я могу идти против ветра
Счастье – это не станция назначения, а способ путешествия
Екатерина Гавриш
Все записи
текст

Ядерное будущее

Самая спорная отрасль современности – ядерная энергетика – относительно молода: первая атомная электростанция открылась всего 57 лет назад. Изначально на эксплуатацию таких предприятий отводилось от 30 до 50 лет. И сейчас вопрос «что же будет дальше?» становится наиболее актуальным.
Ядерное будущее

Мы так мало о ней знаем, что аббревиатура АЭС часто становится если не ругательством, то чем-то вызывающим самые негативные эмоции. При этом за счет атомной энергии живут уже 28 стран на нашей планете. Но обсуждать ее проблемы и перспективы общество, как правило, начинает после глобальных событий и катастроф – вроде произошедшей весной на АЭС «Фукусима-1». Что же все-таки для нас атомная энергия – опасность или благо? И есть ли смысл от нее отказываться?

Отделить реальность современной атомной энергетики от мифов нам помог Максим Румянцев, начальник смены исследо­вательского ядерного реактора ПИК, сотрудник Петербургского института ядерной физики имени Б.П. Константинова.

– Верно ли утверждение, что последствия взрыва на Чернобыльской АЭС были устранены быстрее, чем на «Фукусиме-1»?

– Сама авария на Чернобыльской АЭС произошла очень быстро, а устранение последствий заняло больше года – просто об этом не говорилось. На японской АЭС аварийная ситуация растянулась на длительный период, а об окончании мероприятий по устранению последствий говорить еще рано.

Возможно ли утилизировать АЭС полностью?

– Технически это реально, только очень дорого. Подобный опыт уже есть у англичан – когда на месте, где стоял реактор, осталась зеленая лужайка.

Почему реакторы нельзя защитить от всех вероятных ЧП?

– Защитить можно практически от чего угодно, но это требует больших затрат. Я считаю, что реакторы должны быть защищены от внешних воздействий в зависимости от того, в каком районе они находятся, какой опасности могут подвергаться.

Существует ли альтернатива атомной энергетике?

– Можно получать достаточное количество электроэнергии и тепла на станциях, использующих органическое топливо – природный газ, уголь, мазут, сланцы. Энергию могут поставлять гидроэлектростанции, но они требуют огромных территорий под водохранилища. А при сжигании любого органического топлива потребляется кислород. В атмосферу при этом выбрасывается не меньший объем углекислого газа, соединений серы, азота и шлаков, очень вредных для окружающей среды.

АЭС не требует ежедневного подвоза топлива, не поглощает кислород из атмосферы, не выбрасывает углекислый газ. Минусы АЭС в том, что она является источником потенциальной опасности и требует организации мест захоронения радиоактивных отходов.

Чистые источники – например, использующие ветряную и солнечную энергии, – не могут обеспечить электричеством такую большую страну, как наша: они обладают небольшой мощностью и зависят от сил природы, которые не всегда можно контролировать. Однако я считаю, что технологию производства чистой энергии просто необходимо развивать.

Хранение и утилизация отходов – важнейшая проблема отрасли 

Кроме безопасной работы реакторов активно обсуждается и другой вопрос: куда деть отработавшее ядерное топливо и где хранить радиоактивные отходы? Об этом нам рассказала Елена Сайкова – сотрудник топливного отдела немецкой энергетической компании, обслуживающей три атомные станции в земле Баден-Вюртемберг.

Кто принимает решения, связанные с атомной энергетикой?

– Каждая страна в рамках своего законодательства. При этом существует независимое Международное агентство по атомной энергетике (МАГАТЭ), наблюдающее за тем, чтобы энергия атома была безопасной. Им в частности разработан комплекс норм и стандартов безопасности в сфере обращения с отработавшим ядерным топливом и радиоактивными отходами.

Что происходит с использованным топливом ядерных реакторов?

– Отработавшее ядерное топливо (ОЯТ), которое представляет собой тепловыделяющие сборки (ТВС), выгружается из реактора в приреакторный бассейн, где выдерживается под слоем воды в течение 3–5 лет. За это время радиоактивность топлива и его тепловыделение уменьшается, ОЯТ становится готовым к отправке на дальнейшее хранение или переработку. Отработавшие сборки относятся к высокорадиоактивным отходам, которые необходимо изолировать.

Если страна придерживается замкнутого топливного цикла, то есть перерабатывает ядерное топливо, объем отходов сокращается в десятки раз. Но все равно они требуют окончательного захоронения. К странам с замкнутым топливным циклом относятся Россия, Франция, Индия, Великобритания.

Германия, Финляндия, США выбрали открытый топливный цикл. Это значит, что ОЯТ не перерабатывается. Отработавшие ТВС помещают на временное «сухое» или «мокрое» хранение, а потом должны отправить на хранение постоянное. При «мокром» способе ОЯТ погружают в хранилище, где оно находится под слоем воды. При выборе «сухого» способа сборки в приреакторном бассейне загружают в специальные контейнеры и отправляют в СХОЯТ (сухое хранилище отработавшего ядерного топлива) – хорошо вентилируемое укрепленное помещение, не требующее значительного техоб-служивания. В будущем такой способ, вероятно, станет основным для временного хранения.

Для слабо- и среднерадиоактивных отходов уже многие годы в мире используются подземные окончательные хранилища. А вот для высокорадиоактивных отходов «могильника», куда в итоге должны перевозить отработавшие ТВС, пока нет. Но каждая страна обязана решить вопрос захоронения радиоактивных отходов на своей территории в ближайшее время.

Когда планируется построить первое окончательное хранилище для высокорадиоактивных отходов?

– С 1999 года в США существует одно окончательное хранилище для высокорадиоактивных отходов – WIPP (Waste Isolation Pilot Plant). Но предназначено оно для ядерных отходов военного происхождения. Первое постоянное хранилище для индустриальных высокорадиоактивных отходов планирует построить к 2020 году Финляндия на острове Олкилуото. Далее о своих намерениях по пуску хранилищ заявляют: Швеция – к 2023, Франция – к 2025, Россия – к 2035, Германия – к 2035–2040, Китай – к 2050 году. В России строительство хранилища планируют в Нижне-Канском гранитоидном массиве в Красноярском крае.

Что будет представлять собой постоянное хранилище в Финляндии?

– Базовая концепция глубинного захоронения основана на долговременной изоляции с применением большого количества барьеров. Первый защитный барьер – контейнер с отработавшим топливом – помещается в полость, пробуренную в горной породе. Их размещают в скважинах на дне туннелей, на глубине 400–700 метров. Само хранилище – это сеть туннелей, рассчитанная на все высокорадиоактивные отходы, вырабатываемые на территории страны.

Скважины заполняются бентонитом, который способен ограничить поступление грунтовых вод, проводить тепло и поглощать радионуклиды. Более пластичный, чем гранит, бентонит защищает контейнер от небольших смещений горной породы. Сами же породы, прилегающие к скважине с контейнером, защищают его от окружающей среды. Захоронение должно осуществляться так, чтобы при необходимости контейнер можно было извлечь в любой момент – это требование безопасности, принятое на государственном уровне.

Сегодня в качестве возможных мест окончательного захоронения выбирают солевые залежи (Германия), гранитоидный массив (Россия, Канада, Китай), пласты глины (Франция, Бельгия, Швейцария, Венгрия), горные породы вулканического происхождения (Япония).

ITER – реактор будущего 

Какие виды топлива могли бы заменить ядерное?

– Безопасную альтернативу обещает создать исследовательский проект интернационального термоядерного экспериментального реактора (ITER). Сейчас его проектирование закончено и выбрано место для строительства – исследовательский центр Кадараш (Cadarache) во Франции. Если проект удастся и человек сможет взять под контроль термоядерную реакцию, она окажется в пять раз эффективнее атомной энергии.

Особый интерес представляет топливо на основе водорода, ведь его запасы на Земле не ограничены, а продуктом сгорания является обычная вода.

За этими видами топлива будущее, но наступит оно не раньше, чем через 50–60 лет. А пока для этого нужно приложить еще много усилий.

Редакция догадывается, что «ММ» читают люди с неодинаковыми интересами и разным складом ума, в том числе и далекие от физики (тем более от физики ядерной). Для них – мини-ликбез по основам атомной энергетики.

Химический элемент – простое вещество, которое не может ни изменяться, ни разлагаться. Соединяясь друг с другом, элементы образуют новые вещества: все, что нас окружает, есть совокупность ста с небольшим химических элементов.

Атом – мельчайшая частица химического элемента, которая сохраняет его свойства. В середине атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого вращаются электроны, имеющие отрицательный заряд, – их количеством определяются химические свойства атома. Атомные ядра изучает ядерная физика.

Ядра некоторых атомов неустойчивы и способны к самопроизвольному превращению – ядерному распаду. Этот распад сопровождается выходом ионизирующего излучения – радиации. Энергия такого излучения достаточно велика, поэтому она способна воздействовать на вещество.

Изотопы – атомы одного химического элемента с разным количеством нейтронов (частиц, не имеющих заряда) в ядре. Радиоактивные элементы – химические элементы, у которых могут распадаться все изотопы. Радиоактивны все химические элементы с порядковым номером больше 82 (начиная с висмута).

Ядерный распад может быть естественным и искусственным – когда элементы распадаются благодаря тому, что ученые сталкивают атомы вещества. Во время таких столкновений взаимодействия происходят между ядрами (атом состоит из ядра и электронного облака), поэтому их называют ядерной реакцией.

Ядерный реактор – специальное устройство, где беспрерывно происходит ядерная реакция, которая контролируется человеком. Для его работы в основном используется уран – элемент, который во время распада выделяет большое количество энергии. Реакторы могут служить для разных целей: промышленных и научных. Чаще всего – для выработки электричества. В научных целях на реакторах можно изучать все что угодно: от слоев краски на картинах до строения минералов и получения новых лекарств.

Технологии

Машины и Механизмы
Всего 0 комментариев
Комментарии

Рекомендуем

Актуальное
Петросити
Поэма здоровья
Биосфера
Новиков Александр Иванович, персональный сайт
OK OK OK OK OK OK OK