Атомная (ядерная) энергетика. Реферат: Ядерная энергетика Ядерная промышленность и ядерная энергетика

Т.е. в тех промышленно развитых странах, где недостаточно природных энергоресурсов. Эти страны производят от четверти до половины своей электроэнергии на АЭС. США производят на АЭС только восьмую часть своей электроэнергии, но это составляет около одной пятой ее мирового производства.

Атомная энергетика остается предметом острых дебатов. Сторонники и противники атомной энергетики резко расходятся в оценках ее безопасности, надежности и экономической эффективности. Кроме того, широко распространено мнение о возможной утечке ядерного топлива из сферы производства электроэнергии и его использовании для производства ядерного оружия.

Ядерный топливный цикл.

Атомная энергетика – это сложное производство, включающее множество промышленных процессов, которые вместе образуют топливный цикл. Существуют разные типы топливных циклов, зависящие от типа реактора и от того, как протекает конечная стадия цикла.

Обычно топливный цикл состоит из следующих процессов. В рудниках добывается урановая руда. Руда измельчается для отделения диоксида урана, а радиоактивные отходы идут в отвал. Полученный оксид урана (желтый кек) преобразуется в гексафторид урана – газообразное соединение. Для повышения концентрации урана-235 гексафторид урана обогащают на заводах по разделению изотопов. Затем обогащенный уран снова переводят в твердый диоксид урана, из которого изготавливают топливные таблетки. Из таблеток собирают тепловыделяющие элементы (твэлы), которые объединяют в сборки для ввода в активную зону ядерного реактора АЭС. Извлеченное из реактора отработанное топливо имеет высокий уровень радиации и после охлаждения на территории электростанции отправляется в специальное хранилище. Предусматривается также удаление отходов с низким уровнем радиации, накапливающихся в ходе эксплуатации и технического обслуживания станции. По истечении срока службы и сам реактор должен быть выведен из эксплуатации (с дезактивацией и удалением в отходы узлов реактора). Каждый этап топливного цикла регламентируется так, чтобы обеспечивались безопасность людей и защита окружающей среды.

Ядерные реакторы.

Промышленные ядерные реакторы первоначально разрабатывались лишь в странах, обладающих ядерным оружием. США, СССР, Великобритания и Франция активно исследовали разные варианты ядерных реакторов. Однако впоследствии в атомной энергетике стали доминировать три основных типа реакторов, различающиеся, главным образом, топливом, теплоносителем, применяемым для поддержания нужной температуры активной зоны, и замедлителем, используемым для снижения скорости нейтронов, выделяющихся в процессе распада и необходимых для поддержания цепной реакции.

Среди них первый (и наиболее распространенный) тип – это реактор на обогащенном уране, в котором и теплоносителем, и замедлителем является обычная, или «легкая», вода (легководный реактор). Существуют две основные разновидности легководного реактора: реактор, в котором пар, вращающий турбины, образуется непосредственно в активной зоне (кипящий реактор), и реактор, в котором пар образуется во внешнем, или втором, контуре, связанном с первым контуром теплообменниками и парогенераторами (водо-водяной энергетический реактор – ВВЭР). Разработка легководного реактора началась еще по программам вооруженных сил США. Так, в 1950-х годах компании «Дженерал электрик» и «Вестингауз» разрабатывали легководные реакторы для подводных лодок и авианосцев ВМФ США. Эти фирмы были также привлечены к реализации военных программ разработки технологий регенерации и обогащения ядерного топлива. В том же десятилетии в Советском Союзе был разработан кипящий реактор с графитовым замедлителем.

Второй тип реактора, который нашел практическое применение, – газоохлаждаемый реактор (с графитовым замедлителем). Его создание также было тесно связано с ранними программами разработки ядерного оружия. В конце 1940-х – начале 1950-х годов Великобритания и Франция, стремясь к созданию собственных атомных бомб, уделяли основное внимание разработке газоохлаждаемых реакторов, которые довольно эффективно вырабатывают оружейный плутоний и к тому же могут работать на природном уране.

Третий тип реактора, имевший коммерческий успех, – это реактор, в котором и теплоносителем, и замедлителем является тяжелая вода, а топливом тоже природный уран. В начале ядерного века потенциальные преимущества тяжеловодного реактора исследовались в ряде стран. Однако затем производство таких реакторов сосредоточилось главным образом в Канаде отчасти из-за ее обширных запасов урана.

Развитие атомной промышленности.

После Второй мировой войны в электроэнергетику во всем мире были инвестированы десятки миллиардов долларов. Этот строительный бум был вызван быстрым ростом спроса на электроэнергию, по темпам значительно превзошедшим рост населения и национального дохода. Основной упор делался на тепловые электростанции (ТЭС), работающие на угле и, в меньшей степени, на нефти и газе, а также на гидроэлектростанции. АЭС промышленного типа до 1969 не было. К 1973 практически во всех промышленно развитых странах оказались исчерпанными ресурсы крупномасштабной гидроэнергетики. Скачок цен на энергоносители после 1973, быстрый рост потребности в электроэнергии, а также растущая озабоченность возможностью утраты независимости национальной энергетики – все это способствовало утверждению взгляда на атомную энергетику как на единственный реальный альтернативный источник энергии в обозримом будущем. Эмбарго на арабскую нефть 1973–1974 породило дополнительную волну заказов и оптимистических прогнозов развития атомной энергетики.

Но каждый следующий год вносил свои коррективы в эти прогнозы. С одной стороны, атомная энергетика имела своих сторонников в правительствах, в урановой промышленности, исследовательских лабораториях и среди влиятельных энергетических компаний. С другой стороны, возникла сильная оппозиция, в которой объединились группы, защищающие интересы населения, чистоту окружающей среды и права потребителей. Споры, которые продолжаются и по сей день, сосредоточились главным образом вокруг вопросов вредного влияния различных этапов топливного цикла на окружающую среду, вероятности аварий реакторов и их возможных последствий, организации строительства и эксплуатации реакторов, приемлемых вариантов захоронения ядерных отходов, потенциальной возможности саботажа и нападения террористов на АЭС, а также вопросов умножения национальных и международных усилий в области нераспространения ядерного оружия.

Проблемы безопасности.

Чернобыльская катастрофа и другие аварии ядерных реакторов в 1970-е и 1980-е годы, помимо прочего, ясно показали, что такие аварии часто непредсказуемы. Например, в Чернобыле реактор 4-го энергоблока был серьезно поврежден в результате резкого скачка мощности, возникшего во время планового его выключения. Реактор находился в бетонной оболочке и был оборудован системой аварийного расхолаживания и другими современными системами безопасности. Но никому и в голову не приходило, что при выключении реактора может произойти резкий скачок мощности и газообразный водород, образовавшийся в реакторе после такого скачка, смешавшись с воздухом, взорвется так, что разрушит здание реактора. В результате аварии погибло более 30 человек, более 200 000 человек в Киевской и соседних областях получили большие дозы радиации, был заражен источник водоснабжения Киева. На севере от места катастрофы – прямо на пути облака радиации – находятся обширные Припятские болота, имеющие жизненно важное значение для экологии Беларуси, Украины и западной части России.

В Соединенных Штатах предприятия, строящие и эксплуатирующие ядерные реакторы, тоже столкнулись с множеством проблем безопасности, что замедляло строительство, заставляя вносить многочисленные изменения в проектные показатели и эксплуатационные нормативы, и приводило к увеличению затрат и себестоимости электроэнергии. По-видимому, было два основных источника этих трудностей. Один из них – недостаток знаний и опыта в этой новой отрасли энергетики. Другой – развитие технологии ядерных реакторов, в ходе которого возникают новые проблемы. Но остаются и старые, такие, как коррозия труб парогенераторов и растрескивание трубопроводов кипящих реакторов. Не решены до конца и другие проблемы безопасности, например повреждения, вызываемые резкими изменениями расхода теплоносителя.

Экономика атомной энергетики.

Инвестиции в атомную энергетику, подобно инвестициям в другие области производства электроэнергии, экономически оправданы, если выполняются два условия: стоимость киловатт-часа не больше, чем при самом дешевом альтернативном способе производства, и ожидаемая потребность в электроэнергии, достаточно высокая, чтобы произведенная энергия могла продаваться по цене, превышающей ее себестоимость. В начале 1970-х годов мировые экономические перспективы выглядели очень благоприятными для атомной энергетики: быстро росли как потребность в электроэнергии, так и цены на основные виды топлива – уголь и нефть. Что же касается стоимости строительства АЭС, то почти все специалисты были убеждены, что она будет стабильной или даже станет снижаться. Однако в начале 1980-х годов стало ясно, что эти оценки ошибочны: рост спроса на электроэнергию прекратился, цены на природное топливо не только больше не росли, но даже начали снижаться, а строительство АЭС обходилось значительно дороже, чем предполагалось в самом пессимистическом прогнозе. В результате атомная энергетика повсюду вступила в полосу серьезных экономических трудностей, причем наиболее серьезными они оказались в стране, где она возникла и развивалась наиболее интенсивно, – в США.

Если провести сравнительный анализ экономики атомной энергетики в США, то становится понятным, почему эта отрасль промышленности потеряла конкурентоспособность. С начала 1970-х годов резко выросли затраты на АЭС. Затраты на обычную ТЭС складываются из прямых и косвенных капиталовложений, затрат на топливо, эксплуатационных расходов и расходов на техническое обслуживание. За срок службы ТЭС, работающей на угле, затраты на топливо составляют в среднем 50–60% всех затрат. В случае же АЭС доминируют капиталовложения, составляя около 70% всех затрат. Капитальные затраты на новые ядерные реакторы в среднем значительно превышают расходы на топливо угольных ТЭС за весь срок их службы, чем сводится на нет преимущество экономии на топливе в случае АЭС.

Перспективы атомной энергетики.

Среди тех, кто настаивает на необходимости продолжать поиск безопасных и экономичных путей развития атомной энергетики, можно выделить два основных направления. Сторонники первого полагают, что все усилия должны быть сосредоточены на устранении недоверия общества к безопасности ядерных технологий. Для этого необходимо разрабатывать новые реакторы, более безопасные, чем существующие легководные. Здесь представляют интерес два типа реакторов: «технологически предельно безопасный» реактор и «модульный» высокотемпературный газоохлаждаемый реактор.

Прототип модульного газоохлаждаемого реактора разрабатывался в Германии, а также в США и Японии. В отличие от легководного реактора, конструкция модульного газоохлаждаемого реактора такова, что безопасность его работы обеспечивается пассивно – без прямых действий операторов или электрической либо механической системы защиты. В технологически предельно безопасных реакторах тоже применяется система пассивной защиты. Такой реактор, идея которого была предложена в Швеции, по-видимому, не продвинулся далее стадии проектирования. Но он получил серьезную поддержку в США среди тех, кто видит у него потенциальные преимущества перед модульным газоохлаждаемым реактором. Но будущее обоих вариантов туманно из-за их неопределенной стоимости, трудностей разработки, а также спорного будущего самой атомной энергетики.

Сторонники другого направления полагают, что до того момента, когда развитым странам потребуются новые электростанции, осталось мало времени для разработки новых реакторных технологий. По их мнению, первоочередная задача состоит в том, чтобы стимулировать вложение средств в атомную энергетику.

Но помимо этих двух перспектив развития атомной энергетики сформировалась и совсем иная точка зрения. Она возлагает надежды на более полную утилизацию подведенной энергии, возобновляемые энергоресурсы (солнечные батареи и т.д.) и на энергосбережение. По мнению сторонников этой точки зрения, если передовые страны переключатся на разработку более экономичных источников света, бытовых электроприборов, отопительного оборудования и кондиционеров, то сэкономленной электроэнергии будет достаточно, чтобы обойтись безо всех существующих АЭС. Наблюдающееся значительное уменьшение потребления электроэнергии показывает, что экономичность может быть важным фактором ограничения спроса на электроэнергию.

Таким образом, атомная энергетика пока не выдержала испытаний на экономичность, безопасность и расположение общественности. Ее будущее теперь зависит от того, насколько эффективно и надежно будет осуществляться контроль за строительством и эксплуатацией АЭС, а также насколько успешно будет решен ряд других проблем, таких, как проблема удаления радиоактивных отходов. Будущее атомной энергетики зависит также от жизнеспособности и экспансии ее сильных конкурентов – ТЭС, работающих на угле, новых энергосберегающих технологий и возобновляемых энергоресурсов.

По уровню научно-технических разработок российская атомная энергетика является одной из лучших в мире. Предприятия имеют огромные возможности для решения повседневных или масштабных задач. Специалисты прогнозируют перспективное будущее в этой области, так как РФ имеет большие запасы руд для выработки энергии.

Краткая история развития атомной энергетики в России

Атомная отрасль берет свое начало со времен СССР, когда планировалось реализовать один из авторских проектов о создании взрывчатки из уранового вещества. Летом, в 1945 году благополучно прошло испытание атомное оружие в США, а в 1949 году на Семипалатинском полигоне впервые использовали ядерную бомбу РДС-1. Дальнейшее развитие атомной энергетики в России было следующим:

Научно-производственные коллективы трудились много лет для достижения высокого уровня в атомном оружии, и останавливаться на достигнутом не собираются. Позже вы узнаете о перспективах в этой области до 2035 года.

Действующие АЭС в России: краткая характеристика

В настоящее время существует 10 действующих АЭС. Особенности каждой из них будут рассмотрены далее.

№1 и №2 с реактором АМБ;
№3 с реактором БН-600.

Вырабатывает до 10% от общего объема электрической энергии. В настоящее время многие системы Свердловска находятся в режиме длительной консервации, а эксплуатируется только энергоблок БН-600. Белоярская АЭС расположена в г. Заречный.

Билибинская АЭС – единственный источник, снабжающий теплом г. Билбино и имеющий мощность 48 МВт. Станция вырабатывает около 80% энергии и соответствует всем требованиям, предъявляемым к установке аппаратуры:

максимальная простота эксплуатации;
повышенная надежность работы;
защита от механических повреждений;
минимальный объем монтажных работ.

Система имеет важное преимущество: при неожиданном прерывании работы блока ей не наносится вред. Станция расположена в Чукотском автономном округе, в 4,5, расстояние до Анадыря – 610 км.

Каково состояние атомной энергетики сегодня?

Сегодня существует более 200 предприятий, специалисты которых не покладая рук трудятся над совершенством атомной энергетики России . Поэтому мы уверенно двигаемся вперед в этом направлении: разрабатываем новые модели реакторов и постепенно расширяем производство. Согласно мнению участников Всемирной ядерной ассоциации, сильная сторона России — развитие технологий на быстрых нейронах.

Российские технологии, многие из которых были разработаны компанией «Росатом», высоко ценятся за рубежом за относительно небольшую стоимость и безопасность. Следовательно, у нас достаточно высокий потенциал в атомной отрасли.

Зарубежным партнерам РФ оказывает множество услуг, касающихся рассматриваемой деятельности. К их числу относится:

возведение атомных энергоблоков с учетом правил безопасности;
поставка ядерного топлива;
вывод использованных объектов;
подготовка международных кадров;
помощь в развитии научных работ и ядерной медицины.

Россия строит большое количество энергоблоков за границей. Успешно были такие проекты, как «Бушер» или «Куданкулам», созданные для иранской и индийской АЭС. Они позволили создавать чистые, безопасные и эффективные источники энергии.

Какие проблемы, связанные с атомной отраслью, возникали в России?

В 2011 году на строящейся ЛАЭС-2 произошел обвал металлических конструкций (вес около 1200 тонн). В ходе надзорной комиссии обнаружилась поставка несертифицированной арматуры, в связи с чем были приняты следующие меры:

наложение штрафа на ЗАО «ГМЗ-Химмаш» в размере 30 тыс. руб.;
выполнение расчетов и проведение работ, направленных на усиление арматуры.

По мнению Ростехнадзора, главной причиной нарушения является недостаточный уровень квалификации специалистов «ГМЗ-Химмаш». Слабое знание требований федеральных норм, технологий изготовления подобного оборудования и конструкторской документации привело к тому, что многие подобные организации лишились лицензий.

В Калининской АЭС повысился уровень тепловой мощности реакторов. Такое событие крайне нежелательно, так как появляется вероятность возникновения аварии с серьезными радиационными последствиями.

Многолетние исследования, проведенные в зарубежных странах, показали, что соседство с АЭС приводит к росту заболеваний лейкемией. По этой причине в России было множество отказов от эффективных, но очень опасных проектов.

Перспективы АЭС в России

Прогнозы дальнейшего использования атомной энергии противоречивы и неоднозначны. Большинство из них сходится к мнению, что к середине XXI века потребность возрастет в связи с неизбежным увеличением численности населения.

Министерство энергетики РФ сообщило энергетическую стратегию России на период до 2035 года (сведения поступили в 2014 году). Стратегическая цель атомной энергетики включает в себя:

С учетом установленной стратегии, в дальнейшем предусматривается решить следующие задачи:

улучшить схему производства, обращения и захоронения топливно-сырьевых ресурсов;
развить целевые программы, обеспечивающие обновление, устойчивость и повышение эффективности имеющейся топливной базы;
реализовать наиболее эффективные проекты с высоким уровнем безопасности и надежности;
увеличить экспорт ядерных технологий.

Государственная поддержка массового производства атомных энергоблоков – основа благополучного продвижения товаров за рубеж и высокой репутации России на международном рынке.

Что препятствует развитию атомной энергетики в России?

Развитие атомной энергетики в РФ сталкивается с определенными трудностями. Вот основные из них:

В России атомная энергетика является одним из важных секторов экономики. Успешная реализация разрабатываемых проектов способна помочь развить остальные отрасли, но для этого нужно приложить немало усилий.

Nuclear power см. Атомная энергетика. В зарубежной литературе употребляются более точные термины «ядерная энергетика» и «ядерная электростанция». У нас укоренились термины «атомная энергетика» и «атомная электростанция». Термины атомной… … Термины атомной энергетики

ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИКА - отрасль энергетики, в к рой источником получаемой полезной энергии (электрической, тепловой) является ядерная энергия, преобразуемая в полезную на атомных энергетич. установках: атомных электростанциях (АЭС), атомных теплоэлектроцентралях (АТЭЦ)… … Физическая энциклопедия

ядерная энергетика - Раздел энергетики, связанный с использованием ядерной энергии для производства тепла и электрической энергии. [ГОСТ 19431 84] ядерная энергетика (атомная энергетика) отрасль энергетики, использующая ядерную энергию для электрификации и… … Справочник технического переводчика

Ядерная энергетика - отрасль энергетики, занимающаяся преобразованием ядерной энергии в другие виды энергии с целью практического применения. Основу ядерной энергетики составляют атомные электростанции. Синонимы: Атомная энергетика См. также: Энергетика Финансовый… … Финансовый словарь

ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИКА - (атомная энергетика) отрасль энергетики, использующая ядерную энергию для электрификации и теплофикации; область науки и техники, разрабатывающая методы и средства преобразования ядерной энергии в электрическую и тепловую. Основа ядерной… … Большой Энциклопедический словарь

ядерная энергетика - Отрасль народного хозяйства, использующая энергию цепной ядерной реакции как источник энергии; особая форма энергии, использующая ядерную реакцию для вращения генераторов и получения электроэнергии. Syn.: атомная энергетика; атомная энергия … Словарь по географии

ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИКА - отрасль (см.), использующая (см. (20)) для электрификации и теплофикации; область науки и техники, разрабатывающая методы и средства преобразования ядерной энергии в электрическую и тепловую. Основа Я. э. атомные электростанции … Большая политехническая энциклопедия

Ядерная энергетика - 5. Ядерная энергетика Раздел энергетики, связанный с использованием ядерной энергии для производства тепла и электрической энергии Источник: ГОСТ 19431 84: Энергетика и электрификация. Термины и определения оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ядерная энергетика - одна из отраслей топливно энергетического комплекса, использующая ядерную энергию для получения тепла и электричества; область науки и техники, занимающаяся изучением способов и методов преобразования ядерной энергии в другие виды энергии. Основу … Энциклопедия техники

ядерная энергетика - (атомная энергетика), отрасль энергетики, использующая ядерную энергию для электрификации и теплофикации; область науки и техники, разрабатывающая методы и средства преобразования ядерной энергии в электрическую и тепловую. Основа ядерной… … Энциклопедический словарь

Книги

, Г.А. Бать Категория: Математика Издатель: ЁЁ Медиа , Производитель: ЁЁ Медиа , Купить за 2591 грн (только Украина)
Основы теории и методы рассчёта ядерных энергетических реакторов , Бать Г.А. , Ядерная энергетика. Основы теории и методы рассчёта ядерных энергетических реакторов. Год выпуска: 1982 Авторы: Г. А. Бать, Г. Г. Бартоломей, В. Д. Байбаков, М. С. Алхутов. Воспроизведено в… Категория: Математика и естественные науки Серия: Издатель:

Сегодня примерно 17% мирового производства электроэнергии приходится на атомные электростанции (АЭС). В некоторых странах ее доля значительно больше. Например, в Швеции она составляет около половины всей электроэнергии, во Франции - около трех четвертей. Недавно согласно принятой в Китае программе вклад энергии атомных электростанций предусмотрено увеличить в пять-шесть раз. Заметную, хотя пока не определяющую, роль АЭС играют в США и России.

Более сорока лет назад, когда дала ток первая атомная станция в мало кому известном в то время городке Обнинске, многим казалось, что атомная энергетика - вполне безопасная и экологически чистая. Авария на одной из американской АЭС, а затем катастрофа в Чернобыле показали, что на самом деле атомная энергетика сопряжена с большой опасностью. Люди напуганы. Общественное сопротивление сегодня таково, что строительство новых АЭС в большинстве стран практически остановлено. Исключение составляют лишь восточно-азиатские страны - Япония, Корея, Китай, где атомная энергетика продолжает развиваться.

Специалисты, хорошо знающие сильные и слабые стороны реакторов, смотрят на атомную опасность более спокойно. Накопленный опыт и новые технологии позволяют строить реакторы, вероятность выхода которых из-под контроля хотя и не равна нулю, но крайне мала. На современных атомных предприятиях обеспечен строжайший контроль радиации в помещениях и в каналах реакторов: сменные комбинезоны, специальная обувь, автоматические детекторы излучений, которые ни за что не откроют шлюзовые двери, если на вас есть хотя бы небольшие следы радиоактивной "грязи". Например, на атомной электростанции в Швеции, где чистейшие пластиковые полы и непрерывная очистка воздуха в просторных помещениях, казалось бы, исключают даже мысль о сколь-нибудь заметном радиоактивном заражении.

Атомной энергетике предшествовали испытания ядерного оружия. На земле и в атмосфере проводились испытания ядерных и термоядерных бомб, взрывы которых ужасали мир. В то же время инженеры разрабатывали и ядерные реакторы, предназначенные для получения электрической энергии. Приоритет получило военное направление - производство реакторов для кораблей военно-морского флота. Военным ведомствам особенно перспективным представлялось использование реакторов на подводных лодках: такие суда имели бы практически неограниченный радиус действия и могли бы годами находиться под водой. Американцы сосредоточили свои усилия на создании корпусных водо-водяных реакторов, в которых замедлителем нейтронов, и теплоносителем служила обычная ("легкая") вода и которые обладали большой мощностью на единицу массы энергетической установки. Были сооружены полномасштабные наземные прототипы транспортных реакторов, на которых проверялись все конструктивные решения и отрабатывались системы управления и безопасности. В середине 50-х годов XX в. первая подводная лодка с атомным двигателем "Наутилиус" прошла под льдами Ледовитого океана.

Аналогичные работы велись и в нашей стране, только наряду с водо-водяными реакторами разрабатывался канальный графитовый реактор (в нем теплоносителем тоже служила вода, а замедлителем - графит). Однако по сравнению с водо-водяным реактором у графитового мала удельная мощность. В то же время такой реактор обладал важным преимуществом - уже имелся значительный опыт сооружения и эксплуатации промышленных графитовых реакторов, отличающихся от транспортных установок главным образом давлением и температурой охлаждающей воды. А наличие опыта означало экономию времени и средств на опытно-конструкторские работы. При создании наземного прототипа графитового реактора для транспортных установок стала очевидной его бесперспективность. И тогда было решено использовать его для атомной энергетики. Реактор AM, а точнее, его турбогенератор мощностью 5000 кВт 27 июня 1954 г. подключили к электрической сети, и весь мир узнал, что в СССР пущена первая в мире АЭС - атомная электростанция.

Наряду с канальными графитовыми реакторами в нашей стране, как и в США, с середины 50-х XX в. годов развивалось направление, основанное на использовании водо-водяных энергетических реакторов (ВВЭР). Их характерная особенность - огромный корпус диаметром 4,5 м и высотой 11м, рассчитанный на высокое давление - до 160 атм. Производство и транспортировка таких корпусов к площадке АЭС - чрезвычайно сложная задача. Американские фирмы, приступив к развитию атомной энергетики на базе реакторов PWR, возвели на берегах рек заводы для производства реакторных корпусов, построили баржи для их перевозки к месту строительства АЭС и краны грузоподъемностью в 1000 т. Этот продуманный подход позволил США не только удовлетворить собственные потребности, но и захватить в 70-х годах внешний рынок по производству атомной энергии. СССР не мог столь широко и быстро развивать промышленную базу для АЭС с реакторами ВВЭР. В начале лишь один Ижорский завод мог изготавливать по одному корпусу реактора в год. Пуск Аттоммаша состоялся только в конце 70-х годов.

Реактор РБМК (реактор большой мощности, канальный), в котором вода, охлаждающая тепловыделяющие элементы, находится в состоянии кипения, появился как очередной этап последовательного развития канальных графитовых реакторов: промышленный графитовый реактор, реактор первой в мире АЭС, реакторы Белоярской АЭС. Ленинградская АЭС на РБМК проявила свой норов. Несмотря на наличие традиционной автоматической системы регулирования, оператор должен был по мере выгорания топлива все чаще и чаще вмешиваться в управление реактором (до 200 раз в смену). Это было связано с возникновением или усилением в процессе эксплуатации реактора положительных обратных связей, приводящих к развитию неустойчивости с периодом в 10 минут. Для нормального стабильного функционирования какого-либо устройства с положительной обратной связью необходима надежная система автоматического регулирования. Однако всегда существует опасность аварии из-за отказа подобной системы. С проблемой неустойчивости столкнулись и в Канаде, когда пустили в 1971 г. канальный реактор с тяжелой водой в качестве замедлителей нейтронов и кипящей легкой водой в качестве теплоносителя. Канадские специалисты решили не испытывать судьбу и закрыли установку. Сравнительно быстро была разработана новая, приспособленная к РБМК, система автоматического регулирования. Ее внедрение обеспечило приемлемую устойчивость реактора. В СССР развернулось серийное строительство АЭС с реакторами РБМК (нигде в мире подобные установки не использовались).

Несмотря на внедрение новой системы регулирования, страшная угроза осталась. Для реактора РБМК характерны два крайних состояния: в одном из них каналы реактора заполнены кипящей водой, а в другом - паром. Коэффициент размножения нейтронов при заполнении кипящей водой больше, чем при заполнении паром. При таком условии возникает положительная обратная связь, при которой рост мощности вызывает появление дополнительного количества пара в каналах, что в свою очередь приводит к увеличению коэффициента размножения нейтронов, и следовательно, к дальнейшему росту мощности. Это известно давно, еще со времен проектирования РБМК. Однако только после Чернобыльской катастрофы в результате тщательного анализа выяснилось, что возможен разгон реактора на мгновенных нейтронах. В 1 час 23 мин. 26 апреля 1986 г. произошел взрыв реактора 4-го блока Чернобыльской АЭС. Ее последствия ужасны.

Так нужно ли развивать атомную энергетику? Выработка энергии на АЭС и ACT (атомных станциях теплоснабжения) - это наиболее экологически чистый способ производства энергии. Энергия ветра, Солнца, подземного тепла и т.д. не может сразу и быстро заменить атомную энергию. Согласно прогнозу в США в начале XXI в. на все подобные способы производства энергии будет приходиться не более 10% вырабатываемой во всем мире энергии.

Спасти нашу планету от загрязнения миллионами тонн углекислого газа, окиси азота и серы, которые постоянно выбрасываются ТЭЦ, работающими на угле, мазуте, перестать сжигать в огромных количествах кислород, можно лишь с помощью атомной энергетики. Но только при выполнении одного условия: Чернобыль не должен повториться. Для этого необходимо создать абсолютно надежный энергетический реактор. Но в природе не бывает ничего абсолютно надежного, все процессы, не противоречащие законам природы, происходят с большей или меньшей вероятностью. И противники атомной энергетики рассуждают примерно так: авария маловероятна, но нет никаких гарантий, что она не случится сегодня или завтра. Задумываясь над этим, нужно учесть следующее. Во-первых, взрыв реактора РБМК в том состоянии, в котором он эксплуатировался до аварии, отнюдь не маловероятное событие. Во-вторых, при таком подходе мы все должны жить в постоянном страхе, что Земля не сегодня-завтра столкнется с крупным астероидом, вероятность такого события ведь тоже не равна нулю. Думается, можно считать абсолютно безопасным реактор, для которого вероятность крупной аварии достаточно мала.

В СССР накоплен многолетний опыт сооружения и эксплуатации АЭС с реакторами ВВЭР (аналогичными американским PWR), на базе которых может быть в относительно короткие сроки создан в большей степени безопасный энергетический реактор. Такой, что в случае аварийной ситуации все радиоактивные осколки деления ядер урана должны остаться в пределах защитной оболочки

Развитые страны с большой численностью населения в обозримом будущем не смогут из-за приближающейся экологической катастрофы обойтись без атомной энергетики даже при некоторых запасах обычных видов топлива. Режим экономии энергии может лишь на некоторое время отодвинуть проблему, но не решить ее. Кроме того, многие специалисты считают, что в наших условиях даже временного эффекта добиться не удастся: эффективность предприятий по энергоснабжению зависит от уровня развития экономики. Даже США потребовалось 20-25 лет со дня внедрения в промышленность энергоемких производств.

Вынужденная пауза, возникшая в развитии атомной энергетики, должна быть использована для разработки достаточно безопасного энергетического реактора на базе реактора ВВЭР, а также для разработки альтернативных энергетических реакторов, безопасность которых должна находиться на том же уровне, а экономическая эффективность значительно выше. Целесообразно построить демонстрационную АЭС с подземным размещением реактора ВВЭР в наиболее удобном месте, чтобы проверить ее экономическую эффективность и безопасность.

В последнее время предлагаются различные конструктивные решения атомных станций. В частности, компактную АЭС разработали специалисты Санкт-Петербургского морского бюро машиностроения "Малахит". Предлагаемая станция предназначается для Калининградской области, где проблема энергоресурсов стоит достаточно остро. Разработчики предусмотрели использование в АЭС жидкометаллического теплоносителя (сплава свинца с висмутом) и исключают возможность возникновения на ней радиационно-опасных аварий, в том числе при любых внешних воздействиях. Станция отличается экологической чистотой и экономической эффективностью. Все ее основное оборудование предполагается разместить глубоко под землей - в проложенном среди скальных пород туннеле диаметром в 20 м. Это дает возможность свести к минимуму число наземных сооружений и площадь отчуждаемых земель. Структура проектируемой АЭС - модульная, что тоже очень существенно. Проектная мощность Калининградской АЭС - 220 МВт, но может быть по мере необходимости уменьшена или увеличена в несколько раз при помощи изменения числа модулей.

На фоне все увеличивающегося мирового спроса на электроэнергию большинство экспертов полагает, что именно ядерные технологии в перспективе способны стать устойчивым и масштабным источником энергии. Увеличение потребления энергии не может быть удовлетворено новыми возобновляемыми источниками энергии - такими, как ветер и солнечная энергия. К тому же атомная энергетика - наиболее надежна, эффективна, экологична. А во многих странах, в частности в России, атомные электростанции рассматриваются и как наиболее защищенные объекты. На АЭС используются самые современные технические средства, обеспечивающие их безопасность. Важно и то обстоятельство, что стоимость ядерного топлива составляет небольшую часть всех производственных расходов АЭС, по сравнению с затратами на топливо при производстве электроэнергии за счет, например, сжигания газа, запасы которого далеко не бесконечны.
В настоящее время 440 энергетических реакторов в 31 стране мира обеспечивают производство 16 % всей мировой электроэнергии; еще 30 реакторов находятся в стадии строительства. В Евросоюзе ядерная энергетика дает 35% всей электроэнергии. В Японии АЭС производят 30% всей электроэнергии страны, во Франции - даже 75%, в США - 20% (при этом США - крупнейший в мире производитель ядерной энергии). Нужно также учитывать, что коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) ядерных реакторов постепенно увеличивается в результате совершенствования технологий и эксплуатации. В 1980 году атомные станции США использовали только 54% своей потенциальной мощности, а сегодня имеют с КИУМ свыше 90%, как и большинство реакторов Европы.
Примерно 94% мировой установленной мощности АЭС находится в промышленно развитых странах. Однако развивающиеся страны приходится 60% реакторов, находящихся в стадии строительства.
Согласно подсчетам МАГАТЭ, атомные станции сегодня предотвращают выбросы 2,5 млрд. тонн СО2 в год, что равнозначно примерно половине выбросов СО2 от моторных транспортных средств в мире. Атомная энергетика - альтернатива угольной электрогенерации, являющейся значительно более грязной с экологической точки зрения. Ядерные реакторы фактически не производят выбросов парниковых газов. Их использование для генерации электроэнергии может помочь остановить рост угрозы глобального потепления и радикального изменения климата. Уже сегодня они могут быть использованы в целях опреснения воды и способствовать удовлетворению растущих мировых потребностей в питьевой воде. Ядерные реакторы будут способствовать и производству водорода для использования его в качестве топлива для экологически чистых автомобилей.
По данным МАГАТЭ, к концу 2004 года во всем мире в стадии строительства находилось 26 АЭС, при этом большая их часть (18) - в Азии. В 2004 г. к энергосети были подключены пять новых энергоблоков АЭС: по одному в Китае, Японии и России, два в Украине. Одна станция была вновь подключена к сети в Канаде. Начато строительство прототипного реактора-размножителя на быстрых нейтронах мощностью 500 МВт в Индии, корпусного легководного реактора Tomari-3 мощностью 866 МВт в Японии. В Западной Европе приступили к строительству третьего энергоблока АЭС "Олкилуото" в Финляндии. Во Франции намечается, строительство демонстрационного Европейского реактора с водой под давлением (EPR). В США Комиссия по ядерному регулированию (КЯР) одобрила продление лицензий для более чем двух десятков энергоблоков АЭС (всего в США в работе 104 реактора АЭС). Министерство энергетики США одобрило финансовую помощь двум промышленным консорциумам на этапе подготовки лицензии на строительство и эксплуатацию новых АЭС.
Даже пессимистический прогноз предполагает увеличение до 427 ГВт глобальной мощности АЭС в 2020 году, что соответствует увеличению числа АЭС мощностью 1000 МВт на 127 станций.
Однако в некоторых странах Западной Европы (Бельгия, Германия, Швеция) объявлено о программах свертывания выработки электроэнергии на АЭС.
В этой связи заслуживают внимания выводы экспертов МАГАТЭ о том, что в последнее десятилетие основной причиной роста установленной мощности АЭС было не новое строительство, а увеличение эксплуатационной готовности существующих станций, и что улучшились показатели безопасности АЭС.
Вместе с тем, мировые потребности в сырье для производства ядерного топлива сегодня намного превосходят объемы добычи урана, обеспечивающей лишь около половины годовых потребностей АЭС. Лидеры по добыче урана - Канада и Австралия, Нигер, Казахстан и Россия.
В `Красной книге` за 2004 г. по урановым ресурсам (совместное издание ОЭСР/АЯЭ-МАГАТЭ) дается неоднозначная среднесрочная перспектива мирового уранового рынка, поскольку сохраняется неопределенность и в возможных вторичных источниках его поставок (таких, как гражданские и военные запасы, переработка отработавшего топлива и повторное обогащение обедненного урана). В 2003 г. на эти источники приходилось 46% мировых потребностей в уране для гражданских энергетических реакторов. Но по мере сокращения запасов их значение, скорее всего, будет уменьшаться. Как считают специалисты МАГАТЭ, после 2015 года потребности в реакторном топливе необходимо будет удовлетворять путем расширения производства, освоения новых источников или внедрения альтернативных топливных циклов.
Немалые проблемы связаны также с обновлением мощностей АЭС. На конец 2004 г. 79 (18%) работающих в мире реакторов находились в эксплуатации уже в течение 30 и более лет, а 143 реактора - свыше 25 лет. Поэтому принятие решений о снятии реакторов с эксплуатации становится все более актуальным. Это либо немедленный демонтаж, либо долгосрочная безопасная консервация с последующим демонтажем.
По данным МАГАТЭ, на конец 2004 года 6 станций были полностью сняты с эксплуатации, 17 - частично демонтированы и подвергнуты безопасной консервации, 33 демонтируются, а 30 находятся в стадии минимального демонтажа перед долгосрочной консервацией.
В некоторых странах в связи с этим была введена новая категория радиоактивных отходов - очень низкоактивные отходы (ОНАО): от снятия с эксплуатации отходов с очень низкой радиоактивностью, которые требуют меньшего объема специальной обработки, чем традиционные отходы низкой активности, и, соответственно, характеризуются более низкими издержками захоронения.
В настоящее время осуществляется международный проект МАГАТЭ по инновационным ядерным реакторам и топливным циклам (ИНПРО), в котором основное внимание уделяется проблеме инноваций.
Применение новых ядерно-энергетических технологий для опреснения морской воды нашло отражение в проекте ядерной опреснительной установки на острове Мадура в Индонезии, в котором принимает участие и Южная Корея. Но главные - не эти решения, а программы освоения потенциала управляемого термоядерного синтеза для производства энергии которые осуществляются примерно в 50 странах.
Международные соглашения о ядерной безопасности
О значении этой проблемы свидетельствует даже простой перечень принятых конвенций.
Прежде всего, это Конвенция о ядерной безопасности, обязывающая государства, которые эксплуатируют наземные АЭС, поддерживать высокий уровень безопасности за счет выполнения международных норм. Ее участниками на конец 2004 г. было уже 55 государств.
Не менее значимы Конвенция о помощи в случае ядерной аварии или радиационной аварийной ситуации и Конвенция об оперативном оповещении о ядерной аварии: Он создают юридическую базу для международного сотрудничества и координации действий в случае ядерной или радиационной аварийной ситуации, устанавливают систему оповещения о ядерных авариях, способствуют сотрудничеству между МАГАТЭ и отдельными странами в целях оперативной помощи и оказания поддержки при ядерных авариях или радиационных аварийных ситуациях. Разработан и Международный план действий по укреплению международной системы готовности и реагирования в случае ядерных и радиационных аварийных ситуаций.
Первая конвенция в конце 2004 г. насчитывала 90 участников, вторая - 94.
Еще одна конвенция - Объединенная конвенция о безопасности обращения с отработанным топливом и о безопасности обращения с радиоактивными отходами является единственным международным, юридически обязательным, правовым документом в этой области.
Конвенция о физической защите ядерного материала обязывает договаривающиеся государства обеспечивать во время международных перевозок защиту такого материала, находящегося в пределах их территории или на борту их кораблей или самолетов. На конец 2004 г. имелось уже 106 участников этой Конвенции.
Следует отметить также два кодекса: Кодекс поведения по безопасности исследовательских реакторов и Кодекс поведения по безопасности и сохранности радиоактивных источников.
Россия на мировом рынке ядерной энергии
В энергетической стратегии развития атомной энергетики России в первой половине ХХ1 века (принятой в 2000 г.) предусматривается решение задач по оптимизации структуры потребления топливно-энергетических ресурсов (с целью уменьшения доли природного газа в топливно-энергетическом балансе (ТЭБ), а также оптимизации структуры новых генерирующих мощностей и режимов их использования. Структурная оптимизация ТЭБ предполагается и за счет развития атомной энергетики: увеличения доли выработки электроэнергии на АЭС в европейской части России (от 22% до 32%), покрытия прироста потребности в электроэнергии в основном за счет опережающего роста производства энергии на АЭС (с темпом 4% в год против 2% в год для электроэнергетики в целом), увеличения доли базовой мощности АЭС в общем объеме производства электроэнергии (с КИУМ более 80%, в т.ч. за счет гидроаккумулирующих электростанций - ГАЭС и диверсификации рынков энергии АЭС).
Энергоемкость российской экономики (определенная с применением методик учета энергопотребления, принятых в Международном энергетическом агентстве) снижалась в 1992-1999 гг. в среднем примерно на 0,5% в год. Однако на ее снижение повлияли факторы, связанные со спадом производства в России, а также увеличение диспропорций в структуре цен на первичные энергоносители. Искусственно низкие внутренние цены на природный газ позволили повысить, начиная с 1992 г., долю газа в энергобалансе России с 40 до 52-54%. Вместе с тем, энергоемкость отечественного ВВП в 2000 г. была примерно в 2-4 раза выше, чем в развитых странах мира.
В настоящее время ядерная энергетика России дает около 16% вырабатываемой в стране электроэнергии. Разработана стратегия развития атомной энергетики на первую половину ХХ1 века, предполагающая значительное увеличение вклада атомной энергетики в энергобаланс РФ. Вместе с тем, несмотря на относительную самодостаточность российской атомной энергетики, ее развитие требует и международного сотрудничества, кооперации в создании новых систем и технологий, в том числе технологий безопасности, использующих принципы так называемой естественной безопасности, инновационных технологий обращения с радиоактивными отходами и т.д. Важно и международное сотрудничество в науке. Одним из его примеров являются работы по созданию международного термоядерного реактора ИТЭР.
Россия осуществляет и строительство новых ядерных блоков в ряде стран: в Иране, где идет достройка АЭС `Бушер`, в КНР, где идет строительство двух блоков, в Индии, где также началось строительство двух блоков - реакторов ВВЭР, и ставшие традиционными поставки уранового топлива, а также машиностроительной и изотопной продукции в зарубежные государства.
`Чернобыльский синдром` постепенно преодолевается в большинстве стран мира. Общественное мнение изменяется в пользу атомной энергетики. Даже в Германии, Швеции, Бельгии, где особенно сильны позиции `зеленых`, все больше задумываются о пересмотре запретов на строительство новых АЭС. Масштабное строительство атомных станций возобновляется в США. Высокими темпами развивает свою атомную энергетику Япония, большие планы по строительству АЭС у Китая, Индии и Ирана. С учетом роста цен на углеводороды данная тенденция вполне объективна. В ближайшие десятилетия энергетика мира, на наш взгляд, должна непременно развиваться на базе атомных технологий. Будут создаваться реакторные установки на основе тепловых нейтронов, станции на быстрых нейтронах. Затем, скорее всего, на передний план выйдет термоядерный синтез. Будут решены проблемы утилизации и снижения отходов от работы АЭС и доведен до промышленного использования замкнутый топливный цикл.
Россия, в частности, обладает реактором, который можно использовать в замкнутом цикле. В 2005 г. исполнилось 25 лет со дня пуска блока с реактором типа БН-600 на Белоярской АЭС - крупнейшего в мире энергоблока промышленного масштаба с реактором на быстрых нейтронах. За годы его безаварийной эксплуатации была продемонстрирована возможность длительной, эффективной и безопасной работы такого энергоблока с указанным реактором и натриевым теплоносителем. В будущем атомная энергетика, вероятно, будет развиваться именно на основе подобных реакторов. На Белоярской АЭС в 2012 г. должно завершиться строительство энергоблока на быстрых нейронах БН-800.
Новым направлением может стать и создание передвижных АЭС малой мощности. Уже в 2006 г. Россия предусматривает начать строительство малых плавучих АЭС мощностью 75 МВт для энергоснабжения удаленных районов Севера или засушливых районов Азии.
По мнению генерального директора Всемирной Ядерной Ассоциации (ВЯА) Джона Ритча, в перспективе мир станет свидетелем `ренессанса` ядерной индустрии во многих странах.