Немножко подробностей про СУОП
Прежде чем рассказывать про БН-800 и сегодняшнюю новость, придется дать несколько ликбезов.
Во-первых, откуда вообще возникло соглашение об утилизации оружейного плутония (СУОП)? США много десятилетий проводят очень последовательную политику сокращения количества делящихся материалов и возможности их получения в мире. Примером такой работы может быть повсеместное давление на страны (например Южную Корею) об принятии ими самоограничений по развитию технологий переработки ОЯТ (с помощью которых можно получить плутоний). Или программа по замене высокообогащенного урана в ТВС исследовательских реакторов по всему миру на низкообогащенный (от чего характеристики этих установок зачастую страдают). СУОП ложится в эту канву, хотя и не обходится для США бесплатно - речь идет о том, что обе стороны уничтожат по 34 тонны оружейного плутония (этого количества хватает на ~6000 боезарядов, т. е. очень немаленькое количество, хотя остающиеся объемы плутония еще больше 51 тонны в США и ~100 тонн в России. Правда тут говорится о плутонии всех сортов и качества суммарно.
Плутоний везде иллюстрируют этой картинкой. От его радиотоксичности защищает пакетик, а от альфа-излучения - толстая резина.
Второй момент - что такое оружейный плутоний и как его уничтожают (о методе и ломаются копья). Оружейным считается плутоний, в котором доля 239 изотопа больше ~90%. Такое деление происходит потому, что наличие четных изотопов ( 238, 240, 242) приводит к ухудшению энерговыхода боеприпаса на килограмм (причем довольно кардинального), 238 изотоп к тому же отличается сильным тепловыделением, что усложняет конструкцию ЯО (поэтому его и применяют в РИТЭГах). Наконец 241 изотоп распадает в америций-241, который является сильным гамма-эмиттером, т. е. в боеприпасы, рядом с которыми будет находится персонал, стараются класть плутоний с как можно меньшим содержанием 241 изотопа. Ну и электронике бомбы это гамма-излучение америция тоже ни разу не добавляет ресурса и надежности.
Едем дальше: как утилизировать оружейный плутоний? Любое химическое разбавление всегда обратимо, даже если для него использовать всякую гадость, типа высокорадиоактивных отходов - это лишь удорожает процесс возврата плутония на склад, но не делает его невозможным. Второй вариант - использовать плутоний, как ядерное топливо, запихнуть его в МОКС-ТВС ( МОКС-топливо - это смесь диоксида плутония и диоксида U238) и заставив вырабатывать электроэнергию. Таким образом можно уничтожить большую долю изначального плутония. Особенно это справедливо для сжигания в активной зоне реакторов с водой под давлением - на каждый сгоревший атом плутония там образуется только 0,4-0,5 нового и качество (в плане изотопного состава) такого плутония хуже не придумаешь.
Здесь, правда, Россия, соглашаясь на СУОП попыталась использовать это для сохранения наработок по ветке быстрых натриевых реакторов, которая в СССР как раз остановилась на пороге применения МОКС-топлива (БН-600, напомню, работает на высокообогащенном уране).
Такой вариант не было непросто согласовать: БН-800 - это реактор-размножитель, в котором трансмутируется больше плутония, чем тратится на работу. Не очень удачный вариант для утилизации, правда?
Что бы выполнить условия соглашения, договорились о следующих технических изменениях БН-800:
1. В реакторе отсутствует бланкет - т. е. окружающий активную зону уран-238, в котором под воздействием быстрых нейтронов из АЗ и происходит наработка нового плутония, взамен горящего в АЗ. Что интересно, этот плутоний получается очень высокого оружейного качества - почти чистый Pu239. Вообще советую статью по структуре АЗ БН-800.
2. ОЯТ реактора не перерабатываются, а захораниваются, как есть. Сделано это потому что плутоний из ОЯТ БН-800 тоже имеет слишком хорошие характеристики, и лишь нахождение его в высокорадиоактивной матрице нивелирует в глазах американцев риск несанкционированного доступа. Правда, и здесь переговорщики Минатома договорились о 30% ОЯТ, которые таки можно перерабатывать в «исследовательских целях», в духе общей идеи развития за счет проекта СУОП технологий замыкания ядерного топливного цикла.
Кстати, надо заметить, что идея утилизации х тонн плутония и идея замыкания ЯТЦ - антагонисты. Одна из основных причин, почему США тормознули свои разработки по ЗЯТЦ - нежелание жить в мире, где оборачиваются десятки тысяч тонн плутония оружейного качества - США довольно справедливо посчитали, что риск, что при таком количестве потоков плутония он где-нибудь да утечет не в те руки высок.
Так или иначе, в 2000 году началась реализация СУОП, сначала по больше части организационно-бумажная, а затем перешедшее в строительство реактора БН-800 и завода по производству МОКС-топлива в ГХК в России и фабрики MFFF в Саванна-Ривер по производству МОКС-топлива в США (реакторы американцы собирались использовать вполне себе коммерческие PWR, устанавливая туда небольшую часть МОКС-ТВС).
Подзависшая фабрика MFFF
Строительство MFFF столкнулось с необъяснимыми трудностями, которые быстро вылились в перерасход бюджета и затягивание сроков. Планы 2007 года были запустить утилизацию плутония в 2018, соответственно заводы должны были быть готовы где-то к 2016, что бы пройти необходимые процедуры валидации топлива к 2018. С американской стороны этого не случилось, после чего в США заговорили, что химическое разбавление вплутония - не такой плохой вариант, и даже намеки, что с русскими удастся договорится. Как видим - не удалось.
Кстати, про популярный миф, что США просрали все атомные полимеры, и просто не смогли построить завод МОКС. Проблема только в том, что завод строится французской Арева, которая владеет крупнейшим в мире производством МОКС (завод MELOX). Очень сомнительно, что за 10 лет после запуска MELOX, французы могли настолько растерять знания, что бы не справится с новым объектом.
Подводя итог, хочется сказать, что если СУОП просто рассыпется в итоге, то в итоге мы получим неплохой оперативный простор по воплощению ЗЯТЦ в жизнь - из трех основных компонент (реактор, автоматизированная фабрикация МОКС, переработка ОЯТ) в России в рамках СУОП, получается, были построены два. Возможна демонстрация ЗЯТЦ в масштабах одного реактора, оценка реальной сложности и стоимости такого ЗЯТЦ. В случае, если СУОП остается, то такая возможность появится где-то ближе к 2040 году, когда БН-800 закончит утилизацию 34 тонн, или в случае строительства еще одного быстрого реактора (например, БРЕСТ-ОД-300).
Во-первых, откуда вообще возникло соглашение об утилизации оружейного плутония (СУОП)? США много десятилетий проводят очень последовательную политику сокращения количества делящихся материалов и возможности их получения в мире. Примером такой работы может быть повсеместное давление на страны (например Южную Корею) об принятии ими самоограничений по развитию технологий переработки ОЯТ (с помощью которых можно получить плутоний). Или программа по замене высокообогащенного урана в ТВС исследовательских реакторов по всему миру на низкообогащенный (от чего характеристики этих установок зачастую страдают). СУОП ложится в эту канву, хотя и не обходится для США бесплатно - речь идет о том, что обе стороны уничтожат по 34 тонны оружейного плутония (этого количества хватает на ~6000 боезарядов, т. е. очень немаленькое количество, хотя остающиеся объемы плутония еще больше 51 тонны в США и ~100 тонн в России. Правда тут говорится о плутонии всех сортов и качества суммарно.
Плутоний везде иллюстрируют этой картинкой. От его радиотоксичности защищает пакетик, а от альфа-излучения - толстая резина.
Второй момент - что такое оружейный плутоний и как его уничтожают (о методе и ломаются копья). Оружейным считается плутоний, в котором доля 239 изотопа больше ~90%. Такое деление происходит потому, что наличие четных изотопов ( 238, 240, 242) приводит к ухудшению энерговыхода боеприпаса на килограмм (причем довольно кардинального), 238 изотоп к тому же отличается сильным тепловыделением, что усложняет конструкцию ЯО (поэтому его и применяют в РИТЭГах). Наконец 241 изотоп распадает в америций-241, который является сильным гамма-эмиттером, т. е. в боеприпасы, рядом с которыми будет находится персонал, стараются класть плутоний с как можно меньшим содержанием 241 изотопа. Ну и электронике бомбы это гамма-излучение америция тоже ни разу не добавляет ресурса и надежности.
Едем дальше: как утилизировать оружейный плутоний? Любое химическое разбавление всегда обратимо, даже если для него использовать всякую гадость, типа высокорадиоактивных отходов - это лишь удорожает процесс возврата плутония на склад, но не делает его невозможным. Второй вариант - использовать плутоний, как ядерное топливо, запихнуть его в МОКС-ТВС ( МОКС-топливо - это смесь диоксида плутония и диоксида U238) и заставив вырабатывать электроэнергию. Таким образом можно уничтожить большую долю изначального плутония. Особенно это справедливо для сжигания в активной зоне реакторов с водой под давлением - на каждый сгоревший атом плутония там образуется только 0,4-0,5 нового и качество (в плане изотопного состава) такого плутония хуже не придумаешь.
Здесь, правда, Россия, соглашаясь на СУОП попыталась использовать это для сохранения наработок по ветке быстрых натриевых реакторов, которая в СССР как раз остановилась на пороге применения МОКС-топлива (БН-600, напомню, работает на высокообогащенном уране).
Такой вариант не было непросто согласовать: БН-800 - это реактор-размножитель, в котором трансмутируется больше плутония, чем тратится на работу. Не очень удачный вариант для утилизации, правда?
Что бы выполнить условия соглашения, договорились о следующих технических изменениях БН-800:
1. В реакторе отсутствует бланкет - т. е. окружающий активную зону уран-238, в котором под воздействием быстрых нейтронов из АЗ и происходит наработка нового плутония, взамен горящего в АЗ. Что интересно, этот плутоний получается очень высокого оружейного качества - почти чистый Pu239. Вообще советую статью по структуре АЗ БН-800.
2. ОЯТ реактора не перерабатываются, а захораниваются, как есть. Сделано это потому что плутоний из ОЯТ БН-800 тоже имеет слишком хорошие характеристики, и лишь нахождение его в высокорадиоактивной матрице нивелирует в глазах американцев риск несанкционированного доступа. Правда, и здесь переговорщики Минатома договорились о 30% ОЯТ, которые таки можно перерабатывать в «исследовательских целях», в духе общей идеи развития за счет проекта СУОП технологий замыкания ядерного топливного цикла.
Кстати, надо заметить, что идея утилизации х тонн плутония и идея замыкания ЯТЦ - антагонисты. Одна из основных причин, почему США тормознули свои разработки по ЗЯТЦ - нежелание жить в мире, где оборачиваются десятки тысяч тонн плутония оружейного качества - США довольно справедливо посчитали, что риск, что при таком количестве потоков плутония он где-нибудь да утечет не в те руки высок.
Так или иначе, в 2000 году началась реализация СУОП, сначала по больше части организационно-бумажная, а затем перешедшее в строительство реактора БН-800 и завода по производству МОКС-топлива в ГХК в России и фабрики MFFF в Саванна-Ривер по производству МОКС-топлива в США (реакторы американцы собирались использовать вполне себе коммерческие PWR, устанавливая туда небольшую часть МОКС-ТВС).
Подзависшая фабрика MFFF
Строительство MFFF столкнулось с необъяснимыми трудностями, которые быстро вылились в перерасход бюджета и затягивание сроков. Планы 2007 года были запустить утилизацию плутония в 2018, соответственно заводы должны были быть готовы где-то к 2016, что бы пройти необходимые процедуры валидации топлива к 2018. С американской стороны этого не случилось, после чего в США заговорили, что химическое разбавление вплутония - не такой плохой вариант, и даже намеки, что с русскими удастся договорится. Как видим - не удалось.
Кстати, про популярный миф, что США просрали все атомные полимеры, и просто не смогли построить завод МОКС. Проблема только в том, что завод строится французской Арева, которая владеет крупнейшим в мире производством МОКС (завод MELOX). Очень сомнительно, что за 10 лет после запуска MELOX, французы могли настолько растерять знания, что бы не справится с новым объектом.
Подводя итог, хочется сказать, что если СУОП просто рассыпется в итоге, то в итоге мы получим неплохой оперативный простор по воплощению ЗЯТЦ в жизнь - из трех основных компонент (реактор, автоматизированная фабрикация МОКС, переработка ОЯТ) в России в рамках СУОП, получается, были построены два. Возможна демонстрация ЗЯТЦ в масштабах одного реактора, оценка реальной сложности и стоимости такого ЗЯТЦ. В случае, если СУОП остается, то такая возможность появится где-то ближе к 2040 году, когда БН-800 закончит утилизацию 34 тонн, или в случае строительства еще одного быстрого реактора (например, БРЕСТ-ОД-300).