Ученые представили результаты по созданию равновесных активных зон реакторов на быстрых нейтронах в рамках проекта «Прорыв»

Участники проекта «Прорыв» представили ряд важных результатов по созданию так называемых равновесных активных зон реакторов на быстрых нейтронах (РБН) нового поколения в условиях замкнутого ядерного топливного цикла (ЗЯТЦ) на семинаре, который прошел в Частном учреждении «ИТЦП «ПРОРЫВ» под руководством научного руководителя НИОКР проектного направления «Прорыв» Валерием Рачковым. В работе семинара также приняли участие АО «НИКИЭТ», АО «ГНЦ РФ-ФЭИ», АО «ОКБМ Африкантов», ИБРАЭ РАН, ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. академ. Е.И. Забабахина.

Идея создания таких активных зон, обладающих новыми свойствами по безопасности, исключающими в принципе ядерные аварии на мгновенных нейтронах даже в случае отказа систем безопасности, была предложена Виктором Орловым. Однако для практического внедрения идеи необходимо было решить ряд технических проблем, которые, по мнению некоторых специалистов, могли бы поставить вопрос о технической реализуемости равновесных состояний активных зон. В частности, предполагалось, что переходной режим в такое состояние займет большую часть времени жизни реакторной установки, а требования к изотопному составу топлива и необходимость тщательного отбора плутония поставят вопрос о наличии серьезных топливных ограничений.

На семинаре был представлен новый расчетный инструмент РТМ-2, созданный совместными усилиями Частного учреждения «ИТЦП «ПРОРЫВ» и ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. академика Е.И. Забабахина», впервые позволяющий совместно моделировать и работу ядерного реактора, и технологических переделов ядерного топливного цикла на протяжении полного жизненного цикла РУ. Разработчикам удалось обеспечить моделирование 60 лет работы РБН за одни сутки, что позволило провести необходимые многочисленные расчетные исследования и обоснования, о которых доложили сотрудники ИТЦП «Прорыв» начальник отдела научного руководителя НИОКР Юрий Хомяков и старший научный сотрудник Елена Родина.

В результате было показано, что переход РБН в режим ЗЯТЦ приводит к существенному улучшению изотопного состава плутония и снижает требуемый запас реактивности на выгорание топлива, уровень которого определяет ядерную опасность РУ в потенциальных аварийных ситуациях. Несмотря на то, что стабилизация изотопного состава топлива требует нескольких его рециклов и происходит в течение 30 лет, равновесный режим по реактивности достигается значительно быстрее. Авторами разработан ряд мер, которые позволяют и на начальном переходном этапе работать в пределах равновесного, а значит безопасного, уровня реактивности. Таким образом, показана возможность реализации равновесного режима на всем протяжении работы РБН, а так называемое время «выхода на равновесное состояние» можно признать практически равным нулю.

Во избежание неправомерной трактовки равновесного режима авторами докладов предложено разделить понятия «равновесной активной зоны», «равновесного топлива», «равновесного режима по реактивности» и собственно «равновесного режима (по топливу)», формулировки которых были предложены.

Была также продемонстрирована «всеядность» быстрого реактора по изотопному составу потребляемого плутониевого топлива при малом запасе реактивности, которая позволяет утилизировать ОЯТ тепловых реакторов без необходимости длительной выдержки в хранилищах, т.е. способствует решению соответствующей «отложенной проблемы». Аналогичным способом могут быть утилизированы и другие накопленные запасы плутония, например, экс-оружейного качества.

Показан синергетический эффект и способ решения сразу двух проблем: обеспечения ядерной безопасности РУ и утилизации долгоживущих радиоактивных отходов (РАО), так называемых, минорных актинидов (МА). При этом утилизацию МА, накопленных в существующих реакторах ВВЭР, целесообразно в этом случае не откладывать в долгий ящик, а реализовывать уже при формировании стартовых загрузок РБН со следующего десятилетия. Авторы также отметили, что ключевую роль для реализации предложенных решений является создание и отработка технологии фабрикации топлива с МА с соответствующей нужной концентрацией. Работы в этом направлении уже ведутся в рамках ПН «Прорыв» АО «ВНИИНМ» и АО «ГНЦ РФ НИИАР».

Также был показан потенциал натриевых быстрых реакторов в достижении оптимальных параметров равновесного режима в гетерогенном варианте активной зоны. Это может в значительной мере снять существующий пока скептицизм конструкторов в возможности достижения равновесного режима в реакторе БН-1200 и расширяет круг установок с реализацией принципов «естественной безопасности» часто связываемых исключительно с реакторами БРЕСТ.

Подводя итоги состоявшейся дискуссии, научный руководитель проектного направления «Прорыв» Евгений Адамов и Валерий Рачков подчеркнули важность снижения запаса реактивности для нового поколения РБН, продемонстрированный прогресс в понимании способов его достижения, важность разделения понятий равновесного состояния по реактивности и по изотопному составу топлива.

Анонсирован следующий семинар, посвященный решению еще одной ключевой проблемы в этом направлении – компенсации технологических неопределённостей топлива при малом запасе реактивности.