Ну, про «вечный двигатель» — это шутка. А то, что реактор можно отнести к модным ныне возобновимым источникам энергии — нет. Не шутка. Горючее в процессе работы АЭС совершенно не обязательно должно расходоваться.
Концепция замкнутого цикла не нова и основана на механизме воспроизводства ядерного горючего, которое оригинально отличается от прочих видов горючего тем, что в процессе использования оно может не расходоваться, а вырабатываться. Секрет заключается в свойствах урана, представляющего собой смесь 235 и 238 изотопов. Ядерным горючим является только первый из них, и в процессе работы реактора этот изотоп бесхитростно расходуется, как расходовался бы, например, уголь. Но при этом второй — 238 — изотоп, в естественной смеси составляющий 99.3% общей массы (в обогащённом для использования в АЭС уране — 94-97%) под градом нейтронов превращается в плутоний-239, обладающий теми же свойствами, что и 235 уран. То есть, также способный работать, как ядерное горючее.
Таким образом, практическая реализации замкнутого цикла, по сути, означает запуск вечного двигателя. Не совсем, конечно. В процессе получения энергии будет расходоваться уран. Но, учитывая, что запасы урана как такового (а не только 235 изотопа) достаточны для обеспечения потребностей человечества на протяжении 10 000 лет в условиях экспоненциального роста, данным фактором можно пренебречь. Урана — много. А когда закончится, можно будет использовать торий.
В чём проблема? В том, что до недавнего времени этот цикл не работал. В настоящий момент он реализован только на реакторе БН-800 Белоярской АЭС, запущенном в 2015 году. Пока это единственный в мире энергетический реактор, умеющий делать из ядерного горючего электричество и ещё больше горючего.
На пути реализации грандиозных идей, зачастую, встают досадные технические затруднения. Например, в случае ядерных технологий для запуска «вечного двигателя» нужно построить реактор на быстрых нейронах, в котором на каждый грамм израсходованного 235 изотопа образуется (в пределе) до 1.6 грамма плутония. А извлечь из отработанных стержней плутоний, смешать его с ураном-238 в пропорции 1:4, снова отправить в реактор.
Как ни странно, первая часть задачи — постройка реактора-размножителя — является простой частью. С этим-то многие справились, как минимум, создав экспериментальные образцы. Французы же много лет эксплуатировали «быстрый» промышленный реактор. Но с реализацией второй части плана возникали проблемы крайне неприятные.
Для получения плутония, облучённые тепловыделяющие сборки — пучки циркониевых трубок, начинённых таблетками отработанного горючего, — размалывают и заливают растворителем, в который переходит радиоактивный металл. После этого плутоний люто фонит, крошится, вступает в химические реакции со всем, к чему прикоснётся, а при случае норовит устроить пожар. Неизбежные примеси других радиоактивных изотопов и химически активных при это добавляют в процесс веселья.
И даже будучи насильственно возвращённым в стержни, плутоний не сдавался. В активной зоне реактора ТВЭЛы подвергаются колоссальным тепловым, химическим, радиационным нагрузкам и механическим нагрузкам, так как часть продуктов распада составляют распирающие конструкцию изнутри газы. То есть, и так всё плохо. Но плутоний всегда находит способ сделать ещё хуже.
Связанные с переработкой плутония трудности приводили к тому, что «вторичные» сборки оказывались втрое дороже заправленных обогащённым ураном. Что очевидным образом лишало затею смысла.
Российские инженеры осилили. Сейчас электроэнергия вырабатываемая на «плутониевом» БН-800 только на 40% дороже энергии обычных АЭС, оборудованных изначально экономичными «медленными» реакторами. Но это без учёта стоимости плутония, который БН-800 производит. Себестоимость энергии можно снижать и дальше, за счёт оптимизации технологических процессов и увеличения масштабов производства. Для этой цели в Томской области строится завод «Прорыв», на территории которого будет работать и первый ректор БРЕСТ со свинцовым теплоносителем.
