50-летие пуска реактора на быстрых нейтронах БН-350

16 июля исполнилось 50 лет со дня пуска первого в СССР энергетического реактора на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем – БН-350. Пуск состоялся на первой советской АЭС с реактором на быстрых нейтронах, построенной в городе Шевченко Казахской ССР (ныне г. Актау, Республика Казахстан) на берегу Каспийского моря.

АЭС с реактором на быстрых нейтронах в г.Шевченко Казахской ССР (ныне Актау)

Градообразующим предприятием города был Прикапийский горно-металлургический комбинат, добывавший, перерабатывающий и обогащавший урановую руду. Город не имел природных источников питьевой воды, поэтому ему требовались промышленные опреснители, а им в свою очередь – много энергии. Таким образом, ядерный реактор нового типа решал не только задачи практического освоения новых технологий, но и прикладные задачи, имеющие огромное значение для народного хозяйства. Тепловая мощность реактора БН-350 равнялась 1000 МВт, суммарная электрическая мощность составляла 350 МВт, из которых на получение пресной воды из морской уходило 100 МВт. Тогда это была единственная в мире атомная опреснительная установка, выдававшая 120 000 м3 воды в сутки.

Идея реактора на быстрых нейтронах возникла у советского ученого Александра Лейпунского во второй половине 1940-х гг. После того, как было открыто деление урана, довольно скоро стало понятно, что следующий шаг – строительство ядерных реакторов. Однако разведанных запасов урана на Земле было слишком мало, чтобы на длительное время обеспечить работу тепловых реакторов, использующих для получения энергии изотоп урана-235. Изотопная распространенность урана-235 в природе составляет всего лишь 0,72 %.

«Лейпунский пришел к идее, что из урана-238 можно получать делящийся изотоп, если использовать реакцию взаимодействия избыточных нейтронов с ураном-238, в результате которой получается плутоний-239, который уже очень хорошо делится нейтронами, – рассказывает Юрий Казанский, ученик Лейпунского, доктор ф-м.н., профессор, ректор (1985-2001 гг.) Обнинского ИАТЭ (ныне филиал НИЯУ МИФИ), принимавший участие в подготовке пуска БН-350. – Если устроить такую реакцию большой мощности и интенсивности, то уран-238 можно в принципе превратить в плутоний-239, и тогда запас делящихся на быстрых и тепловых нейтронах изотопов будет в 130 раз больше. А урана-238, превращенного в плутоний-239, хватит на многие сотни лет – а значит, можно строить ядерную энергетику».

В 1959 году А.И. Лейпунский был назначен научным руководителем Физико-энергетического института, который теперь носит его имя. И тогда же началась работа над реактором БН-250 (первоначальное название реактора БН-350). Чтобы создать новую технологию, которая позволила бы построить реактор на быстрых нейтронах, нужно было подобрать теплоноситель – вода не годилась, потому что она замедляет быстрые нейтроны и смягчает нейтронный спектр. Для экспериментального обоснования физики и техники быстрых реакторов в Обнинске был построен реактор БР-10, в котором испытывались разные теплоносители. Выбрали натрий, так как он оказался оптимальным по совокупности причин.

Пуск БН-350

Сроки строительства реактора по тем временам были рекордные: начало – 1964 год, энергетический пуск – 1973 год. В процессе его эксплуатации были выполнены многочисленные материаловедческие исследования – ученые изучали различные виды топлива и то, как разные конструкционные материалы совместимы с тем или иным топливом.

Мемориальная доска на здании АЭС в Актау

В 1998 году реактор был остановлен. «Реактор бы мог еще работать и работать, но «независимость» от русских специалистов для Казахстана оказалась важнее, да и стоило его содержание больших денег. А под Актау к тому времени были открыты большие скопления пресной воды, и необходимость в опреснении отпала», – считает Юрий Казанский. – В целом же БН-350 сыграл огромную роль в развитии отечественной атомной энергетики: всего три страны в мире практически вели работу по созданию промышленных быстрых реакторов – СССР, США и Франция. Последние две, в том числе и из-за неудач и аварий на этих реакторах, потеряли к ним интерес. А в России продолжили работу над ними: в 2015 году мы запустили реактор с натриевым теплоносителем БН-800 с электрической мощностью 880 МВт (Белоярская АЭС в Свердловской области), сейчас проектируется уже БН-1200 с электрической мощностью 1220 МВт – его планируют ввести в строй там же в 2035 году».