Газета Завтра Газета - Газета Завтра 905 (12 2011)

Хотя идея бридеров (реактор — размножитель делящихся изотопов) была предложена Лео Сцилардом в 1943 году, первый экспериментальный бридер, тепловой мощностью 0,2 МВт был введен в действие 20 декабря 1951 года в Айдахо, США, т.е пятью годами позже реактора на быстрых нейтронах. В СССР похожий реактор — четырьмя годами позже — в г. Обнинске. Сегодня идея реакторов на быстрых нейтронах однозначно связывается только с расширенным воспроизводством ядерного топлива.

В 1956 г. консорциум компаний США начал сооружение 65 МВт бридера "Ферми-1". После его пуска в 1966 г. из-за блокады в натриевом контуре произошло расплавление активной зоны. Реактор демонтирован. Больше США к идее бридеров не возвращались.

Германия построила бридер в 1974 г. и закрыла в 1994 г. Промышленный бридер, SNR-2, сооружение которого началось еще в начале 70-х годов, завершила его строительство в конце 90-х годов, но в эксплуатацию так и не ввела из-за неконкурентноспособности и нерешенности проблемы РАО.

Франция в 1973 г. ввела в эксплуатацию "PHENIX", а в 1985 г. промышленный "SUPERPHENIX", стоимостью 5 млрд. USD. В настоящее время их работа прекращена.

Япония в 1977 г. построила опытный бридер "Дзее", на работу которого до сих пор не получена лицензия. Большой промышленный бридер "Мондзю", введенный в эксплуатацию в 1994 году, в декабре 1995 г. закрыт после пожара из-за утечки теплоносителя (натрия).

Здесь нет смысла специально останавливаться на причинах, по которым во всех странах мира отказались от идеи бридеров, почему все проекты реакторов-размножителей с плутониевым топливом (UO2/PuO2) на сегодня оказались закрыты. Это Феникс (1973) и Супер-Феникс (1985) во Франции; PFR (1974) и CDFR (1990) в Англии; SNR-300 (1990) в ФРГ; MONJU (1987) в Японии и CRBRP (1988) в США. Отмечу лишь, что эти причины разнообразны, тесно связаны между собой и в принципе неразрешимы.

Самым удивительным является то, что все реакторы-размножители, построенные у нас в стране, работают только на уране. Уже около тридцати лет на Белоярской АЭС работает реактор на быстрых нейтронах БН-600 (Белоярская АЭС, Россия). Облик реакторов-размножителей, основные принципы конструирования, физические процессы, определяющие работу реактора, топливо, теплоноситель и др. составляющие проектов БР были полностью определены и экспериментально подтверждены к концу 80-х годов. БН-600 — это уникальная машина, потребовавшая при создании огромных денежных средств и труда большого количества высококвалифицированных специалистов. Но он не является реактором с замкнутым циклом по 239Pu и не может нарабатывать топливо в режиме расширенного воспроизводства. Вся программа бридеров развивается уже около 60 лет. Казалось бы, при том, что демонстрация процесса расширенного производства делящегося вещества является основной в проблеме реакторов-размножителей, надо было бы за это время продемонстрировать хотя бы принципиальную возможность решения этой проблемы. Но, по факту, в ответе ноль. Только разговоры о самой передовой технологии, которую во всех других странах закрыли.

Таким образом, по факту сегодня с уверенностью можно утверждать, что промышленного освоения БР, как во всём мире, так и у нас в стране, не будет. И совсем не по причине уникальности, дороговизне и многочисленных трудностей, возникающих в процессе создания и эксплуатации.

На сегодняшний день гораздо более проработанной является технология, использующая не цепные реакции, а ускорители заряженных частиц для вынужденного деления любых ядер группы актиноидов. Эту технологию мы называем ядерно-релятивистской (ЯРТ). В ней используются нейтроны гораздо более широкого спектра (до Гэв-ного диапазона), чем в современных реакторах. Важнейшим достоинством ЯРТ является то, что, в отличие от бридерных технологий, сразу после создания головного реактора можно приступить к их неограниченному ничем тиражированию. Данное направление развития ядерной энергетики сегодня негласно стало основным во всех развитых странах. Предпосылки для ЯРТ энергетики разрабатывались уже давно.

Георгий Иванович Марчук в книге "Численные методы расчетов ядерных реакторов" (М.: Атомиздат, 1958) предложил технологию создания глубоко подкритического реактора (с коэффициентом размножения нейтронов в активной зоне реактора в диапазоне 0.4-0.7) и сделал вывод, что только в таком реакторе можно реализовать делительные процессы со спектром нейтронов, "задаваемым" не самой реакторной сборкой (т.е. делительным спектром при критичности сборки близкой к 1,00), а определяемым внешним источником нейтронов.

Ещё раньше, в конце 40-х годов, Филипп Моррисон, соратник Энрико Ферми, обратил внимание на необходимость рассмотрения процессов "вынужденного деления" ядер урана высокоэнергетическими нейтронами. Он говорил о необходимости рассмотрения процессов "вынужденного деления" ядер урана высокоэнергетическими нейтронами. Процитируем: "Наиболее замечательным свойством кривой распределения осколков деления по массам … является закономерное изменение формы кривой с ростом энергии бомбардирующих частиц. По мере того, как возбуждение все больше увеличивается над порогом деления, усиливается тенденция к симметричному делению… Деление урана под действием медленных нейтронов никогда не бывает симметричным; при энергиях в окрестности 100 МэВ симметричное деление оказывается наиболее вероятным. Непосредственные измерения ионизации осколков подтверждают наблюдения над массами. Любые эффекты, приводящие к асимметричному делению, становятся все более несущественными по мере того, как увеличивается энергия возбуждения капли. Однако, по-видимому, нельзя утверждать, что полная энергия продуктов деления при асимметричном делении больше, чем при симметричном делении; скорее имеет место обратное".

Для энергий нейтронов, меньших 100 МэВ, спектр деления оказывается средним между симметричным и двугорбым. Кроме того, осколки являются короткоживущими. В наших экспериментах, выполненных в Дубне в 1998 году (при содействии Александра Михайловича Балдина) и в 2004 году в Протвино было показано, что спектр осколков деления состоит из короткоживущих осколков. Сборка из модельного рабочего тела свинца весом около 7 тонн (1х0,8х0,8 м3), облучалась в Протвино пучком протонов с энергией от 10 до 20 ГэВ. в течение 12 часов и активность на её поверхности достигла 8 рентген в час. Сборка высветилась до фонового уровня за 12 суток. Факт деления свинца (порог деления свинца около 25 МэВ) подтверждается, во-первых, тем, что выделение энергии в сборке превысило величину энергии, подведённую с пучком протонов и, во вторых, тем, что в спектре нейтронов в подобных эксперимен-тах, выполненных в ЦЕРНе в 2004 году, кроме каскадных нейтронов был зафиксирован спектр нейтронов деления.