Замкнутый ядерный топливный цикл (ЗЯТЦ) представляет собой систему, в которой ОЯТ перерабатывается для повторного использования в реакторах.

Применение этой технологии позволяет:

● сократить объем и степень радиоактивности высокоактивных отходов (ВАО), минимизировать риски, связанные с их длительным хранением;

● снизить зависимость от стоимости и доступности природного урана, создав условия для многократного использования топлива;

● снизить объемы плутония и других радиоактивных элементов, которые могут быть использованы в военных целях, повышая безопасность ядерной энергетики;

● повысить энергоэффективность (рис. 23).

Рис. 23

По данным МАГАТЭ, при работе в рамках полностью замкнутого топливного цикла реакторы на быстрых нейтронах способны извлекать в 60–70 раз больше энергии, чем реакторы на тепловых нейтронах, при том же запасе топлива[65].

На сегодняшний день один из ведущих проектов с использованием ЗЯТЦ – российский «Прорыв» (рис. 24), строительство первого в мире РНБ с жидкометаллическим теплоносителем (свинцом) BREST-OD–300, запуск которого запланирован на 2027 г.[66] Правда, нельзя не отметить дороговизну данной установки. По состоянию на 2021 г. ее стоимость оценивалась в 188 млрд руб.

Рис. 24

Инфографика проекта «Прорыв»

Источник: Росатом

Стремясь снизить зависимость от поставок природного урана, Франция активно ведет разработки, связанные с повторным использованием ОЯТ. Наглядное свидетельство чему – значительное сокращение отходов на заводе UP3 за период с 1989 по 2000 г. В свою очередь, завод Melox, введенный в эксплуатацию в 1995 г., на сегодняшний день имеет опыт производства около 3000 т тяжелых металлов для легководных реакторов.

В данном случае речь идет о MOX-топливе – ядерном топливе, содержащем несколько видов оксидов делящихся химэлементов. При этом во Франции разрабатываются новые концепции MOX-топлива: Corail-A, предусматривающая использование урана и MOX в одной сборке, и MIX, состоящая только из тепловыделяющих элементов MOX с матрицей из обогащенного урана.

Запланированный Францией переход на ЗЯТЦ предусматривает к 2040 г. введение многократной переработки плутония в имеющихся PWR и постепенную замену реакторов EPR (European pressurized reactor)[67] на РНБ.

В Японии развитие технологий ЗЯТЦ предусмотрено национальной энергетической стратегией. Несмотря на ограниченные мощности по переработке ОЯТ, соответствующие исследования ведутся в США.

В Южной Корее предлагается перспективная концепция замкнутого топливного цикла для РНБ с использованием металлического топлива (U-TRU-Zr) и пиропроцесса, что позволит значительно сократить объем отходов и уменьшить период их хранения.

Таким образом, технологии ЗЯТЦ становятся важным элементом развития атомной энергетики, в то же время демонстрируя ее способность отвечать на вызовы, обусловленные проблемой хранения ОЯТ. А поскольку в решении данного вопроса заинтересованы многие страны, реализующие ядерно-энергетические проекты, то разработки и инновации, связанные с ЗЯТЦ, могут стать платформой для международного сотрудничества и преодоления геополитических барьеров.