Л. Феоктистов - Оружие, которое себя исчерпало

По поводу быстрых реакторов сделаны два, казалось бы, взаимоисключающих утверждения. В начале говорилось, что быстрые реакторы — они же размножители, а дальше — что они, как и тепловые реакторы, построены на выгорании активной зоны. Так накапливают или выжигают?

И то и другое утверждения верны. Это объясняется самим устройством реактора, который разделён на две зоны — центральную, где происходит реакция деления, и периферийную, состоящую из урана-238 , где накапливается плутоний. В активной зоне KB, отнесённый к этой части реактора, в самом деле меньше единицы. Однако с учётом плутония, возникшего в зоне воспроизводства, то есть по отношению к реактору в целом, KB больше единицы.

Не правда ли, наблюдается странная картина: проделав путь по кругу, плутоний через пять лет возвращается в исходную точку, в свой же (или соседний) реактор. Зачем? Ведь гораздо проще и выгоднее сжечь его на месте, не теряя времени на перевозку и переработку.

Почему бы для этого две зоны быстрого реактора не заменить одной, „смешав“ их в такой пропорции, чтобы была обеспечена и критичность, и воспроизводящая функция? Недостаток такого смешения очевиден: резко возрастет критическая масса реактора, она устремляется в бесконечность для смеси урана с плутонием при концентрации последнего в пределах 4,5 процента.

Но ведь и преимуществ немало. Для утверждения концепции нового реактора не требуется длительных вычислений. Исходным является только один факт — быстрый реактор может иметь KB больше единицы непосредственно в активной зоне, если исходная концентрация плутония ниже равновесной. Иными словами — заключена в пределах от 5 до 10 процентов по отношению к урану-238 .

В предлагаемом реакторе осуществляется глубокое выгорание топлива, и он не рассчитан на поддержку плутонием от других реакторов. По этой причине топливо может не подвергаться химической регенерации (открытый цикл) или если перерабатывается, то по упрощённой технологии, с отделением тяжёлой фракции (уран , плутоний, трансураны) в целом. Плутоний в чистом виде не высвобождается. Он всегда находится в комбинации с другими элементами и для использования в оружии непригоден.

Несколько слов по поводу конечных продуктов реакторов деления. Как всякое масштабное производство, атомные станции имеют отходы, притом радиоактивные, в очень концентрированном состоянии.

Все радиоактивные продукты, возникшие в результате деления, можно разделить на две группы: трансурановые элементы, которые появляются при захвате нейтронов ураном и его дочерними продуктами, и осколки деления. Первые из них характеризуются весьма длительными периодами полураспада — тысячи и даже миллионы лет (хотя есть исключения) , вторые — наоборот, живут, как правило, недолго — от секунд до нескольких десятков лет.

В дальнейшем мы будем исходить из того, что путём химических манипуляций можно отделить тяжёлые ураны и трансураны от осколков и элементов конструкции. Стоимость и возможность такой технологии должны сопоставляться со стоимостью экологических мероприятий, обусловленных работой электростанций на органическом топливе, выбрасывающих в год в атмосферу миллионы тонн золы, — на 1 ГВт(э) .

Посчитано, что по своим ядерно-физическим показателям трансурановая смесь не уступает исходной, плутониевой, и, следовательно, может быть многократно использована. В этом заключён радикальный способ уничтожения радиоактивных трансурановых элементов: их можно сжигать в тех же реакторах, где они рождаются. Впрочем, в самом отмеченном факте ничего удивительного нет. Трансураны, пересыщаясь нейтронами, имеют усиленную тенденцию к делению. Известно, например, что у кюрия-245 критическая масса в несколько раз меньше, чем у плутония-239 .

Вместе с тем нельзя не сказать, что при всей принципиальной ясности конкретное исполнение подобного рода твэлов может ветретить значительные технические трудности. Подсчёт показывает, что в стационарной смеси трансуранов спонтанное тепловыделение в сотни раз, а нейтронный фон — в десятки тысяч раз больше, чем в стандартном плутонии.

Наиболее простой способ обращения с радиоактивными отходами, таким образом, заключён в следующей процедуре. Выгоревшие твэлы подвергаются обработке, при которой отделяются тяжёлые материалы (ураны и трансураны) от лёгких компонент (осколков , конструкционных материалов) . Первые по идеальной схеме все без исключения возвращаются в состав тепловыделяющих элементов (в определённой пропорции с ураном-238) . Если мощность станций не нарастает, то по прошествии некоторого времени общее количество трансуранов не изменяется. Так возникает полностью замкнутое производство энергии, предельно сбалансированное по нейтронам, с минимальным расходом природного урана.