«Росатом» расширил программу испытаний МОКС-топлива для реакторов ВВЭР

В Государственном научном центре – Научно-исследовательском институте атомных реакторов в Димитровграде (АО «ГНЦ НИИАР», предприятие Научного дивизиона «Росатома») успешно завершился второй цикл реакторных испытаний тепловыделяющих элементов (твэлов) с МОКС-топливом и начался третий цикл. Параллельно на Сибирском химическом комбинате в Северске (АО «СХК», предприятие Топливного дивизиона «Росатома») изготовлена партия твэлов с МОКС-топливом и поставлена в обнинский Физико-энергетический институт им. А.И. Лейпунского (АО «ГНЦ РФ – ФЭИ» для испытаний с целью обоснования активной зоны перспективного реактора ВВЭР-С.

Испытания в АО «ГНЦ НИИАР» проводятся в исследовательском реакторе МИР.М1. Достигнут целевой уровень выгорания ядерного топлива для данного этапа. Все твэлы сохранили герметичность. Программа испытаний рассчитана на шесть циклов, поведение твэлов исследуется при номинальных параметрах работы, а также в режимах нарушения нормальной эксплуатации и проектных аварий. В Обнинске твэлы с МОКС-топливом пройдут комплекс нейтронно-физических экспериментов на критическом стенде БФС-1, Ростехнадзор выдал лицензию на проведение испытаний АО «ГНЦ РФ – ФЭИ».

По итогам исследований ученые «Росатома» намерены обосновать эффективность и безопасность эксплуатации МОКС-топлива в реакторах типа ВВЭР (включая будущие перспективные установки), составляющих основу атомной энергетики в России и широко эксплуатирующихся за рубежом на АЭС российского дизайна.

Это станет еще одним шагом российской атомной отрасли в замыкании ядерного топливного цикла. В настоящее время в России производится МОКС-топливо только для реакторов на быстрых нейтронах, на таком топливе работает самый мощный в мире «быстрый» реактор БН-800 на энергоблоке № 4 Белоярской АЭС. Для реакторных установок ВВЭР (легководные реакторы на тепловых нейтронах, западный аналог – PWR) учеными «Росатома» было разработано уран-плутониевое РЕМИКС-топливо, которое успешно прошло полный цикл эксплуатации в виде опытных твэлов ВВЭР-1000, а сейчас эксплуатируется на Балаковской АЭС в составе полноценных РЕМИКС-ТВС.

Внедрение МОКС-топлива в реакторах ВВЭР открывает новые возможности. Содержание плутония – в несколько раз выше по сравнению с РЕМИКС-топливом, а кроме того, оно содержит не обогащенный, а обедненный уран. В перспективе это даст возможность, оптимизировать экономику фабрикации топлива, более гибко использовать регенерированные ядерные материалы, а также использовать накопленные в отрасли запасы обедненного урана. По расчетам специалистов «Росатома», если тепловыделяющую сборку ВВЭР на 25 % укомплектовать твэлами на базе МОКС-топлива, а на остальные 75 % – стандартными твэлами с обогащенным ураном (в том числе – регенерированным), то по содержанию плутония это будет эквивалентно РЕМИКС-ТВС, полностью состоящей из твэлов на базе уран-плутониевого топлива. Рабочее название для подобной гибридной ТВС со смешанным типом топлива – гетерогенный РЕМИКС.

При этом перспективная установка ВВЭР-С со спектральным регулированием должна стать первым в мире легководным реактором, который сможет работать с полной загрузкой активной зоны МОКС-топливом. В результате он сэкономит порядка 50 % природного урана. На жизненном цикле АЭС в условиях высоких цен на природный уран экономия будет эквивалентна капитальным затратам на новый энергоблок.

«Обоснование МОКС-топлива для ВВЭР решает две ключевые задачи. Первая – это повышение экономической эффективности замыкания топливного цикла. В мире известна практика использования МОКС-топлива в легководных реакторах с загрузкой до трети активной зоны, но эти полномасштабные МОКС-ТВС, в отличие от облученного РЕМИКС-топлива, нельзя перерабатывать после эксплуатации для производства аналогичного топлива. Однако гибридные ТВС с МОКС-твэлами (так называемый «гетерогенный РЕМИКС») можно будет неоднократно рециклировать. Вторая задача связана с полной загрузкой МОКС-топливом реакторов ВВЭР-С. Топливо из облученных МОКС-ТВС предполагается «дожигать» в реакторах на быстрых нейтронах, «облагораживая» их изотопный состав для дальнейшего вовлечения в цикл с ВВЭР-С», – прокомментировал старший вице-президент по научно-технической деятельности АО «ТВЭЛ» Александр Угрюмов.

Российская стратегия развития атомной отрасли на десятилетия вперед – создание двухкомпонентной атомной энергетики с реакторами на тепловых и быстрых нейтронах, а также внедрение технологий замыкания ядерного топливного цикла, основанных на фабрикации свежего уран-плутониевого топлива из отработавшего топлива. При этом по мере более широкого распространения «быстрых» реакторов предполагается достигнуть баланса в «циркулировании» ядерных топливных материалов между установками, работающими на быстрых и тепловых нейтронах. Это позволит многократно расширить ресурсную базу атомной энергетики, перерабатывать облученное топливо вместо хранения, а также значительно сократить объемы образования ядерных отходов, одновременно поддерживая экономическую эффективность и конкурентоспособность атомной генерации.