В Москве завершилась Мировая атомная неделя, в которой приняли участие представители свыше 100 стран. Проведение мероприятия именно в эти даты неудивительно: 28 сентября в России отмечается День работника атомной промышленности. Основание отечественной атомной отрасли датируется 20 августа 1945 года, когда Иосиф Сталин подписал указ Госкомитета обороны о создании специального комитета для «руководства всеми работами по использованию внутриатомной энергии урана». Однако советский атомный проект стартовал еще осенью 1942 года после распоряжения ГКО о возобновлении урановых исследований, прерванных войной. Под руководством Игоря Курчатова возникла лаборатория, позже ставшая знаменитым Курчатовским институтом. О ключевых современных направлениях и разработках в ядерной сфере в интервью «Известиям» рассказал президент НИЦ «Курчатовский институт» Михаил Ковальчук.
Замкнутый цикл и проблема ядерных отходов— Владимир Путин, выступая на Мировой атомной неделе, сообщил, что к 2030 году Россия запустит первую в мире ядерную энергетическую систему с замкнутым топливным циклом. Что это за технология и как она поможет с проблемой радиоактивных отходов?
— Речь идет о реакторных технологиях четвёртого поколения, ориентированных на повышение безопасности и экономической эффективности. В их числе — реакторы на быстрых нейтронах, способные работать по замкнутому топливному циклу, значительно расширяя топливную базу и комплексно решая проблему отработанного топлива.
— Как функционирует ядерная энергетика в настоящее время?
— Современная ядерная энергетика базируется на реакторах с тепловыми нейтронами, которые используют уран-235. В природном уране содержится два изотопа: уран-235 и уран-238. Доля урана-235 очень низкая — всего 0,7%. В то время как уран-238 служит сырьем, требующим превращения в плутоний-239 для участия в цепной реакции, что эффективно достигается быстрыми нейтронами.
— Что представляет собой работа быстрых реакторов?
— Быстрые реакторы при производстве энергии одновременно продуцируют из урана-238 новый плутоний-239. Это достигается специфической конструкцией активной зоны и применением жидкометаллического охлаждения, сохраняющего быстрые нейтроны, в отличие от водяного охлаждения. Кроме того, быстрый реактор может генерировать больше делящегося топлива, чем потребляет, значительно увеличивая топливную базу за счет полного использования урана-238.
Запасы урана-238 в природе в десятки раз превосходят уран-235. При нынешних мощностях атомная энергетика на основе урана-235 гарантированно обеспечена топливом на многие десятилетия, тогда как использование урана-238 позволит обеспечить энергосистему топливом на тысячелетия. Связь замкнутого топливного цикла прослеживается в быстрых реакторах, переработке отработанного топлива и выделении ценного уран-плутониевого сырья для нового ядерного топлива.
— В каких странах используются технологии быстрых реакторов с замкнутым топливным циклом?
— Промышленное применение было достигнуто во Франции на уровне, сопоставимом с СССР и Россией. Однако из-за нерешенных технических проблем с быстрыми реакторами и замкнутым топливным циклом западные страны прекратили финансирование этого направления. Другим странам не хватило терпения преодолеть сложные технические барьеры. Китай нельзя считать лидером в этой области, он скорее учится на опыте советских и российских разработок.
Развитие атомной энергетики на быстрых реакторах с замкнутым топливным циклом связано с множеством научно-технических задач. СССР и затем Россия систематически решали эти проблемы, доказывая практическую реализацию замкнутого топливного цикла.
Китай и Индия ведут свои программы замкнутого топливного цикла, но их масштаб и результаты пока не ясны. Россия держит это направление на государственном уровне, в отличие от западных стран, где от них отказались преимущественно по экономическим и техническим причинам, усиливая инвестиции в зеленую энергетику.
Неисчерпаемые запасы топлива— Как сегодня развивается атомная энергетика в России?
— Для устойчивого развития отрасли создан национальный проект технологического лидерства «Новые атомные и энергетические технологии», который фокусируется на развитии технологий четвертого поколения и переходе к двухкомпонентной ядерной энергетике с применением реакторов на тепловых и быстрых нейтронах и замкнутым ядерным топливным циклом (Атомный проект 2.0). Головной научной организацией проекта является НИЦ «Курчатовский институт».
— Россия считается пионером в области управляемого термоядерного синтеза (УТС). Первые токамаки были созданы в Курчатовском институте еще в 1950-х. Как сейчас развиваются технологии УТС?
— В настоящее время по поручению президента осуществляется масштабная программа развития современных технологий управляемого термоядерного синтеза. Курчатовский институт является инициатором и головной организацией. Работа над УТС направлена на создание нового экологически безопасного источника энергии. Термоядерная реакция — слияние ядер двух легких атомов в более тяжелое ядро — предоставляет ряд преимуществ.
Во-первых, топливо для термоядерных реакций практически неисчерпаемо. Во-вторых, энергия, выделяемая при синтезе, примерно в десять раз превышает энергию деления. Кроме того, технология безопасна, поскольку не производит высокоактивных отходов и исключает неконтролируемый разгон реактора — при аварии реакция автоматически прекращается.
Главная стратегическая задача в УТС — создание гибридного реактора для выработки топлива (уран-233 или плутоний-239) для тепловых атомных реакторов. В таком реакторе нейтроны, необходимые для производства топлива, генерируются термоядерными реакциями дейтерия и трития. Со временем добыча энергии из нефти и газа затруднится, поэтому совместная работа гибридного реактора и атомных станций позволит удовлетворить глобальные энергетические потребности.
— Какая экологическая безопасность присуща управляемому термоядерному синтезу?
— Очень важно, чтобы новые энергетические технологии были экологически безвредны. Это достигается не только через снижение расхода природных ресурсов, но и внедрение новых принципов генерации и использования энергии. Подобные задачи возможно решить при помощи природоподобных технологий, которые интенсивно развиваются в Курчатовском институте, где управляемый термоядерный синтез является примером самой чистой современной энергетики.
Технологии XXI века— Когда же такой источник энергии будет доступен в повседневной жизни?
— Промышленное применение термоядерных энергетических установок (серийных коммерческих станций) ожидается во второй половине XXI века. Строящийся в рамках международного проекта ИТЭР токамак не будет вырабатывать электроэнергию, а продемонстрирует стабильную термоядерную реакцию. Следующие проекты во многих странах станут опытно-демонстрационными электростанциями, с запуском в 2040–2050-х годах.
Идея гибридного реактора, разработанная в Курчатовском институте, предусматривает использование токамака как источника нейтронов для получения топлива на основе урана-233 из тория-232. Такой подход одновременно решит проблемы роста энергопотребления и утилизации ядерных отходов. Гибридный термоядерный реактор предъявляет более мягкие требования к режимам работы, ставя его в более близкое к реализации положение относительно чистого термояда. Возможно, следующему поколению уже придется работать с энергией гибридных реакторов.
— Проект ИТЭР международный, но идея зародилась в России?
— Проект ИТЭР инициирован академиком Евгением Павловичем Велиховым, и Россия стала изначальным идеологом этого проекта. Сегодня страна играет ключевую роль в реализации ИТЭР. Россия отвечает за гиротроны, диагностические системы, проводники обмоток тороидального и полоидального поля, а также элементы вакуумной камеры и электромагнитной системы токамака ИТЭР.
Россия обладает одним из сильнейших научных заделов в حوزه работы с токамаками, ведь исследования начались еще в 1950-х. Современный токамак Т-15МД в Курчатовском институте предназначен для изучения плазмы. В марте 2023 года была получена первая плазма, а в марте 2025 года ученые достигли рекордного тока плазмы — 500 кА — и расширили диапазон рабочих магнитных полей до 1,5 Тесла.
Сейчас ведутся работы по увеличению мощности нагрева плазмы, что позволит повысить тройное произведение — ключевой параметр, объединяющий температуру ионов, плотность плазмы и время удержания энергии, необходимый для самоподдерживающейся термоядерной реакции.
Следующим этапом станет токамак с реакторными технологиями (ТРТ). Его главная задача — не установление рекордов, а проверка всех систем будущей термоядерной электростанции в максимально приближенных к реальным условиях. ТРТ — мост между исследовательским проектом ИТЭР и коммерческим термоядерным реактором. Если ИТЭР докажет научную возможность, ТРТ должен подтвердить инженерную и технологическую реализуемость. Успех ТРТ обеспечит России суверенный задел для создания собственного коммерческого термоядерного реактора.
— Как вы видите будущее атомной энергетики?
— Будущее — за двухкомпонентной атомной энергетикой, которая сочетает реакторы на тепловых и быстрых нейтронах. Такая двухкомпонентная система в сочетании с гибридным токамаком как источником нейтронов позволит замкнуть топливный цикл и обеспечить Россию топливом для ядерной энергетики на столетия.
Справка «Известий»Государственная премия Российской Федерации 2024 года была присуждена группе ученых Курчатовского института и ГК «Росатом» за технологическую реализацию ключевых элементов новой двухкомпонентной атомной энергетики.