Россия на пороге создания нового реактора на быстрых нейтронах

В промышленной зоне расположенного в городе Димитровграде Ульяновской области атомного «Государственного научного центра «НИИАР» Росатом строит Многоцелевой быстрый исследовательский реактор (МБИР). Эта установка станет самым крупным не только в России, но и во всем мире специализированным ядерным реактором для проведения научных исследований. На базе МБИР создается Международный центр исследований (МЦИ), к участию в котором Россия приглашает всех желающих. Переговоры о партнерстве в рамках МЦИ уже прошли с Францией, ЮАР, Южной Кореей, Индией, Казахстаном, Беларусью и рядом других стран, где традиционно уделяют особое внимание развитию ядерных технологий.

Стоит напомнить, что подавляющее большинство материаловедческих исследовательских реакторов в мире введено в строй более 40 лет назад, то есть парк исследовательских реакторов сильно устарел. Международное научное сообщество начинает испытывать дефицит в современных крупных исследовательских реакторах, которые необходимы для развития технологий «Generation 4», а также продления сроков действующих реакторов АЭС и повышения их эффективности. К 2020-2025 гг. мировая экспериментальная база во многом себя исчерпает, поскольку многие исследовательские реакторы выработают свой ресурс или не будут обладать необходимыми научными возможностями.

Строительная площадка Многоцелевого быстрого исследовательского реактора (МБИР). Димитровград, Ульяновская область.

В России создание нового Многоцелевого быстрого исследовательского реактора (МБИР) ведется в рамках утвержденной правительством Федеральной целевой программы «Ядерные энерготехнологии нового поколения на период 2010-2015 годов и на перспективу до 2020 года».

Суть программы заключается в формировании новой технологической платформы ядерной энергетики, в основе которой переход на замкнутый ядерный топливный цикл с реакторами, работающими на быстрых нейтронах.

Быстрые реакторы, или реакторы на быстрых нейтронах - это реакторы с жидкометаллическим (натрий, свинец, сплав свинца и висмута) теплоносителем. Именно быстрые реакторы, в которых есть избыток нейтронов, позволяют одновременно гарантировать исключение тяжелых аварий на АЭС, и окончательное решить проблемы отработавшего топлива (ОЯТ) путем сжигания минорных актинидов.

Основное предназначение МБИРа – в проведении массовых реакторных испытаний инновационных материалов и макетов элементов активных зон для ядерно-энергетических систем «Generation 4» (или Поколения 4), включая реакторы на быстрых нейтронах с замыканием топливного цикла и тепловые реакторы малой и средней мощности.

Сегодня в России успешно работает исследовательский реактор на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем БОР 60, однако его возраст уже перевалил за 45 лет. Принципиальное отличие реактора МБИР от установки БОР 60 заключается в том, что первый проектируется и строится как исследовательская установка.

Дизайном МБИР предусмотрено наличие трех независимых петель, которые могут использоваться для испытания различных теплоносителей (газ, свинец, раствор солей) и, соответственно, проведения материаловедческих исследований в данных средах. Также МБИР практически в три раза больше БОР 60, что позволит увеличить количество экспериментов. Срок ввода МБИРа в эксплуатацию в соответствии с федеральной программой – 2019 г.

Мировая тенденция развития быстрых исследовательских реакторов показывает, что к 2025 г. МБИР можем стать единственной подобной установкой в мире.

Тепловая мощность реактора МБИР составит 150 МВт (электрическая – 55 МВт). Максимальная плотность потока нейтронов  5.3·1015 н/(см2·с) – по этому параметру МБИР будет одним из самых мощных исследовательских реакторов в мире. Максимальная скорость образования смещения на атом в канале – превышает 34 сна/год. Предусматривается, что новая исследовательская ядерная установка будет иметь несколько независимых петель с автономным охлаждением, набор инструментованных ячеек в активной зоне, а также большое количество ячеек для размещения материаловедческих сборок.

Технические характеристики МБИРа позволят решать широкий спектр задач, в том числе в области экспериментального обеспечения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию инновационных ядерно-энергетических установок нового поколения. Реактор позволит осуществлять отработку технологий замыкания топливного цикла и утилизации радиоактивных отходов, проводить комплексные исследования по радиационному материаловедению, включая создание новых конструкционных, топливных и поглощающих материалов, а также осуществлять комплексные экспериментальные работы с использованием нейтронного и других видов реакторных излучений для фундаментальных исследований.

Макет обустройства Многоцелевого быстрого исследовательского реактора (МБИР).

Мощность для исследовательского реактора не важна, но она прямо связана с нейтронным потоком, который и является главным инструментом исследований. А поток влияет на сроки набора дозы облучения – возможность провести эксперименты с облучением за три года вместо 10 лет безусловно важна для исследователей, и это и является главным преимуществом высокопоточного реактора, так же, как и возможность проведения экспериментов в более широком диапазоне температур.

На основе МБИРа создается самая современная исследовательская площадка не только для России, но фактически для всего мира. Росатом неоднократно заявлял, что открыт для взаимовыгодного сотрудничества в данном проекте со всеми заинтересованными сторонами, поэтому и возникла идея сформировать на базе МБИРа Международный центр исследований. Росатом предложил зарубежным партнерам уникальную возможность – принять участие в создании исследовательской инфраструктуры, которая нацелена на решение актуальных научных задач в обоснование инновационных реакторных концепций и будет отвечать всем передовым требованиям.

Универсальная исследовательская установка с высоким нейтронным потоком не может быть реализована в малом масштабе или на модульной основе, таким образом, высокая стоимость – неизбежный фактор. Данный факт приводит к идее, продвигаемой МАГАТЭ, а именно к региональным «центрам коллективного пользования», в рамках которых один реактор может обслуживать потребности многих стран.

Участвуя в проекте, международные партнеры смогут получить доступ к уникальному инструменту, которого нет больше нигде в мире, и при этом минимизировать и оптимизировать свои расходы.

Текущий год стал отправной точкой для проведения работ по созданию МЦИ. Росатом уже подписал два международных меморандума о сотрудничестве и планирует до конца года подписать еще несколько. Таким образом, будет сформирован круг ключевых участников, которые смогут активно влиять на развитие проекта и условия участия в нем.

В 2016 г. также может быть сформирован Консультативный совет, который начнет прорабатывать вопросы, связанные с научной программой МБИР. В 2017 г. можно ждать договоренностей между Росатомом и иностранными партнерами по ключевым вопросам участия, начнется процесс регистрации Международного центра исследований в качестве юридического лица. Важный момент – Российская Федерация оставляет за собой 40% в МБИР, что превышает все текущие потребности и покрывает прогнозируемые. В общем, можно с уверенностью сказать, что на МБИРе места хватит всем.

Андрей Ретингер, журналист-международник