Эксперт НИЯУ МИФИ об урановых «хвостах» и перспективах ядерной энергетики

-В студии «РадиоСпутник»– Никита Воронков, здравствуйте. В конце ноября в Россию морем привезли 600 тон урановых «хвостов» из Германии. Обеднённый гексафторид урана, а именно это подразумевают, когда говорят урановые «хвосты», поездом должен быть отправлен в Свердловскую область на Уральский ЭХК в Новоуральске. Пока сведения о том, добрался состав или нет, отсутствуют. Во всяком случае, все эти данные стали известны после того, как немецкие депутаты направили запрос о требовании раскрыть информацию о контракте компании “Urenco” и ГК «Росатом». По информации российского отделения “Greenpeace”, новую партию урановых «хвостов» отправят в Новоуральск уже девятого декабря. Экоактивисты бьют тревогу: мол, в Россию ввозят радиоактивные отходы. Так они считают, что данный груз опасен для населения ближайших городов. В ГК «Росатом» же считают, что обеднённый гексафторид урана (он же – ОГФУ) – это сырьё и его можно будет использовать в производственных процессах УЭХК. Поэтому его сегодня туда и везут. Постараемся сегодня разобраться в этой проблеме, насколько опасны урановые «хвосты», как планируется их использовать и как от них потом избавиться. В гостях у «РадиоСпутник» профессор НИЯУ МИФИ, член НТС ГК «Росатом», доктор физико-технических наук Александр Путилов. Александр Валентинович, приветствую Вас.

-Здравствуйте. Рад ответить на Ваши вопросы.

-Такое долгое вступление было нужно, чтобы объяснить, почему мы взялись обсуждать эту тему и почему это действительно актуально. Начнём с азов. Урановые «хвосты» говорим мы или ОГФУ. А если отследить всю цепочку, то откуда берутся вот эти «хвосты»? Что есть урановые «хвосты»?!

-Давайте отследим всю цепочку. Спустимся чуть ниже, до руды и я в течение одной минуты расскажу, как получается ядерное топливо и загружается в АЭС. Сначала идёт добыча урана, горно-металлургическое производство и получается закись-окись – порошок, который называется «жёлтый пек». Это вполне биржевой товар, им торгуют на бирже, Вы вполне можете купить себе урана, положить на склад, подождать пока цена возрастёт и продать, если у Вас есть такая возможность. Это – первая стадия.

Вторая стадия – этот самый «жёлтый пек» превращается в ОГФУ (гексафторид урана). Гексафторид урана – это такие кристаллы, которые при снижении давления сублимируются в газ. При 1,5 атм – это кристаллы, а если чуть снизить давление, то они превращаются в газ. И это вторая стадия, стадия, когда гексафторид урана в центрифужном цикле разделяется на уран-235 и уран-238. Не вдаваясь в физические подробности, уран-235 – это тот, который делится, а уран-238 – тот, что в тех реакторах, которые на сегодня есть, не делится.

-Сегодня в мире или в России?

-Нет, в основном. Сейчас я расскажу о перспективах. Пока мы спустились до руды, и про четыре стадии я Вам расскажу. Вторая стадия – это гексафторид урана и центрифужное разделение на уран пятый и восьмой. Разрешите, я буду говорить – пятый и восьмой, а не 235 и 238. Есть ещё кое-какие изотопы, но для простоты я их не упоминаю.

Когда вы разделили, вы получили высокообогащенный урановый продукт. До какого состояния можно обогащать?! До 90-95%, но это – оружейный уран, а гражданский уран – до 20%. Согласно действующему законодательству, до 20% этот уран может быть собственностью юридических лиц, а всё, что выше – собственность государства. Поэтому для энергетических целей обогащение идёт до 3,5-4% - это обогащённый урановый продукт. После чего делаются таблетки из окиси урана, которые и есть сущность реактора. Их помещают в трубки, называют ТВЭЛами, потом собирают в сборки, называемые ТВСками, и вставляют в ядерный реактор, где они работают полтора-два года, иногда и более лет и выделяют из урана-235 количество энергии, которое АЭС превращает в кВт/часы, а мы ими пользуемся. Вот сущность процесса получения ядерного топлива.

Теперь давайте посмотрим. Сама технология центрифужного разделения изотопов урана – это «хай-тек», которой нет у США. Она есть у нас, и есть у “Urenco” – европейской организации, которая тоже занимается разделением изотопов и получением топливных композиций. Сейчас уже работает девятое поколение этих центрифуг, а испытывается, если мне не изменяет память, уже одиннадцатое. В чём разница?!

А вот в чём. Разделение изотопов урана – довольно энергоёмкий процесс и, собственно, машины всё более эффективно проводят этот процесс. Если посмотреть энергию, то фактически вы тратите на разделение изотопов какую-то энергию. Центрифуги крутятся, идут потоки, вы тратите энергию и получаете в результате обогащённый урановый продукт, который в реакторе выделяет какую-то энергию. Совершенно ясно, что если затраты энергии будут больше получаемой в реакторе, то процесс будет неэффективен, поэтому эти поколения центрифуг и развиваются с 50-х годов прошлого века.

В нашей стране сейчас находится 40% обогатительных мощностей мира, и они очень современны. Поэтому, если мы брали эти урановые «хвосты», которые делили лет десять, а то и 15 тому назад, то из 0,7% урана-235 и 99,3% урана-238 мы могли получить обеднённый продукт до 0,4 или 0,3%. Современные центрифуги могут делать 0,1%.

Запасая этот обогащённый продукт, вы выделяете дополнительно уран-235, который не могли выделить раньше наши конкуренты. Это – нормальное сырьё. Всё, что делится – это сырьё по международной квалификации. Есть Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ), и по его положению – всё, что делится, это не отходы.

Человечество не может позволить себе считать отходами то, что даёт энергию.

Поэтому в нашем законодательстве записано, что отходы ввозить нельзя, но “Greenpeace” и все остальные – они не читают законодательство, просто не читают законодательство.

-Точнее, они его читают…

-Но трактуют в свою пользу. Я не хочу дискутировать с “Greenpeace” – это бессмысленно. Я просто хочу сказать, что получив этот обеднённый урановый продукт, вы можете сделать из него какое-то количество обогащённого. А куда он потом идёт? Сегодня Россия имеет 17% мирового рынка ядерного топлива. Каждый шестой реактор в мире работает на продукте, произведённом в нашей стране. У нас нет такого ни в лесе, ни в газе, ни в нефти, а в ядерном топливе – есть. Мы продаём иногда готовые сборки, иногда керамические части этих конструкций, а потом на других заводах из них собирают ТВЭЛы и ТВСки. Это уже дело торговое, но 17% мирового рынка занимают наши поставщики и фактически мы торгуем «хай-теком». Это – не сырьё.

Теперь давайте посмотрим на уран-238, а он зачем? Когда я сказал, что он не делится в современных реакторах, то это – не совсем правда.

У нас есть быстрые реакторы или реакторы на быстрых нейтронах, в которых уран-238, захватив лишний нейтрон, превращается в плутоний-239 и делится. Фактически вы получаете изменение конструкции энергоблока и увеличение ядерного энергоресурса на два порядка (не на 20%, а в 100 раз). Причём добывать его не надо, он лежит у вас на складе как ОГФУ. Его просто нужно превратить в ядерное топливо и такие технологии в нашей стране уже разрабатываются. Это так называемое ОХ-топливо или смешанное оксидное ураново-плутониевое топливо или СНУП-топливо (не оксидное, а нитратное). Эти виды топлива разрабатываются у нас в стране, и если вы зайдёте на сайт ГК «Росатом» и посмотрите её стратегию, то первая страница этой стратегии называется «Развитие двухкомпонентной ядерной энергетики».

Что такое двухкомпонентная ядерная энергетика? Это то, что даёт нам сегодня кВт/часы и то, что строится за рубежом. Это все реакторы на тепловых нейтронах или реакторы с водой под давлением. У нас они называются ВВЭР, а за рубежом ПВР, что одно и то же. У нас в стране работают два реактора на быстрых нейтронах: БН-800 и БН-600. БН-600 работает уже 25 лет, даже больше. И фактически мы отрабатываем проект «Прорыв». С 2013 года разрабатывается полностью безопасный проект реактора на быстрых нейтронах со свинцовым охлаждением и вот этот «хвост» вызывает замыкание топливного цикла. Всё, что можно переработать, превращается в топливо, замыкая цикл. Фактически, вы увеличиваете на два порядка ядерный ресурс.

В чём сейчас проблема? В экономике. При этом экономном подходе с точки зрения физики всё решено, но он достаточно сложный (логистика, защита, и т.д., которые стоят денег). Но я уверен в том, что в ближайшее время мы увидим замыкание топливного цикла, и тогда ОГФУ превратится в источник большего на два порядка энергетического потенциала, чем уран-235. Поэтому его со склада никто никуда закапывать не собирается. Это наше перспективное сырьё. Вот я спустился на ступень ниже и рассказал вам просто, что называется, на пальцах, про технологию и объяснил, что ОГФУ – это и потенциальный источник урана-235 и потенциальный источник того ядерного топлива, когда будет замыкание ядерного цикла.

Поскольку мы дискутируем с экологами, то это замыкание ядерного цикла – двухкомпонентное будущее ядерной энергетики ещё одну проблему решит – накопление долгоживущих продуктов деления (америций, кюрий). Вы можете их поместить в это топливо, и их просто выжгут нейтроны, а останутся короткоживущие продукты деления, которые распадутся через 10, 20 или 100 лет.

Фактически, в обоснование замыкания ядерного цикла и двухкомпонентной ядерной энергетики заложен принцип радиационной эквивалентности. Вот мы выбираем какую-то радиацию из земли, например, уран. Через какое-то время мы вернём всё это обратно, в Матушку-Землю, ничего плохого этим не делая, но для этого нужны те технологические приёмы, которые я Вам на пальцах показать не могу. Для того, чтобы это всё объяснить, придётся не одну лекцию читать. Но принцип Вы, наверное, поняли. Мы с Вами говорим об энергетическом ресурсе, который и сегодня можно использовать…

-Я понял принцип, но не понял процент соотношения. Сколько вот этих урановых «хвостов» идёт в дальнейший процесс, и сколько остаётся после повторного…

-Я ещё раз напоминаю Вам. Слово «отходы» здесь неприменимо. ОГФУ – это отходы центрифужного разделения, а не отходы ядерной энергетики. Это её ядерный энергетический ресурс. Мы должны дождаться, когда аппараты станут настолько совершенными, что этот ресурс может быть использован и это будет уже на 1000 лет вперёд. Потому что запасы урана-238 сопоставимы с нашими запасами нефти, газа и всего прочего.

-Вот Вы говорите: дождаться. О какой перспективе речь идёт?

-Я думаю, замыкание ядерного цикла в промышленном масштабе мы увидим в 2030-40 гг. Сегодня у нас есть несколько проектов, которые годятся для этого технологического приёма. Даже в научно-технической программе указаны три типа реакторов на быстрых нейтронах, которые разрабатываются. Со свинцовым носителем я уже упоминал, он сейчас проходит испытания, с натриевым носителем: БН-800 и БН-600 и те реакторы, которые работали. Вспомним БН-350 в Шевченко, в Казахстане, почти 30 лет обеспечивавший пресной водой целый производственный комплекс. Прошло 25 лет, он выработал свой ресурс, его разобрали. У нас есть хороший опыт.

Всё дело в экономике, в рынке, фактически мы должны использовать средневзвешенную по жизненному циклу стоимость электроэнергии, а она рассчитывается на весь жизненный цикл, и Вы выбираете ту или иную энергетическую технологию.

И вот это, так сказать, единственное на сегодня ограничение, которое с развитием технологий, материалов и тема толерантного топлива выходит вперёд. Приведу пример. Журнал “Scientific America” – американский научный журнал и Давосский экономический форум решили посмотреть какие передовые технологии развивались в 2019 г. Скорее, не технологии, а технологические направления. Они выбрали по всему миру экспертов, дали технологии-кандидаты, провели четыре форсайт-сессии и в начале декабря опубликовали результаты. Из десяти технологических направлений напрямую два касаются энергетики. Первое называется афористично: «Энергетика: Безопасный ядерный реактор уже не за горами», второе: «Накопители энергии, которые сделают современными энергетические сети».

Сам факт, что 20% передовых технологий этого года касается энергетики, говорит о многом. Если посмотреть остальные восемь, то две относятся к экологии, три – к медицине, биологии и наукам о жизни, и по одной – к фотонике, робототехнике и информатике.

И две энергетических технологии. Как это обосновать экспериментально? А вот как. Что такое толерантное топливо?! Фактически, это топливо, которое не позволяет повторить эффект «Фукусимы», когда циркониевая оболочка взаимодействовала с водой под давлением. Сегодня разрабатываются и применяются разные подходы к толерантному топливу: и разные покрытия, и разные материалы вместо циркония. И сегодня эти технологии подходят к выходу. И когда они к нему подойдут, то безопасность будет обеспечена физически, то есть не системами активной и пассивной радиационной безопасности, а именно физически. И тогда уйдут все вот эти опасения, на которых кто только не играл. Ведь кто только не играл на «Фукусиме», не играет на «Тримайл Айленд» и нашем Чернобыле. Огромное количество игроков, которым это выгодно. Вы сами это прекрасно знаете.

Сегодняшние разработки показывают: это время не за горами. Поэтому ответ на Ваш вопрос: 2030-40 гг.

-Хорошо, 2030-40 гг. Тогда получается, что ОГФУ – перспективное ядерное топливо.

-Совершенно верно.

-Но до начала 2040-х ещё надо дожить. Где всё это будет храниться?

-Никаких проблем с хранением гексафторида урана нет с 50-х гг прошлого века. С 50-х гг. эти толстостенные цилиндры (16 мм стали) стоят себе под дождём и снегом, и ничего с ними не происходит, и ничего не может с ними произойти. А если даже что-то произойдёт, то всё это вылетит, испарится и больше ничего. Через три-пять метров от ёмкости уже никто ничего не заметит. Гексафторид урана сразу же сублимируется в облако газа и улетает. Сколько там, в баллоне газа – ерунда! С точки зрении безопасности, экологии показано экспериментами не только у нас, но и в “Urenco”. Все понимают, что хранят энергетический ресурс.

-А у “Urenco” нет таких перспективных разработок?

-Вот давайте посмотрим. “Urenco” – в Германии. Посмотрим на две страны – Францию и Германию. Франция – 75% ядерных кВт/час, а в Германии сказали, что к какому-то году (не помню) будет закрыт последний реактор. Почему так произошло? Страны соседние. А потому что в Германии пришли к власти «зелёные» и начали подкармливать своих, которые их поддерживали (Солнце, ветер и т.д.). А как их подкармливать? Только из бюджета или за счёт соответствия цены параметрам, которые оплатит потребитель. Иначе они не выживут. Не забывайте, что есть ещё один параметр у зелёной энергетики, который стараются не упоминать.

Есть такой коэффициент, называется КИУМ (коэффициент использования установленной мощи). У атомной энергии он за 90%, у всех остальных тоже может быть под 100% , у Солнца – 11%, а у ветра – 19%. И не потому, что это плохие технологии, а потому что Солнце всходит и заходит, ветер дует или не дует. И вот если всю нашу Матушку-Землю перевести на зелёную энергетику, то будут использоваться мощности в семь раз большие, чем производится энергии, и все они должны работать, иначе вы этот КИУМ не получите. Кто об этом задумывается иногда? Сегодня это не так важно, потому что этот гребешок, так сказать, перекрывается базовой энергетикой (газовой, атомной) и это не так сказывается. Как только вы долю возобновляемой энергетики повышаете, вы должны 1 рубль или 1 доллар вкладывать в кВт/час, а 7 – в КИУМ, омертвляя все ресурсы, закладывая их в 11%, которые Солнце позволяет. Кто об этом и когда задумывался?! Поэтому сравнение энергетических технологий – очень многоплановый процесс и многие этим занимаются. Мы у себя в университете занимаемся, форсайт-исследования проводим, в том числе и по этим направлениям. Буквально в 2018 г. мы закончили форсайт-исследование по заказу Министерства науки и высшего образования РФ «Форсайт-технологии 2030».

-Александр Валентинович, давайте паузу сделаем, и об этом Вы расскажете после неё.

(…)

-Мы беседовали об истории урановых «хвостов», но прервались на рассказе Александра Валентиновича о том, что происходит в МИФИ, какие разработки.

-Да, действительно мы начали с проблемы: А не опасно ли? а перешли к будущему. Ведь то, что мы сейчас обсуждаем, это – будущее. А будущее исследовать очень просто. Все хотят видеть будущее, но технологии прогнозирования будущего называются форсайт-исследованиями. Эти исследования проводятся давно и у нас, и за рубежом. С 2012 г. издаётся журнал, который так и называется «Форсайт». И более того, фактически эти форсайт-исследования проводились, проводятся и, думаю, будут проводиться в основном по заказу государственных органов, привели к одному выдающемуся событию. Прогноз «Технологии 2030» был рассмотрен в 2014 г. на заседании Правительства и одобрен. То есть видение будущего было одобрено Правительством в виде распоряжений и т.д. И следствием этого одобрения было появление в том же 2014 г. Федерального Закона «О Стратегическом планировании в РФ». Только благодаря тому, что Правительство посмотрело, что это можно сделать, в этом ФЗ есть 22 глава, которая называется «Научно-технический прогноз». В законе, понятно, всего не напишешь, поэтому с того времени появилось два подзаконных акта, два постановления Правительства, как прогнозировать, что, в какие сроки и т.д. И тот пример, который я привёл в 2018 г. – это актуализация прогнозов, которые прописаны в этих подзаконных актах. Я должен похвалиться, что «Прогноз 2030» делало семь университетов. Основной организационной работой занималась Высшая школа экономики, также было выбрано шесть университетов, которые прогнозировали шесть приоритетных направлений (которые закреплены в Указе Президента). Наш университет прогнозировал направление, которое «Энергосбережение, энергоэффективность и ядерная энергетика». Там были позиции и по медицине, ну, Вы поняли. Эти вот шесть университетов и ВШЭ, как организатор, которую было не стыдно показать Правительству, а Правительству было не стыдно признать её правильной. Ещё раз подчеркну, что есть Закон, подзаконные акты, технические прогнозы и дорожные карты, которые строятся на базе этих прогнозов – это хорошо распространённый инструмент.

Конкретно, ГК «Росатом» объявила в марте 2019 г. конкурс на все девять сквозных цифровых технологий по программе «Цифровая экономика». 30 сентября были подведены итоги (все сдали результаты) и 18 декабря, то есть через неделю, на НТС-12, членом которого я являюсь, директор по цифровизации Солнцева будет рассказывать об этих итогах.

Что получается в результате? ГК «Росатом» в рамках Федеральной программы по цифровой экономике взяла на себя эту функцию. А что такое дорожная карта?! Это картинка на 20, 30 лет вперёд, а может и дальше. Нам расскажут 18 числа. Научно-технический прогноз или форсайт-исследование становятся инструментами и понятно, почему.

Изменения техники, технологий происходят очень быстро, елси вы будете постоянно это мониторить, то это и записано тех дорожных картах и, фактически, форсайт-исследования никогда не заканчиваются. Через шесть лет мы должны посмотреть на результат и его соответствие, а потом снова смотреть в будущее.

Сегодня и мы, и другие университеты, и ВШЭ проводим каждый год научную сессию по форсайт-исследованиям, а журнал «Форсайт» она и издаёт. Мы тоже в этом участвуем, пишем в журнал, участвуем в конференциях. Это – мировой тренд. Будущее надо видеть, а не предсказывать, оценивать. Фактически, говоря о форсайт-исследованиях, они отличаются тем, что вы формируете будущее. Вы оцениваете какие-то будущие тренды, состояние дорожной карты, подключение стейк-холдеров. А кто такие стейк-холдеры – это заинтересованные стороны. Наши гости так и записываются – заинтересованные стороны. Это могут быть и бизнес-структуры, и государственные структуры и образовательные структуры. Вы формируете это будущее на базе оценок, сделанных экспертами.

Я сам читаю курс по форсайт-исследованиям нашим студентам, и меня часто спрашивают: - Откуда берётся новая информация? Вот вчера мы не знали, что будет в будущем, а сегодня знаем, что будет через десять лет. И это вопрос законный, потому что ни в книжках, ни в журналах, ни в базах данных вы ответа на этот вопрос не найдёте.

А где? В головах экспертов. И поэтому работа экспертов, подбор экспертов, последовательность, экспертные панели, технологии типа «Дельфи» - это работа по извлечению этой информации из голов экспертов, потому что любой эксперт в будущее смотрит, иначе он – не эксперт. Но у каждого – своё представление, сугубо индивидуальное. И когда вот это экспертное сообщество начинает взаимодействовать, оно даёт объективные оценки, как по времени, так и по содержанию, оно обогащает себя. Поэтому эксперты охотно участвуют в этих сообществах, они обогащают свои представления об этом самом будущем.

Конечно, в зависимости от того, что вы оцениваете, и количество экспертов меняется. Если вы оцениваете перспективность пенсионных систем, то все пенсионеры будут экспертами, а если перспективы гетероструктур для извлечения фононов, то всём мире, может быть, пять экспертов.

И, конечно, в зависимости от этих проблем формируются экспертные группы и надо сказать, что Япония – лидер в этом направлении. Она с 50-х гг. прошлого века сделала семь глобальных форсайт-исследований. У них есть прогноз «Энергетика 2100». Вот куда смотрят японцы. И фактически это понятно, потому что Япония, проигравшая войну, должна была использовать единственный ресурс – рабочую силу. А куда вложить эту рабочую силу? Поскольку они правильно оценили это, то сегодня мы ездим на японских авто, ходим на японских супертанкерах, пользуемся японской электроникой и т.д., и т.д.

Вот что творит видение будущего. Это ещё и организация. Чем занималась Япония после войны? Она импортировала технологии, развивала их и сегодня это – третья экономика мира.

- Были же сведения, что Япония недостаточно эффективно справилась с проблемой «Фукусимы».

-Если «Фукусима» - давайте о ней немного поговорим, потому что она на слуху, и не все знают подробности. Например, почему из шести реакторов четыре взорвались, а два стоят, как новенькие? А вот почему.

«Фукусиму» строили американцы, «Дженерал электрик». Они от этого стараются уходить и не упоминать. Четыре реактора были модернизированы, в том числе были заменены необходимые для каждого реактора дизель-генераторы, которые включаются в момент отключения электричества и работают день-два. Так вот, в тех реакторах, которые модернизировали, решили сделать пульт управления в подвале, а на тех, которые не успели, пульт остался наверху, в центральном зале. И когда волна всё залила, всё, что можно залить, выключив всё коротким замыканием, генераторы не включились. Как это понимать? Кто виноват?! Американцы сказали: - Ещё раз скажете, что «Фукусиму» строили мы – лишим вас того, этого, пятого-десятого… Вы когда слышали, что «Фукусима» - американская?

-Я вообще никогда об этом не слышал.