Страны переходят на низкообогащенный уран в качестве топлива для своих исследовательских реакторов

В рамках глобальных усилий, поддерживаемых МАГАТЭ, за последние несколько десятилетий с площадок исследовательских реакторов по всему миру было вывезено почти 3500 кг высокообогащенного урана (ВОУ). По просьбе государств-членов МАГАТЭ помогает с заменой топлива в исследовательских реакторах на низкообогащенный уран (НOУ) в целях снижения рисков распространения, связанных с ВОУ, в котором содержится более 20% делящегося урана-235.

Хотя большинство исследовательских реакторов было построено в 1960-х и 1970-х годах по технологии, которая требовала ВОУ для проведения экспериментов в рамках научных исследований, сегодня большая часть этих исследований может проводиться с использованием НОУ, в котором концентрация радиоактивного урана-235 не превышает 20%.

«Международное сообщество успешно смогло найти технические решения для замены ВОУ топлива на НОУ топливо в исследовательских реакторах, — говорит инженер-атомщик Томас Хэнлон, эксперт МАГАТЭ. — Сложность заключается в том, чтобы сделать это без ущерба для научных исследований».

На сегодняшний день 53 страны мира эксплуатируют около 220 исследовательских реакторов, из которых 171 были построены с активной зоной, работающей на ВОУ. С 1978 года семьдесят один реактор, работавший на ВОУ топливе, был переведен на НОУ. Ядерные энергетические реакторы, которые используются для производства электроэнергии, работают на НОУ.

МАГАТЭ помогало Австрии, Болгарии, Венгрии, Вьетнаму, Гане, Грузии, Казахстану, Китаю, Латвии, Ливии, Мексике, Нигерии, Польше, Португалии, Румынии, Сербии, Украине, Узбекистану, Чешской Республике, Чили и Ямайке с заменой ВОУ на НОУ или возвращением ВОУ. МАГАТЭ оказывает поддержку минимизации использования ВОУ посредством проектов технического сотрудничества, миссий по установлению фактов, проектов координированных исследований, технических и консультативных совещаний, а также помощи в области закупок.

Использование чужого опыта

Одним из недавних примеров можно назвать Гану, опыт которой по успешной (при поддержке МАГАТЭ) замене топлива в 2017 году на исследовательском реакторе-1 Ганы (GHARR-1), являющимся малогабаритным реактором — источником нейтронов (МРИН), стал примером, который изучают другие операторы МРИН. Комиссия по атомной энергии Ганы (КАЭГ) построила международный учебный центр МРИН, который дает стажерам из других стран возможность тренироваться извлекать ВОУ из корпуса реактора с использованием имитации топлива.

«Уменьшая степень обогащения, мы лишаем материал привлекательности и тем самым делаем мир лучше», — говорит Бенджамин Ньярко, генеральный директор КАЭГ, при этом добавляя, что вместе с заменой урана со степенью обогащения 90,2% на уран со степенью обогащения 13% произошло изменение технологии, в результате чего мощность реактора увеличилась более чем на 10%.

В 2018 году на Нигерийском исследовательском реакторе-1 (NIRR-1), являющимся единственным действующим исследовательским реактором в Нигерии, была проведена выгрузка ВОУ и его замена на НОУ. МАГАТЭ оказывало содействие в замене топлива, а также помогало с подготовкой соответствующего персонала и делилось опытом других стран. Для отработки операции по замене топлива в реакторе нигерийские специалисты репетировали извлечение ВОУ в учебном центре в Гане. После замены топлива в нигерийском реакторе в Африке больше не осталось исследовательских реакторов на ВОУ топливе.

Для замены топлива нужны высококвалифицированный персонал и оборудование. Наиболее сложным этапом в этом процессе часто является перевозка отработавшего ВОУ с использованием грузового автомобильного, водного или воздушного транспорта. Как только ВОУ топливо достигает пункта назначения, оно либо отправляется на надежное хранение, либо разбавляется до более низких уровней обогащения.

«В 2010 году мы перевезли около 14 кг ВОУ из Чили в США; это была последняя из трех операций, после проведения которых в стране не осталось этого вида топлива, — рассказывает Росамель Муньос Кинтана, руководитель отдела корпоративных коммуникаций Чилийской комиссии по ядерной энергии. — Это вызвало большой интерес у общества. Были задействованы специально подготовленные грузовики и самолеты, а также учтены все необходимые аспекты безопасности и радиационной защиты, как это требуется при проведении подобных работ».

Перевод большего числа исследовательских реакторов на НОУ

Остается еще много работы. На 71 исследовательском реакторе уже произошла замена топлива на НОУ, а 28 работавших на ВОУ топливе реакторов были остановлены, но при этом еще 72 реактора по‑прежнему работают на ВОУ. Во многих случаях этому есть научные объяснения.

«Для того чтобы придумать, как добиться аналогичной мощности для реактора с использованием НОУ в том же пространстве, которое изначально предназначалось для ВОУ, нужно будет очень творчески подходить к поиску инженерно-технических решений, — говорит Хэнлон. — Это чем-то напоминает попытки приготовить чашку эспрессо привычной вам крепости того же объема и в той же посуде, что и раньше, но из меньшего количества кофейных зерен».