Les recherches sur l'utilisation du plutonium comme combustible pour les réacteurs nucléaires ont débuté en Russie dès le début des années 50, cependant les recherches systématiques n'ont commencé qu'au début des années 70. La priorité avait alors été donnée à l'utilisation du plutonium dans les surgénérateurs.

Les premiers assemblages expérimentaux de combustible MOX destinés à l'alimentation des surgénérateurs de recherche BR-5 (BR-10) et BOR-60 ont été fabriqués dans les années 70. Des assemblages expérimentaux de MOX ont également été testés dans les surgénérateurs prototypes BN-350 et BN-600, qui d'ordinaire utilisent du combustible d'uranium hautement enrichi. Le tableau 1 donne des chiffres sur les quantités de MOX fabriquées et chargées dans les réacteurs russes, pilotes et commerciaux. En tout, plus de 2000 crayons de combustible ont été fabriqués et testés dans les réacteurs BN-350 et BN-600. Ils avaient une teneur en matière fissile de 9 à 11 pour cent.

Les recherches russes sur l'utilisation du plutonium dans les REO ont commencé seulement récemment, dans le cadre du programme de l'évacuation du plutonium et du fait du manque de soutien financier de la part de l'État pour les surgénérateurs. Jusqu'ici aucun essai n'a été mené dans les réacteurs commerciaux VVER-1000, bien que les recherches soient en cours sur l'utilisation du MOX dans ces réacteurs. Le but principal de ces recherches est d'utiliser du MOX dans les nouveaux réacteurs VVER-640 (ou NP-500). Une installation réservée à la démonstration a été mise en service pour générer des données à partir des essais et mettre sur pied un programme d'utilisation du MOX. On propose aussi que les recherches sur l'arrangement des crayons de combustible dans les assemblages de combustibles uranium-plutonium pour les réacteurs VVER se fassent dans cette usine. Un programme de chargement d'un réacteur déjà en fonctionnement avec 100 % de MOX est aussi en cours d'étude.

Les usines de fabrication de MOX en fonctionnement

Deux usines pilotes pour la fabrication du MOX existent en Russie. Ce sont les usines Paket et Granat toutes les deux situées à Maïak (Tchelyabinsk-65). Ces deux usines sont conçues pour travailler avec du plutonium de qualité militaire, et pour produire du MOX pour les surgénérateurs. Leur capacité n'est pas importante - la production annuelle maximale de plutonium à l'usine Granat est de 50 kg (équivalent à une tonne de MOX) avec un maximum de 300 grammes de plutonium par chargement. La capacité annuelle de l'usine Paket est de 200 kg de plutonium, ou 30 - 36 assemblées de combustible correspondant à une tonne de MOX par an, avec une teneur en plutonium de 20 %. L'usine Paket a été mise en service en 1980. A cette usine, les poudres d'oxyde d'uranium et de plutonium qui ont été produites séparément sont mécaniquement mélangées. Ensuite un liant est ajouté au mélange, et tout est à nouveau mélangé, granulé et compressé en pastilles de combustible. Après cela les pastilles sont séchées et frittées. Finalement, les pastilles sont testées et placées dans des colonnes, les colonnes sont placées dans des gaines, et les barres sont soudées et passent un contrôle. Après décontamination, les barres sont envoyées à l'usine Elektrostal, où sont fabriqués les assemblages de combustible. Les spécialistes russes pensent que l'usine Paket peut aussi être utilisée pour fabriquer des barres de combustible expérimentales avec du plutonium provenant des armes et qui pourraient être utilisées dans des réacteurs thermiques de recherche.

L'usine de Granat, qui a été mise en service au début de 1988, est réservée à la fabrication de granules de MOX pour les surgénérateurs, avec du plutonium séparé du combustible irradié des surgénérateurs ou du plutonium militaire. La teneur en plutonium de ce MOX va jusqu'à 25 %. L'usine Granat est à présent à l'arrêt pour raisons de sûreté

Cette installation est équipée de 14 boîtes à gants. La méthode de fabrication du MOX à Granat est basée sur la co-précipitation de l'uranium et du plutonium par des solutions d'acide nitrique. Les granules qui en résultent sont très secs et ne produisent presque pas de poussière quand ils sont manipulés. Ces granules sont ensuite dirigés vers l'usine de Paket pour être fabriqués en pastilles et barres.

La construction du "Complex 300", conçu pour préparer des barres de combustible pour les surgénérateurs a débuté en 1984. La capacité annuelle de l'usine est de 30 tonnes de MOX. La construction a été stoppée en 1989 à cause de retards dans la construction des réacteurs BN-800. L'usine comprend une série de salles conçues pour recevoir une chaîne de production de fabrication des barres de combustible avec des granules de MOX. L'équipement de production est complet, mais il n'a pas encore été installé. Les techniques de fabrication du MOX au Complex 300 sont les mêmes que celles utilisées à l'usine Paket. Cependant, parce que le Complex 300 (contrairement à Paket), est aussi conçu pour travailler avec du plutonium de qualité réacteur, il est équipé de boîtes et manipulateurs blindés.

L'arrêt de la construction a eu comme conséquence la détérioration du bâtiment et de l'équipement. D'une façon générale, les experts russes voient la reprise de la construction de l'usine d'un œil sceptique, puisque la conception de l'installation est moins sophistiquée que celle des usines de fabrication du MOX à l'Ouest. Il est peu probable que l'usine du Complex 300 soit utilisée pour fabriquer du MOX pour les réacteurs thermiques, puisqu'elle est conçue pour fabriquer des pastilles de combustible pour les surgénérateurs. Ces dernières diffèrent sur un certain nombre de points des pastilles pour réacteurs thermiques. De plus l'équipement de la chaîne n'est pas conçu pour la manipulation du plutonium militaire.

A présent, la Russie travaille en proche collaboration avec l'Allemagne et la France pour développer une usine pilote de fabrication de MOX qui tirera profit de l'expérience et de la technologie de l'Ouest. Deux plans de construction sont retenus. Le premier est celui de l'installation "Tomox 1300", spécifié dans le programme de collaboration Franco-Russe, AIDA-MOX pour convertir annuellement 1 300 kg de plutonium militaire en assemblages MOX. La capacité annuelle totale de l'usine serait de 30 tonnes de MOX. Une étude conjointe, germano-russe, propose une usine pilote d'une capacité annuelle d'une tonne de plutonium de qualité militaire correspondant à 10 tonnes de combustible pour les REO d'une teneur maximale de 15 % de plutonium. Ces études préliminaires sont complétées et, à l'heure actuelle, les trois partenaires sont en train de négocier l'emplacement et le financement de l'usine. Le coût est estimé à $ 130 millions. Des études supplémentaires sont nécessaires pour déterminer si cette usine pilote pourrait aussi être utilisée pour la fabrication du MOX pour les surgénérateurs avec une teneur en plutonium pouvant atteindre 45 %.