В Селлафилде к концу 2020 г. будет закрыт последний завод по переработке плутония (B205). Это закончит выделение плутония в стране, которое началось 68 лет назад. В Великобритании никогда не использовали никаких материалов от переработки, за исключением ядерного оружия. Накоплено почти 139 тонн выделенного плутония.
Плутоний, хранящийся в Селлафилде, очень токсичен и представляет постоянный риск распространения. Это создает долговременные проблемы. Этого материала достаточно для создания десятков тысяч единиц ядерного оружия. Согласно парламентским оценкам, хранение будет стоить британскому правительству около 73 млн фунтов стерлингов (89,8 млн долл.) в год в следующем столетии. Но после десятилетий публичных и частных консультаций все еще не принято никакого плана по его решению. Управление по выводу из эксплуатации ядерных объектов работает над консолидацией запасов в Селлафилде и разрабатывает возможность удаления упаковок, чтобы обеспечить долгосрочное хранение, как только правительство примет окончательное решение о постоянном захоронении. В Великобритании этот материал рассматривается как ресурсы и рассматриваются варианты, которые включают сжигание плутония в реакторах, хотя многочисленные оценки показали риски, связанные с таким выбором, а именно незрелые концепции и технологии. Лучшей альтернативой было бы рассматривать его как отходы и начать планировать его постоянную иммобилизацию и захоронение.
В начале британская программа выделения плутония была оправдана военными потребностями. Несколько лет спустя было увеличено число гражданских АЭС. Было предсказано, что урановые ресурсы не смогут удовлетворить потребности. В результате родилась идея замкнутого топливного цикла вместо того, чтобы один раз использовать ядерное топливо и удалять его. Отработавшее топливо перерабатывается и повторно используется, в основном в быстрых реакторах. Теоретически это позволило бы более широко использовать уран. Однако эта концепция никогда не демонстрировалась в промышленном масштабе, и лишь несколько стран все еще стремятся к замкнутому ядерному топливному циклу.
С 1956 по 2015 год в Великобритании эксплуатировалось 26 магноксовых реакторов для коммерческого использования. Магноксовые реакторы работают на природном уране с графитом в качестве замедлителя, с охлаждением газообразным диоксидом углерода и сконструированы таким образом, чтобы эффективно производить плутоний. Пилотная перерабатывающая установка B204 была введена в эксплуатацию в 1952 г. и была заменена в 1964 г. перерабатывающей установкой B205. В совокупности на двух установках из отработавшего топлива выделили более 85 тонн плутония.
В 1976 г. в Великобритании начали эксплуатировать новые усовершенствованные реакторы с газовым охлаждением, и 15 таких реакторов работают до сих пор. Для переработки отработавшего топлива из этих реакторов, а также отработавшего топлива из-за рубежа, в Великобритании в 1995 г. открыли завод. Но на нем никогда не достигли запланированных объемов, в 2005 г. произошла серьезная утечка радиоактивного материала, и завод был намного дороже, чем первоначально предполагалось. Завод был остановлен в 2018 г. до истечения запланированного срока службы и после выделения только 23 тонн плутония.
Реакторы на быстрых нейтронах должны были сжигать переработанное топливо и замыкать ядерный топливный цикл. Но ядерная энергетика не расширилась, как это планировалось в 1950-х и 1960-х годах, хотя были открыты новые урановые ресурсы, что ослабило опасения по поводу истощающихся запасов урана. Кроме того, многоцикловое использование отработавшего топлива оказалось намного сложнее, чем ожидалось, и есть некоторые риски, присущие только быстрым реакторам. Наконец, существует скрытый риск распространения технологии выделения плутония и урана из отработавшего топлива.
В настоящее время в Великобритании содержится 139 тонн плутония, включая 23 тонны, принадлежащих другим странам, главным образом Японии. Управление по выводу из эксплуатации ядерных объектов обсудило два варианта удаления. Во-первых, это повторное использование плутония в реакторах. Повторное использование обозначается как устойчивый к распространению вариант, поскольку отработавшее топливо будет слишком радиоактивным, чтобы с ним можно было обращаться, по крайней мере, на первых порах. Во-вторых, иммобилизация, когда плутоний смешивают с другими материалами, которые снижают риск выщелачивания и усложняют экстракцию. Потенциально радиоактивные отходы в смеси могут также служить токсичным препятствием для распространения. Оба варианта в конечном итоге требуют удаления материала в глубоком геологическом хранилище.
Управление по выводу из эксплуатации ядерных объектов предполагает, что предпочтительным вариантом является повторное использование плутония в смешанном оксидном топливе для легководных реакторов. Однако такой вариант зависит от наличия и готовности операторов реактора использовать такое топливо. И не все операторы заинтересованы в этой идее. Французская компания EDF, которая управляет АЭС «Хинкли-Пойнт С», первой АЭС, построенной в Великобритании за последние десятилетия, в 2013 г. отвергла предложение рассмотреть возможность использования смешанного оксидного топлива.
В качестве альтернативы плутоний может быть использован в реакторах, которые, по мнению их поставщиков, могут работать с запасами плутония. Это может быть либо тяжеловодный реактор CANDU-EC6, либо небольшая, быстрая концепция реактора PRISM, охлаждаемого натрием. Использование смешанного оксидного топлива в реакторах CANDU представляется целесообразным, но Управление по выводу из эксплуатации ядерных объектов не оценивает потенциальные преимущества по сравнению с использованием того же топлива в легководном реакторе при большем риске реализации. В марте 2019 г. власти официально исключили реактор PRISM из списка вариантов, хотя еще в 2011 г. было заявлено, что технологический уровень для топлива, реактора и установки по переработке считается низким. Тем не менее, Управление по выводу из эксплуатации ядерных объектов подтверждает, что оно будет продолжать следить за программами быстрых реакторов.
Оставляя в стороне возможность производства топлива, затраты и все, что связано с фактической работой реактора PRISM, компанией «GE Hitachi» проведен анализ утверждений о том, что реактор PRISM может сделать весь запас британского плутония устойчивым к распространению за 20 лет за счет облучения. Расчеты показывают, что претензия очень оптимистична. Использование плутония в качестве реакторного топлива имеет два эффекта, часть плутония сжигается, а остальное остается в отработавшем высокорадиоактивном топливе. Радиоактивность предотвращает кражу и отделение плутония от этого топлива, обеспечивая устойчивость к распространению. Однако из-за радиоактивного распада этот барьер постоянно уменьшается, в то время как обработка других частей хранилища продолжается. Несмотря на то, что результаты исследования относятся конкретно к реактору PRISM, аналогичные эффекты ожидаются от других вариантов облучения. За время, необходимое для обработки огромных запасов в реакторах в Великобритании, уже обработанный материал будет постепенно терять свою устойчивость к распространению.
Государственный сектор должен продолжать оплачивать новые концепции реакторов, иногда разрабатываемые десятилетиями, когда даже не ясно, могут ли эти концепции решить проблему. В Великобритании должны быстро найти решение для запасов плутония. Правительство Великобритании, Управление по выводу из эксплуатации ядерных объектов и операторы реакторов в целом должны согласиться с тем, что выделенный плутоний является нагрузкой, а не ресурсами, и власти должны вновь более внимательно рассмотреть варианты иммобилизации. Они не имеют новых, высокотехнологичных решений, таких как сжигание плутония в специально разработанных концепциях реакторов. Но, учитывая, что действия срочно необходимы, устоявшиеся и работающие концепции должны стать путем продвижения вперед.
Bulletin of the Atomic Scientists, 17.4.2020