Проблемные задачи атомной энергетики

По материалам Михаил Кондратьев, Сергей Киринович    Надежность и топливная безопасность современной АЭС // Архитектура и строительство, 25.06.2007

Ядерная энергия в силу уникальной ее концентрации оказалась предельно приспособленной для централизованного производства электроэнергии, которой человечеству для удовлетворения своих энергетических нужд требуется все больше и больше.

Обеспеченность человечества природным ураном – основным сырьем для ядерного топлива – сопоставима с обеспеченностью нефтью и газом.

Уран находится на земле повсеместно. Это металл, приблизительно такой же распространенный, как олово или цинк, он является составляющим множества пород (концентрация в среднем 0,0002–0,0004% в горных породах и 0,00013% – в море и океане). Данные мировой добычи и потребления урана представлены в табл. 2, 3.

Таблица 2.

Добыча урана в мире, 2005-2015

Добыча	2005	2010	2015	Средний годовой рост,  2005-2015 %
	U308, тонн	U3O8, тонн	U3O8, тонн
Канада	13713	16500	21772	4,7
Казахстан	5144	14800	19200	14,1
Россия	3921	6400	8000	7,4
Африка	8154	12445	12645	4,5
Австралия	11222	10874	16654	4,0
другие	7123	8943	8122	1,3
Итого добыча:	49277	69962	86393	5,8
Предложение ВОУ[9]	7258	9072
Другие вторичные ресурсы	18733	13744	11703	-4.6
Итого предложение	75267	92778	98096	2.7

Источник: Uranium Market Outlook. Ux Consulting, 2007.

 Таблица 3

Крупнейшие потребители урана, 2005-2030

Потребители урана	2005	2010	2015	2030
	U3O8, тонн	U3O8, тонн	U3O8, тонн	U3O8, тонн
США	24765	25086	25923	30916
Канада	2118	1931	1931	2370
ЕС	27195	24593	24156	19376
Япония	9651	9908	13084	16940
Южная Корея	3551	4247	5910	7983
Тайвань	1126	2211	1562	1593
РФ	4020	6880	8069	10427
Китай	1594	3378	3806	15771
Индия	414	474	1229	4177
Общемировое потребление:	78818	84786	91719	117193

Источник: Uranium Market Outlook. Ux Consulting, 2007.

Современная атомная энергетика сталкивается с множеством проблем.

1. Полнота использования ядерного топлива. К примеру, АЭС с блоком ВВЭР1000 (водоводяной энергетический реактор электрической мощностью 1000 МВт) потребляет за год примерно до 30 т ядерного топлива – обогащенного урана в виде оксида урана UO2. Для этого необходимо подвергнуть переработке порядка 150–180 т природного урана, содержащегося в урановой руде и являющегося на сегодняшний день основным сырьем для ядерного топлива. Но в итоге лишь не более 1 т загружаемого в реактор ядерного топлива подвергается делению и, соответственно, участвует в энерговыработке.

Тем не менее, возможная выработка электрической энергии электростанциями на ядерном топливе в несколько сотен раз превышает выработку электроэнергии на органическом топливе, принимая равные расходы сырья. При этом топливная составляющая в себестоимости выработки электрической энергии на ядерном топливе значительно ниже, чем на органическом.

При полном сгорании 1 кг газа можно получить всего 14,9 кВт·ч энергии, нефти – 12,6, угля – 8,2, при делении 1 кг ядерного топлива (урана или плутония) выделяется 22,8 млн кВт·ч электрической энергии.

2. Уровень безопасности АЭС. С начала развития ядерной энергетики главное внимание уделялось контролю за возможной утечкой радиоактивности в окружающую среду. Поэтому к АЭС предъявлялись гораздо более жесткие требования, чем к любому другому источнику загрязнения.

Как показывает практика производственной деятельности человека, риск аварий при производстве электроэнергии с использованием нефти, газа, угля и даже на гидростанциях в сотни и тысячи раз больше, чем при получении электроэнергии от АЭС.

Авария на Чернобыльской АЭС в апреле 1986 г. поколебала мнения многих и напугала человечество еще больше, чем последствия атомных бомбардировок японских городов Хиросимы и Нагасаки в 1945 г. (в Хиросиме погибло и ранено около 140 тыс. человек, в Нагасаки – 75 тыс.).

На Чернобыльской АЭС не было ядерного взрыва. Разрушение реактора произошло изза его аварийного теплового перегрева в результате ошибочных действий оперативнодиспетчерского персонала смены, дежурившей в ночь с 25 на 26 апреля 1986 г., и были госпитализированы 134 человека с острой лучевой болезнью, 32 из них умерли в течение года и еще многие тысячи живут в ожидании неизвестных последствий от малых доз радиации.

Безусловно, чернобыльская трагедия ужасна, однако каждый год только в результате автокатастроф на дорогах России и Беларуси гибнут около 35 тыс. человек и при этом никому не приходит в голову запретить использование автомобилей.

В настоящее время возможно строительство надежной, безопасной, обеспеченной ядерным топливом АЭС с захоронением остаточных отходов топлива, а также всего того, что было в контакте по технологии производства энергии.

Для этого необходимо:

1) создание и применение экономичных и безотказных ядерных реакторов, а также оборудования ядерной схемы АЭС;

2) обеспечение надежной и безопасной работы атомных реакторов;

3) применение методов экономичного и безопасного захоронения твердых и жидких отходов, а также отработавшего свой срок оборудования ядерного тракта.

К настоящему времени мировая практика выработала некоторый стабильный свод правил, положений, рекомендаций, обеспечивающих безопасность АЭС и сводящихся к допустимому минимуму их воздействия на человека и окружающую среду.

Для Республики Беларусь необходимо принять основополагающий Закон об использовании атомной энергии и радиационной безопасности (закон “Об атомной энергии”) и Программу развития атомной энергетики в Республике Беларусь.

Должны быть приняты “Санитарные правила проектирования и эксплуатации ядерных станций” и “Общие положения обеспечения безопасности атомных станций при проектировании, строительстве и эксплуатации” ОПБ88/97 (Основные положения безопасности).

В целом нормативная база проектов реакторных установок должна придерживаться:

1) норм и правил Республики Беларусь и Российской Федерации;

2) рекомендаций МАГАТЭ;

3) требований EUR (требования европейских эксплуатирующих реакторы организаций).

Обязательно должен быть создан контролирующий и регулирующий орган.

3. Радиоактивные отходы АЭС. Выгружаемое из реактора АЭС отработанное ядерное топливо очень радиоактивно и выделяет высокую температуру. Поэтому первоначально оно помещается в “водоемы” или большие резервуары с водой на трехметровую глубину для охлаждения и замедления радиационной активности. Это можно делать как на самой территории АЭС, так и на заводе по переработке. В результате большинство типов топлива перерабатываются не сразу после выгрузки с реактора, а по истечении 5–25 лет.

Сегодня в большинстве стран используется открытый ядерный топливный цикл. В отличие от него замкнутый цикл вместо транспортирования ОЯТ к месту утилизации предполагает транспортирование его на радиохимические заводы, где происходит извлечение невыгоревшего урана. Годный для повторного применения уран составляет более 95 % от его первоначальной массы. Затем он проходит те же стадии обработки, что и добытый в рудниках.

Параллельно с этим происходит выделение и утилизация радиоактивных изотопов различных химических элементов. Радиоактивные отходы (их доля составляет менее 3% от имевшейся в свежем ядерном топливе массы урана) перерабатываются и размещаются в застывающую стеклянную массу, которая подвергается захоронению в специально оборудованных могильниках. Это заключительная стадия.

Отработанное атомное топливо из действующих реакторов АЭС типа ВВЭР после дополнительной обработки может использоваться в реакторах на быстрых нейтронах типа БН800, где радиоактивная часть его будет выжигаться полностью, не оставляя радиоактивных отходов.

Мировой рынок обращения с отработанным ядерным топливом, имеющим остаточную радиоактивность, еще только начинает формироваться. В то же время многие страны уже оценили его значимость. В Великобритании и Франции созданы высокорентабельные радиохимические производства, разрабатывается технология сухого долговременного хранения, имеются предложения по международному хранению топлива, которые поддерживаются США, Великобританией, некоторыми странами ЮгоВосточной Азии, и проблема захоронения и использования ОЯТ в ближайшем будущем будет решена окончательно.