На программе «Большие вызовы» участники направления «Современная энергетика» смоделировали сценарии развития двухкомпонентной атомной энергетики России. Проект курировали учёные Физико‑энергетического института имени А. И. Лейпунского (ГК «Росатом»).
Двухкомпонентная атомная энергетика — это энергетическая система, которая объединяет реакторы на тепловых и на быстрых нейтронах. Она позволяет эффективнее использовать ядерное топливо и сокращать объём отходов за счёт замыкания ядерного топливного цикла. Ранее эта система активно развивалась и лидером в её освоении выступала Россия.
В рамках проекта школьники просчитали разные варианты того, как могла развиваться отрасль: какие соотношения реакторов на тепловых и быстрых нейтронах оказались наиболее эффективными, как лучше было организовать переработку отработавшего топлива и минимизировать отходы. Задача проекта состояла в том, чтобы заглянуть на десятки и сотни лет вперёд: выстроить прогнозы, которые помогли бы использовать топливо рационально.
В двухкомпонентной системе отработавшее топливо не накапливали, а перерабатывали и пускали в дело снова — так можно было надолго обеспечить Россию чистой энергией и существенно сократить объёмы радиоактивных отходов. Расчёты ребят дали представление о том, какие пути развития оказались самыми надёжными и выгодными для страны.
«Это не только более экологичный подход, но и возможность использовать уже накопленные ресурсы. Если развивать такую систему, она сможет обеспечить нашу страну электроэнергией на сотни и даже тысячи лет вперёд. Но у атомной энергетики могло быть несколько путей развития, и тогда ещё не было точного понимания, каким должен быть баланс тепловых и быстрых реакторов в долгосрочной перспективе. Именно поэтому ребята моделировали различные сценарии, а затем оценивали, какой вариант позволит наиболее бережно использовать ресурсы и сохранить необходимую мощность энергосистемы», — рассказал руководитель проектов отраслевых программ развития и по взаимодействию с городскими сообществами Физико‑энергетического института в городе Обнинске Дмитрий Калякин.
Чтобы определить наиболее перспективный путь развития, участники проекта рассчитали более тысячи вариантов сочетания различных типов реакторов, топлива и темпов строительства и ввода в эксплуатацию новых энергоблоков.
Александр Галаев из Москвы занимался расчётной частью проекта. Вместе с командой он проанализировал различные сценарии развития отрасли и оценил, как выбор топлива и типов реакторов влиял на энергосистему в долгосрочной перспективе.
«В ходе нашей работы мы выяснили, что по мере увеличения горизонта планирования всё большую роль начинали играть реакторы на быстрых нейтронах и выбор типа топлива для них. Но одной общей модели было недостаточно: нужно было учитывать, как в процессе работы реактора менялся изотопный состав топлива и почему его можно повторно вовлекать в цикл. Поэтому мы дополнили расчёты более детальным моделированием выгорания топлива. Это помогло обосновать, почему этот сценарий действительно мог работать на фундаментальном уровне», — рассказал Александр Галаев.
Пока одна часть команды занималась моделированием будущей энергосистемы, другие участники создали макет Большого физического стенда (БФС) — уникальной экспериментальной установки Физико‑энергетического института, на которой проводились исследования в обоснование нейтронно‑физических характеристик ядерных реакторов, а также топлива, теплоносителей и конструкционных материалов. Александр Лесков из Тульской области работал над программированием картограмм — специальных схем, на которых разными цветами обозначались элементы реактора.
«У нас были готовые картограммы активных зон различных типов быстрых реакторов. На них разными цветами показывали элементы, из которых состояла активная зона, и назначение каждого из них. Моя задача состояла в том, чтобы перенести эти схемы в формат, подходящий для платы управления макетом. После этого картограмма отображалась на светодиодной матрице и зрители могли наглядно увидеть примерную конфигурацию активной зоны, которую исследовали на Большом физическом стенде», — объяснил Александр.
В конце программы команда представила свои расчёты и интерактивный макет, на котором были показаны различные конфигурации активных зон реакторов. Он помог наглядно продемонстрировать принципы работы двухкомпонентной атомной энергетики и сценарии, которые участники разработали в ходе программы.
Сотрудничество участников проектных команд с Госкорпорацией «Росатом» не завершается: ребят пригласят в программы сопровождения талантливых школьников «Росатома». Там они смогут подробнее познакомиться с направлениями работы атомной отрасли и вместе с экспертами продумать план дальнейшего профессионального развития.
