем оказаться в будущем в очень неприятной ситуации. Обратимся к опыту Франции. Они закрыли в конце прошлого века натриевый реактор Superphoenix — по политическим причинам. Ученые сказали: «Хорошо, не даете натрием заниматься — будем заниматься газом». И стали в начале 2000-х годов проектировать гелиоохлаждаемый быстрый реактор. Они уже 10 лет назад должны были запустить опытный реактор мощностью 12 МВт, но ничего же не получилось. Французы вынуждены опять вернуться к натрию: реактор ASTRID сейчас разрабатывают, мощностью 600 МВт. 

Возвращаясь к России: я считаю, надо построить головной образец БН-1200 и попытаться доказать, что те новые технические решения, которые мы применили, оправданны с точки зрения безопасности и экономики. А параллельно постепенно осваивать технологию быстрого свинцового реактора. Если все получится так, как предполагают разработчики, — ну и прекрасно, тогда свинцовые реакторы естественным образом заменят натриевые. Но надо понимать, что будет это еще очень и очень нескоро. 

Я рассказывал про БН-350, как мы на нем «прокололись», грубо говоря, сколько проблем было. БРЕСТ-300 — это примерно то же самое. С ним придется очень много возиться. 
 

— Возвращаясь к началу разговора: выходит, свинец сейчас на уровне 1962 года по отношению к натрию? 

— Нет, с точки зрения реакторного опыта даже не 1962-го, потому что у нас до БН-350 были БР-5, БР-10, мы создавали БОР-60, экспериментальный реактор повышенной мощности. Когда только появилась идея свинцового реактора, я и мои коллеги предложили: давайте построим БРЕСТ-15 или БРЕСТ-30. Сразу строить БРЕСТ-300 очень дорого и технически рискованно. Мы бы уже сейчас этот реактор имели и первые в мире занимались бы реальным освоением новой технологии. Однако к этим предложениям не прислушались. 

Я выражаю свою точку зрения, с ней можно не соглашаться. Но нужно реальнее смотреть на вещи. Нельзя гипотетический проект БРЕСТ-1200 сравнивать по экономике с проектом БН-1200 и на основании этого сравнения принимать важные стратегические решения. Я не хочу сказать, что у нас по БН-1200 все ясно. Но у нас есть технологическая основа, мы доказали, что технология работает. Важны нюансы, которые могут ее улучшать. 

— Сейчас в стране избыток энергетических мощностей, острой необходимости в сооружении новых блоков нет. Может быть, это не самый удачный момент для сооружения головного коммерческого блока БН-1200? 

— Но мы же планируем создавать замещающие блоки в Нововоронеже, в Сосновом Бору, в Курчатове. Почему бы вместо одного нового теплового блока не построить новый быстрый? 

Сейчас как раз очень удачный момент для строительства БН-1200 в качестве пятого энергоблока БАЭС. На Белоярской АЭС есть вся необходимая инфраструктура и строительно-монтажная база. Заводы вновь освоили производство оборудования для быстрых натриевых реакторов. Любой перерыв в разработке и сооружении опять приведет к потере кадров, к утрате компетенций. Нельзя допустить, чтобы повторилась история с БН-800. В условиях усиливающейся конкуренции на мировом ядерном рынке нельзя терять уникальный опыт освоения перспективной реакторной технологии и снижать темпы ее развития.