«Ядерная энергетика может стать базовой основой устойчивого развития»

Евгений Адамов — о создании основ крупномасштабной ЯЭ с замыканием ядерного топливного цикла

В этом году первая в мире атомная электростанция — Обнинская АЭС — отметила 70-летие. За все эти годы мировое сообщество так и не пришло к консенсусу, можно ли считать энергию атома зеленым источником, прежде всего в силу причин, связанных с образованием радиоактивных отходов в процессе эксплуатации АЭС. Задача создания устойчивой ядерной энергосистемы, конкурентоспособной в масштабах мировой энергетики и переводящей ядерную энергию фактически в разряд возобновляемых источников, может быть решена в ближайшие десятилетия. Евгений Адамов, доктор технических наук, научный руководитель ПН «Прорыв», рассказал «Вестнику атомпрома» о создании основ крупномасштабной ядерной энергетики при замыкании ядерного топливного цикла на базе реакторов на быстрых нейтронах.

— Евгений Олегович, ваш вклад в разработку и реализацию стратегии двухкомпонентной ядерной энергетики высоко оценен: вы стали одним из лауреатов Госпремии за эту работу. Можете ли вы назвать некую отправную точку, когда вы заинтересовались этой тематикой? Когда стало понятно, что эта стратегия в нашей стране принципиально реализуема?

— Премия все-таки не за реализацию, а за вклад в разработку научно-технических основ, обоснование того, что еще предстоит сделать. Стратегия развития ядерной энергетики, одобренная правительством РФ в 2000 году, стала первым государственным решением по перспективам развития на базе двухкомпонентной ЯЭ, а инициатива нашего президента на Саммите тысячелетия в ООН в том же году — политической поддержкой опоры устойчивого развития человечества в энергетическом плане на новую технологическую платформу ЯЭ. Стартовой точкой работ по формированию этой платформы стала статья в журнале «Атомная энергия» в 1992 году [1].

Сергей Владиленович Кириенко в 2011 году поверил в возможность ее реализации и начал ФЦП «Ядерные энерготехнологии нового поколения», в рамках которой в 2013 году появился проект «Прорыв», ставший теперь приоритетным проектным направлением в отрасли.

— Неотраслевые СМИ периодически пишут о замыкании ЯТЦ как о свершившемся факте, реагируя, например, на новости с Белоярской АЭС так: «Реактор БН-800 замкнул ядерный цикл». Когда мы по праву сможем называть топливный цикл в российской ядерной энергетике замкнутым и это будет корректно с научной точки зрения?

— Все СМИ следуют строчке П. Вяземского «и жить торопится, и чувствовать спешит». Помню, в газете «Социалистическая индустрия» в советские времена, этак году в 1965, объявили, что работает термоядерная электростанция. Теперь наперегонки упражняются с утверждениями о запуске реактора IV поколения. Термин о поколениях был запущен в проектах ИНПРО (Международный проект по инновационным ядерным реакторам и топливным циклам. — Прим. ред.) по нашей инициативе и проектах Gen IV (Международный форум «Поколение IV» — Generation IV International Forum. — Прим. ред.) — по американской около 2000 года применительно отнюдь не к тем или другим реакторам, а к системам ядерной энергетики.

Определению «Поколение IV» соответствуют ядерные энергетические системы при замыкании ядерного топливного цикла, детерминистическом исключении аварий, требующих эвакуации населения, окончательно решающие проблему ОЯТ. Мы добавили к ним технологическое укрепление режима нераспространения делящихся материалов и ядерного оружия, а также конкурентоспособность с другими крупными генерирующими системами. Потому и полное соответствие этим требованиям можно ожидать к середине 2030-х годов, когда в ядерной энергетике начнут одновременно работать крупные АЭС как с тепловыми, так и с быстрыми реакторами. Можно назвать этот период переходом к ядерной энергетике на новой технологической платформе.

Начало работы на смешанном уранплутониевом топливе положили французы во второй половине прошлого века, запустив серию реакторов на быстрых нейтронах на смешанном окисном уранплутониевом топливе (МОКС). С 2023 года полностью на МОКС переведен и реактор БН-800 на Белоярской АЭС. Все это следует считать шагами к созданию ядерных энергетических систем IV поколения. В полноте ее демонстрация состоится на площадке СХК в 2030 году, когда будет замкнут ЯТЦ на опытно-демонстрационном комплексе (ОДЭК).

— В отраслевых изданиях встречаются термины «открытый», «закрытый», «трансмутационный», «короткий ЯТЦ» и другие. Важны ли они для понимания сути передовых разработок Росатома? 

— Принципиально отличаются открытый и замкнутый топливные циклы, а все остальное — лишь частности каждого из них. В открытом цикле стартовой позицией является добыча уранового сырья, затем технологические операции по выделению, очистке и обогащению урана, изготовлению топлива и производству тепловой энергии в реакторе с перспективой утилизации ОЯТ. Пока во всем мире проблему ОЯТ считают отложенной. При замыкании ЯТЦ на многие годы отпадает необходимость добычи урана, поскольку при обогащении и выделении ²³⁵U, основного сырья нынешней ядерной энергетики, накоплены значительные запасы ²³⁸U, который и будет использован для реакторов на быстрых нейтронах.

Минорные актиниды, определяющие долговременную активность ОЯТ, выжигаются в РБН, обладающих значительным избытком нейтронов, почему ЗЯТЦ иногда и называют трансмутационным. Благодаря трансмутации окончательно решается проблема ОЯТ. Если до захоронения ОЯТ тепловых реакторов следует подождать, когда его потенциал биологической опасности сравняется с урановым сырьем (миллион лет) или обеспечить контролируемое в течение такого периода его захоронение, то выравнивание потенциала биологической опасности после трансмутации в РБН происходит за 150–300 лет. На одной площадке промышленного энергетического комплекса, которые и целесообразно строить, происходит полное замыкание топливного цикла, а внешние перевозки связаны только с подвозом обедненного или природного урана. Благодаря исключению необходимости обогащения урана, исключению внешних перевозок делящихся материалов, сохранению их в технологическом процессе ПЭК, укрепляется режим нераспространения.

— Верно ли, что без решения проблемы трансмутации минорных актинидов нельзя говорить о полноценном замыкании ЯТЦ? Будет ли эта технология осваиваться на ОДЭК? Будут ли БН-1200 и БР-1200 дожигать минорные актиниды?

— О замыкании ЯТЦ можно говорить при полном использовании энергетического потенциала уранового сырья, достигаемого при переработке ОЯТ, и использовании как невыгоревших делящихся изотопов из него, так и запасов ²³⁸U, лежащих в настоящее время в отвалах обогатительных производств. В настоящее время в БН-800 загружается топливо с минорными актинидами. Следующий этап — загрузка топлива с МА в БРЕСТ на ОДЭК и РБН в составе ПЭК. Расчеты подтверждают возможность на рубеже текущего века не только ликвидировать запасы ОЯТ, но и трансмутировать все накопленные минорные актиниды в РБН.

— Принято ли решение, на каком топливе будет работать БН-1200, оксидном или нитридном? На что влияет этот выбор? Экономика, параметры замыкания ЯТЦ, еще какие-то характеристики?

— Для реакторов на быстрых нейтронах плотные топлива имеют ряд преимуществ перед оксидным (МОКС), которое использовалось на предшествующей стадии ввиду более освоенной для тепловых реакторов технологии. Поэтому они и разрабатываются в разных странах: в США — металлическое, Франции и Индии — карбидное. В СССР строился на «Маяке» цех 300, который предполагалось использовать для экспериментального производства всех этих видов топлива.

На основе полученных еще в прошлом веке знаний мы выбрали смешанное нитридное уранплутониевое топливо (СНУП), в малом объеме (несколько сотен килограмм в год) уже производимое на двух установках на СХК. Это позволило испытать его как на исследовательских реакторах, так и на БН-600, получив подтверждение ресурса вплоть до выгорания, характерного для тепловых реакторов (9% максимально).

В этом году сдается в эксплуатацию производственный комплекс на ОДЭК мощностью 14 тонн СНУП в год (МФР), достаточный для обеспечения топливом как БРЕСТ-300, так и (после модернизации и повышения мощности до 21 т/г) БН-1200М. Комплекс этот пригоден и для производства МОКС. В 2025 году должен быть сделан выбор типа топлива для развития производств, необходимых для АЭС с реакторами на быстрых нейтронах: по проекту Генсхемы таких до 2042 года должно быть построено восемь.

— Расскажите о текущем состоянии проекта «Прорыв». Все ли идет по графику? Каких ключевых событий можно ожидать в ближайшее время?

— В проектном направлении «Прорыв» удалось собрать сильную команду, создать эффективную систему управления, благодаря чему в рамках НИОКР за небывало короткий срок удалось решить ту топливную задачу, о которой речь шла выше. Были предсказания, что на это потребуется 30 лет, мы ее решили за 10. С проектантами и строителями сложнее. Рабочей документации по давно установленным правилам (к 1 октября года, предшествующего году строительства) нет и в помине. За время строительства ОДЭК генподрядчиков пришлось поменять трижды. Сейчас работает «Титан-2», получше, чем предшественники, но не идеально. Благодаря личному вниманию Алексея Евгеньевича Лихачева и тому, что Александр Маркович Локшин (первый заместитель генерального директора Росатома по развитию новых продуктов атомной энергетики. — Прим. ред.) практически работает прорабом, что неправильно, но пока необходимо, в этом году можно ждать выполнения ключевого события — сдачи в эксплуатацию топливного производства (МФР).

— Можно ли говорить о том, что в рамках реализации ПН «Прорыв» уже к настоящему моменту получены какие-либо выдающиеся, уникальные или, может быть, неожиданные результаты?

— Обоснование работоспособности СНУП до 9% выгорания, безусловно, таким результатом является, аналогов в мире нет. За годы выполнения нашего проекта созданы в основном усилиями ИБРАЭ РАН программы и программные комплексы, не просто заменившие импортные, по ряду показателей они лучше, чем зарубежные аналоги. В мире нет механических насосов с перекачкой 11 т/сек — мы при испытаниях насоса, созданного в ЦКБМ, экспериментально подтвердили такие параметры. Создано несколько технологий, связанных с переработкой ОЯТ, благодаря привлечению нескольких академических институтов и уникальных конструкций, в том числе для экспериментальных исследований.

— Строительство ОДЭК идет полным ходом, означает ли это, что все научные исследования по этому проекту уже выполнены? Если они продолжаются, то расскажите, над чем сейчас работают ученые.

— Полным ходом идет эксплуатация АЭС с ВВЭРами, но одновременно продолжаются связанные с ними НИОКР. Это нормальная ситуация. Если и когда НИОКР прекращается, значит, технология глохнет, а созданные объекты будут выводиться из строя. Тем более с только еще рождающейся новой технологической платформой: НИОКР идут по всему фронту, но уже не на стадии первоначальных НИР, а применительно к завершающей стадии создания ОДЭК и началу обоснования проектов ПЭК.

— Как влияет на реализацию проекта «Прорыв» текущая геополитическая ситуация? Приходится ли вносить какие-либо изменения в связи с необходимостью импортозамещения? Продолжается ли сотрудничество в рамках Gen IV?

— Косвенное влияние есть: раньше поковки можно было получить дешевле и быстрее даже из Италии. Теперь стоим в очереди к нашим производителям. Вряд ли стоит напоминать о проблемах с элементной базой. По поводу Gen IV напомню, что форум этот был создан американцами, в пику нашей инициативе по ИНПРО. И если ИНПРО изначально был нацелен на полноценное сотрудничество (и не испортили бы его любители пустопорожних упражнений), то Gen IV замышлялся американцами как способ получать информацию от конкурентов, ничего не предлагая взамен. Так что, работает ли Gen IV или делает вид, что сотрудничество продолжается, на нашем проекте никак не сказывается.

— В мае появились сообщения, что Индия может присоединиться к проекту «Прорыв». Можете ли вы прокомментировать эту новость?

— Профессор Моханти, в конце прошлого года возглавивший работы по ядерной энергетике в Индии, недавно побывал на ОДЭК. Мы информировали его о состоянии работ по ЗЯТЦ на базе РБН. Он подтвердил, что Индия имеет одинаковые подходы, с тем лишь отличием, что ввиду отсутствия крупных запасов урана планируется использовать торий. Для нас это интересно с точки зрения физики и экономики, но практическая необходимость менять уранплутониевый цикл на ториевый возникнет через сотни лет.  

— На какой стадии в настоящее время находятся работы по реактору большой мощности со свинцовым теплоносителем? Будет ли БР-1200 в чем-то принципиально отличаться от БРЕСТа или дело только в увеличении мощности? Есть ли понимание, когда и на какой площадке будет строиться БР-1200?  

— Работу по РУ БР-1200 пока мы ведем на стадии технического проекта, в рамках которого используется значительное число конструктивных решений БРЕСТа. Не следует забывать, что БРЕСТ является не просто демонстрационной, а и опытной установкой, в которой есть дублирование некоторых подходов с тем, чтобы выбрать оптимальные. По планируемому времени сооружения ПЭК — промышленного энергокомплекса (2034–2036 гг.) — есть возможность использовать результаты ОКР на БРЕСТе, физический пуск которого должен состояться в 2026–2027 годах. Что касается площадки для первого ПЭК, то мы изначально ориентировались на ранее выбранную для сооружения Южно-Уральской АЭС, с преимуществами расположения рядом с комбинатом «Маяк». Однако системный оператор при подготовке проекта Генсхемы размещения АЭС настоял на Красноярском регионе. Вероятно, прав Андрей Ювенальевич Петров (первый заместитель генерального директора Росатома по атомной энергетике. — Прим. ред), что целесообразно вести подготовку, в том числе изыскания, на нескольких площадках, так как актуализация Генсхемы происходит раз в три года, и к концу этого десятилетия следует быть готовым к строительству по любому из рассматриваемых вариантов.

— Вы сказали, что по проекту Генсхемы размещения объектов электроэнергетики до 2042 года должно быть построено восемь РБН. Можете ли озвучить какие-то подробности? Когда, где, сколько и каких — со свинцовым и натриевым теплоносителем?

— Проект Генсхемы секретным не является, недавно он стал предметом общественных обсуждений.

Все, что вы видите на рисунке 1, соответствует этому проекту до 2042 года (без установок малой мощности), а далее — не более чем основа для анализа потребности в материальных, финансовых ресурсах в активном сценарии сооружения ПЭК с реакторами на быстрых нейтронах. Уже начальная стадия этого анализа показала, что с учетом общей стратегии развития ядерной энергетики в РФ, одобренной Стратсоветом госкорпорации «Росатом», нецелесообразно сооружение в период до 2050 года более чем одного блока РБН  — речь идет как о прогнозируемых потребностях в электроэнергии, так и о синхронизации с развитием топливного комплекса.

Зеленым цветом на рисунке показаны РБН. Будут ли они с одним или с другим типом теплоносителя или топлива, покажет будущее. В современной ядерной энергетике сосуществуют блоки с водой под давлением и с кипящим теплоносителем, и я не вижу причин заранее ограничивать себя с выбором. Важно несколько условий: работа в ЗЯТЦ, уровень безопасности, исключающий необходимость эвакуации населения при любых авариях, экономическая приемлемость.

— В последнее время публикуется много данных о стремительном удешевлении технологий ВИЭ, есть зарубежные стартапы, которые обещают коммерциализировать технологии термоядерного синтеза через 25–30 лет. Что должно давать нам уверенность в том, что энергоблоки, которые мы строим сегодня и собираемся строить завтра и которые могут работать 60–80, а то и 100 лет, будут конкурентоспособны в течение всего этого времени?

— В течение ряда лет вместе с академиками В. А. Глухих, Б. Б. Кадомцевым, директором ВНИИНМ М. И. Солониным мы входили в так называемый TAC (Technical Advisory Committee) — Технический консультационный комитет. В его составе с участием десятков специалистов в США, Германии, Японии или России ежеквартально принимали участие в мозговых штурмах с оценкой состояния и перспектив международных проектов термоядерных установок. Моя роль состояла в оценке реакторной части проектов: бланкеты, тритиевые, литиевые системы, возможная экономика. На основе этого опыта могу утверждать, что до 2050 года развертывания энергетики на основе термояда не будет.

Не столь очевидна судьба термояда до конца этого века, но, скорее всего, речь может идти только о демонстрационных установках, и не обязательно типа токамак, который сейчас сооружается в рамках международного проекта в Кадараше (Франция). Удешевление солнечных и ветровых энергетических установок действительно происходит, но не забывайте, что коэффициент использования установленной мощности у них не превышает 30%.

Говорил еще в 1990-е и повторю сейчас: от каждой генерации следует взять все, что возможно и экономически приемлемо в конкретных условиях данного региона. Бурное развитие возобновляемых источников происходило на протяжении последних 20 лет, однако их доля в мировом производстве электричества остается меньше 15%. Ядерная энергетика предсказуема, не зависит от инсоляции и скорости ветра, волатильности цен рынка органики и может стать базовой основой устойчивого развития. С такой инициативой выступил президент нашей страны еще в 2000 году на Саммите тысячелетия в ООН. Сейчас мы ее практически и реализуем.

— Как вы думаете, когда мировые инвесторы начнут оценивать конкурентоспособность не отдельных проектов энергоблоков, а всей ядерно-энергетической системы в масштабах, например, государства или макрорегиона? Что для этого нужно, политическая воля или экономические аргументы? Прогнозируете ли вы массовое строительство РБН в мире и если да, то на каком временном горизонте? 

— Не знаю других «инвесторов», кроме государств, которые способны устойчиво реализовывать стратегические проекты. Понимаю, что кто-то захочет напомнить TerraPower Билла Гейтса или Space X Илона Маска. Но институционально (на уровне стратегического планирования, распоряжения национальными ресурсами) развивать крупномасштабные ядерные энергетические системы можно только усилиями государств. Что и происходит сегодня в России и в Китае. В США АЭС частные, и государство упустило на несколько десятилетий инициативу в ядерной энергетике. Итог закономерный: в 2021 году пришлось принимать специальный закон о восстановлении в ней исторически утерянного лидерства. Для развития ядерной энергетики во Франции хватило политической воли президента де Голля, стремившегося к суверенитету, в том числе энергетическому, своей страны. Однако научно-технического потенциала страны оказалось недостаточно, чтобы добиться успеха в замыкании ЯТЦ и создании коммерческих РБН. Так что на первое место выходят именно проблемы научно-технического плана. США, Европа достигли баланса потребностей в обеспечении электроэнергией и вариантов их обеспечения. Африка, ряд стран Азии и Южной Америки на старте выбора. Некоторые из них уже отправились по проторенному пути существующих технологий, но только новая технологическая платформа открывает путь крупномасштабного развития ЯЭ.

— Если говорить шире, смотрите ли вы с оптимизмом на будущее мировой ядерной энергетики? Если представить условную шкалу оптимизма/пессимизма, менялся ли ваш взгляд на протяжении вашей полувековой работы в атомной отрасли?

— ФРГ, безусловно, одна из самых высокотехнологичных стран, и миру очень повезло, что именно она поставила все фишки на СЭУ и ВЭУ, потому что получен уникальный опыт, показавший ошибочность политического решения по выбору приоритетов генерации энергии. Не повезло только самой Германии: за борьбу Меркель с «зелеными», в ходе которой и было в 2011 году принято решение по отказу от АЭС, ФРГ заплатила трехкратным увеличением стоимости электроэнергии. Литва была экспортером электроэнергии при работе Игналинской АЭС, закрыв ее, стала импортером с теми же экономическими последствиями. Армения после землетрясения прикрыла АЭС, в Ереване из-за дефицита электричества сожгли деревья на бульварах. Затем страна вернулась не только к эксплуатации ранее построенной станции, но и готовится к строительству новых.

Примеры эти я привожу только для того, чтобы показать, что в краткосрочной перспективе делать прогнозы бессмысленно. Но в перспективе стратегической базироваться на органике, с учетом принципиальной ограниченности ее запасов, а также более обоснованного приоритета для неэнергетического использования, нельзя. В этом случае открывается поле для крупномасштабной ЯЭ. Вероятно, меня следует отнести к оптимистам, иначе трудно объяснить предмет занятий в течение всей профессиональной деятельности.

— Можете ли вы с высоты вашего огромного опыта оценить, что изменилось или меняется сейчас в отечественной и мировой атомной отрасли с точки зрения человеческого фактора? Что из происходящего вам нравится или не нравится?

— С течением времени изменилась квалификация специалистов в области ядерной энергетики: ощутимы потеря ярких творцов и преобладание инженерных кадров, строго руководствующихся бесконечным количеством норм и правил. Во времена моей юности отношение к последним было простое: мешают реализации новых проектов, значит, подлежат замене. Сейчас так сильны все регуляторы, а особенно усердны правоохранители, что разработчики новых проектов предпочитают выполнять даже нелепые требования и не заикаются о том, что произошло в других сферах. Регуляторная гильотина прокатилась по нормативному полю, но в сфере ядерной энергетики все осталось без изменений. Персональная ответственность, так ценимая в СССР активного периода его развития, уступила место коллективной безответственности. Райкинский пиджак, одним словом.

В то же время нельзя не отметить отраслевые изменения. Нам повезло, что отрасль сохранилась в период бездумных преобразований в 1990-е годы, но пострадала она изрядно. Только в 2000 году удалось восстановить максимальный советский (1989 г.) объем производства электроэнергии. Кстати, частным собственникам, на которых активисты преобразований уповали, на это потребовалось еще 5–10 лет. Некоторые отрасли разрушены до основания, гражданская авиация, станкостроение, электроника например, и сейчас прилагаются усилия по их возрождению. Настоящее развитие обеспечил Сергей Владиленович Кириенко, а при Алексее Евгеньевиче Лихачеве отрасль превратилась в наиболее успешную высокотехнологическую в стране. Это не может не радовать.

— Что вы считаете самым важным для того, чтобы большие новые проекты «взлетали»? Насколько здесь важна роль личности — человека-локомотива, который может доказывать на всех уровнях правильность выбранных решений и собирать вокруг себя эффективную команду?

— Никакого развития, да и просто успеха в любом деле (на предприятии, в стране) не может быть, если нет лидера. Без этого нельзя ничего начинать, а при его появлении следует его лелеять, выращивать, оберегать от завистников, любителей вставлять палки в колеса, бездумных и непрофессиональных начальников. Если есть лидер, команду он сам соберет. Лидеру надо доверять. Когда-то, при моем возмущении чем-то, мудрый мой отец сказал: «Люди все одинаковые. Результаты их совместных действий отличаются лишь потому, что руководители бывают хорошими и никудышными».

---

[1]Орлов В. В. и др. Нетрадиционные концепции АЭС с естественной безопасностью (новая ядерная технология для крупномасштабной ядерной энергетики следующего этапа) / Орлов В. В., Аврорин Е. Н., Адамов Е. О., Васильев А. П., Велихов Е. П., Вертман А. А., Горынин И. В., Громов Б. Ф., Звездин Ю. И., Игнатов В. А., Слесарев И. С., Солонин М. И., Субботин В. И., Хромов В. В. (коллектив авторов из НИКИЭТ, ВНИИТФ, ИАЭ им. И. В. Курчатова, ЦНИИТМАШ, ЦНИИКМ, ФЭИ, ВНИИНМ им. А. А. Бочвара, МИФИ) // Атомная энергия. – 1992. – Т. 72. – Вып. 4. – С. 317–329.