В России на реакторе с быстрым нейтронным потоком БН-800 были успешно проведены испытания нового ядерного топлива, которое разработано для утилизации наиболее опасных элементов, содержащихся в радиоактивных отходах. На Белоярской АЭС завершились три топливные циклы с использованием экспериментальных тепловыделяющих сборок (ТВС), содержащих уран-плутониевое МОКС-топливо с добавлением америция-241 и нептуния-237. Эти три сборки были помещены в активную зону реактора в течение лета 2024 года и в настоящее время находятся в бассейне для выдержки отработавшего ядерного топлива. После завершения периода охлаждения сборки будут направлены на проведение послереакторных исследований для определения результативности процесса трансмутации.
Это испытание – часть крупной исследовательской программы, направленной на переработку минорных актинидов, запущенной в 2021 году и планируемой к завершению в 2035 году. Минорные актиниды, в состав которых входят нептуний, америций и кюрий, – это трансурановые элементы, возникающие в ядерном топливе в процессе эксплуатации реактора. Несмотря на их небольшую долю в общей массе отработавшего топлива, они оказывают наибольшее влияние на его радиоактивную опасность и выделение остаточного тепла. Периоды полураспада этих изотопов могут составлять сотни тысяч лет, что обуславливает необходимость создания сложных условий для изоляции радиоактивных отходов от внешней среды. В госкорпорации «Росатом» отметили, что минорные актиниды обладают высокой радиоактивностью и токсичностью, а также содержат изотопы с очень длительными периодами полураспада, что делает их наиболее опасными компонентами радиоактивных отходов.
В «Росатоме» утверждают, что реакторы на быстрых нейтронах способны эффективно удалять минорные актиниды, превращая их в изотопы, которые либо стабильны, либо характеризуются небольшим периодом полураспада. Эта технология направлена на уменьшение количества радиоактивных отходов, нуждающихся в глубоком геологическом захоронении. Благодаря устранению минорных актинидов, радиоактивность отходов будет снижаться в сотни раз быстрее, чем при естественном распаде. Александр Угрюмов, старший вице-президент по научно-технической деятельности топливной компании ТВЭЛ, подчеркнул, что выжигание минорных актинидов в промышленном реакторе – это не единичный эксперимент, а долгосрочная перспектива. Для внедрения этой технологии на промышленном уровне потребуется подтвердить ее техническую реализуемость, то есть доказать, что она действительно эффективна.
В настоящий момент приоритетной задачей является подтверждение технической реализуемости, предшествующей переходу к промышленному производству. На последующих этапах программы планируется повышение концентрации минорных актинидов в экспериментальном МОКС-топливе, а также их включение в нитридное топливо на основе урана и плутония. В ТВЭЛ также намерены протестировать метод гетерогенного выжигания, при котором минорные актиниды будут размещаться в отдельных стержнях или сборках в конкретных зонах реактора, а не распределяться равномерно по всей топливной матрице. Юрий Носов, директор Белоярской АЭС, отметил, что исследования, проводимые после эксплуатации реактора, позволят установить значение этой технологии в перспективном топливном цикле. Энергоблоки четвёртого поколения предназначены для повышения уровня безопасности за счёт использования отработанного ядерного топлива в качестве ресурса, а не для его хранения. По словам Носова, за период эксплуатации около 60 лет такие установки смогут переработать приблизительно четыре тонны минорных актинидов, что превышает объем производства нескольких тепловых реакторов.
Реактор БН-800 представляет собой установка на быстрых нейтронах, использующая натрий в качестве теплоносителя, с электрической мощностью 820 МВт. Ввод в эксплуатацию состоялся в 2016 году, а в сентябре 2022 года была осуществлена полная перегрузка реактора МОКС-топливом, изготавливаемым из плутония, полученного из отработавшего ядерного топлива, и обедненного урана.