БН-800: трудные первые шаги.

   Реактор БН-800 и вообще — весь четвёртый блок Белоярской АЭС, расположенной в Свердловской области, возле города Заречный — это, без преувеличения, уникальная стройка для всей России.
На фоне множества попыток изобразить «инновации» из весьма посредственных рацпредложений или же старых, ещё советских патентов, БН-800 — это и в самом деле инновационный проект «Росатома», да и всей России.

   Что же делает этот реактор столь важным для дальнейшего развития как российской, так и мировой атомной промышленности? Насколько «усеян розами» и насколько труден путь БН-800 и всей программы быстрых натриевых реакторов в будущее?И — почему вот уже в который раз переносится в будущее так называемый «энергетический пуск» реактора БН-800, если результатов его реальной работы так напряжённо ждёт и Россия, и весь мир?

   Для начала, стоит вспомнить, как развивалась бридерная программа в разных странах, которыю вплотную подходили  или же фактически реализовывали идею создания быстрого бридерного реактора.Американцы, бодро начав в 1950-е годы строить экспериментальные реакторы на быстрых нейтронах, уже на первом опытно-промышленном энергоблоке «Ферми-1» столкнулись с тем, что их понимание специфики поведения материалов в потоке высокоэнергетических нейтронов неимоверно далеко от того, что происходило с блоком в реальности, а масса недочётов в конструкции блока «Ферми-1» и его весьма простое устройство — так и не позволили осуществить старт американской бридерной программы.


Постройка реактора «Ферми-1», конец 1950-х годов.

   Столь же непросчитанной и авантюрной по своей сути оказалась и бридерная программа другой старой ядерной державы — Великобритании. Об печальном окончании английской бридерной программы можно почитать вот тут, в разделе «Без продления срока службы».

   Начиналась же программа английского быстрого натриевого бридера, как и американская, ещё в 1950-х годах, когда в ноябре 1959 года был запущен первый английский экспериментальный бридер DFR (Dounreay Fast Reactor, Быстрый Реактор в Дунрей).


Постройка первого английского бридера DFR, конец 1950-х годов.

   Первый экспериментальный реактор DFR в Дунрей имел электрическую мощность всего в 14 МВт, но исправно проработал целых 15 лет, с 1962 по 1977 год, произведя и отдав в общеанглийскую сеть более 600 млн. кВт-часов электроэнергии.
Реактор работал на ТВЭЛах из металлического урана изотопа 235U высокой степени обогащения, дополнительная стабилизация топлива осуществлялась молибденом и ниобием. В качестве теплоносителя в DFR использовалась, как и на первых американских бридерах, эвтектика (смесь) жидкого натрия и жидкого калия.

   Однако, использование металлического, а не оксидного топлива налагало свои ограничения на глубину его выгорания (всего лишь около 3 ГВт×сут/тонну при лучших показателях оксидного топлива сейчас в 60 ГВт×сут/тонну), а использование эвтектики натрия и калия оказалось не очень удачной технологической идеей — массово образующийся в первом контуре радиоактивный цезий, также принадлежащий к первой группе таблицы Менделеева, оказалось безумно трудно отделять от очень схожего с ним калия. Чистый натрий тоже был не подарок, но всё-таки создавал для этого меньше проблем.

   На основе опыта реактора DFR там же, в Дунрей был пущен и последний английский быстрый бридер — PFR (Prototype fast reactor, Прототип Быстрого Реактора). Это был уже, в отличии от DFR, опытно-промышленный агрегат, который был рассчитан на электрическую мощность в 250 МВт. Энергетический запуск реактора PFR состоялся в январе 1975 года, остановлен был реактор в 1994-м.


Строительная площадка реактра PFR, 1967 год. На заднем фоне — работающий DFR.

   Основным топливом PFR было МОХ-топливо (смесь оксидов делящихся изотопов 235U и 239Pu), охлаждение осуществлялось уже «классическим» жидким натрием.
Однако, уже на стадии пуска PFR произошло несколько критических происшествий и аварий, а вся его опытно-промышленная эксплуатация оказалась одной большой проблемой.
Согласно общему отчёту МАГАТЭ по реактору PFR, за это время он работал всего лишь 38% от общего времени, произведя чуть более 26% от положенной по его мощности электроэнергии.

   В итоге — смелым планам английских атомщиков так и не суждено было сбыться. Амбициозная программа 1975 года, которая была принята на волне успешного пуска PFR и предусматривала создание 104 ГВт атомной мощности в Великобритании к 2000-му году, из которых бы не менее 35 МВт составляли бы быстрые реакторы-размножители, так и осталась на бумаге.
А перспективный проект коммерческого реактора-размножителя CFR электрической мощностью в 1200 МВт, на который к началу 1980-х годов было потрачено не менее 100 млн. фунтов стерлингов, так же остался лишь на бумаге.

   Не менее трагичной и извилистой была судьба японского быстрого размножителя «Мондзю».

Начатый к постройке в 1986 году он был запущен почти что десятилетием позже, в августе 1995 года.
   Казалось, японцы с присущей им скрупулёзностью разобрали все недостатки и просчёты американской и английской программ натриевых реакторов, получили в начале 1990-х годов доступ к советской документации по натриевым размножителям БН-350 и БН-600. Однако, при отсутствии практики работы в Японии с натриевыми технологиями на небольших экспериментальных реакторах, это не спасло реактор «Мондзю» от быстрого нарастания эксплуатационных проблем. Крупный опытно-промышленный реактор, с электрической мощностью в 280 МВт, оказался одним из самых «несчастливых» бридеров.


Реактор «Мондзю» в середине 1990-х годов.

   Уже в декабре 1995 года на станции «Мондзю» происходит масштабный пожар, вызванный неконтролируемой утечкой жидкого натрия из охлаждающего контура реактора. Попытки эксплуатационного персонала скрыть масштабы аварии  приводят к громадному скандалу. В отличии от случая с «Фукусимой», крупных утечек радиации из первого контура удалось избежать, но доверие к программе быстрых реакторов в Японии было критически подорвано. «Мондзю» остановили на долгие 15 лет.
   Второй раз «Мондзю» был запущен в мае 2010 года, за год до аварии на станции «Фукусима-1». Однако, уже в августе 2010 года другая поломка снова останавливает реактор: как оказалось, японцами была неправильно просчитана конструкция внутриреакторной перегрузочной машины, которая бы обеспечивала перегрузку ядерного топлива. 3,3 тонный роботизированный агрегат сорвался с направляющих — и упал внутрь корпуса реактора. Достать его смогли только через год, в июне 2011-го.
   В итоге уже в 2013 году национальным атомным регулятором Японии было принято решение использовать «Мондзю» исключительно, как тестовую площадку по исследованию реакторов на быстрых нейтронах — и отказаться от производства электроэнергии на площадке. Ожидаемо. Японцам не удалось «проскочить» на чужих знаниях этап наработки технологий и тестирования инженерных концепций на небольших, экспериментальных реакторах.

   Их ближайшие соседи, китайцы, сегодня идут именно таким, постепенным путём, работая пока что на экспериментальном реакторе CEFR, который построен Китаем в теснейшем сотрудничестве с Россией.



Постройка китайского быстрого натриевого бридера CEFR.
На транспоранте написано, судя по всему, что-то героическое.

   Это небольшой экспериментальный натриевый реактор, мощностью всего в 25 МВт, должен обеспечить Китаю следующие два шага, которые необходимы китайцам для запуска своей собственной быстрой натриевой программы: постройку опытно-промышленного быстрого бридера электрической мощностью в 600-800 МВт (тут можно сразу провести аналогии с конструкторскими решениями, которые, скорее всего, будут позаимствованы у БН-600 или БН-800), который Китай планирует построить в период 2015-2020 годов и третий, завершающий этап, который китайцы хотят ознаменовать пуском в эксплуатацию коммерческого быстрого реактора электрической мощностью в 1200-1500 МВт («Кто сказал БН-1200? Гусары, молчать!»).

   Этап кражи творческого копирования создания коммерческого бридера гигаватной мощности китайцы хотят завершить к 2040 году, а запустить его в 2050-м году.

   Об индийской самобытной и оргинальной программе быстрого натриевого реактора я только что уже рассказал моим читателям и повторяться в рамках этой статьи не буду.
   Там, в общем-то, присутствует тот же принцип: только постепенный и постоянно сверяемый с реальностью фактических успехов на реакторных площадках путь совершенствования конструкций может привести к устойчивому развитию программы быстрых бридеров: от экспериментальных, небольших реакторов размером в 10-30 МВт, через опытно-промышленные реакторы электрической мощностью в 200-600 МВт — к полностью коммерческим, надёжным и самоокупаемым системам мощностью в 1200-1500 МВт, которые позволят как производить электроэнергию с поразительно низкими издержками — так и обеспечивать стабильное воспроизводство ядерного топлива с коэффициентом не менее 1,3-1,4.

   Россия на этом пути от опытно-промышленных систем (БН-600) к полностью коммерческим системам (БН-1200) решила сделать ещё одну, промежуточную остановку. Под названием БН-800.



   И сейчас решает массу проблем технологического, технического и инженерного плана — для того, чтобы БН-800 не стал вторым «Мондзю», «Ферми-1» или «Суперфениксом», когда французы, посчитали, что 230-мегаваттного «Феникса» им вполне достаточно, чтобы сразу же замахнуться на 1200 МВт, полностью коммерческий «Суперфеникс».

   Впрочем, история французских бридеров, пожалуй, стоит отдельной статьи. Ведь именно соперничество России и Франции в атомной отрасли, возможно, и определит облик следующего десятилетия атомной эры...