В этой статье я расскажу вам о ядерных релятивистских технологиях — малоизвестной российской разработке, которая, по сути, представляет собой концепцию атомной станции пятого поколения. Это единственная в мире архитектура атомной станции, в сам дизайн которой заложено одновременное решение сразу трёх фундаментальных проблем современной атомной энергетики: наличие практически неограниченной топливной базы, безопасность и нераспространение оружейных материалов. Ещё раз хочу подчеркнуть: ни один существующий сегодня дизайн атомной станции не решает полностью даже одну из этих проблем. Я понимаю, что это смелое заявление, поэтому в этой статье будет много фактов подкрепленных авторитетными источниками, и объяснений того, что именно они означают. Чтобы понять логику ЯРТ и разобраться, на чём основаны такие выводы, пожалуйста, дочитайте статью до конца.
Глобальная энергетическая реальность
Чтобы понять масштаб проблемы и задачи, которые предстоит решить мировой энергетике, мне больше всего нравится отчёт Международного энергетического агентства World Energy Mix Report. Первое, что здесь важно понимать: с 2000 года мировое потребление энергии выросло примерно на 50%.
При этом более 80% первичной энергии в мире по-прежнему производится из ископаемого топлива, добыча которого становится всё сложнее и дороже. События вокруг Ормузского пролива вновь напомнили, что природный газ — это не только источник энергии, но и ключевое сырьё для производства удобрений, а значит, напрямую связан с продовольственной безопасностью. Поэтому по множеству причин, сжигать столь ценные ресурсы нерационально.
Второй важный момент: атомная энергетика сегодня обеспечивает менее 5% мирового потребления первичной энергии. В мире работает чуть более 400 реакторов, а их суммарная установленная мощность составляет около 400 ГВт². Что это означает в масштабе всей мировой энергетики? Если представить, что мы хотим полностью заменить нынешнее энергопотребление атомной генерацией, потребуется построить порядка 8 000 ГВт новых ядерных мощностей. И это расчёт только исходя из сегодняшнего уровня потребления. Если посмотреть глубже на тот же отчёт¹, становится видно, что во многих странах энергопотребление на душу населения пока остаётся сравнительно низким. Например, в Индии оно примерно в четыре раза ниже, чем в Китае. При этом глобальный спрос на энергию будет продолжать расти. Поэтому в долгосрочной перспективе речь идёт уже о строительстве десятков тысяч новых энергоблоков.
И здесь возникает первый фундаментальный вопрос, который необходимо задать, если мы действительно хотим масштабировать атомную энергетику: чем мы будем заправлять все эти реакторы, хватит ли нам топлива? Короткий ответ — нет. И дальше я объясню почему.
Если говорить о современной коммерческой атомной энергетике, основными делящимися материалами являются уран-235 и плутоний. При этом практически все 417 действующих сегодня реакторов используют топливо, основанное на 235ом.
Что мы знаем о реакторах работающий на уране?
Один гигаватт (1ГВт) установленной ядерной мощности — то есть один крупный реактор — требует около 200 тонн природного урана в год. Каждый год. Если такой реактор работает 80 лет, а именно такой срок эксплуатации сегодня постепенно становится стандартным для современных АЭС, ему потребуется около 16 000 тонн природного урана. Соответственно, парк реакторов общей мощностью 100 ГВт потребует около 1,6 млн тонн. При этом все выявленные извлекаемые ресурсы урана в России оцениваются примерно 650 тысяч тонн, а в мире составляют около 8 млн тонн³. Этого достаточно для существующего парка реакторов и ещё примерно для 200–300 крупных энергоблоков при сроке эксплуатации 80 лет.
Получается очень простая картина: нам необходимо построить тысячи новых реакторов, но топлива в рамках существующей урановой модели хватит лишь на несколько сотен. Эта модель просто не масштабируется до размеров мировой энергетики. У нас недостаточно топлива. И это одна из главных причин, почему атомная энергетика до сих пор занимает столь небольшую долю в мировом энергетическом балансе. И именно поэтому ни один реактор, который по-прежнему зависит от урана-235, нельзя по-настоящему назвать передовым. Его можно сделать маленьким и, возможно, даже модульным. Можно изменить теплоноситель. Но проблема топлива от этого никуда не исчезает. Я много раз обсуждал этот вопрос с разными людьми, и самый частый ответ звучит примерно так: «Ничего страшного, мы найдём новые месторождения». Возможно, найдём. Но гораздо интереснее посмотреть, что говорят сами специалисты отрасли. Например, в недавнем материале Росатома⁴, опубликованном в мае, приводится прогноз, согласно которому уже к 2040 году мировой спрос на природный уран может превысить 150 000 тонн в год, тогда как производство из всех определённых на сегодняшний день источников составит лишь около 70 000 тонн. То есть ожидаемое предложение сможет покрыть лишь примерно половину ожидаемого спроса. В России эту проблему хорошо понимают, и она уже напрямую отражается в стратегии развития атомной энергетики на ближайшие десятилетия. Российская стратегия предусматривает переход к двухкомпонентной атомной энергетике и замыканию ядерного топливного цикла, где всё большую роль должны играть быстрые реакторы.
За рубежом на этом фоне, наоборот, весело отмечают так называемый «атомный ренессанс». Иногда это выглядит действительно забавно, и примеров здесь хватает. Один из самых известных — NuScale: в проект были вложены 3.4$ миллиарда , компания разработала малый модульный реактор, но в итоге оказалось, что стоимость электроэнергии будет значительно выше первоначальных ожиданий. На этом флагманский проект и закончился. Другой пример — Deployable Energy. Компания обещает к 2040 году развернуть 100 000 установок Unity. Где взять уран-235 для такого количества реакторов и кто будет всё это добро охранять — видимо, предполагается разбираться уже по ходу дела. В результате иногда складывается довольно простая картина: сегодня достаточно сделать красивую PDF-презентацию, назвать обычный реактор маленьким, модульным или «передовым» и уверенно рассказать о масштабировании — и финансирование уже найдётся. Мы пока наблюдаем за этим со стороны и занимаемся своей работой.
А что же плутоний, спросите вы?
Да, плутоний можно использовать, но для этого нам необходимо перейти к быстрому спектру нейтронов и реакторам-размножителям. Теоретически это позволяет значительно расширить топливную базу. Но на практике сегодня в мире работают только два крупных коммерческих реактора на быстрых нейтронах — БН-600 и БН-800, и оба находятся в России. При этом у нас нет инфраструктуры, способной извлекать, перерабатывать и возвращать плутоний в топливный цикл в масштабах, которые потребовались бы для тысяч реакторов. Это дорого, и требует чрезвычайно сложной радиохимии. Электроэнергия при таком топливном цикле также будет дороже. Но главная проблема даже не в этом. Масштабное использование плутония не решает проблему нераспространения — наоборот, делает её значительно сложнее. Чтобы понять почему, достаточно знать, например, как Индия впервые получила свой плутоний. Как только топливный цикл предполагает промышленное выделение делящихся материалов, вопрос их контроля неизбежно становится вопросом международной безопасности.
В итоге ни один из существующих сегодня дизайнов атомных станций полностью не решает даже одну из трёх фундаментальных проблем. Топливная база? Её по-прежнему недостаточно для быстрого масштабирования атомной энергетики до глобальных масштабов. Безопасность? Нет: реакторы всё ещё остаются критическими системами с самоподдерживающейся цепной реакцией, а история атомной энергетики на примерах Чернобыля и Фукусимы хорошо показала, насколько серьёзными могут быть последствия тяжёлых аварий. Нераспространение? Здесь мы по-прежнему выбираем между технологиями обогащения урана и топливными циклами с плутонием — и оба варианта требуют строжайшего международного контроля. Получается, что единственная архитектура, в которую одновременно заложено решение всех трёх проблем, — это ядерные релятивистские технологии.
Решение — ядерные релятивистские технологии (ЯРТ)
Мы разрабатываем не просто новый реактор, а всю архитектуру атомной станции — глубоко подкритическую систему, работа которой обеспечивается внешним источником нейтронов на базе высокоэнергетического ускорителя. Название «ядерные релятивистские технологии» мы выбрали не случайно. Нам было важно сразу отделить ЯРТ от классических ADS-концепций — Accelerator-Driven Systems, или ускорительно-управляемых подкритических систем. К традиционным ADS многие специалисты относятся скептически, поскольку они создают целый набор новых инженерных проблем. И здесь важно понять почему.
Первая серьёзная проблема классических ADS — сам ускоритель. Большинство современных проектов такого типа строятся вокруг мощных сверхпроводящих линейных ускорителей. Это большие и дорогостоящие установки, которым необходима сложная криогенная инфраструктура, а при преобразовании электроэнергии сети в энергию пучка совокупные потери могут доходить до 90%. Яркий пример — бельгийский проект MYRRHA с общим бюджетом около €1,6 млрд: после завершения его линейный ускоритель будет иметь длину около 400 метров, а сверхпроводящие ускоряющие элементы должны работать при температуре порядка −271 °C, то есть около 2 К.
Но поверх этого остаётся всё та же главная проблема — топливо. Такие системы всё равно требуют традиционных делящихся материалов: обогащённого урана и/или плутониевого топлива. Принцип работы классического ADS выглядит примерно так: ускоритель направляет пучок частиц на отдельную мишень, в ней рождаются нейтроны, которые затем вызывают реакции деления в расположенных вокруг топливных сборках. Такая архитектура создаёт дополнительные сложности: высокие тепловые нагрузки на мишень, сложный интерфейс между ускорителем, мишенью и реактором, а также существенно неоднородное нейтронное поле. И всё это добавляется к тем ограничениям, о которых мы уже говорили выше. Масштабируемой топливной базы по-прежнему нет, а система работает при коэффициенте размножения нейтронов, достаточно близком к единице. Чем ближе этот показатель к единице, тем меньше сам запас подкритичности. В результате классический ADS это практически обычный критический реактор, который одновременно добавляет новые технические сложности. А возможность эффективнее сжигать минорные актиниды достигается ценой более сложной и дорогой системы.
Что предлагаем мы?
Прежде всего, в основе ЯРТ лежит запатентованная ускорительная технология УЛОВ (BWLAP). Она принципиально отличается от сверхпроводящих ускорителей. Ускоритель работает при комнатной температуре, использует водяное охлаждение и не требует криогенной системы. Такая архитектура существенно снижает энергетические потери и имеет в три-четыре раза более высокую энергетическую эффективность. Но главное преимущество заключается даже не в этом. Архитектура УЛОВ позволяет выйти на высокие токи и значительно более высокие энергии пучка — в проектной конфигурации примерно на порядок выше, чем в большинстве классических ADS. А это уже принципиально меняет физику происходящих внутри активной зоны процессов, поскольку делает существенными ядерные реакции, вклад которых при более низких энергиях практически нулевой. Именно поэтому в нашей системе в качестве исходного топлива можно использовать отработавшее ядерное топливо, обеднённый уран, а в перспективе и торий — без обогащения урана и без предварительного выделения плутония. Это открывает совершенно другой масштаб топливной базы, многократно превосходящий уголь, нефть и газ вместе взятые. Сам реактор также устроен иначе. Вместо того чтобы сфокусировать весь пучок на отдельной мишени, мы распределяем его внутри квазибесконечной активной зоны. Отдельной локальной мишени как самостоятельного элемента здесь нет: фактически мишенью становится сама активная зона. Топливо предполагается разместить в сферических элементах, внешне напоминающих TRISO-топливо, но с принципиально другим покрытием: в нашем случае замедление нейтронов нежелательно, поскольку оно снижает вклад высокоэнергетических реакций, на которых во многом основана физика ЯРТ. За счёт сочетания высокоэнергетических ядерных реакций, размножения нейтронов и подкритического деления мы рассчитываем получить высокий коэффициент усиления мощности. В оптимистичном сценарии это потенциально позволяет снизить стоимость электроэнергии в два-три раза по сравнению с современными атомными станциями. При этом вся система проектируется глубоко подкритической, с коэффициентом размножения нейтронов ниже 0,8. Это означает, что внутри активной зоны нет самоподдерживающейся цепной реакции. Это создаёт принципиально иной уровень внутренней безопасности системы сравнимый со станциями на угле и газе. И, наконец, нам не требуется ни обогащение урана, ни выделение плутония.
Именно так, должна выглядеть атомная энергетика 5-го поколения. Система, в самой архитектуре которой одновременно заложено решение трёх фундаментальных проблем: топливной базы, безопасности и нераспространения. ЯРТ — единственная в мире технология, которая предлагает такое решение, при этом за ней уже стоят десятилетия фундаментальных исследований и ясная последовательность следующих инженерных шагов к созданию первой релятивистской атомной станции.
Ещё одно важное преимущество ЯРТ — вывод станции из эксплуатации. Благодаря внешнему высокоэнергетическому источнику нейтронов окончание срока службы не означает, что мы просто останавливаем реактор, оставляя внутри большое количество отработавшего ядерного топлива. В течение примерно последних пяти лет станция постепенно снижает мощность, продолжая облучать активную зону и выжигать оставшиеся радиоактивные материалы. Наша цель — к завершению этого процесса приблизить остаточную радиоактивность к уровню природного урана и затем демонтировать станцию без традиционного запаса долгоживущего высокоактивного ОЯТ. Именно это мы называем настоящим замыканием ядерного топливного цикла.
А масштаб разницы проще всего показать на конкретном примере. По данным OECD NEA и МАГАТЭ, Саудовская Аравия располагает примерно 46 000 тонн выявленных ресурсов урана. При традиционном топливном цикле, где 1 ГВт ядерной мощности требует около 200 тонн природного урана в год, этого ресурса хватит примерно на 3 ГВт мощности в течение 80 лет. В ЯРТ тот же объём урана способен обеспечить порядка 600 ГВт на тот же срок — без обогащения и без отдельной проблемы отработавшего топлива. 3 ГВт против примерно 600 ГВт из одного и того же ресурса. Вот о каком масштабе разницы идёт речь.
Текущий статус проекта
Сегодня проект находится на этапе перехода от накопленной научной и инженерной базы к созданию полноценных промышленных систем. Мы привлекаем инвестиции для реализации программы, конечная цель которой — подготовить полный комплект научной, инженерной и проектной документации, необходимой для перехода к строительству первой коммерческой релятивистской атомной станции. До этого момента предстоит выполнить большой объём работ по множеству направлений, но два из них сегодня являются для нас ключевыми.
Первое — создание промышленного прототипа ускорителя на обратной волне УЛОВ (BWLAP). История этой ускорительной технологии начинается ещё в 1960-х годах. За советский и российский периоды в её разработку были вложены десятилетия работы научных коллективов, инженерная инфраструктура и государственные ресурсы, реальную стоимость которых сегодня практически невозможно корректно посчитать. Основная научная и конструкторская проработка ускорительной схемы уже выполнена, и следующий логичный шаг — строительство полноразмерного промышленного прототипа, на котором можно будет проверить все параметры, критичные для будущей энергетической установки: стабильность и качество пучка, энергетическую эффективность, тепловые режимы, надёжность, ресурс, частоту остановок и возможность длительной непрерывной эксплуатации. Важно и то, что этот ускоритель сам по себе является отдельным коммерческим продуктом. Подобная машина может использоваться далеко за пределами атомной энергетики — например, для производства медицинских изотопов, материаловедческих исследований и инспекции грузов. Поэтому ускорительное направление будет приносить коммерческую отдачу значительно раньше, чем будет построена сама атомная станция.
Второе ключевое направление — большая экспериментально-расчётная программа КУРС с использованием 21-тонной мишени из обеднённого урана. Её предполагается проводить на ускорителе У-70 в Протвино в диапазоне энергий от 1 до 15 ГэВ. Задача этой программы — получить именно те экспериментальные данные, которые необходимы для корректного проектирования будущей активной зоны: определить оптимальную энергию первичного пучка, геометрию системы, распределение нейтронов и энерговыделения, вклад реакций размножения нейтронов и деления, а также проверить расчётные модели на больших массивных мишенях. Необходимость такой программы возникла не из теоретических рассуждений на бумаге. Она является продолжением большого объёма предыдущих расчётных и экспериментальных работ. Одной из наиболее важных отправных точек стал комплекс экспериментов на установке Квинта (QUINTA), проводившийся в Дубне, в обосновании, постановке, организации, проведении и финансировании которого участвовали основатели нашего проекта.
По сути, мы идём наиболее прямым научно-инженерным путём. С одной стороны, строим промышленный прототип ускорителя и снимаем связанные с ним инженерные риски. С другой — параллельно собираем экспериментальные данные, необходимые для оптимального проектирования активной зоны и всей ядерной системы. Эти два направления затем сходятся в одной точке: в полноценной инженерной архитектуре будущей станции, основанной уже не только на расчётах, но и на проверенных параметрах ускорителя и экспериментальных данных ядерной физики. При этом каждый этап создаёт самостоятельную интеллектуальную собственность, инженерную документацию и коммерческую ценность.
Если кому-то интересно глубже разобраться в том, что именно уже сделано, какие эксперименты лежат в основе проекта и какую программу мы собираемся реализовать дальше, я с удовольствием поделюсь научными публикациями и более подробным описанием следующих этапов работы.
Логичный вопрос
Обычно на этом этапе, когда я рассказываю про ЯРТ, у любого понимающего человека возникает вполне логичный вопрос. То есть вы говорите, что при полной реализации создадите станцию, которая сможет работать и на отработавшем ядерном топливе, и на обеднённом уране. При этом в топливном цикле не требуется производство оружейных материалов, активная зона глубоко подкритична, а сама электроэнергия потенциально может быть значительно дешевле, чем на современных АЭС. Другими словами, речь идёт об энергетической революции основанной на чистой, безопасной, стабильной и масштабируемой энергетике. Всё это основано более чем на 60 годах разработок, научных публикациях и экспериментах, а дальнейший план вполне понятен и рационален. Тогда возникает простой вопрос: почему Росатом до сих пор нас не профинансировал?
И чтобы ответить на этот вопрос, постараюсь назвать объективные причины. Во-первых, следующий большой этап нашей программы должен был начаться ещё в 2014 году при значительном участии украинских организаций. Почему этого не произошло, думаю, объяснять не нужно. Во-вторых, к ускорительно-управляемым системам исторически сложилось довольно скептическое отношение. И, как я уже писал выше, причины для этого есть: большинство существующих ADS-концепций идут по тупиковой ветке и создают много новых инженерных проблем, не решая при этом главную — топливную. Третий момент ещё интереснее. Наша система глубоко подкритична, то есть самоподдерживающейся цепной реакции в активной зоне нет. А практически вся современная атомная отрасль построена вокруг критических реакторов. Люди десятилетиями учились их проектировать и эксплуатировать, поэтому сама идея большой атомной станции без самоподдерживающейся цепной реакции для многих просто непривычна — а кто-то, возможно, просто не верит, что она вообще может эффективно работать. И, наконец, самый прозаичный вопрос — деньги. У Росатома огромное количество собственных строек, программ и разработок, а инвестиционные возможности не бесконечны. Сама корпорация оценивала дополнительную потребность в инвестициях на период до 2030 года примерно в 4,5 трлн рублей, а заявки предприятий на финансирование новых разработок существенно превышали доступные источники. Росатом при этом сам ищет новые источники капитала, в том числе рассматривает заимствования на китайском рынке и финансирование в юанях. Как говориться денег нет.
Хорошая новость в том, что у нас есть команда, программа работ и понятный следующий шаг. Как только появляется необходимое финансирование, работа может начинаться. А почему вообще имеет смысл вкладывать деньги в такую разработку, хорошо видно на примере одной крупной атомной станции. Возьмём модель Build, Own, Operate — «строй, владей, эксплуатируй», по которой Росатом строит АЭС «Аккую» в Турции. Станция мощностью около 5 ГВт при цене электроэнергии порядка $80 за МВт·ч будет приносить около $3 млрд выручки в год. То есть владение даже одной такой станцией за срок её эксплуатации многократно окупает весь объём вложений, необходимый нам. Именно поэтому мы смотрим на ЯРТ как на новую энергетическую платформу и при полной реализации ЯРТ действительно может претендовать на название атомной энергетики пятого поколения. А если все заявленные параметры будут подтверждены экспериментально и инженерно, технология станет новым стандартом для генерации первичной энергии.
Что дальше?
Конечно, отдельно стоит сказать о команде проекта и отметить, что сама идея ядерных релятивистских технологий впервые была предложена и сформулирована доктором технических наук, профессором И.Н. Острецовым, который и сегодня продолжает активно развивать и популяризировать эту концепцию. При этом за проектом стоит большая команда. Она состоит из советских учёных и инженеров и продолжает развитие направлений, которые десятилетиями формировались в СССР и России. Наш главный конструктор Валерий Викторович Чилап также стоял у истоков концепции ЯРТ, и его имя можно найти практически во всех ключевых научных публикациях, связанных с ядерно-физической частью проекта. Пётр Константинович Богданов — главный конструктор ускорителя обратной волны УЛОВ (BWLAP) ⁵. Он работал в команде создателя этой технологии Алексея Богомолова, а его имя также фигурирует во множестве научных и технических публикаций. Я не буду перечислять здесь всех участников команды, но это специалисты по ядерной физике, ускорительной технике, системному проектированию и эксплуатации атомных станций. Многие имеют учёные степени, а за плечами отдельных участников — десятки и сотни научных публикаций. Поэтому команда является не просто одной из сильных сторон ЯРТ — в значительной степени именно она и есть основа проекта.
Сейчас, по сути, всё сводится к получению необходимого финансирования. Предварительно весь следующий этап программы оценивается в $200–400 млн. Точный бюджет будет определён на предпроектной стадии, когда мы окончательно соберём и расширим команду, заключим все необходимые соглашения и договоры, а также точно посчитаем стоимость оборудования, помещений и остальных направлений работ. При этом для того, чтобы начать, нам не требуется сразу вся эта сумма. Первого финансирования порядка $50 млн достаточно, чтобы запустить работы, собрать необходимую команду и в течение первого года показать технический прогресс, который позволит уже значительно точнее определить дальнейший бюджет и убедительно обосновать следующие этапы финансирования. По сути, мы предлагаем профинансировать максимально прямой и рациональный путь к созданию первой коммерческой атомной станции пятого поколения. Финансирование предполагается привлекать через продажу доли в российской компании, в которой будут консолидироваться права на создаваемую в рамках программы интеллектуальную собственность: ускорительную технологию, архитектуру ЯРТ, экспериментальные данные, расчётные модели и последующие инженерные разработки. То есть коммерческая ценность создаётся задолго до строительства первой станции — практически на каждом этапе работы. А при успешной реализации всей программы эта технология будет приносить огромный доход для своих владельцев на протяжении многих поколений.
Поэтому, если среди ваших знакомых есть человек, компания или фонд, которым по силам профинансировать наш текущий этап, просто отправьте им эту статью. А если вы сами хотите глубже разобраться в технологии, увидеть научные публикации, результаты экспериментов или обсудить программу работ — напишите мне напрямую. Именно с этого и начинаются большие проекты.
Контакты
ir@rnt.energy
+7 965 989-25-43 Григорий Мальцев
Источники
1. https://www.iea.org/world/energy-mix
2. https://pris-stats.iaea.org/world-statistics
4. https://rosatomnewsletter.com/2026/05/26/uranium-shortage-or-surplus/
