Реактор на бегущей волне

Впервые идея «саморегулирующегося реактора», названная на западе концепцией «breed-and-burn», а в среде советских специалистов «реакторами-самоедами», была предложена в 1958 году сотрудниками Курчатовского института С. М. Фейнбергом и Е. П. Кунегиным^[1]. В дальнейшем такие реакторы исследовали Майкл Дрисколл (1979)^[2], Л. П. Феоктистов, который «реанимировал» идею саморегулирующегося реактора в качестве концепции «бегущей волны» (1988)^[3][4], Теллер, Исикава и Вуд (1995)^[5], Хьюго ван Дам (2000)^[6], Хироси Сэкимото (2001), обосновавший идею расчётами и многократно докладывавший о ней на международных семинарах и конференциях^[7][8].

Дальше теоретических исследований концепция не двинулась до настоящего времени^[9]. В 2006 году корпорация Intellectual Ventures создала венчурную компанию TerraPower (в число совладельцев компании входит Билл Гейтс) для создания промышленного образца реактора на бегущей волне^[10]. Разрабатываются модели различной мощности — 300 и 1000 МВт^[11].

Документация и презентационные материалы компании TerraPower^[12][13][14] описывают реактор на бегущей волне как реактор бассейнового типа, с охлаждением жидким натрием. В качестве ядерного топлива используется, в основном, обеднённый уран, однако требуется небольшое количество обогащённого урана для начала цепной реакции. Некоторые быстрые нейтроны, производимые обогащённым топливом, поглощаются прилегающим слоем обеднённого урана, который превращается в плутоний в результате реакции:

${\displaystyle {}_{92}^{238}{\textrm {U}}+{}_{0}^{1}{\textrm {n}}{\xrightarrow {}}_{92}^{239}{\textrm {U}}{\xrightarrow[{23,5min}]{\beta ^{-}}}{}_{93}^{239}{\textrm {Np}}{\xrightarrow[{2,3days}]{\beta ^{-}}}{}_{94}^{239}{\textrm {Pu}}{\xrightarrow[{2,4\cdot 10^{4}years}]{\alpha }}}$

Первоначально активная зона заполнена обеднённым ураном. Небольшое количество обогащённого топлива помещается с одной стороны зоны. В процессе работы активная зона реактора делится на 4 части, содержащих:

• отработанное топливо;
• обогащённое топливо, в которой происходит образование нейтронов;
• обогащающееся топливо, в которой происходит поглощение нейтронов;
• ещё не вступавший в реакцию материал;

Зона реакции перемещается внутри активной зоны с течением времени. Тепловыделение от ядерной реакции преобразуется в электрическую энергию с помощью паровых турбин.

В отличие от реакторов на лёгкой воде, к которым относятся все водяные реакторы, эксплуатируемые в России, и двух промышленных реакторов на быстрых нейтронах, расположенных на Белоярской АЭС, реактор на бегущей волне может быть загружен обеднённым ураном для непрерывной работы в течение 60 лет^[13]. Реакторы на бегущей волне более экономичны, для них не требуются специальные процедуры обогащения ядерного топлива.

Обеднённый уран является достаточно доступным сырьём. Так, в США имеется более 700 000 метрических тонн обеднённого урана, который является побочным продуктом в процессе обогащения.

Теоретически в качестве топлива может использоваться отработанное топливо как обычных водяных реакторов, так и других реакторов на бегущей волне.