БРЕСТ (Быстрый Реактор Естественной безопасности со Свинцовым Теплоносителем) — российский проект реакторов на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем, двухконтурной схемой отвода тепла к турбине и использованием перегретого пара[1]. Проект реализуется в виде строительства демонстрационного комплекса, состоящего из заводов переработки ОЯТ и фабрикации топлива в замкнутом топливном цикле, и экспериментального реактора БРЕСТ-ОД-300[2].
Суть понятия замкнутого цикла использования ядерного топлива заключается в конвертации изотопа уран-238, не способного к цепной ядерной реакции, в изотоп плутоний-239, пригодный к цепной ядерной реакции. Делается это путём облучения урана-238 нейтронами в ядерном реакторе по схеме:
Часть наработанного плутония может расходоваться в той же топливной кампании в какой он был наработан. Часть остаётся в отработавшем ядерном топливе и может быть выделена из него химически для использования в свежем ядерном топливе.
При делении ядра урана-235 тепловым нейтроном образуется в среднем 2,45 нейтрона. Один нейтрон требуется потратить на деление следующего ядра, при этом в 15 % случаев уран-235, захватывая нейтрон, не делится, а превращается в паразитный уран-236. Таким образом, в среднем 1,15 нейтрона тратится на одно деление, остальные 1,3 могут быть захвачены ураном-238 с образованием плутония-239. Но тепловые нейтроны также активно захватываются ядрами других элементов, присутствующих в активной зоне: осколками деления (например, ксенон-135), замедлителем, теплоносителем, стержнями управления и защиты, часть нейтронов просто утекает из активной зоны. Поэтому в реакторах с преимущественно тепловым спектром нейтронов коэффициент воспроизводства всегда меньше единицы (0,5-0,7). Тем не менее конвертация урана-238 вносит определённый вклад в общее энерговыделение реакторов с тепловым спектром нейтронов. В реакторах с быстрым спектром нейтронов поглощение нейтронов другими веществами гораздо меньше, нейтронов при делении урана-235 образуется больше (каждые 0,1 МЭв даёт в среднем +0,01 нейтрон на деление), а вероятность захвата без деления для урана-235, наоборот, снижается. Кроме того, в быстром спектре увеличивается вклад в энергопотребление непосредственного деления U-238 (до 10 % в БН, по сравнению с 2-4 % в тепловых реакторах). Поэтому коэффициент воспроизводства может оказаться больше расхода первичного делящегося изотопа (в идеале, КВ может достигать 1,5 — если никаких потерь нет вообще, а все нейтроны делят уран-235 или поглощаются ураном-238. На реально существующих реакторах КВ достигает 1,2). При очередной перезагрузке топлива извлечённый ОЯТ может содержать больше делящегося вещества, поддерживающего цепную реакцию, чем было загружено изначально. Его можно выделить химически и использовать для загрузки свежим топливом широко распространённых реакторов на тепловых нейтронах вместо дефицитного урана-235.