Андрианов Ядерные технологии история, состояние, перспективы 2012

рой подчеркивались необходимость международного сотрудничества в разработке инновационной ядерной технологии, а также высокий потенциал и значимость коллективных усилий. В ней также указывается на необходимость объединения усилий с другими международными инициативами в разработке инновационной ядерной технологии.

Очевидно, что в наши дни международное сотрудничество становится все более тесным, хотя на этом пути еще предстоит преодолеть немало препятствий. Судя по всему, в ближайшем будущем проекты INPRO и GIF приступят к координации своей деятельности.

Глава 3. ЯДЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ – ГАРАНТ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ ЦИВИЛИЗАЦИИ

3.1. Энергетическая безопасность и роль ядерной энергетики в обеспечении устойчивого развития

К настоящему времени за свое шестидесятипятилетнее развитие ядерная энергетика выросла до масштабов, при которых может считаться технически зрелой индустриальной технологией (рис. 3.1). За это время сфера возможных приложений ядерных технологий чрезвычайно расширилась и в настоящее время включает в себя энергетику, медицину, сельское хозяйство, промышленность, космос. Более того, в последние годы просматривается тенденция осознания значимости ядерной энергетики в качестве стабильного и эффективного энергоресурса, повсеместно сопровождаемая стимулированием инвестиций и инноваций в эту сферу.

В то же время в последние 10–15 лет наблюдалось резкое сокращение роста ядерно-энергетических мощностей (рис. 3.2) [48]. Причину этого видят в прекращении государственных субсидий и гарантий, внедрением рыночных отношений в электроэнергетику, низкой конкурентоспособностью вновь строящихся АЭС, а также достаточно негативным отношением общественности и политиков Запада к дальнейшему развитию ядерных технологий [49]. В результате этих противоречивых тенденций в настоящее время имеется определенный разрыв во взглядах на ядерную энергетику со

131

стороны общественности, включая политиков с одной стороны и представителей ядерного сектора с другой.

3.1.1. Проблемы-противоречия развития ядерной энергетики

Значительная часть политиков, в том числе в ядерных странах, неправительственные экологические организации и некоторые другие общественные движения считают, что выводам и рекомендациям ядерных специалистов нельзя доверять, и ядерная энергетика, как в ближайшем будущем, так и в среднесрочной перспективе не будет востребована.

Большинство представителей ядерного сектора, как науки, так и промышленности, напротив, глубоко убеждены, что ядерную энергетику не только можно, но и нужно развивать. Именно она является решением проблемы глобального, устойчивого обеспечения человечества энергией, особенно, если принимать во внимание необходимость решения глобальных и локальных экологических проблем, стоящих перед человечеством. В связи с этим в настоящий момент, как никогда ранее, актуально проведение комплексного анализа сложившегося противоречивого положения в позициях относительно будущей роли ядерной энергетики. Необходимо выявление причин двойственного отношения к ней, поиск разумного компромисса, определяющего роль и место ядерных технологий, а также упорядочение требований к ним со стороны всех заинтересованных субъектов.

Многие вопросы, связанные с ядерной энергетикой, являются предметом острейших дискуссий более полувека, и их успешное разрешение представляется маловероятным не только в узких отраслевых рамках. Именно поэтому текущее состояние ядерной энергетики по завершению этапа ее становления и выхода на промышленный уровень вступило в настоящий момент в противоречие как в сознании профессионалов, так и в восприятии общественности, отражая в полной мере те разногласия, которые возникали при развертывании ядерных технологий в мире между концепциями пионеров-основателей и практически реализуемыми решениями.

132

Так, несмотря на потенциальную неисчерпаемость ресурсной базы, обеспечивающую возможность стабильного развития ядерной энергетики столетия, практическая реализация осуществлена на базе тепловых реакторов, использующих в основном уран-235 из относительно богатых руд, потенциальные запасы которых меньше запасов нефти и газа (рис. 3.3) [50].

Несмотря на допустимую возможность создания внутренне безопасных ядерных реакторов, в полной мере не была реализована концепция внутренне присущей безопасности, что привело к ряду серьезных ядерных аварий, в том числе к Чернобыльской катастрофе в СССР и тяжелой аварии на АЭС Три-Майл-Айланд в США

(рис. 3.4).

При возможности полного контроля и изоляции практически всех радиоактивных отходов, сегодня полностью не решена проблема их окончательного захоронения (рис. 3.5) [51].

Несмотря на созданный и одобренный большинством стран глобальный режим «ядерного нераспространения», он в полной мере не смог справиться с черным рынком ядерных материалов и технологий и создать международный механизм предотвращения появления новых стран, обладающих ядерным оружием по мере распространения ядерной технологии в мире (рис. 3.6).

Несмотря на ожидание ренессанса ядерной энергетики, в настоящее время отсутствует (не реализован на промышленном уровне) коммерческий полностью замкнутый ЯТЦ и коммерческий плутониевый реактор-бридер, обеспечивающие возможность крупномасштабного развития. Критической является также проблема старения научно-технических кадров и угрозы утраты опыта, зна-

ний [52].

Несмотря на то, что ядерную энергетику относят к относительно «чистым» источникам энергии, способствующих снижению глобального техногенного влияния на климат планеты, современные АЭС с тепловыми реакторами характеризуются низкими значениями КПД, что обусловливает «прямое» тепловое загрязнение окружающей среды, превышающее по величине ряд современных энергетических технологий.

Необходимо иметь в виду, что ядерная энергетика – это не только один из возможных элементов энергетического рынка. Пространство возможных применений ядерных технологий и их роли в

133

жизни человечества простирается гораздо шире энергетических приложений. В ведущих ядерных державах ядерная наука и технология пронизывают и определяют социально-политическую и тех- нико-экономическую жизнь общества.

3.1.2. Социально-политические и экономические аспекты развития ядерной энергетики

Безусловно, ядерные технологии задают темп социального развития общества, поскольку величина потребления энергии и ее качество обусловливают уровень и продолжительность жизни людей, а также определяют военно-политический потенциал «великих» держав, являясь основой их оборонной мощи и политики.

Ядерные наука и технологии влекут за собой развитие науки в целом: ядерно-физические методы и приборы стали существенной частью практически всех современных методов научных исследований (лазеры, ускорители, изотопная диагностика, радиоактивные источники, синхротронное излучение и т.п.).

Необходимость развития ядерной энергетики породила новый интегрированный уровень взаимодействия: фундаментальная наука

– прикладная наука – промышленность на базе создания ядерных центров, примером которых являются закрытые административнотерриториальные образования в России или национальные лаборатории в США, а также нового уровня взаимодействия: наука – правительство – промышленность.

Требования обеспечения безопасной эксплуатации ядерных установок привели к новому уровню понимания проблемы для различных техногенных объектов, разработке и планомерному внедрению в практику принципов «культуры безопасности». Опыт международной кооперации в ядерной сфере служит прообразом эффективного многостороннего решения проблем, роль которых неизбежно усилится в эпоху глобализации мировой экономики.

Двойственный характер ядерной техники, заключающийся в возможности ее использования в равной степени в мирной и военной сфере, является основным противоречием существующего режима ядерного нераспространения и полномасштабного развития ядерной энергетики и её топливного цикла (ЯТЦ). Связанный с этим антагонизм между необходимостью развития гражданской

134

ядерной энергетики, расширения круга стран и сфер ее приложения, с одной стороны, и риском передачи ядерных технологий и делящихся материалов, потенциально применимых в военной сфере, с другой, определяет основную угрозу режиму нераспространения. Более того, накал ситуации в ядерном нераспространении в начале нового тысячелетия совпал с новым циклом возобновления интереса к ядерной энергетике, к планам и усилиям по дальнейшему развитию инновационных технологий, например: ЯЭУ малой мощности для развивающихся стран; реакторов-размножителей, работающих в замкнутом ЯТЦ с переработкой и повторным использованием делящихся материалов, прежде всего плутония, высоко эффективной технологии центрифужного обогащения и т.п., что неминуемо ведет к повышению рисков хищения делящихся материалов и переключения ядерных технологий c мирной на военную деятельность. Это особенно очевидно с учетом возрастания угрозы ядерного и радиационного терроризма при наблюдаемом расширении сфер возможного приложения ядерной науки и технологий. Недопущение распространения ныне является более актуальным, чем когда-либо ранее.

При этом становится всё более ясно, что только институциональные, технологические или/и запретительные (контрольные) меры международных организаций не создают полной гарантии в особенности с учетом потенциальной опасности терроризма.

Ядерные технологии определяют новый уровень социальноэкономического развития страны, а их развитие ведет к увеличению доли интеллектуального продукта и способствует, в конечном счете, переходу от сырьевой к индустриальной экономике. Отмеченные обстоятельства делают затруднительным ответ на вопрос о роли ядерных технологий для будущего человечества, руководствуясь только конъюнктурными соображениями вокруг проблем ЯЭ.

Возвращаясь к энергетическому использованию ядерных технологий, необходимо отметить следующее. Планомерное развитие ядерной энергетики является частью общей энергетической стратегии страны, одним из компонентов оптимальной композиции различных источников энергии. Эта композиция определяется на основе различных требований, ограничений, начальных и граничных

135

условий, в том числе на основе экономического анализа с учетом экологии и безопасности. Это особенно актуально в настоящий момент, когда происходит смена парадигмы развития энергетических систем, заключающаяся в уходе в прошлое длительного периода их независимого сосуществования и взаимной конкуренции в пользу поиска синергетических путей развития с максимальным использованием положительных свойств каждой из энергетических технологий.

В то же время для ядерной энергетики существуют дополнительные ограничения, проистекающие из требований нераспространения, физической защиты, в рамках существующих международных соглашений. Это в ряде случаев может существенно ограничить экономическую конкурентоспособность данного источника энергии и вывести ее за рамки рассмотрения.

Таким образом, проблемы ядерной техники носят системный характер, от их решения зависит не только прогресс человечества, но и сохранение цивилизации. Эти проблемы взаимосвязаны и охватывают многие стороны жизни людей и касаются всех стран мира. Обострение тех или иных аспектов носит динамический характер, в зависимости от социально политического окружения, которое возникает как объективный фактор развития. В настоящее время стало очевидно, что для своего решения проблемы ядерной техники требуют объединённых усилий всего человечества.

3.1.3. Ядерная культура

Двойственный характер ядерной техники требует принятия сбалансированных по различным выгодам, рискам и обязанностям стратегических и тактических решений. Одновременное осознание обществом как мощного потенциала, так и высоких рисков обусловливает ту неопределенность социального отношения к ядерной энергетике, в условиях которой ей приходится развиваться.

Представляется удивительным тот факт, что и негативные проблемы ядерной энергетики, и ее позитивный потенциал становятся точкой отсчета, мерой сравнения, рамкой, через которую анализируются совершенно иные глобальные явления и процессы. Это в очередной раз подчеркивает ту значимую роль, которую играет ядерная наука и техника в жизни человечества. Закономерно появ-

136

ление – следуя опыту развития ядерной энергетики – проектов «Культура безопасности», «Ответственная наука». Именно так называются новые проекты Международного научно-технического центра (ISTC) в Москве. С другой стороны, анализ и обобщение результатов развития самой ядерной энергетики приводит к формированию собственной «Ядерной культуры»:

•ядерная безопасность (Safety);

•ядерное нераспространение и безопасность (Security);

•экология ядерной энергетики;

•ядерная инфраструктура – образование, контроль, медицина, наука, с/х и т.п.;

•обоснование необходимости именно ядерной культуры (необходимости образования, воспитания населения) для успеха будущей ядерной эпохи (особенно для новых стран, начинающих и планирующих использование ядерной энергетики).

Представляется актуальным разработка Правила образования населения и специалистов для успешного развития таких высоких

иглобальных технологий, как ядерная. Нет другого способа остановить распространение несанкционированного использования ядерной технологии и материалов, кроме комплексного сочетания контроля («учет, контроль и защита», security), политических и институциональных ограничений (NPT и др.) и образования (воспитания), т.е. того, что мы называем «ядерной культурой».

Это особенно важно для будущего развития ядерной энергетики, так как рассматриваемые в настоящее время инновационные технологии будущего (реакторы на быстрых нейтронах (БР), замкнутый уран-плутониевый ЯТЦ, малые ЯЭУ и т.п.) существенно увеличивают риск ядерного распространения, в том числе за счет роста числа ЯЭУ и их персонала, роста потоков перевозок и переработки ядерных материалов и т.п.

3.1.4. ЯЭУ и ЯТЦ будущего: международное научно-техническое сотрудничество

В то же время ядерная энергетика может быть развита как крупномасштабная энергетическая технология, по размеру сопоставимая с органической энергетикой, и стать, в конечном счете, осно-

137

вой энергетической безопасности только при условии разрешения этих противоречий и наглядной демонстрации реальной осуществимости решений отмеченных выше проблем. Более того, ядерная энергетика не сможет решить задачу существенной замены органического топлива без существенного расширения сферы своего применения: участия в промышленном и бытовом теплоснабжении, в региональной энергетике, в решении проблемы создания топлива для транспорта. Только при внедрении в указанные ниши ядерная энергетика может достичь уровня 30–40 % в полном энергетическом балансе, где в настоящий момент доля органического топлива составляет 80–85 %.

Как показал опыт, данная задача намного сложнее, чем задача создания современного ядерного оружия. Об этом свидетельствует, например, история решения задачи создания коммерческой АЭС с реактором на быстрых нейтронах и соответствующего экономически привлекательного ЯТЦ, которая не была решена ни одной страной в отдельности за более чем 60-летние огромные финансовые, материальные и человеческие усилия (рис. 3.7).

На этом пути международное научно-техническое сотрудничество, новые инновационные международные проекты и новые международные инициативы в области интернационализации ЯТЦ представляют собой реальный путь консолидации человеческих, финансовых и материальных возможностей ведущих «ядерных» стран для решения ключевых проблем, стоящих перед ядерной техникой [53, 54] (рис. 3.8).

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Андрианов А.А., Коровин Ю.А., Мурогов В.М. Ядерная энергетика – основа энергетической безопасности в будущем: технико-экономические и социальнополитические проблемы развития энергетики. М.: Бюро Квантум, 2010.

2.INTERNATIONAL ENERGY AGENCY: STATISTICS: [сайт]. URL: http://www.iea.org/stats/index.asp

3. UNITED NATIONS: ENERGY STATISTICS: [сайт]. URL: http://unstats.un.org/unsd/energy/default.htm

4.DOE ENERGY INFORMATION ADMINISTRATION: [сайт]. URL: http://www.eia.doe.gov

5.OECD NUCLEAR ENERGY AGENCY, Nuclear Energy in a Sustainable Development Perspective, 2000.

6.INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Sustainable Development and Nuclear Power, 1997.

138

7.United Nations Environment Programme, Rio Declaration on Environment and Development, 1992.

8.UNITED NATIONS EDUCATIONAL, SCIENTIFIC AND CULTURAL ORGANIZATION, Declaration on the Responsibilities of the Present Generations Towards Future Generations, 1997.

9.INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY. Energy Indicators for Sustainable Development: Guidelines and Methodologies.

10.IAEA 2010, International Status and Prospects of Nuclear Power.

11.INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Power Reactor Information System, PRIS.

12.Energy, Electricity and Nuclear Power Estimates for the period up to 2030, IAEA-RDS-1/29. IAEA, Vienna, 2009.

13.UNITED STATES DEPARTMENT OF ENERGY, International Energy Outlook 2009, Energy Information Administration, DOE/EIA-0484 (2009): [сайт]. URL: http://www.eia.doe.gov/oiaf/ieo/index.html

14.Мой выбор – атомная наука и техника. Учебное пособие, 2009, 155стр.

15.CROPPER, W.H., Great Physicists: The Life and Times of Leading Physicists from Galileo to Hawking, Oxford University Press (2004).

16.UNITED STATES DEPERTMENT OF ENERGY: [сайт]. URL: http://www.ne.doe.gov/pdfFiles/History.pdf

17.Outline History of Nuclear Energy: [сайт]. URL: http://www.worldnuclear.org/info/inf54.html

18.Country Nuclear Fuel Cycle Profiles. Tec. Rep. Ser. 425, 2008.

19.INFORMATION PAPER INDEX: [сайт]. URL: http://www.world-nuclear.org/info/

20.INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Power Reactor Information System, PRIS.

21.INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Integrated Nuclear Fuel Cycle Information Systems, INFCIS.

22.CHINA GUANGDONG NUCLEAR POWER GROUP: [сайт]. URL: http://www.cgnpc.com.cn

23.CHINA NATIONAL NUCLEAR CORPORATION: [сайт]. URL: http://www.cnnc.com.cn

24.UNITED STATES DEPARTMENT OF ENERGY, Country Analysis Briefs:

25.Proceedings of the World Nuclear Association’s China International Nuclear Symposium, held in Beijing on 23–25 November 2010.

26.IAEA 2003, Country Nuclear Power Profiles, 2004.

27.NUCLEAR POWER CORPORATION OF INDIA Ltd.: [сайт]. URL: http://www.npcil.nic.in

28.Kakodkar 2008, Managing new nuclear power paradigm, IAIF August 2008.

29.IAEA 2010, International Status and Prospects of Nuclear Power.

30.OECD/IEA 2007, Energy statistics of non-OECD countries.

31.OECD NUCLEAR ENERGY AGENCY, Trends in the Nuclear Fuel Cycle: Economic, Environmental and Social Aspects, 2001.

32.INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Integrated Nuclear Fuel Cycle Information Systems, INFCIS.

33.OECD NUCLEAR ENERGY AGENCY AND INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Uranium 2007: Resources, Production and Demand, 2008.

34.INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Spent Fuel Reprocessing Options. IAEA TECDOC Series No. 1587, 2008.

139

35.INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Status and Trends in Spent Fuel Reprocessing, IAEA TECDOC Series No. 1467, 2005.

36.UNITED STATES DEPARTMENT OF ENERGY, Global Nuclear Energy Partnership Strategic Plan, GNEP – 167312, 2007.

37.LOWENTHAL G.C., AIREY P.L., Practiczl Application of Radioactivity and Nuclear Radiation Published by the press syndicate of the University of Cambridge, 2001.

38.INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Irradiation as a Phytosanitary Treatment of Food and Agricultural Commodities, IAEA TECDOC Series No. 1427, 2004.

39.INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Nuclear Medicine Resources Manual, 2006.

40.Бойко В.И., Кошелев Ф.П., Пшакин Г.М., Селиваникова О.В. Ядерные технологии и вызовы XXI века. Гриф УМО России. Уч. пособие. Изд-во ТПУ, Томск, 2009. – 467 с.

41.INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY: [сайт]. URL: http://www.iaea.org

42.WORLD NUCLEAR ASSOCIATION: [сайт]. URL: http://world-nuclear.org

43.WORLD ASSOCIATION OF NUCLEAR OPERATORS: [сайт]. URL: http://www.wano.info

44.NUCLEAR ENERGY AGENCY: [сайт]. URL: http://www.oecd-nea.org

45.INTERNATIONAL ENERGY AGENCY: [сайт]. URL: http://www.iea.org

46.GENERATION IV INTERNATIONAL FORUM: [сайт]. URL: http://www.gen- 4.org/index.html

47.INPRO: [сайт]. URL: http://www.iaea.org/INPRO

48.INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Power Reactor Information System, PRIS.

49.The Future of Nuclear Power. An interdisciplinary MIT Study, 2003.

50.OECD NUCLEAR ENERGY AGENCY AND INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Uranium 2007: Resources, Production and Demand, 2008.

51.INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Spent Fuel Reprocessing Options. IAEA TECDOC Series No.1587, 2008.

52.INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Fast Reactor Database: 2006 Update, TEC/DOC/1531, Vienna, 2006.

53.INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Innovative Technologies for Nuclear Fuel Cycles and Nuclear Power (Proc. Int. Conf. Vienna, 2004), IAEA–CSP–24, IAEA, Vienna, 2004.

INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Nuclear technology Review, Vienna, 2010.

140