Китайская корпорация CGN предложила альтернативный вариант перехода к замыканию ядерного топливного цикла

18 мая 2022




Международная конференция FR22 по быстрым реакторам и связанным с ними топливным циклам прошла в штаб-квартире МАГАТЭ в Вене в прошлом месяце. С дискуссионным докладом о возможных путях перехода китайской атомной энергетики к коммерческому замкнутому ядерному топливному циклу на конференции выступил Сяо Минь (Xiao Min), представляющий китайский НИИ атомно-энергетических технологий.

Нужно отметить, что данный институт входит в состав корпорации CGN, конкурента корпорации CNNC, а именно последняя отвечает в КНР за строительство быстрых натриевых реакторов.

С ростом атомного парка в Китае одновременно происходит и накопление ОЯТ легководных реакторов. Если сейчас в КНР накоплено более 8,5 тысячи тонн ОЯТ, то к 2030 году скопится 23,5 тысячи тонн. В Китае принята политика замыкания ЯТЦ и обсуждается план по строительству крупного завода по переработке производительностью 800 тонн ОЯТ в год.

При этом в Китае отсутствует чёткая стратегия повторного использования делящихся материалов - предназначаются они для быстрых реакторов или для легководных тепловых? Ответ на этот вопрос должен быть получен до начала коммерческой переработки ОЯТ.

Докладчик считает, что степень зрелости технологий быстрых реакторов и их топливных циклов всё ещё невысока, и они не достигнут зрелости как минимум до второй половины XXI века.

В свою очередь, отметил докладчик, применение MOX-топлива в легководных реакторах достаточно широко распространено в мире. В общей сложности было использовано порядка 7,5 тысяч MOX-сборок на АЭС Франции, Бельгии и других стран.

Сяо Минь напомнил, что в Японии "более десяти" блоков лицензированы на частичную загрузку MOX-топлива.

Докладчик рассмотрел известный французский опыт использования MOX-топлива в легководных реакторах, после чего перешёл к практике России.

Он отметил, что в России принята стратегия, которая предусматривает создание двухкомпонентной атомной энергетики с тепловыми и быстрыми реакторами, что докладчик считает отказом от прошлого курса на замыкание топливного цикла только с быстрыми реакторами.

В этой связи интерес докладчика вызывают новости об испытаниях в России REMIX-топлива для реакторов ВВЭР.

У Китая сейчас нет большого опыта по замыканию ЯТЦ. Поэтому, полагает докладчик, начинать переход к коммерческому замыканию стоит осторожно, а именно с использования MOX-топлива в легководных реакторах.

На первом этапе нужно начать с загрузки опытных партий MOX-кассет, после чего постепенно перейти к серийному производству и использованию MOX-топлива.

По мере освоения технологии следует постепенно повышать глубину выгорания MOX-топлива с целью выйти на MOX parity, то есть на сценарий, при котором потребление плутония примерно сравняется с его производством.

Докладчик признал, что нейтронно-физические свойства MOX-топлива достаточно сильно отличаются от свойств уранового топлива. Соответственно, для китайских блоков с реакторами II поколения максимально возможным станет загрузка MOX-топливом до 30% активной зоны.

После этого можно будет приступить к реализации второго этапа, а именно создания в КНР двухкомпонентной структуры атомной энергетики, включающей в себя как тепловые, так и быстрые реакторы.

В завершающей части доклада Сяо Минь рассмотрел несколько возможных конфигураций двухкомпонентной атомной энергетики Китая. Они приведены на иллюстрации.

В статье остановимся на наиболее интересной конфигурации, в которой присутствуют быстрые реакторы на 600 МВт(э) и блоки с "Hualong One".

На каждый блок с быстрым реактором приходится блок с "Драконом". Загрузка быстрых реакторов - 100% MOX, загрузка "Драконов" - 20% MOX, 80% урановое топливо. На практике это означает, что при каждой перегрузке "Дракона" меняется 48 сборок с урановым топливом и 12 MOX-сборок.

Масса плутония, выгружаемого из "Дракона", превышает массу загружаемого плутония (логического противоречия здесь нет, так как общий КВ "Дракона" по-прежнему остаётся меньше единицы).

Плутоний из ОЯТ теплового реактора идёт на нужды изготовления MOX-топлива для быстрого реактора, а плутоний из ОЯТ быстрого реактора направляется на изготовление MOX-топлива для теплового реактора (и частично на собственные нужды по топливу). При этом быстрый реактор работает в режиме с КВ=1.

Если поднять долю MOX-топлива в "Hualong One" до 30%, то быстрому реактору придётся перейти в режим бридера и работать с КВ=1,1 для обеспечения устойчивой по топливу работы рассматриваемой пары быстрого и теплового реакторов.

Источник