Попытка США догнать Россию по программе «быстрых» реакторов?

Как долго США будут сидеть на нефтяной игле? Наверное, это будет достаточно долго. Рост энергопотребления промышленности и населения – это объективная закономерность, от которой никуда не деться. Солнечная ветровая генерация – этот блеф скоро закончится, т.к. дополнительные издержки на реализацию указанных программ финансируются из государственного бюджета. Углем и дровами топить тоже не очень выгодно. Тема сланцевого газа – это тоже нерентабельный в настоящее время проект.

Что остается – ядерная энергетика и нефть. Запасы месторождений урана стремительно сокращаются, поэтому несколько слов об американской программе строительства АЭС на быстрых нейтронах.

Сенат США в 2018 году утвердил финансирование на концептуальную проработку нового исследовательского быстрого реактора, который пока называет просто "versatile reactor-based fast neutron source" т.е. "универсальный источник быстрых нейтронов на базе реактора". Напомню, что последний (исследовательский) быстрый реактор в США Fast Flux Test Facility был остановлен в 1993 году в силу произошедшей к этому моменту полной потери государством и бизнесом интереса к быстрым реакторам.

Сегодня в мире функционирует всего один исследовательский реактор на быстрых нейтронах – это российский реактор - БОР-60 в институте НИИАР. Индия и Китай пока только в начале пути, мучительного освоения первого быстрого реактора.

Вокруг российского ядерного реактора на быстрых нейтронах БОР-60 и его наследника – российского МБИР в г.Димитровград (АО «ГНЦ НИИАР»), многоцелевого научно-исследовательского реактора четвёртого поколения, 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 компании Areva (теперь Orano).

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

FASTER - это быстрый реактор тепловой мощностью 300 мегаватт (в 2 раза больше, чем МБИР), охлаждаемый натрием и с несколькими интересными особенностями. Во-первых, здесь планируется использовать металлическое топливо, то есть 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 колоссальной энергонапряженности (и, забегая вперед - FASTER именно такая АЭС) 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 предполагает очень высокое объемное энерговыделение доходящее до 900 мегаватт на кубометр (для сравнения - у современных АЭС, типа ВВЭР ~100 мегаватт, а у белоярского реактора на быстрых нейтронах в Свердловской области – 600 400), предполагает высокий подогрев натрия при проходе через активную зону - АЗ (155 градусов Цельсия). Предполагается наличие для охлаждения реактора 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 облучаемых устройств.

Одной из особенностей реактора является наличие зоны с замедлителем и зоны с 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: бассейновое размещение теплообменников 1-2 контура и ГЦН 1 контура. Не стандартным решением является, разве что одинарная поворотная пробка и внутренняя перегрузочная машина-манипулятор (что-то похожее можно увидеть на реакторе MYRRHA).

Второй контур - натриевый, отводит тепло на турбогенератор с мощностью около 120 МВт (кпд 40% - примерно стандартный для натриевых реакторов с такой температурой теплоносителя на выходе).

Разрез корпуса нового реактора США на быстрых нейтронах.

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

Следует понимать, что переход от опытного реактора определенного типа к промышленному реактору требует его опытной эксплуатации не менее 10 лет. Поэтому от строительства опытного реактора до запуска промышленного реактора в США, с учетом времени их строительства, пройдет порядка 30 лет. Это срок отставания США от России в технологии строительства и эксплуатации реакторов на быстрых нейтронах.

Смогут ли просуществовать США столько времени? Никто точно не знает. Кроме того, даже не касаясь переменчивости политической конъюктуры, и вполне вероятного закрытия проекта фракцией демократической партии в Конгрессе 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. Реактор МБИР, скажем, все-таки не набрал пока достаточного количества клиентов, что бы полностью загрузить комплекс (и оплатить производство оборудования, которое бюджет РФ не финансирует).

Следует вспомнить, что большими программами быстрых реакторов в рамках государственных национальных стратегий сегодня занимаются только Россия, Индия, Китай, с некоторыми оговорками: Европа, Япония и Южная Корея), но не занимается частный бизнес - т.е. компании типа Areva (т.е. Orano), Westinghouse, GE Hitachi, хотя у последней, например, есть проект быстрого реактора PRISM.

Как известно, быстрые реакторы очень хорошо экономически совместимы 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.

https://aftershock.news/?q=node/619474