БН-800: трудные первые шаги

Реактор БН-800 и вообще — весь четвёртый блок Белоярской АЭС, расположенной в Свердловской области, возле города Заречный — это, без преувеличения, уникальная стройка для всей России.
На фоне множества попыток изобразить «инновации» из весьма посредственных рацпредложений или же старых, ещё советских патентов, БН-800 — это и в самом деле инновационный проект «Росатома», да и всей России.

Что же делает этот реактор столь важным для дальнейшего развития как российской, так и мировой атомной промышленности?
Насколько «усеян розами» и насколько труден путь БН-800 и всей программы быстрых натриевых реакторов в будущее?
И — почему вот уже в который раз переносится в будущее так называемый «энергетический пуск» реактора БН-800, если результатов его реальной работы так напряжённо ждёт и Россия, и весь мир?

Для начала стоит вспомнить, как развивалась бридерная программа в разных странах, которые вплотную подходили — или же фактически реализовывали идею создания быстрого бридерного реактора.

Я уже описывал когда-то все начальные достижения и последующие неудачи американской бридерной программы.
Американцы, бодро начав в 1950-е годы строить экспериментальные реакторы на быстрых нейтронах, уже на первом опытно-промышленном энергоблоке «Ферми-1» столкнулись с тем, что их понимание специфики поведения материалов в потоке высокоэнергетических нейтронов неимоверно далеко от того, что происходило с блоком в реальности, а масса недочётов в конструкции блока «Ферми-1» и его весьма простое устройство — так и не позволили осуществить старт американской бридерной программы.

Постройка реактора «Ферми-1», конец 1950-х годов.

Столь же непросчитанной и авантюрной по своей сути оказалась и бридерная программа другой старой ядерной державы — Великобритании. Об печальном окончании английской бридерной программы можно почитать вот тут, в разделе «Без продления срока службы».

Начиналась же программа английского быстрого натриевого бридера, как и американская, ещё в 1950-х годах, когда в ноябре 1959 года был запущен первый английский экспериментальный бридер DFR (Dounreay Fast Reactor, Быстрый Реактор в Дунрей).

Постройка первого английского бридера DFR, конец 1950-х годов.

Первый экспериментальный реактор DFR в Дунрей имел электрическую мощность всего в 14 МВт, но исправно проработал целых 15 лет, с 1962 по 1977 год, произведя и отдав в общеанглийскую сеть более 600 млн. кВт-часов электроэнергии.
Реактор работал на ТВЭЛах из металлического урана изотопа ²³⁵U высокой степени обогащения, дополнительная стабилизация топлива осуществлялась молибденом и ниобием. В качестве теплоносителя в DFR использовалась, как и на первых американских бридерах, эвтектика (смесь) жидкого натрия и жидкого калия.

Однако, использование металлического, а не оксидного топлива налагало свои ограничения на глубину его выгорания (всего лишь около 3 ГВт×сут/тонну при лучших показателях оксидного топлива сейчас в 60 ГВт×сут/тонну), а использование эвтектики натрия и калия оказалось не очень удачной технологической идеей — массово образующийся в первом контуре радиоактивный цезий, тоже принадлежащий к первой группе таблицы Менделеева оказалось безумно трудно отделить от очень схожего с ним калия. Чистый натрий тоже был не подарок, но всё-таки создавал для этого меньше проблем.

На основе опыта реактора DFR, там же, в Дунрей, был пущен и последний английский быстрый бридер — PFR (Prototype fast reactor, Прототип Быстрого Реактора). Это был уже, в отличие от DFR, опытно-промышленный агрегат, который был рассчитан на электрическую мощность в 250 МВт. Энергетический запуск реактора PFR состоялся в январе 1975 года, остановлен был реактор в 1994-м.

Строительная площадка реактра PFR, 1967 год. На заднем фоне — работающий DFR.

Основным топливом PFR было МОХ-топливо (смесь оксидов делящихся изотопов ²³⁵U и ²³⁹Pu), охлаждение осуществлялось уже «классическим» жидким натрием.
Однако, уже на стадии пуска PFR произошло несколько критических происшествий и аварий, а вся его опытно-промышленная эксплуатация оказалась одной большой проблемой.
Согласно общему отчёту МАГАТЭ по реактору PFR, за это время он работал всего лишь 38% от общего времени, произведя чуть более 26% от положенной по его мощности электроэнергии.

В итоге — смелым планам английских атомщиков так и не суждено было сбыться. Амбициозная программа 1975 года, которая была принята на волне успешного пуска PFR и предусматривала создание 104 ГВт атомной мощности в Великобритании к 2000-му году, из которых бы не менее 35 МВт составляли бы быстрые реакторы-размножители, так и осталась на бумаге.
А перспективный проект коммерческого реактора-размножителя CFR электрической мощностью в 1200 МВт, на который к началу 1980-х годов было потрачено не менее 100 млн. фунтов стерлингов, так и остался лишь на бумаге.

Не менее трагичной и извилистой была судьба японского быстрого размножителя «Мондзю». Начатый к постройке в 1986 году, он был запущен почти что десятилетием позже, в августе 1995 года.
Казалось, японцы с присущей им скрупулёзностью разобрали все недостатки и просчёты американской и английской программ натриевых реакторов, получили в начале 1990-х годов доступ к совесткой документации по натриевым размножителям БН-350 и БН-600. Однако, при отсутствии практики работы в Японии с натриевыми технологиями на небольших экспериментальных реакторах — это не спасло реактор «Мондзю» от быстрого нарастания эксплуатационных проблем. Крупный опытно-промышленный реактор, с электрической мощностью в 280 МВт, оказался одним из самых «несчастливых» бридеров.

Реактор «Мондзю» в середине 1990-х годов.

Уже в декабре 1995 года на станции «Мондзю» происходит масштабный пожар, вызванный неконтролируемой утечкой жидкого натрия из охлаждающего контура реактора. Попытки эксплуатационного персонала скрыть масштабы аварии  приводят к громадному скандалу. В отличие от случая с «Фукусимой», крупных утечек радиации из первого контура удалось избежать, но доверие к программе быстрых реакторов в Японии было критически подорвано.
«Мондзю» остановили на долгие 15 лет.
Второй раз «Мондзю» был запущен в мае 2010 года, за год до аварии на станции «Фукусима-1». Однако, уже в августе 2010 года другая поломка снова останавливает реактор: как оказалось, японцами была неправильно просчитана конструкция внутриреакторной перегрузочной машины, которая бы обеспечивала перегрузку ядерного топлива. 3,3 тонный роботизированный агрегат сорвался с направляющих — и упал внутрь корпуса реактора. Достать его смогли только через год, в июне 2011-го.
В итоге уже в 2013 году национальным атомным регулятором Японии было принято решение использовать «Мондзю» исключительно как тестовую площадку по исследованию реакторов на быстрых нейтронах — и отказаться от производства электроэнергии на площадке. Ожидаемо, японцам не удалось «проскочить» на чужих знаниях этап наработки технологий и тестирования инженерных концепций на небольших, экспериментальных реакторах.

Их ближайшие соседи, китайцы, сегодня идут именно таким, постепенным путём, работая пока что на экспериментальном реакторе CEFR, который построен Китаем в теснейшем сотрудничестве с Россией.

Постройка китайского быстрого натриевого бридера CEFR.
На транспоранте написано, судя по всему, что-то героическое.

Это небольшой экспериментальный натриевый реактор, мощностью всего в 25 МВт, должен обеспечить Китаю следующие два шага, которые необходимы китайцам для запуска своей собственной быстрой натриевой программы: постройку опытно-промышленного быстрого бридера электрической мощностью в 600-800 МВт (тут можно сразу провести аналогии с конструкторскими решениями, которые, скорее всего, будут позаимствованы у БН-600 или БН-800), который Китай планирует построить в период 2015-2020 годов и третий, завершающий этап, который китайцы хотят ознаменовать, пустив в эксплуатацию коммерческий быстрый реактор электрической мощностью в 1200-1500 МВт («Кто сказал БН-1200? Гусары, молчать!»).

Этап кражи творческого копирования создания коммерческого бридера гигаватной мощности китайцы хотят завершить к 2040 году, а запустить его в 2050-м году.

Об индийской самобытной и оргинальной программе быстрого натриевого реактора я только что уже рассказал моим читателям и повторяться в рамках этой статьи не буду.
Там, в общем-то, присутствует тот же принцип: только постепенный и постоянно сверяемый с реальностью фактических успехов на реакторных площадках путь совершенствования конструкций может привести к устойчивому развитию программы быстрых бридеров: от экспериментальных, небольших реакторов размером в 10-30 МВт, через опытно-промышленные реакторы электрической мощностью в 200-600 МВт — к полностью коммерческим, надёжным и самоокупаемым системам мощностью в 1200-1500 МВт, которые позволят как производить электроэнергию с поразительно низкими издержками — так и обеспечивать стабильное воспроизводство ядерного топлива с коэффициентом не менее 1,3-1,4.

Россия на этом пути от опытно-промышленных систем (БН-600) к полностью коммерческим системам (БН-1200) решила сделать ещё одну, промежуточную остановку. Под названием БН-800.

И сейчас решает массу проблем технологического, технического и инженерного плана — для того, чтобы БН-800 не стал вторым «Мондзю», «Ферми-1» или «Суперфениксом», когда французы посчитали, что 230 мегаваттного «Феникса» им вполне достаточно, чтобы сразу же замахнуться на 1200 МВт, полностью коммерческий «Суперфеникс».

Впрочем, история французских бридеров, пожалуй, стоит отдельной статьи. Ведь именно соперничество России и Франции в атомной отрасли, возможно, и определит облик следующего десятилетия атомной эры...

Из комментариев

alex_anpilogov

Бридер - это реактор-размножитель.
Реактор, который может выдать в виде смеси делящихся изотопов больше. нежели в него было загружено в начале кампании.

Исторически были реализованы три типа бридеров (кроме всякой экзотики на ртути или на смеси натрия и калия): быстрый реактор на натрии, быстрый реактор на расплавах солей и тепловой реактор на лёгкой воде.
Последний подходит только для превращения тория в уран.
Реактор на расплавах солей столкнулся пока с массой технологических проблем.

В итоге пока имеет концепцию натриевого бридера, которую сейчас активно развивают Россия, Индия и Китай.
Принципиально, возможно, ещё увидеть усилия Франции и Японии на этом поприще.
США, Великобритания и Германия - скорее всего, окончательно сошли с дистанции.

http://crustgroup.livejournal.com/61137.html#cutid1

Можно тут перечитать тэг NUC, там всё детально про бридеры сказано.

http://alex-anpilogov.livejournal.com/37867.html

Бридер - это "философский камень" современной атомной энергетики, который позволяет в результате ядерных реакций получать в реакторе больше топлива, чем туда было загружено - причём без ущерба для энеретической эффективности процесса.