ОТ РУДЫ ДО РЕАКТОРА… И ДАЛЬШЕ
Прежде чем попасть в активную зону атомного энергоблока, ядерное топливо проходит целую череду превращений. Технологическую цепочку представил на семинаре Клуба региональной журналистики советник президента корпорации «ТВЭЛ»
Михаил Солонин:
- На месторождении добывается уран, потом он превращается в желтый кек – закись-окиси урана. После этого начинается стадия обогащения урана. Для этого его надо сначала из закиси-окиси перевести в гексафторид – шестифтористое соединение урана. После этого начинается его обогащение. В мире существуют две технологии обогащения: диффузионная и центрифужная. После того как мы получили обогащенный уран, идет обратный процесс, обратная конверсия. Из гексафторида уран превращается в порошкообразный диоксид урана. Из этого диоксида урана формируется топливо в форме таблеточек. Затем эти таблеточки помещаются в трубчатые тепловыделяющие элементы («твэлы»), которые герметизируются и устанавливаются в тепловыделяющие сборки («ТВС»). И уже эти сборки, также герметичные, направляются на АЭС для загрузки в реактор.
Таким образом, персонал атомных станций собственно ядерное топливо – уран – видеть не может. На профессиональном сленге атомных энергетиков «топливом» именуются те самые блестящие сборки ТВС, внутри которых сгруппированы «твэлы», а уже там, внутри, находятся таблетки-матрицы с ураном.
- Добычей урана у нас занимаются ОАО «Приаргунское горно-химическое объединение», ОАО «Хиагда», ЗАО «Далур», – рассказывает Михаил Солонин. – Затем на Чепецком механическом заводе этот уран переводят в тетрафторид. После этого Ангарский электролизный химкомбинат и Сибирский химкомбинат переводят его в гексафторид. Полученный гексафторид урана проходит процесс обогащения. Мощности по обогащению у нас есть на четырёх предприятиях. Кстати, Россия полностью перешла на центрифужные технологии, автором которых она же и является. Сейчас по этому пути идет весь мир. Дальше следует процесс фабрикации топлива, то есть получение таблеток, изготовление «твэлов», заварка, дистанционирование, сборка ТВС. Этим занимаются два завода: Электростальский машиностроительный завод в Подмосковье и Новосибирский завод химконцентратов. Обратите внимание, что предприятия ядерно-топливного цикла разбросаны по всей России, от Подмосковья до Забайкалья. Причем практически все они являются дублирующими. Нет ни одной технологической операции, которая проводилась бы только на одном предприятии.
Но вот топливо отработало свой срок в реакторе. Что с ним происходит дальше?
- У нас действует завод РТ-1 на ПО «Маяк», который перерабатывает топливо быстрого реактора БН-600, водо-водяных ВВЭР-440, всех транспортных и исследовательских реакторов, – говорит Михаил Солонин. – Из отработанного ядерного топлива этих реакторов извлекается оставшийся уран, который возвращается и используется для повторной фабрикации топлива. А плутоний пока идет на склад, поскольку мы ещё не имеем заводов по производству уран-плутониевого топлива, но собираемся их строить. Также производится высокорентабельная и эффективная изотопная продукция. Что касается других типов реакторов – топливо для ВВЭР-1000 в настоящее время пока хранится, ждёт своего часа для того, чтобы начать переработку. ОЯТ канальных реакторов РБМК также находится на хранении, и вопрос о его переработке или окончательном захоронении будет решаться в зависимости от результатов экономического анализа.
ЗАВОДСКИЕ МОЩНОСТИ
Специалисты утверждают, что с точки зрения производственных мощностей для обеспечения топливом ФЦП развития атомной энергетики проблем нет.
– Сегодня у нас на предприятиях существует практически двукратный запас по мощностям, – заверил вице-президент корпорации «ТВЭЛ» Василий Константинов. – Если бы мы хотя бы почувствовали то, что наша российская атомная энергетика может вдруг остаться без необходимого ядерного топлива, мы бы тогда развивали дополнительные мощности.
Более того, Россия не только обеспечивает сама себя, но и занимает внушительный сегмент на мировом рынке ядерного топлива – до 17%, как утверждает Василий Константинов.
По словам советника руководителя Росатома Анны Беловой, в экспортной сфере действуют такие правила: кто построил атомный энергоблок, тот на первые 2 года и является поставщиком топлива, а затем имеет хорошие шансы стать победителем тендера и поставлять топливо дальше. Поэтому для страны-подрядчика каждый международный контракт на сооружение атомного энергоблока – это не только около 2 млрд. долларов на само строительство, но и возможность в дальнейшем стабильно зарабатывать на поставках топлива для него. Российские атомщики сегодня строят за рубежом 8 энергоблоков: по два - в Болгарии, Индии, Китае, по одному - в Иране и Казахстане. То есть имеются неплохие перспективы пополнить ряды потребителей нашего топлива, которые владеют реакторами советского и российского дизайна.
Дело в том, что конкуренция поставщиков топлива на современном мировом рынке несколько разграничивается техническими особенностями реакторов. Так, топливные сборки для реакторов российского (советского) дизайна имеют в сечении шестиугольную форму, а западного дизайна – четырёхугольную. И проблема не в том, чтобы изготовить корпус ТВС с иным количеством углов, – ведь при этом меняются и прочие ядерно-физические и теплоэнергетические параметры.
Хотя в ближайшем будущем ситуация может измениться. По мнению Анны Беловой, крупные поставщики ядерного топлива (например, «WESTINGHAUS») сегодня уже присматриваются к «чужим» рынкам, чтобы, в случае экономической целесообразности, освоить выпуск ТВС с «другим количеством углов». В этом случае конкуренция на топливном рынке существенно возрастёт.
Итак, с точки зрения фабрикации топлива особых проблем в развитии атомной энергетики не предвидится. А как обстоят дела с сырьём для производства этого топлива?
СЫРЬЕВОЙ ЗАПАС
По данным МАГАТЭ, около 60% мировых запасов урана сосредоточены в трёх странах: Австралии, Казахстане и Канаде. За ними по количеству разведанных запасов следуют ЮАР, Намибия, Бразилия и Россия. Позиции России ослабли после распада СССР, поскольку часть урановых месторождений осталась в Казахстане и Узбекистане.
В то же время наша страна является одним из крупных экспортёров ядерного топлива – как готовых «твэлов», так и обогащённого уранового концентрата. Хотя аналитики почему-то упускают из виду этот факт, говоря о России только как о «нефтегазовой империи».
Чтобы представить значение России для мирового рынка энергоресурсов в сопоставимых величинах, переведём все объёмы экспортируемых нами газа, нефти и урана в эквивалент электроэнергии, которую можно выработать с их помощью. Затем примем наше «нефтяное электричество» за единицу. Тогда получится, что «газовое электричество» соотносится к нему как 0,75, а «урановое электричество» - как 0,68. Как видите, энергопотенциал нефти, газа и урана, экспортируемых Россией, отличается не так уж значительно.
Во многом этому способствуют складские запасы урана, накопленные СССР в эпоху гонки вооружений. В меньшей степени – продолжающаяся добыча урана на существующих месторождениях. Но в ходе реализации программы развития атомной энергетики спрос на топливо существенно возрастёт. Каковы же перспективы в стране, не сильно богатой, по данным МАГАТЭ, запасами уранового сырья?
По районированию урановорудных месторождений все они подразделяются на четыре вида: отрабатываемые, резервные, потенциальные и те, где уже проводятся прогнозно-металлогенические исследования. МАГАТЭ в своих оценках опирается только на первые два вида – там, где объёмы уже реально определены. Между тем, если эти запасы на территории России принять за единицу, то объём прогнозных ресурсов составит порядка 1,3. То есть при оценке ядерно-топливной обеспеченности суммарную ёмкость ныне используемых месторождений можно смело удваивать.
Часть месторождений, открытых ранее, не разрабатывались из-за низкой рентабельности. Однако в последние годы мировая цена на уран стабильно растёт, поскольку увеличивается спрос (и это также подтверждает тенденцию к мировому ренессансу атомной энергетики). В связи с чем добыча руды на «отложенных» ранее месторождениях приобретает экономическую целесообразность, и они тоже вовлекаются в производственный цикл.
В поисках новых источников сырья Росатом также налаживает международное сотрудничество со странами, обладающими крупными запасами урана – например, Австралией и Казахстаном. О том, насколько всеобъемлющим будет это сотрудничество, судить пока преждевременно, но определённый прирост топлива оно несомненно даст.
Однако при любом раскладе запасы уранового сырья небезграничны. Проблема ещё и в том, что содержание используемого атомщиками изотопа урана-235 в добываемом сырье всего 0,7%. По оценкам, если мировая атомная энергетика будет развиваться заявленными темпами, природный уран закончится примерно через 100 лет. А дальше что?
НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Все страны сходятся во мнении, что дальнейшее существование атомной энергетики возможно только с помощью реакторов на быстрых нейтронах. Но подходы к этой идее разные.
Например, Индия, обладающая крупнейшими запасами тория, намерена создать на базе быстрых реакторов уран-ториевый цикл. Другие же государства связывают будущее своих АЭС с уран-плутониевым циклом.
Плутоний – элемент, в природе не существующий, появился в связи с деятельностью человека. Его нарабатывали в «оружейных» реакторах специально, в больших количествах и особой чистоты – для ядерного оружия. Он же нарабатывался в энергетических реакторах сам – как компонента отработанного ядерного топлива (ОЯТ). В результате разоружения огромные запасы плутония оказались излишними. Пополняются они и в ходе переработки на челябинском комбинате «Маяк» ОЯТ некоторых типов реакторов. Хранится плутоний и в составе пока не перерабатываемого ОЯТ других типов реакторов.
Кроме того, в природном сырье содержится огромное количество невостребованного изотопа урана-238 (его в 50-70 раз больше, чем урана-235). В процессе обогащения сырья он выделяется и, образно говоря, попадает «в отвалы» - до будущих времён. Между тем реакторы на быстрых нейтронах способны вовлечь его в производственный цикл и превратить в полноценное ядерное топливо.
На этом и базируется дальнейшая перспектива атомной энергетики: замкнутый ядерно-топливный цикл при помощи быстрых реакторов многократно расширяет топливную базу АЭС, вовлекая в работу отвальный уран-238 и плутоний. При этом столетний срок жизни, отведённый атомной энергетике по запасам урана-235, увеличивается в несколько раз. Это уже перспектива на века.
Элементы, необходимые для перевода атомной энергетики на «новую технологическую платформу» (так именуют в «Росэнергоатоме» это перспективное направление), уже существуют сегодня или будут окончательно отработаны в срок 5-10 лет.
Россия накопила опыт эксплуатации быстрого реактора БН-600, который работает на уране, но успешно «питается» и уран-плутониевым топливом экспериментальных сборок, которые малыми партиями изготавливают в Димитровграде. В 2012 г. федеральной программой запланирован ввод в работу инновационного реактора БН-800, который уже будет целиком ориентирован на уран-плутониевое топливо.
Для выработки этого вида топлива в промышленных объёмах к 2012 г. будет построен специальный завод – как и следовало ожидать, он появится на площадке ПО «Маяк», поближе к складским запасам плутония. А дальше, в 2018-2020 г.г. – головной серийный энергоблок БН-1800, и вывод замкнутого топливного цикла на промышленные масштабы.
Таким образом, обеспеченность топливом программы развития атомной энергетики не вызывает сомнений ни в ближнесрочной, ни в отдалённой перспективе. Если, конечно, не будут сорваны сроки выполнения намеченных планов. Не случайно руководитель Росатома Сергей Кириенко в ходе визита на Белоярскую АЭС назвал своевременный ввод в эксплуатацию строящегося БН-800 «ключевой позицией» и «принципиальным вопросом с точки зрения значимости для будущего развития атомной энергетики».
