tnenergy: США начинает новую программу быстрых реакторов?

Верх активной зоны реактора FFTF перед заполнением натрием и пуском в 1978 году.

Надо заметить, что умение менеджеров в США быстро закрывать направления, которые перестают казаться перспективными, и не обещают отдачи в ближайшие 5-10 лет, обычно благоприятное для бизнеса, здесь сыграло двоякую роль. Сегодня исследовательские быстрые реакторы, доступные для проверки новых идей - абсолютный эксклюзив, в мире функционирует ровно 1 (одна) такая установка - БОР-60 в институте НИИАР. У кого же не получается попасть в места в активно зоне этого реактора вынуждены довольствоваться либо маломасштабными экспериментами в кольцевых твэлах исследовательских реакторов с тепловым спектром нейтронов, либо строить национальные установки, как сделали в Индии, Японии и Китае (впрочем, Китай пока только в начале пути, с мучительным освоением первого быстрого реактора).

В итоге именно вокруг БОР-60 и его наследника МБИР собираются команды, занимающиеся реальной разработкой быстрых реакторов - будь то американские инженеры из TerraPower, финансируемые Биллом Гейтсом или южнокорейские разработчики из KAERI, а так же лишенные на сегодня своего быстрого реактора опытнейшие французы из Areva (теперь Orano). Возможность общения, наблюдения за методиками и частично - топливом ведущих специалистов в такой хайтечной сфере как технологии быстрых реакторов стоит многого. И, кажется, это понимают и американцы, форсируя развитие своего центра притяжения.

Молчаливая презентация МБИР

Пока точно неизвестно, какой из проектов национальных атомных лабораторий США будет двинут вперед, но вот известный американский атомный эксперт Эд Лайман считает, что это реактор FASTER, концептуальную проработку которого сделала Аргонская национальная лаборатория.

FASTER - это быстрый реактор тепловой мощностью 300 мегаватт (в 2 раза больше, чем МБИР), охлаждаемый натрием и с несколькими интересными фишками. Во-первых, здесь планируется использовать металлическое топливо, т.е. сплав из урана, плутония и циркония - никакого кислорода, никакого азота в активной зоне. Это топливо обладает двумя важными плюсами - оно очень теплопроводно, что позволяет создавать активные зоны колоссальногой энергонапряженности (и забегая вперед - в FASTER именно такая АЗ) и имеет максимальную концентрацию атомов делящегося вещества из всех вариантов топливных композиций. Что в свою очередь облегчает создание потоков нейтронов высокой мощности. В частности, в FASTER планируются потоки до ~5*10^15 н*c/см^2 - такие же, как в МБИР, в котором концентрация плутония в топливе будет в два раза выше, и чуть ниже, чем в более мощной FFTF.

Активная зона реактора шагает от топлива - очень высокое объемное энерговыделение доходящее до 900 мегаватт на кубометр (для сравнения - у ВВЭР ~100 мегаватт, а у БН-600 - 400), высокий подогрев натрия при проходе через АЗ (155 С). Предполагается наличие 3 петлевых ячеек (т.е. там можно организовать петлю с другим теплоносителем - водой, жидким свинцом, газом, расплавом соли и т.п.) и 36 позиций для тестовых сборок и облучательных устройств. Одной из фишек реактора вляется наличие зоны с замедлителем и тепловым спектром, что позволяет исследовать и облучать и образцы, которым нужен тепловой спектр, хотя здесь у реактора будет множество конкурентов.



За пределами активной зоны планируется практически стандартное решение: бассеновое размещение теплообменников 1-2 контура и ГЦН 1 контура, разве что одинарная поворотная пробка и внутренняя перегрузочная машина-манипулятор - нестандартное решение (что-то похожее можно увидеть на реакторе MYRRHA). Второй контур - натриевый, отводит тепло на турбогенератор с мощностью около 120 МВт (кпд 40% - примерно стандарный для натриевых реакторов с такой температурой теплоносителя на выходе).


Разрез корпуса реактора.

Стоимость строительства оценивается в 2,8 млрд долларов (и 13 лет на реализацию, включая НИОКР) разработчиками, Сенат в своем законе указывает гораздо более оптимистичные цифры - 2 млрд и 7 лет. Содержание реактора оценивается в 170 млн долларов в год, при этом производство электроэнергии может приносить 100 млн.

Однако, даже не касаясь переменчивости политической коньюктуры, и вполне вероятного закрытия проекта демократической администрацией, которая наверняка рано или поздно придет к власти в США, встает вопрос - кто может быть потребителем услуг такой немаленькой установки? Да, в 5 раз меньший БОР-60 загружен полностью и выкуплен до конца срока службы, однако МБИР, скажем, все таки не набрал пока достаточного количества твердых клиентов, что бы полностью загрузить комплекс (и оплатить производство оборудования, которое бюджет РФ не финансирует). Надо вспомнить, что большими программами быстрых реакторов сегодня занимаются только в рамках национальных стратегий (России, Индии, Китая и с некоторыми оговорками Европы, Японии и Южной Кореи), но не занимается бизнес - т.е. компании типа Areva (т.е. Orano), Westinghouse, GE Hitachi, хотя у последней, например, есть проект быстрого реактора PRISM.

Есть и еще один момент. Как я показал не так давно, быстрые реакторы очень хорошо совместимы экономически с переработкой ОЯТ, и плохо - с открытым циклом. А запрет на переработку ОЯТ по всему миру - краеугольный камень политики США, которую она продвигает уже не первое десятилетие.


На момент строительства FFTF в середине 70х (на фото), будущее быстрых реакторов в США еще виделось в гораздо более позитивном ключе.

Масштабные национальные программы России, Индии и Китая, понятно, не станут клиентами нового американского БР. Бизнес, в основном, тоже не станет в силу плохой совместимости развития быстрых реакторов и политики США, хотя, скажем TerraPower вполне могла бы занять несколько ячеек в активной зоне предлагаемой установки. Какое же будущее ее ждет?