Состояние и перспективы производства
MOX-топлива в России

Работы по использованию плутония в качестве топлива для энергетических реакторов были начаты в России еще 50-х годах, однако систематические иследования стали проводиться с начала 70-х годов. При этом предпочтение было отдано использованию плутония в реакторах на быстрых нейтронах. Первые экспериментальные МОХ-тепловыделяющие сборки (ТВС) для исследовательских реакторов на быстрых нейтронах БР-5 (БР-10) и БОР-60 были изготовлены в в 70-х. Экспериментальные МОХ-ТВС также были испытаны в прототипных энергетических реакторах на быстрых нейтронах БН-350/600, которые в основном работают на высоко-обогащенном урановом топливе. Таблица 1 представляет данные по количеству различных видов топливных элементов испытанных в российских реакторах. В целом было изготовлено более 2000 твэлов, которые прошли испытание в реакторах БН-350 и БН-600 со средним выгоранием в 9-11% по концентрации тяжелого металла.

Таблица 1. История производства
МОХ-топлива в России

Процесс производства	Опытное производство	Реактор	Количество сборок (масса Pu)
Комиллинг (таблетки)	Димитровград (1970)	БОР-60 (1973)	(несколько десятков кг)
Пирометаллургия	Димитровград (1970)	БОР-60 (1975)	(несколько десятков кг)
Карбонатное осаждение (таблетки)	ПО "Маяк" (1980) Димитровград (1970)	БОР-60 (1980)	(10 кг)
Плазменная химия (таблетки)	Москва (1980)	БОР-60 (1981)	2 топливные сборки (ок. 1 кг)
Комиллинг (таблетки)	ПО "Маяк" (1980)	БН-350 (1980)	10 топливных сборок (ок. 80 кг)
Осаждение аммонием (таблетки)	ПО "Маяк" (1980)	БН-350 (1992)	1 топливная сборка (ок. 10 кг)
Осаждение аммонием (таблетки)	ПО "Маяк" (1980)	БН-600 (1992)	8 топливных сборок (ок. 80 кг)
Комиллинг (таблетки)	ПО "Маяк" (1980)	БН-600 (1990)	12 топливных сборок (ок. 100 кг)

Работ по использованию плутония в легко-водных реакторах до последнего времени в России не велось. Проводимые в настоящее время исследования подготавливают применение МОХ в реакторах типа ВВЭР-1000 и нацелены в основном на использование МОХ-топлива в новых установках типа ВВЭР-640 или НП-500. Для получения экспериментальных данных и с целью подтверждения расчетных программ для использования МОХ-топлива создается специальный стенд СУПР. На стенде предполагается также провести исследования по компановке топливных элементов в уран-плутониевых ТВС реакторов типа ВВЭР. Разрабатывается программа по использованию отдельных ТВС с МОХ-топливом в одном из действующих реакторов. В России есть две пилотные установки для производства МОХ-топлива. На комбинате Маяк созданы установки "Пакет" и "Гранат" предназначенные для работы с низко-фоновым плутонием, т.е. эти установки предназначены для изготовления МОХ-топлива для быстпых реакторов. Производительность установок небольшая, максимальный расход плутония на установке "Гранат" составляет 50 кг плутония в год (или 1 тонна МОХ-топлива) при лимитированной разовой загрузке в 300 гр плутония. Максимальная производительность установки "Пакет" 100 кгPu/год, или 30-36 ТВС в год, что соответствует 1 тонне МОХ-топлива с 20% содержанием плутония. В установке " Пакет", запущенной в 1980 году, используется принцип механического смешения порошков раздельно полученных диоксидов урана и плутония. В последующих операциях в образованную смесь добавляется связующая компонента и смесь снова перемешивается, гранулируется, производится пресование топливных таблеток, а затем таблеки сушаться и спекаются. Затем осуществляется контроль таблеток, подготовка оболочек, набор таблеток в столб и загрузка столба в оболочки, сварка и контроль твела. После дезактивации твелов они отправляютя на завод в Электростали, где осуществляется производство ТВС. Российские специалисты полагают, что данная установка может быть использована также и для производства экспериментальных твэлов из оружейного плутония для исследовательских реакторов на тепловых нейтронах. Установка "Гранат", запущенная в производство в начале 1988 года, предназначена для производства гранулированного U/PuO2 топлива для быстрых реакторов с плутонием из переработанных ТВС быстрых реакторов или с оружейным плутонием. Концентрация плутония в топливе может достигать 25%. Установка состоит из 14 перчаточных боксов. Технология производства МОХ-топлива основана на методе совместного осаждения из азотнокислых растворов урана и плутония. Технологический процесс включает следующие стадии: подготовка исходных растворов, осаждение суспензии добавлением аммиака, получение гранулята в суспензии путем добавления органических вспомогательных веществ, фильтрация суспензии, сушку осадка и прокаливание оксидно смешанного гранулята. Полученный гранулят обладает высокой сыпучестью и при обращении с ним он почти не образует пыли. Этот гранулят поставляется затем на установку " Пакет" для производсва из него таблеток и твэлов. Установка " Комлекс 300" по проекту предназначена для изготовления твэлов для реакторов на быстрых нейтронах. Производительность установки 30 тМОХ/год для реакторов на быстрых нейтронах. Строительные работы были начаты в 1984 и прекращены в 1989 году из-за задержки в строительстве реакторов БН-800. Установка расположена в четырехэтажном здании размером 300х54х20 м и общей площадью 64,000 м2. На втором этаже смонтирована линия камер для изготовления твелов из смешанного оксидного гранулята. Имеется также полный комплект оборудования камер, но оно пока не установлено. Технологический процесс заложенный в проект соответствует технологии производства МОХ-топлива на установке " Пакет". Однако проектом предусматривается также работа с высокофоновым плутонием, с этой целью предусматривается использование хорошо экранированных камер с манипуляторами. На сегодняшний день, вследствии прекращения работ, имеются проблемы как по состоянию здания так и смонтированного оборудования. В целом в настоящее время российские эксперты скептически относятся к продолжению работ по завершению строительства данной установки, так как уровень технологических решений заложенных в ее проект во многом ниже в сравнении с концепциями проектирования подобных установок по производству МОХ-топлива на Западе. Использование смонтированного оборудования "Комплекса 300" для производства МОХ-топлива из оружейного плутония для тепловых реакторов не представляется возможным, так оно расчитано на производство топливных таблеток для быстрых реакторов, имеющих размеры отличные от размеров таблеток для тепловых реакторов. Дополнительно, смонтированное оборудование не расчитано на работу с оружейным плутонием. В настоящее время российская сторона ведет активное сотрудничество с Германией и Францией направленное на создание пилотной установки по производству МОХ-топлива на основе использования имеющегося западного опыта и технологии. В настоящее время изучается два варианта. Первый из них - объект Томокс 1300>>, создаваемый в рамках российско-французской программы << AIDA-MOX >>. Он позволит перерабатывать в МОХ-топливо до 1300 кг оружейного плутония ежегодно. Предполагаемая производитеьность установки 30 т МОХ топлива в год. В рамках совместього российско-германского исследования предлагается создание пилотного предприятия, способного перерабатывать до 1 т оружейного плутония в год, что соответствует 10 т топлива ежегодно для легководных реакторов с максимальным содержанием плутония в 15%. Эти предварительные исследования были завершены, и в настоящее время стороны ведут переговоры о финансировании и месте строительства предприятия. Общая стоимость оценивается в 130 млн. долл. Необходимы дальнеяшие исследования для того, чтобы определить, сможет ли указанное пилотное предприятие также производить МОХ-топливо для реакторов на быстрых нейтронах с концентрацией плутония до 45%. Анатолий Дьяков - профессор физики Московского физико-технического института. В 1990 г. совместно с профессором Фрэнком фон Хиппелем он основал Центр по контролю над вооружениями, энергетике и окружающей среде в Московском физико-техническом институте. В настоящее время проф. Дьяков исследует проблемы, связанные с утилизацией оружейного плутония, транспарентностью и необратимости процесса сокращений ядерных вооружений.