Атомная стратегия на Енисее

Горно-химический комбинат в канун своего 60-летия оказался в центре внимания. Здесь разворачиваются работы по созданию технологического комплекса, который позволит замкнуть ядерный топливный цикл России. И это не только «сфера обслуживания» имеющегося парка энергетических реакторов, это технологическая база для создания реакторов нового поколения.

Основан Горно-химический Комбинат постановлением Совета Министров СССР «О комбинате 815» за подписью И.В.Сталина от 26 февраля 1950г. Во исполнение этого постановления реакторный и радиохимический завод были построены в подземном исполнении в 50-ти километрах ниже Красноярска по течению реки Енисей. Основным назначением ГХК до 1995 года являлось выполнение государственного оборонного заказа по производству плутония для ядерного оружия.

Сегодня ГХК ведущее предприятие России по созданию полного технологического комплекса в области цивилизованного обращения с отработавшим ядерным топливом (ОЯТ) энергетических реакторов и замыканию ядерного топливного цикла.


Немного истории

В обоснование подземного расположения в постановлении «О комбинате №815» было указано – «с целью укрытия от воздушного нападения». Однако, рассекреченные и опубликованные документы Атомного проекта СССР позволяют говорить о том, что «подземка» стала административным прикрытием для старта мирной атомной энергетики.


Комбинатоуправление ГХК (слева)

Сама идея подземного расположения комбината в отрогах Саян на Енисее появилась изначально и, скорее всего, пришла в голову Завенягину, который изучал подземные заводы ФАУ в поверженной Германии и хорошо знал Енисей. Однако Берия эту дорогую идею не принял, и 5 декабря 1949 года было подписано первое постановление Совмина о строительстве комбината №815, на поверхности, на Томской площадке с реакторами серии АВ.

Сроки ввода в эксплуатацию реакторов были определены 1951–52 гг., а их плутоний и бомбы из него, включены в план пятилетки. И в это же самое время Берия получает письмо Александрова с проектом реактора АД – мало того, что этот реактор в два раза больше производительностью по плутонию, его конструкция и удельная мощность позволяют поднять температуру охлаждающей воды на выходе до состояния рабочего тела турбины. По сути, это был первый проект энергетического реактора. До этого у всех реакторов в мире температура охлаждающей воды на выходе была не более 100 градусов, а у проекта АД на выходе парогенератора был перегретый пар, который мог вращать турбину.


Преимущества подземного расположения реактора: 1. Естественный контаймент; 2. После вывода из эксплуатации захоронение производится на месте


Железнодорожная станция в подгорной части

В этой ситуации, любой, кто хоть раз пробовал «пробивать» смету, поймет что случилось – деньги на строительство нового комбината на пятилетку выделены – надо строить. Но – новое предприятие хочется строить уже с новыми реакторами, которые есть пока только в головах ученых, и на их проектирование и конструирование необходимо время. И Берия позвал обратно Завенягина с его идеей – пока будут идти горные работы можно успеть сделать все работы по новым реакторам. Так вместо реакторов АВ, комбинат №815 получил агрегаты АД и сменил расположение на подгорное. При этом можно себе представить, какая тяга к мирной атомной энергетике была у руководителей советского Атомного проекта, если они идут ради нее на серьезный риск переподписывая документы у Сталина — плутоний нового комбината вычеркивается из планов пятилетки – потому что сроки сдвигаются. И все это происходит в один из самых драматичных моментов атомного противостояния. Но — в результате получилось совместить приятное с полезным – Горно-химический комбинат, неуязвимый для атомной бомбы, стал своеобразным символом неотвратимости ответного удара. А письмо Александрова с проектом агрегата АД получило «предметный» ход и инициировало у нас в стране целую программу по разработке энергетических реакторов, что привело к тому, что Советский Союз построил первую в мире АЭС. К слову сказать, реактор АДЭ-2 Горно-химического комбината в январе 1964 года стал третьей электростанцией Советского Союза, а его тепло используется для отопления и горячего водоснабжения Железногорска. Реактор работает до сих пор – уже 46 лет, но скоро и он уйдет на заслуженный покой. Первые два ректора ГХК – АД и АДЭ-1 – работали в проточном режиме и были остановлены в 1992 году. Еще одно из преимуществ Горы – затраты на вывод из эксплуатации минимальны – реактор просто навсегда остается в родной скале.


Перегрузка ОТВС на мокром хранилище

Смена эпох

Атомные технологии — самый серьезный потенциал развития цивилизации. Мы остановились на пороге нового технологического прорыва, но барьер существует – радиоактивные отходы атомного производства – нестабильные изотопы, осколки деления урана и плутония. Эта тема сегодня является основной не только потому, что расходы на обращение с отработавшим ядерным топливом удорожают атомную генерацию электроэнергии. Накопленные объемы отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) энергетических реакторов плюс накопленные запасы плутония являются стартовым «запалом» для создания топливной базы «быстрой» атомной энергетики.

Изначально атомная энергетика «топилась» ураном-235 и под это были созданы все существующие типы реакторов. И тут мы сталкиваемся с той же самой проблемой, которая затягивает петлю на шее углеводородной энергетики – что делать, когда закончится нефть? А в нашем случае – что делать, когда закончится «пятый» уран? Урана-235, так же как и нефти, по прогнозам хватит на полвека – 50 лет, и все — мы встанем. Если люди преклонного возраста могут надеяться на то, что на их век хватит, то, как правильно заметил Станислав Субботин (РНЦ «Курчатовский институт»), выступая в Железногорске на конференции «СИБИРЬ АТОМНАЯ. XXI век» — молодым людям прямо сейчас стоит задуматься над тем, чем они будут заправлять автомобиль уже через 20 лет. В ядерном топливном цикле аналогичная проблема — если ничего не делать, то мы придем к итогу, когда сожжем весь уран-235, остановим АЭС и будем вечно охранять радиоактивные отходы. В принципе, даже на такую ликвидацию можно было бы пойти – убраться за собой не такая страшная проблема. Но вот что человечеству делать дальше? Топиться углем? При таких объемах генерации, которые нужны даже сегодня, не говоря о будущем, если все покрыть угольной генерацией, то угольная генерация покроет собой все. Это даже не говоря о том, что потребуются чудовищные усилия по транспортировке угля. Что касается альтернативных источников — они на то и альтернативные, чтобы никогда не стать основными. На Земле не хватит посевных площадей, чтобы, например, перевести автотранспорт на биотопливо (спирт).


Сухое хранилище


Выход придумали довольно давно, но в эпоху дешевой нефти никто не стал особенно тратиться на создание «вечной» атомной энергетики. Кроме того, еще шла активная гонка ядерных вооружений, и выстраивать топливную цепочку на плутонии казалось преждевременным. Сегодня все наоборот, и время пришло.

Разумеется, и сегодня все еще можно говорить, что «быстрые» реакторы не столь эффективны как «тепловые» в плане экономики, а хранить облученные сборки возможно дешевле, чем их перерабатывать. Нет сомнений в том, что если об этом только рассуждать, то порядок цен не изменится. На старте Манхэттенского проекта уран-235 в оружейной концентрации стоил миллион долларов США 1945-го года за один килограмм. Абсолютно безумная цена, но тогда «цель оправдывала средства». Сегодня уран-235 стоит на три порядка дешевле (в современных долларах), но он никогда бы не подешевел в тысячи раз, если бы экономисты сидели вокруг него и рассуждали о том, как это дорого. Развитие технологии неизбежно ведет к двум вещам: совершенству и безопасности самого продукта, и — снижению затрат на его производство в несколько раз. Если ничего не делать, то все будет оставаться рисковым и «дороговатым». Вспомните, как на наших глазах меняется парк компьютеров и мобильных телефонов. Но если на инвестиции в мобильную связь легко может решиться прогрессивный бизнес, то атомная отрасль это масштаб государственного уровня. И Россия для себя такое решение приняла.


Турбинный зал АТЭЦ

Сам себе плутоний

Горно-химический комбинат всю свою «сознательную жизнь» нарабатывал оружейный плутоний. Тем не менее, уже в начале 1970-х в Средмаше было принято решение о создании здесь производства по переработке облученных тепловыделяющих сборок (ОТВС) с реакторов атомных электростанций. Тогда цель была несколько другая, чем сейчас – необходимо было переработать ОТВС, регенерированному урану добавить обогащения и вернуть его в ядерный топливный цикл, очищенный плутоний отправить «куда следует», а радиоактивные осколки деления перевести в твердую форму и захоронить в геологических формациях. Объемы такого хранилища были бы ничтожно малы. На заводе UP-2 (группа компаний «АРЕВА») высокоактивные отходы французской атомной отрасли за всю историю, упакованные по их технологии, занимают куб со стороной 12 метров. Это подъезд хрущевской пятиэтажки. Кроме того, «зачищенные» таким образом отходы не несут с собой угрозы нераспространению ядерных материалов, в то время как непереработанные топливные сборки с АЭС могут послужить сырьем для создания бомбы.

Таким образом, на Горно-химическом комбинате началось строительство завода регенерации топлива: РТ-2. Здесь для этого была очень хорошая радиохимия, очень хорошие радиохимики и добротный полигон подземного захоронения жидких низкоактивных РАО. В 1985 году на ГХК ввели в эксплуатацию первую очередь РТ-2 – «мокрое» хранилище ОТВС с реакторов ВВЭР-1000. Строительство корпусов основного завода остановилось в 1990-х по понятным причинам – тогда вообще все остановилось. К началу атомного ренессанса после «эпохи перемен» Горно-химический комбинат подошел с одним реактором, который топил город, радиохимией, которая работала «на склад», почти заполненным «мокрым» хранилищем и «сухим» хранилищем на нулевой отметке, которое рассматривалось, как место долговременной парковки выдержанных в воде ОТВС. В середине 2006 года новый глава Росатома Сергей Кириенко назначил на пост генерального директора ГХК Петра Гаврилова и началось возрождение предприятия. Горно-химический комбинат оказался самым подходящим местом для реализации технологий замкнутого ядерного топливного цикла. Здесь собраны почти все ОТВС ВВЭР-1000, есть кадры и инфраструктура для создания переработки. Сегодня уже завершается строительство первого пускового комплекса «сухого» хранилища, ввод в эксплуатацию которого, ждут все АЭС с реакторами РБМК, где пристанционные хранилища ОТВС заполнены уже на 90-95%. Логичным дополнением стало и решение построить в Горе производство МОКС-топлива. 4 сентября 2008 года, в день пуска завода полупроводникового кремния (еще одного проекта 1990-х завершенного за последнее время), глава Росатома Сергей Кириенко сделал заявление о том, что на ГХК будет создан полный технологический комплекс по замыканию ядерного топливного цикла России. Но тогда еще речь не шла об ускоренном развитии «быстрой» атомной энергетике, скорее, о ядерном топливном цикле подобного тому, что сегодня есть во Франции – переработать ОТВС, создать стандартные твердые формы хранения высокоактивных радиоактивных отходов, регенерат топлива вернуть в реакторы. После принятия правительством России 21-го января 2010 года новой Федеральной целевой программы (ФЦП), тема должна получить серьезное развитие. ФЦП «Ядерные энерготехнологии нового поколения …» предусматривает создание новой технологической платформы атомной энергетики на базе замкнутого ядерного топливного цикла с быстрыми реакторами. И вот здесь плутоний, который так долго нарабатывал ГХК, играет решающую роль.

Основная проблема, как всегда, в топливной ресурсной базе. Как уже говорилось, урана-235 на Земле мало, и надолго его не хватит. Урана-238 почти в 150 раз больше, и даже с учетом возрастающих потребностей в энергетике, человечеству его хватит минимум на 1000 лет — даже тех запасов, которые уже сегодня есть на складах и заморожены в ОТВС. Вопрос только в том, как его «сжечь». Сделать это можно через «фазу» плутония, который хоть и более «жесткое» топливо, по сравнению «пятым» ураном, но эта проблема техническая, а не принципиальная, она решается развитием технологий. Итого, в популярной форме толкования имеем – берем МОКС-топливо, и ставим его на быстрый реактор (бридер). Плутоний при этом делится и воспроизводит сам себя из урана-238, который в данном случае является «расходным материалом».


Железногорск вид на центральную площадь


Последний отсчет

Чтобы сделать совсем все красиво, атомной энергетике не хватает только того, чтобы после нее совсем бы не оставалось высокоактивных актиноидов, и строительство реактора-дожигателя актиноидов намечено «Стратегией развития Горно-химического комбината», которую генеральный директор ГХК Петр Гаврилов представил на Второй всероссийской конференции «СИБИРЬ АТОМНАЯ. XXI век», проходившей 28-29-го января 2010г. на площадке комбината в Железногорске. Пока это только «стратегия», то есть – «желаемое». Чтобы это стало «действительным» директивным документом, необходимо приложить еще много усилий.

Основной болью комбината является предстоящее прощание с реактором АДЭ-2, любимца Железногорска. 45 лет этот реактор обеспечивал город теплом и электроэнергией, работая в замкнутом контуре и оставляя железногорцам чистый воздух тайги. Но, даже независимо от российско-американских договоренностей по прекращению наработки плутония, его ресурс не бесконечен. Ранее, все попытки Горно-химического комбината получить новый реактор мотивировались необходимостью теплозамещения АДЭ-2, чтобы топить город. Тем не менее, было принято решение – построить для теплозамещения угольную ТЭЦ за счет американских налогоплательщиков. Разумеется, ядерный город был против угольной топки, но – «лихие 90-е».

Сегодня руководство ГХК представило уже совсем другое обоснование для нового ядерного реактора – двухцелевой бридер. Первое назначение – энергетическое. Второе назначение – экологическое – дожигание высокоактивных актиноидов. И здесь все очень красиво сходится. Такой реактор нужен именно здесь, потому что именно здесь будет строиться завод по переработке ОТВС. Возить отсюда отходы в какое-то другое место – это лишние экологические риски и транспортные расходы. И самое главное – лучшего места для отладки новых промышленных реакторных технологий, чем Гора Горно-химического комбината просто не придумаешь – идеальное место – 250 метров гранита между реактором и дневной поверхностью.

Так же очевидно, что в связи с новой ФЦП необходимо предусмотреть развитие комплекса радиохимической переработки под ОТВС быстрых реакторов. Сегодня укрупненная технологическая схема предприятия выглядит следующим образом (схема 1.).


Схема 1

Новая стратегия развития предусматривает следующие позиции:

Реконструкция «мокрого» хранилища ОЯТ (отработавшего ядерного топлива) с целью улучшения безопасности и увеличения емкости хранилища до 8600 т в 2011 году с перспективой увеличения до 11000 т;

Строительство «сухого» хранилища ОЯТ реакторов РБМК-1000 и ВВЭР-1000. Ввод в опытно-промышленную эксплуатацию первой очереди в 2010 году.

Создание опытно-демонстрационного центра по переработке ОЯТ с производительностью до 100 т/год по ОЯТ — 2015 год;

Создание производства гранулята МОКС-топлива для обеспечения работы БН-800 — 2012 год;

Создание подземной лаборатории обращения ВАО — 2020÷2025 годы;

Строительство реактора на быстрых нейтронах с целью демонстрации замыкания ядерного топливного цикла — 2020;

Создание крупномасштабного производства по переработке ОЯТ — 2025÷2030 годы.

Схематично это выглядит так (схема 2.), где БН – это «быстрый натриевый» реактор.


Схема 2

Работа по основным позициям уже идет. «Сухое» хранилище – уже под куполом, в этом году, согласно директивного графика, намечен ввод в эксплуатацию первой очереди. Активно идет работа по созданию производства гранулята МОКС-топлива и Опытно-демонстрационного центра по переработке ОЯТ.

Еще сделаны только первые шаги в направлении того будущего, которое сделает ядерные технологии такими же привычными и безопасными, как диван перед телевизором. Безусловно только одно – совершенство достигается только трудом и развитием.


Трибуны спорткомплекса ГХК


Cпартакиада трудящихся

На конференции «СИБИРЬ АТОМНАЯ. XXI век» из уст очень умных людей не раз прозвучало в адрес ГХК – вы еще не представляете, что вам предстоит, и какая на вас ляжет ответственность. И это обнадеживает – пусть будет больше. 60-летняя история Горно-химического комбината свидетельствует, что нет ничего невозможного, а новому поколению атомщиков нужны новые горизонты.

Борис Рыженков

назад

Материалы из архива

11.2007 Голос за кадры

Андрей Долгов, выпускник 2007 года кафедры «Ядерные реакторы и энергетические установки» МГТУ им. Н.Э. Баумана. О ситуации с развитием атомной энергетики пишут различные СМИ, говорят с высоких трибун высокопоставленные чиновники и Президент. Но для  успешной реализации заявленных реформ необходимо обеспечить профилирование  кадров, создание механизма их привлечения для работы в столь сложной и  ответственной области, как атомная энергетика.

3.2008 Избавление от бананотехнологий

Ю.Б.Магаршак, президент MathTech, Inc., председатель оргкомитета международной конференции Environmental and Biological Risks of Nanobiotechnology, Nanobionics and Hybrid Organic-Silicon Nanodevices (Silicon vs Carbon), Нью-ЙоркСлово «нанотехнологии» – во множественном числе – для обозначения области исследований и разработок (см., например, название Государственной корпорации «Российская корпорация нанотехнологий», или The Institute for Soldier Nanotechnologies at MIT – Массачусетский технологический институт, США) выпадает из традиционных наименований областей наук и технологий.

10.2006 Искать точки соприкосновения

Мухтар Джакишев, президент Национальной атомной компании «Казатомпром» Дефицит уранового сырья заставляет ведущие мировые ядерные державы все чаще поглядывать в сторону Казахстана. Бывшая республика Советского Союза занимает второе место в мире по запасам урана, третье – по добыче. Выиграв судебный процесс по антидемпинговому разбирательству с американской компанией USEC, Казахстан, в отличие от России, продает уран в США по свободным мировым ценам.