Российский реактор БН-800 успешно испытал инновационное топливо с америцием и нептунием для выжигания самых опасных отходов
В России на реакторе на быстрых нейтронах БН-800 успешно прошли испытания инновационного ядерного топлива, предназначенного для выжигания наиболее опасных компонентов радиоактивных отходов. На Белоярской АЭС завершились три топливные кампании с экспериментальными тепловыделяющими сборками (ТВС), содержащими уран-плутониевое МОКС-топливо с добавлением америция-241 и нептуния-237. Эти три сборки были загружены в активную зону реактора летом 2024 года, а в настоящее время они находятся на выдержке в бассейне выдержки отработавшего топлива. По истечении периода охлаждения сборки направят на послереакторные исследования, чтобы оценить эффективность процесса трансмутации.
Данное испытание является частью масштабной исследовательской программы по дожиганию минорных актинидов, которая стартовала в 2021 году и рассчитана до 2035 года. Минорные актиниды, к которым относятся нептуний, америций и кюрий, представляют собой трансурановые элементы, образующиеся в ядерном топливе в ходе работы реактора. Хотя их доля в массе отработавшего топлива невелика, они вносят основной вклад в его радиоактивную токсичность и остаточное тепловыделение. Период полураспада этих изотопов достигает сотен тысяч лет, что определяет сложные условия для изоляции радиоактивных отходов от окружающей среды. В госкорпорации «Росатом» подчеркнули, что минорные актиниды характеризуются высокой радиоактивностью и токсичностью, а также наличием изотопов с длительными периодами полураспада, что делает их опаснейшими компонентами радиоактивных отходов.
В «Росатоме» заявили, что реакторы на быстрых нейтронах способны эффективно выжигать минорные актиниды, трансмутируя их в изотопы, которые либо стабильны, либо имеют короткие периоды полураспада. Целью этой технологии является сокращение объема радиоактивных отходов, требующих глубокого геологического захоронения. Устранение минорных актинидов позволит добиться того, что радиоактивность отходов станет эквивалентна радиоактивности исходного уранового сырья в сотни раз быстрее, чем при естественном распаде. Александр Угрюмов, старший вице-президент по научно-технической деятельности топливной компании ТВЭЛ, отметил, что выжигание минорных актинидов в промышленном реакторе — это не разовый эксперимент, а долгосрочная стратегия. Прежде чем масштабировать это решение до промышленного уровня, необходимо продемонстрировать саму технологическую осуществимость, доказать, что эта идея действительно работает.
В настоящее время главная задача — продемонстрировать технологическую осуществимость перед переходом к промышленному масштабированию. На будущих этапах программы предполагается увеличить концентрацию минорных актинидов в экспериментальном МОКС-топливе, а также добавить их в нитридное уран-плутониевое топливо. В ТВЭЛ также планируют испытать метод гетерогенного выжигания, при котором минорные актиниды размещаются в отдельных стержнях или сборках в определенных зонах реактора, а не смешиваются равномерно по всей топливной матрице. Юрий Носов, директор Белоярской АЭС, заявил, что послереакторные исследования позволят определить роль этой технологии в будущем топливном цикле. Энергоблоки четвертого поколения призваны повысить безопасность, используя отработавшее топливо в качестве ресурса вместо его хранения. По словам Носова, за примерно 60 лет работы такие установки смогут утилизировать около четырех тонн минорных актинидов, что больше, чем могут произвести несколько тепловых реакторов.
Реактор БН-800 — это реактор на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем электрической мощностью 820 МВт. Он был введен в промышленную эксплуатацию в 2016 году, а в сентябре 2022 года полностью переведен на загрузку МОКС-топливом, которое производится из плутония, выделенного из отработавшего топлива, и обедненного урана.