«Стратегическая цель — создание гибридного реактора»

2025-09-28T21:01:00Z — Президент НИЦ «Курчатовский институт» Михаил Ковальчук — о современных разработках, быстрых реакторах и будущем атомной энергетики

В Москве завершилась Мировая атомная неделя, которую посетили представители более 100 стран. То, что она прошла именно в эти дни, — неудивительно, ведь 28 сентября в России отмечается День работника атомной промышленности. А днем основания атомной отрасли нашей страны считается 20 августа — в 1945 году Иосиф Сталин подписал распоряжение Госкомитета обороны о создании спецкомитета для «руководства всеми работами по использованию внутриатомной энергии урана». Но реализация советского атомного проекта началась раньше, еще осенью 1942 года, когда вышло распоряжение ГКО о возобновлении прерванных войной работ по урановой тематике. Под руководством Игоря Курчатова была создана специальная лаборатория, ставшая в итоге всемирно известным Курчатовским институтом. О наиболее важных современных направлениях и разработках в ядерных технологиях в интервью «Известиям» рассказал президент НИЦ «Курчатовский институт» Михаил Ковальчук.

— Владимир Путин, выступая перед участниками Мировой атомной недели, заявил, что к 2030 году Россия запустит первую в мире ядерную энергетическую систему с замкнутым топливным циклом. И эта технология позволит решить проблему с накоплением радиоактивных отходов. О чем идет речь?

— Речь о реакторных технологиях 4-го поколения, которые направлены прежде всего на решение задач безопасности и экономической эффективности. К ним в первую очередь можно отнести реакторы на быстрых нейтронах, которые позволяют работать в замкнутом топливном цикле, неограниченно расширить топливную базу и в комплексе решить проблему накопления отработавшего топлива.

Президент РФ Владимир Путин на заседании международного форума «Мировая атомная неделя»

— А как сейчас работает ядерная энергетика?

— Сегодня ядерная энергетика основана на реакторах на тепловых нейтронах, работает на уране-235. Добываемый в природе уран состоит из двух изотопов: уран-235 и уран-238. При этом содержание урана-235 крайне мало — всего 0,7%. А вот уран-238 является так называемым сырьевым изотопом. Для того чтобы он участвовал в цепной реакции деления, нужно сначала преобразовать его в плутоний-239, а уже потом использовать как ядерное топливо. Наиболее эффективно сделать это можно с помощью быстрых нейтронов.

— В чем суть работы быстрых реакторов?

— Быстрые реакторы в процессе производства энергии дополнительно нарабатывают из урана-238 новое топливо — плутоний-239. Это достигается с помощью особой конструкции реактора и материалов, в частности устройства активной зоны, систем охлаждения с жидкометаллическим теплоносителем, который, в отличие от водяного охлаждения, сохраняет быстрые нейтроны. Причем быстрый реактор может наработать больше делящегося материала, чем его затрачивается при работе его на мощности. То есть топливная база ядерной энергетики многократно возрастает, поскольку в ядерное топливо может быть превращен весь уран-238.

В природе запасов урана-238 в десятки раз больше, чем урана-235. При существующих мощностях наша атомная энергетика, используя уран-235 в качестве топлива для ядерных реакторов, обеспечена топливной базой на десятилетия. А вот энергетическая система на уране-238 будет обеспечена топливом на тысячи лет. Замкнутый топливный цикл непосредственно связан с реакторами на быстрых нейтронах, переработкой отработанного топлива и выделением ценных уран-плутониевых компонентов для изготовления нового ядерного горючего.

— В каких странах существует технология быстрых реакторов с замкнутым топливным циклом?

— Промышленная генерация была налажена во Франции примерно на том же уровне, что в СССР и России. Однако нерешенные вопросы технологии быстрых реакторов, особенно с замкнутым топливным циклом, заставили западные страны отказаться от финансирования этого направления. Можно сказать, что у других стран не хватило терпения преодолеть очень сложные технические и технологические проблемы, связанные с быстрыми реакторами. Китай вряд ли можно назвать лидером в этой области. Он скорее прилежный ученик, осваивающий cоветский и российский опыт в этом направлении.

Развитие атомной энергии, основанной на быстрых реакторах с замкнутым топливным циклом, связано с целым рядом научных и технологических проблем. Это не только создание самих быстрых реакторов, но и технологии переработки ядерного топлива. СССР, а затем и Россия последовательно решали эти проблемы и в результате доказали техническую возможность работы в замкнутом топливном цикле.

Китай и Индия имеют программы замкнутого топливного цикла. Но масштаб этих программ оценить трудно: особых успехов в данном направлении эти страны пока не демонстрируют.

Россия поддерживает соответствующие программы на государственном уровне, тогда как западные страны их свернули. Отчасти по причине неспособности решить технические (технологические) проблемы, отчасти по экономическим причинам — они концентрируют средства на развитии зеленой энергетики.

— Как Россия развивает сегодня атомную энергетику?

— Для устойчивого развития ядерной энергетики запущен нацпроект технологического лидерства «Новые атомные и энергетические технологии», направленный в первую очередь на развитие ядерных технологий 4-го поколения и переход к двухкомпонентной ядерной энергетике с реакторами на тепловых и быстрых нейтронах с замкнутым ядерным топливным циклом (Атомный проект 2.0). НИЦ «Курчатовский институт» определен головной научной организацией этого проекта.

— Наша страна — родоначальник развития управляемого термоядерного синтеза (УТС) в мире. Первые токамаки были созданы в Курчатовском институте еще в середине 1950-х. А как сегодня развиваются технологии УТС?

— Сегодня по поручению президента реализуется масштабная программа по развитию современных технологий управляемого термоядерного синтеза. Курчатовский институт — инициатор этой программы и головная научная организация. Перспективы работ по УТС связаны с созданием нового экологически чистого источника энергии. В реакции синтеза это слияние ядер двух легких атомов с образованием более тяжелого. По сравнению с другими способами получения энергии термоядерная энергетика имеет принципиальные преимущества.

Во-первых, практически неисчерпаемые запасы топлива. Энергия, получаемая при реакции синтеза, почти в десять раз превышает энергию реакции деления. Во-вторых, она практически безопасна при любых возможных авариях, поскольку не имеет высокоактивных отходов. Кроме того, в термоядерном реакторе невозможна ситуация с неконтролируемым «разгоном» реактора, ведь при развитии аварийной ситуации плазменный разряд прекращается.

Стратегическая цель работ по управляемому термоядерному синтезу — создание гибридного реактора по наработке топлива для тепловых атомных реакторов. В гибридном реакторе нейтроны, необходимые для получения топлива (уран-233 или плутоний-239), генерируются термоядерным источником нейтронов в реакциях синтеза дейтерия и трития. Справиться с ростом спроса на энергию за счет главных энергетических ресурсов — нефти и газа — будет с годами всё труднее. Совместная же работа гибридного реактора и атомных станций в перспективе позволит полностью решить энергетические потребности человечества.

— Насколько экологически безопасны технологии управляемого термоядерного синтеза?

— Очень важно, чтобы новые технологии в энергетике не наносили вреда окружающей среде. Это возможно не только за счет минимизации потребления природных ресурсов, но и за счет перехода на новые принципы генерации и потребления энергии. Такие сложные задачи человечество может решить с помощью природоподобных технологий, которые активно развиваются сегодня в Курчатовском институте. И наиболее близким к практическому использованию таких природоподобных энергетических технологий как раз и считается управляемый термоядерный синтез. Термоядерная энергетика — самый чистый способ получения энергии.

— И когда такая энергия сможет использоваться в повседневной жизни?

— Промышленная стадия (серийные коммерческие станции) будет, вероятно, реализована во второй половине XXI века. Строящийся в рамках международного проекта ИТЭР токамак (тороидальная камера с магнитными катушками) не будет производить электричество, он должен продемонстрировать устойчивую реакцию синтеза. Следующие за ним проекты в разных странах уже будут представлять собой опытно-демонстрационную электростанцию. Первый запуск можно ожидать в 2040–2050-х годах.

Идея гибридного реактора, предложенная в Курчатовском институте, в которой токамак играет роль источника нейтронов для получения топлива для тепловых атомных реакторов (уран-233 из тория-232), позволяет одновременно решить проблему растущего энергопотребления и задачу утилизации отходов атомной энергетики. Использование термоядерного реактора в составе гибридной установки предъявляет более мягкие требования к режимам работы установки и кажется проще реализуемым, чем чистый термояд. Возможно, сегодняшняя молодежь будет использовать энергию, полученную с использованием гибридной реакторной установки.

— Проект ИТЭР международный, но сама идея родилась ведь в нашей стране?

— ИТЭР появился по инициативе академика Евгения Павловича Велихова, так что изначально именно Россия была идеологом проекта. Сегодня мы занимаем одну из ключевых позиций в реализации ИТЭР. Основными системами ИТЭР, за которые в проекте отвечает Россия, являются гиротроны, диагностические системы, проводники обмоток тороидального и полоидального поля, элементы дивертора конструкции вакуумной камеры и электромагнитной системы токамака ИТЭР.

В формате национальных программ у России как начинавшей в свое время работы по УТС в мире еще в 1950-годы один из сильнейших в мире научных заделов в области токамаков. Современный Т-15МД — это научная установка для исследования плазмы в Курчатовском институте. Первая плазма на ней была получена в марте 2023 года. А в марте 2025 года российские ученые достигли в токамаке Т-15МД рекордного показателя тока плазмы — 500 кА, диапазон рабочих магнитных полей расширен до 1,5 Тесла.

Прототип модернизированного гибридного термоядерного реактора Т-15МД на стенде Курчатовского института

Сейчас на токамаке идут работы по увеличению мощности нагрева плазмы. Это даст возможность увеличить так называемое тройное произведение: произведение температуры ионов, плотности плазмы и времени удержания энергии — важнейший параметр для получения самоподдерживающейся термоядерной реакции.

ТРТ (токамак с реакторными технологиями) — это следующий шаг в развитии технологий термоядерного синтеза. Главная его цель — не погоня за рекордами, а испытание всех элементов будущей термоядерной электростанции в условиях, максимально приближенных к реальным. Роль ТРТ крайне важна: это мост между исследовательским ИТЭР и будущим коммерческим термоядерным реактором. Если ИТЭР докажет научную возможность, то ТРТ должен доказать инженерную и технологическую осуществимость всех систем будущей термоядерной электростанции. Успех ТРТ позволит России иметь собственный суверенный задел для создания коммерческого термоядерного реактора.

— Каким вам видится будущее атомной энергетики?

— Это двухкомпонентная атомная энергетика, в которой используются одновременно атомные реакторы на тепловых и быстрых нейтронах. Двухкомпонентная атомная энергетика, дополненная гибридным токамаком, который используется в качестве источника нейтронов, позволит замкнуть топливный цикл и обеспечить нашу страну топливом для ядерной энергетики на сотни лет.

За технологическую реализацию основных элементов новой двухкомпонентной атомной энергетики группе ученых Курчатовского института и ГК «Росатом» была присуждена в 2024 году Государственная премия РФ.

Читайте также: