совместный проект
Глава 1 Энергетика
будущего
Будущее российской энергетики
за мирным атомом
В 2025 году, на 80-летие отечественной атомной индустрии, принята Энергетическая стратегия России до 2050 года. Согласно ей, в России заработают промышленные реакторы IV поколения, ядерная энергетика станет двухкомпонентной, замкнется ядерный топливный цикл. Благодаря этому мирный атом станет возобновляемым и практически безотходным.
Петр Конюшенко
Заместитель министра энергетики РФ
Реакторы IV поколения — это не просто эволюция, а новый качественный скачок в атомной энергетике. Их отличают более высокие показатели экономичности, эффективности и надежности, в том числе за счет полной автоматизации работы. Главная их миссия — создание безотходной энергетики будущего. Так, реакторы на быстрых нейтронах, такие как российские БРЕСТ и БН-1200, будут «сжигать» в качестве топлива опасные радиоактивные отходы, оставшиеся от обычных АЭС.
Эту концепцию реализуют в России в рамках проекта «Прорыв». Мы первыми в мире создаем полную технологическую цепочку замкнутого ядерного топливного цикла, уходим от одноразового использования топлива с образованием опасных отходов: вместо того чтобы накапливать отработанное топливо, мы научились перерабатывать его, извлекать ценные компоненты и создавать новое топливо.
Это позволяет решить сразу несколько фундаментальных проблем. Во-первых, топливо для ядерных реакторов становится практически неограниченным — его хватит на тысячи лет вперед. Во-вторых, объем высокоактивных отходов сокращается до минимума. Наконец, страна, которая обладает такой технологией, обеспечивает себе полную энергетическую независимость.
История реакторов: 80 лет прогресса в 4-х поколениях
Два компонента новой ядерной энергетики
Российский мирный атом будет работать по двухкомпонентной схеме: в связку с привычными тепловыми реакторами войдут перспективные быстрые. Развитие по этому пути заложено в Энергетическую стратегию РФ до 2050 года.
Тепловой реактор
Быстрый реактор
Связка из тепловых и быстрых реакторов позволит замкнуть топливный ядерный цикл. Побочные продукты обогащения урана и работы реакторов (обедненный уран, отработавшее ядерное топливо и нарабатываемый плутоний) после должной переработки будут использоваться повторно — в качестве нового топлива. «Горючего» для ядерных установок хватит на тысячелетия — мирный атом превратится в возобновляемый ресурс.
Классическая ядерная энергетика
Замкнутый топливный ядерный цикл
Цикл вот-вот замкнется
Воплощению двухкомпонентной ядерной энергетики посвящен проект «Прорыв», который «Росатом» реализует с 2011 года. Инициатор и идеолог этого направления — научный руководитель проектного направления «Прорыв» Евгений Адамов. Первые научные работы по этой теме он опубликовал в начале 1990-х, а в 2000 году президент России Владимир Путин представил эту концепцию на «Саммите тысячелетия» ООН.
Евгений Адамов
Научный руководитель НИКИЭТ им. Н.А. Доллежаля, инициатор и научный руководитель проекта «Прорыв» госкорпорации «Росатом»
Двухкомпонентная ядерная энергетика — ответ на главный вызов XXI века: как надежно обеспечить человечество энергией на будущие тысячелетия, не подрывая при этом природных и сырьевых основ собственного существования.
Связка тепловых и быстрых реакторов с полным замыканием топливного цикла решает эту задачу комплексно. Она превращает ядерную энергетику в возобновляемую, позволяет гарантировать энергетическую безопасность России и сохранить запасы углеводородов для высокотехнологичных отраслей.
При этом снимаются экологические претензии к атомной отрасли, ведь замкнутый топливный цикл доводит радиоактивность отходов до уровня природного сырья. Риск аварий сводится до минимума конструктивно: интегральная активная зона быстрых реакторов исключает сценарии Чернобыля, Фукусимы и Три-Майл-Айленда.
Промышленное замыкание ядерного топливного цикла будет впервые продемонстрировано в 2030 году на Опытно-демонстрационном энергокомплексе (ОДЭК) с быстрым реактором БРЕСТ-ОД-300. Он строится на Сибирском химическом комбинате в Северске (Томская область) в рамках проекта «Прорыв».
Машиностроители «Росатома» изготовили основное оборудование для инновационной
реакторной установки БРЕСТ-ОД-300
Источник: Машиностроительный дивизион
«Росатома»
Помимо инновационного реактора, ОДЭК будет включать также мощности по переработке и фабрикации/рефабрикации ядерного топлива. Модуль фабрикации/рефабрикации запустили в опытно-промышленную эксплуатацию в декабре 2024 года, сейчас здесь отрабатывают промышленное производство СНУП-топлива (смешанное нитридное уран-плутониевое).
Вадим Лемехов
Генеральный конструктор Проектного направления «Прорыв»
На ОДЭК в Северске будет продемонстрировано мультирециклирование с полной самодостаточностью. Коэффициент топливного воспроизводства БРЕСТ-ОД-300 составит 1,05 — этот реактор будет нарабатывать немного больше топлива, чем расходует.
Рефабрикация топлива, на котором будет работать БРЕСТ-ОД-300, потребует добавления небольшого количества обедненного урана: на год работы его понадобится около 250–300 кг.
Это ничтожная цифра: в стране накоплены десятки тысяч тонн такого сырья, и ежегодно добывается около 3 тыс. тонн природного урана, из которого после обогащения большая часть идет в отвал. В этом смысле мы обеспечены на тысячи лет.
БРЕСТ-ОД-300 — первый в мире быстрый реактор со свинцовым теплоносителем, он разработан в НИКИЭТ им. академика Доллежаля. Развитием этого опытно-демонстрационного энергоблока станет БР-1200 на 1200 МВт — первый в мире серийный быстрый реактор со свинцовым теплоносителем. Его также разрабатывают в НИКИЭТ и построят в Северске. Пуск намечен на 2037 год. В АО «ОКБМ Африкантов» разрабатывается еще один серийный быстрый реактор на 1200 МВт — БН-1200 М с натриевым теплоносителем. В его основе лежит опыт эксплуатации БН-600 и БН-800. Его пустят в 2034 году на 5-м энергоблоке Белоярской АЭС.
На Земле зажгут искусственное солнце
Следующий шаг в развитии мирного атома — реализация управляемого термоядерного синтеза. В традиционной атомной энергетике для получения электричества и тепла используется энергия, выделяемая при делении более тяжелых атомных ядер на более легкие. Управляемый термоядерный синтез подразумевает извлечение энергии при обратном процессе: образовании более тяжелых ядер из более легких.
Естественным путем такие реакции протекают в ядрах звезд, а выделяемая при этом энергия служит источником их тепла и света. Создание искусственных звезд на Земле стало бы выгоднее всех остальных способов получения энергии: благодаря появлению термоядерных реакторов она станет, по сути, неисчерпаемой, чистой, безопасной и доступной.
Термоядерный синтез
Топливом для термоядерного реактора могут стать изотопы водорода: дейтерий и тритий. Первый легко извлекается из морской воды, а второй получают облучением лития. Существующих запасов и того и другого человечеству хватит на миллионы лет.
При этом есть множество других вариантов — например, смесь водорода и бора или монотопливо из одного лишь дейтерия. Последнее может удовлетворить энергетические потребности человечества на 15 млрд лет, что сопоставимо с возрастом Вселенной.
Михаил Ковальчук
Президент НИЦ «Курчатовский институт»
Работы по управляемому термоядерному синтезу — ключевой стратегический задел на поколения вперед, инвестиция в энергетическое будущее человечества. Это единственный известный нам масштабируемый (попросту говоря, неисчерпаемый) источник энергии, который может прийти на смену углеводородам.
Кроме того, работа над таким сложным технологическим проектом стимулирует прорывы в материаловедении (прежде всего сверхпроводники), сверхвысоковакуумных технологиях, мощной силовой электронике, робототехнике, моделировании сложных физических процессов.
Один из основоположников управляемого термоядерного синтеза — Лев Арцимович — в 1960-х сказал, что термоядерная энергетика появится тогда, когда она станет действительно необходима человечеству. Сейчас мы видим, что с ростом населения планеты потребность в энергии быстро возрастает. Опытно-демонстрационная стадия с получением первой «коммерческой» энергии в сеть может наступить уже в 2035–2040 годах.
Управляемый термоядерный синтез требует колоссальных температур — отсюда и название процесса. На Земле нет огромной гравитации, как внутри звезд, поэтому температура должна быть во много раз выше, чем в их ядрах. Например, для синтеза дейтерия с тритием она должна достигать 100 млн градусов, тогда как в ядре Солнца температура не превышает 15 млн градусов.
Добиться таких условий можно, например, в токамаке. Термин расшифровывается как «тороидальная камера с магнитными катушками». Такую систему в начале 1950-х предложили советские академики Игорь Тамм и Андрей Сахаров, а в 1968-м исследователи из Курчатовского института получили на таком оборудовании прорывной результат — плазму температурой в 11,6 млн градусов.
Виктор Ильгисонис
Директор направления научно-технических исследований и разработок Госкорпорации «Росатом»
Управляемый термоядерный синтез — экологически чистый и безопасный источник энергии с практически неисчерпаемым топливным ресурсом. Минимум радиоактивности и отсутствие в топливном цикле долгоживущих актинидов, принципиальная невозможность неуправляемого разгона реактора, топливо из воды и других распространенных ископаемых — это ли не мечта энергетиков?
Сам по себе такой синтез вполне реален уже сейчас — протекание термоядерных реакций надежно зафиксировано в экспериментах на крупных токамаках. Другое дело, что на пути к промышленной термоядерной электростанции необходимо решить еще целый комплекс непростых инженерно-технических задач.
Нам нужны новые материалы, нужно отработать целый ряд новых технологий, которые затем предстоит освоить промышленности. Чтобы продемонстрировать работоспособность таких технологий, мировое сообщество строит экспериментальный термоядерный реактор ИТЭР. Россия — инициатор и ключевой участник этой работы.
Крупнейший в мире экспериментальный термоядерный реактор ИТЭР (International Thermonuclear Experimental Reactor) возводится на юге Франции с 2007 года усилиями 35 стран. В экспериментах на этой установке собираются доказать возможность промышленной выработки термоядерной энергии.
Площадка сооружения ИТЭР в Сен-Поль-ле-Дюранс, Франция
Источник:
Проектный
центр ИТЭР («Росатом»)
Идея этого проекта и инициатива по его созданию принадлежит российскому академику Евгению Велихову. Сегодня Россия — ведущий участник проекта, поставляет множество критически важных систем, необходимых для работы будущей мегаустановки.
Отгрузка произведенной в России сверхпроводниковой катушки магнитной
системы ИТЭР.
Источник:
Проектный
центр ИТЭР («Росатом»)
Анатолий Красильников
Директор Проектного центра ИТЭР
Если мировое термоядерное сообщество сохранит нынешние темпы, управляемый термоядерный синтез сможет стать нашей повседневной реальностью уже к середине столетия.
Первый эксперимент на международном экспериментальном термоядерном реакторе ИТЭР планируется осуществить в 2034 году. В 2039-м проект перейдет на основное топливо — дейтерий-тритиевую смесь. Далее последует серия экспериментальных кампаний для отработки всех процессов. Параллельно с этим будет создаваться уже демонстрационная термоядерная электростанция.
Роль России в проекте фундаментальна. Сама концепция токамака, лежащая в основе проекта ИТЭР, была разработана именно в нашей стране, при этом мы отвечаем за изготовление и поставку 25 высокотехнологичных систем, многие из которых критически важны для работы экспериментального реактора.
Параллельно в России реализуется комплексный федеральный проект «Технологии термоядерной энергетики» в рамках национального проекта «Новые атомные и энергетические технологии».
Для отработки технологий будущих термоядерных реакторов в НИЦ «Курчатовский институт» модернизируют токамак Т-15 МД. На нем уже испытывают решения как для ИТЭР, так и для будущих отечественных установок. Ожидается, что к 2030 году плазму в нем можно будет разогревать до 100 млн градусов.
Токамак Т-15 МД НИЦ «Курчатовский институт»
Источник:
НИЦ
«Курчатовский институт»
В научном институте «Росатома» в Троицке (Новая Москва) работают над токамаком с реакторными технологиями (ТРТ) — прототипом будущего промышленного термоядерного реактора. Он позволит развить знания и опыт, полученные при реализации проекта ИТЭР. Уже завершены концептуальный и эскизный проекты, технический проект будет готов в 2025–2026 годах. Запуск ТРТ намечен на 2035 год.
Эскизный проект Токамака с реакторными технологиями (ТРТ)
Пресс-служба
ГК «Росатом»
Благодаря этим проектам Россия обеспечит свое стратегическое лидерство в термоядерной энергетике.