Но из оставшегося примерно 3,5 килограмма на тонну - редкостная гадость. Часть этих элементов активно поглощает нейтроны, замедляя реакцию. Другая часть - ухудшают прочность топливной таблетки, делая её хрупкой, а часть - это вообще газы, от которых топливные таблетки распухают, и ТВС может заклинить в канале. При этом все продукты деления радиоактивны до неприличия.
(см. подробнее http://geoenergetics.ru/2016/08/14/yadernyj-toplivnyj-cikl-otrabotannoe-yadernoe-toplivo/)
То есть, чтобы использовать примерно 50 килограммов полезного вещества, мы вынуждены многократно перелопачивать 950 кг урана-238 с примесями всякой гадости. Сами понимаете, насколько это дорого. Когда мы говорим о переработке отработанного топлива - имеется в виду, как сделать максимально безопасными вот эти самые 3 - 3,5% продуктов деления, как использовать повторно невыгоревшие уран-235 и реакторный плутоний.
Реактор на быстрых нейтронах использует в качестве источника излучения дорогое, высокообогащённое топливо - уран-238 с 15-20-процентным содержанием урана-235. Но его нужно относительно немного. Оно облучает обеднённый уран-238, позволяя частично превратить его в топливный плутоний-239, сжечь его, при сжигании превратить в плутоний следующую порцию урана-238, и, таким образом, вовлекает эту огромную инертную массу обеднённого урана, оставшегося после обогащения, в полезный топливный цикл. В полностью отработанном топливе из 'быстрого' реактора на окончательное захоронение уходит всего 30-40 килограммов отходов с тонны загруженного топлива. Остальное можно перерабатывать многократно, и вновь загружать в реактор. (см https://geektimes.com/post/268408/). При этом реактор на быстрых нейтронах имеет собственное энергопотребление намного ниже, чем реакторы-ускорители, что упрощает его запуск. Энергетический выход от реактора на быстрых нейтронах во много раз больше, чем от 'медленного' реактора.
- Это почему? - тут же спросил Первый секретарь.
- Потому что у реактора ВВЭР температура теплоносителя на входе в реактор 270 градусов, а на выходе - всего 293 градуса. В реакторе БН теплоноситель первого контура - натрий, на входе имеет температуру 370 градусов, а на выходе - 550. Что называется, 'почувствуйте разницу'.
Ещё один большой плюс - реактор на быстрых нейтронах может работать на отработанном ядерном топливе обычных тепловых реакторов, хотя оно тоже должно пройти предварительную переработку и подготовку. Из него нужно удалить те самые малые проценты продуктов деления, которые поглощают нейтроны и отравляют топливо.
Соответственно, топливо для быстрого реактора изначально имеет высокую радиоактивность, ведь оно уже побывало в реакторе. Всю его технологическую цепочку приходится полностью автоматизировать, без какого-либо участия людей. Оборудование работает в герметичных камерах, при использовании оно становится радиоактивным. При выходе из строя ремонт исключается - только замена и захоронение поломанного оборудования.
- Дорогое удовольствие, - заметил Первый секретарь.
- В любом случае это в итоге оказывается дешевле, чем тысячи раз крутить в центрифугах всё новые и новые тонны урана, а потом хранить десятилетиями в подземных хранилищах эти же тонны, прошедшие реактор, - пояснил Славский. - В таких отраслях считать приходится совокупную стоимость всех процессов, а стоимость самого топлива в этой цепочке, сама по себе немалая, составляет лишь небольшую часть.
- Понятно. А помнится, вы, товарищи, толковали мне про новый реактор со свинцовым теплоносителем, БРЕСТ. В чём тогда его выгоды, если реактор БН делает то же самое?
- Реактор БРЕСТ умеет выжигать из отработанного топлива намного больший процент той самой гадости, которая и делает топливо таким опасным, - растолковал Доллежаль. - Но по БРЕСТу пока ещё очень много технологических и конструктивных вопросов. Прежде всего, ему требуется другое топливо, не оксидное, как для реакторов БН, а нитридное. Оно отчасти удобнее в реакторе - не распухает, не лопается, не давит на оболочку ТВЭЛа. За счёт лучшей теплопроводности нитридное топливо легче переносит температурные режимы, это даёт возможность повысить ресурс эксплуатации таких сборок, а значит, делает их более выгодными с точки зрения экономики. (http://geoenergetics.ru/2016/12/01/proekt-proryv-pervoe-znakomstvo/).
Но тут есть свои грабли. Нитриды урана и плутония самовоспламеняются на воздухе и в присутствии воды. Соответственно, вся переработка нитридного топлива возможна только автоматически, причём в гермокамерах, заполненных инертными газами. То есть, оно уже поэтому будет дороже. Но его нужно будет меньше. Для гигаваттного реактора понадобится порядка 2,5 тонн урана-238 в год, и приблизительно столько же будет получаться осколков деления, которые придется захоранивать на десятки тысяч лет. (https://geektimes.com/post/268408/). Обычный гигаваттный реактор на медленных нейтронах будет выдавать в пересчёте на год десятки тонн отходов, если только мы не перейдём на смешанный уран-ториевый цикл. (Загрузка ВВЭР-1000 - 66 тонн урана https://ru.wikipedia.org/wiki/Водо-водяной_энергетический_реактор )