При этом «вечное» захоронение отработанных ТВС не означает полное и вечное исключение из оборота содержащихся в них ядерных материалов. «Могильник» для отработанного топлива — это искусственное компактное месторождение урана и плутония, к «разработке» которого всегда можно вернуться в случае крайней необходимости. Например, когда появятся новые принципы подхода к использованию ядерных материалов, новые, возможно – более дешёвые технологии по переработке отработанного топлива, снизится активность осколочных радионуклидов.
Недостатки открытого цикла – большая стоимость долговременных хранилищ и полигонов для захоронения, трудности обеспечения долговременной изоляции ТВС от окружающей среды. Всё-таки по 20 тонн отработанного топлива в год с каждого 1000-мегаваттного реактора – это очень немало. При этом существует реальная опасность освобождения радионуклидов в случае разрушения ТВЭЛов при их длительном хранении. Также необходима постоянная вооруженная охрана захоронений.
– Понятно, – медленно покивал Первый секретарь. – А что скажете относительно ториевого цикла?
– То же самое. Преимуществ у него много, но и недостатки имеются, – ответил Александров. – Прежде всего, тория в 4-5 раз больше, чем урана. Его добыча менее опасна в части радиоактивности. Торий – тугоплавкий металл. При температуре 1405 градусов уран уже плавится, а в кристаллической решётке тория только-только начинаются фазовые превращения, плавится же он лишь при 2028 градусах. То есть, ториевый реактор может работать при более высоких температурах.
Ториевый реактор более безопасен. Он не обладает запасом реактивности. В случае отказа систем управления урановый реактор превращается в атомную бомбу огромной мощности, а в ториевом реакторе просто прекратится реакция.
С точки зрения экономики ториевая энергетика превышает урановую энергетику не в проценты, а в разы. В ходе модернизации действующих атомных электростанций при переводе их на торий, в тех же габаритах, в корпусе ядерного реактора можно разместить ториевые тепловыделяющие элементы, которые с этого же объема активной зоны дают в 2-3 раза больше энергии. В ходе реконструкции не надо строить новую АЭС, а простой сменой топлива, пусть и с добавлением паровых турбин, теплообменников и электрических машин удваивается мощность старой. Важно так же, что ториевая энергетика позволяет обеспечить непрерывную работу реактора, теоретически – на 30-50 лет, реально мы рассчитываем достичь срока в 5-10 лет между перезагрузками. Сегодня атомная станция раз в год или в полтора года останавливается для перезагрузки.
(источник – И.Н.Бекман. Ядерная индустрия. Лекция 19. Топливные циклы)
– Это за счёт чего? – заинтересованно перебил Хрущёв.
– Торий в реакторе под действием нейтронного излучения от урана-235 превращается в уран-233, который, в свою очередь, тоже является ядерным топливом и участвует в выработке энергии, – пояснил Александров. – Можно часть получаемого в реакторе урана-233 отводить в виде сульфида протактиния-233, а часть оставлять, не вынимая, для продолжения реакции. Пусть превращается в уран-233 прямо в реакторе.
Соответственно, ядерных отходов и отработанного ядерного топлива получается в разы меньше, останавливать реактор для перегрузки придётся реже, КПД станции за счёт этого повышается.
– Гм... – Первый секретарь недоверчиво обвёл взглядом учёных. – И что, одни только плюсы, и никаких недостатков? Так не бывает.
– Недостатки есть, конечно, – согласился Александров. – Считается, что ториевый цикл в целом несколько дороже, чем урановый, но это – смотря как считать. Если брать совокупную стоимость с учётом хранения, переработки и захоронения ядерных отходов, то ториевый цикл выйдет много дешевле уранового. Просто за счёт меньшего количества отходов, которые, в случае с ураном приходится хранить и перерабатывать.
Вторая проблема – если торий превращается в уран-233 в реакторе и потом в нём же используется как ядерное топливо, то в нём образуется некоторый процент урана-232, который при своём распаде даёт очень нехороший изотоп таллий-208, порождающий высокоэнергетическое жёсткое гамма-излучение. То есть, нужна более серьёзная радиационная защита реактора и полная автоматизация всех работ на реакторе, прежде всего перегрузки топлива. Разумеется, она и так проводится дистанционно. Это тоже удорожание, хотя и не слишком большое, так как у нас уже в существующих проектах АЭС закладывается автоматизированная перегрузка топлива.
К счастью, этот изотоп короткоживущий, его период полураспада примерно 3 минуты. То есть, достаточно небольшой выдержки отработанного топлива после извлечения из реактора, чтобы его опасность по гамма-излучению снизилась до допустимых значений.
– Спасибо, товарищи, очень хорошо всё разъяснили. Вижу, работа у вас идёт, – одобрил Хрущёв. – А что по космическим реакторам? Виталий Михалыч? – он нашёл взглядом Иевлева.
– Сейчас нас держит строительство стенда для масштабных экспериментов, – ответил Иевлев. – Стенд будет готов к концу года. Параллельно продолжаем эксперименты на опытном реакторе ИГР, и собираем реактор ИВГ – прототип двигательного реактора. Его конструкция достаточно сложная, многое приходится делать впервые, можно сказать – наощупь. С начала следующего года планируем начать эксперименты с реактором ИВГ, то есть, следующий этап отработки. Параллельно изготовим несколько прототипов двигателя.
Когда эксперименты будут закончены – это, полагаю, может занять года три-четыре, у нас будут несколько образцов двигателя, готовых к запуску. Эта программа нами сейчас согласуется с Главным конструктором, чтобы к моменту окончания наших работ подоспел прототип космического корабля под наш двигатель. В общем, работаем по плану, больших задержек пока не было.
Параллельно ведём вместе с Александром Ильичом исследовательские работы по газофазному реактору для ГФЯРД, но там пока рано говорить о каких-либо результатах. Тематика крайне сложная, раньше ничего подобного никто не делал, поэтому на быстрый успех рассчитывать не приходится, – закончил Иевлев. – Вот наш отчёт о работе.
Он передал Хрущёву несколько листков бумаги – сетевой график, где был изображен ход ведущихся работ.
– Отлично, – одобрил Первый секретарь. – Работаете по плану, график выдерживаете, результаты, как я понимаю, положительные?
– Да, теперь мы знаем куда больше о поведении такого реактора, чем даже год назад, – подтвердил Иевлев.
– Очень хорошо. Михаил Макарович, а у вас как дела? – Хрущёв переключил внимание на Бондарюка.
До того дремавший, по своему обыкновению, Мстислав Всеволодович Келдыш «включился», перевернул несколько листков в лежавшей перед ним папке, и отложил один из них в сторону.
– Реактор ТЭМ изготовлен и сейчас на нём ведётся экспериментальная работа, – ответил Бондарюк. – Систему охлаждения для наземных испытаний мы немного изменили для работы при обычной гравитации. Она тоже работает по принципу градирни. Сейчас мы корректируем техническую документацию на реактор и готовимся делать полётный образец.
Архип Михалыч Люлька сейчас дорабатывает турбогенератор, по его готовности приступаем к совместным испытаниям системы. О двигателях пусть лучше их конструкторы расскажут.
Академик Келдыш кивнул Михаилу Васильевичу Хруничеву, и председатель ГКНТ тут же перехватил нить разговора:
– Сразу после прошлогоднего совещания решением ГКНТ была образована группа разработчиков, занявшихся проблематикой ионных и плазменных двигателей, под общим руководством Льва Андреевича Арцимовича. Финансирование работ пока велось из фондов ГКНТ, сейчас, я считаю, пора принимать принципиальное решение о продолжении работ уже по постановлению ЦК и Совета министров. Лев Андреич, вам слово.
Доклад продолжил один из новоприбывших, академик Арцимович: