Ядерная энергетика - продукт конверсии (часть 2)
Об истории атомной энергетики и современных отраслевых проблемах в России и мире с физиком-ядерщиком Виктором Муроговым беседует главный редактор проекта «ПостНаука» Ивар Максутов (см. начало интервью)
— Какие у нас на данный момент есть основные проблемы с развитием?
— Для начала надо вернуться в 1979 год, когда американцы собрали все страны, развивавшие ядерную энергетику, и предложили пересмотреть стратегию дальнейшего развития, чтобы отказаться от развития быстрых реакторов и замкнутого ядерного топливного цикла, то есть от переработки облученного топлива. Страны (18 стран), обсудив, не согласились. Да, это опасно, но надо искать путь решения проблемы. Быстрые реакторы-бридеры — единственная основа решения проблемы неограниченных запасов для развития ядерной энергетики на основе перевода урана-238 в плутоний в рамках замкнутого топливного цикла. Это же не просто быстрые реакторы: нужно топливо выгрузить из реактора, переработать и вернуть снова — это называется замкнутый топливный цикл. Это стало основой стратегии в первую очередь России (СССР), Франции и Индии. Вот сейчас две страны идут нос к носу — Индия и Россия. И сейчас мы пустили БН-800 на Белоярской АЭС на урановом топливе (так же как в 1980 году в СССР был пущен реактор БН-600), а Индия пускает БН-500 на плутониевом топливе.
На Саммите тысячелетия ООН выступил наш президент с посылом, что ядерная энергетика должна стать основой для стабильного энергетического развития мира. Только ядерная энергетика должна быть без высокообогащенного урана, без свободного плутония. И получается так, что ядерная энергетика без быстрых реакторов — это пшик, в общем-то, так как существующая ядерная энергетика на водо-водяных реакторах (это реакторы типа PWR, BWR, ВВЭР, а они составляют сейчас 85% существующих АЭС и 95% строящихся) использует менее 0,5% запасов природного урана (практически только уран-235), а это в эквиваленте менее половины от запасов нефти. Существующая ядерная энергетика по сути своих основных концептуальных решений развивалась как byproduct, как побочный продукт оборонных проектов: более тысячи водо-водяных реакторов прототипов современной ядерной энергетики были разработаны и построены для атомных подлодок в США, СССР, Франции и Англии. Другой тип реакторов разрабатывался и создавался для наработки оружейного плутония — это прототипы реакторов РБМК, Магнокс, CANDU и т. п.
Современная ядерная энергетика является продуктом конверсии оборонных проектов. Ведь с быстрыми реакторами получается неограниченный энергетический источник, и человечество решит все свои проблемы. Первый быстрый реактор Clementina был построен в США в 1946 году. Прошло почти 70 лет, но ни одна великая ядерная держава не смогла решить проблему в одиночку. В мире нет ни одного коммерческого быстрого реактора-бридера. Это не только сложно и дорого. Это высшее достижение науки и технологии. Быстрые реакторы с жидкометаллическим охлаждением БН-600 и БН-800 сейчас работают на высокообогащенном уране, не на плутонии, то есть это незамкнутый цикл.
А как же замкнутый цикл? Переработка топлива, мы в СССР (России) ее освоили, а потом долго обсуждали, в том числе в Думе — перерабатывать облученное ядерное топливо или нет. А всего в мире 5 стран могут перерабатывать это топливо. А стоимость переработки около 1000 долларов за килограмм. Это золотой запас для развитых ядерных стран, освоивших переработку на промышленном уровне.
Далее получается так, что будущее ядерной энергетики, соответствующее тем идеям, которые закладывали «Пионеры» (Ферми, Лейпунский и др.), возможно только в случае создания бридеров в замкнутом топливном цикле. Но это, в принципе, лучшие машины для наработки оружейного материала — плутония. И поэтому проблема нераспространения ядерной технологии вышла на первое место.
— То есть, по сути, проблема нераспространения ставит если не крест, то большую проблему для развития подобного рода реакторов?
— Проблема нераспространения имеет различные аспекты: можно придумать, как экспериментально реализовали еще в 1968 году на EBR-2 американцы переработку облученного топлива на основе электрохимии и пирометаллургии, когда плутония нет в явном виде. Реактор работает на плутонии, и высокообогащенный уран-235 не нужен. Чем хорош быстрый реактор? Если вы перейдете когда-то целиком на быстрый реактор, вам не нужно добывать уран. У нас накоплено этого урана-238 (отвального) на века — наследство от военного производства. Он преобразуется в плутоний, и плутоний является основой топлива для будущей полномасштабной ядерной энергетики. Значит, от обогащенного урана мы избавляемся. А чтобы свободного плутония не было, не должно быть современной химии выделения оружейного плутония, который выделяется в чистом виде и создает эффект риска. Это первый технический аспект. Второй политический: есть 193 страны, которые добровольно подписали согласие не создавать ядерное оружие (ДНЯО — NPT). Девять стран владеют ядерным оружием, 5 из них официально, и мы туда входим — это великие ядерные державы. И это отдельная тема, что Россия обречена на ядерную энергетику: основа нашей безопасности, нашей державности — ракетно-ядерный щит, как сказано в нашей Военной доктрине. Задумайтесь, половина атомной энергетики находится в пяти странах с ядерным оружием не случайно. Эта очень дорогая и сложная технология должна давать профит для экономики. Кроме того, ядерная медицина должна стать основой здоровья нации, ядерные методы в науке и промышленности, в решении проблем продовольствия. Если она, ядерная технология, этого не дает, то она разорит страну, что и произошло с Советским Союзом.
— Или пока нам проще добывать нефть?
— Это второй вопрос, но оборону кто будет держать и как, например, решить проблему здоровья нации, включая сердечные и раковые заболевания без ядерной медицины?
— Важно сказать про опасности и некоторые сравнения разных типов энергетики, потому что сегодня очень много разговоров про «зеленую» технологию. Многие люди не понимают, что солнечные батареи при всей своей красоте и изяществе на самом деле в производстве очень грязные. Вроде бы это чистая энергия, но для производства этих батарей нужно загрязнить окружающую среду довольно сильно.
— Тут можно ответить кратко, я всегда задаю вопрос: «Хорошо, вам не нравится ядерная энергетика, что вы предлагаете взамен?» Обычный ответ: «Ничего нового, дополнительного не надо». Так вы что, хотите в каменный век? Мы создали промышленную цивилизацию, она требует источник энергии, причем с определенными параметрами. Энергетика должна работать не меньше 60% времени безостановочно, и должна быть определенная плотность энергии. Что такое плотность энергии? Как развивалась энерговооруженность человека: сначала человеческая мускульная сила, затем лошадиная сила, потом паровая машина, двигатель внутреннего сгорания — киловатт с литра, сейчас в ядерном реакторе мегаватты. Что такое солнечная энергия? Это 200 ватт на квадратный метр, это в тысячи раз меньше. Значит, площади должны быть в тысячи раз больше, а установки будут в тысячи раз менее мощные. Тогда у нас, если перевести всех на солнечную и/или ветряную энергию, каждый второй человек должен работать на добыче, перевозке необходимых материалов (в тысячи раз больше), на строительстве и обслуживании огромного числа этих маломощных установок, например ветряных.
Мы строим установку не 2 или 5 мегаватт, как ветряная, а 1500 мегаватт. Это производительность труда, это обслуживающий персонал, это требование промышленности. И коэффициент нагрузки (коэффициент использования мощности) самый высокий у атомных — 90%, у угольных и газопаровых — 60–80%, а солнечная и ветряная — около 20%.
Сейчас в мире строится 70 с лишним реакторов, почти половина из них в Китае. Китай строит вдвое больше, чем имеет, но все равно доля атомной энергетики у них составляет меньше 3%. Почему? Они пускают за два года 7 атомных станций, больше всех в мире, и 100 угольных. Они используют угля больше, чем все страны OЕСD, вместе взятые, — более 2 млрд тонн в год. Больше не могут, они задыхаются. У них нет таких запасов газа и нефти, как у нас. Это мы можем не волноваться, будучи сырьевой энергетической сверхдержавой, но необходимость гарантии безопасности и статуса великой державы, потребность в ядерном оружии требуют, чтобы у нас была ядерная технология, ядерная наука и техника.
— Что все-таки с проблемой утилизации отходов?
— Это важная проблема: если есть быстрые реакторы, они используют 95% этих отходов как топливо.
— До которых нам нужно еще добраться?
— Это замкнутый топливный цикл. Но у замкнутого топливного цикла тоже есть недостаток, так как создается риск распространения. Нужна не только технология, нужна определенная культура. Вопрос такой: какая должна быть ядерная энергетика, чтобы она удовлетворяла всех? Кто имеет право ее развивать? Сейчас 31 промышленно развитая страна использует ядерную энергию, а заявки на развитие ядерной энергетики подали сейчас еще более 20 стран. Они просят МАГАТЭ помочь им строить АЭС. Почему? 40% стран в мире вообще не имеют своих энергоресурсов, они их 100% ввозят, около 100 стран ввозят половину энергоресурсов, а в целом более 160 стран не могут жить без импорта энергоресурсов. Это причина.
В Курчатовском институте, где я главный научный сотрудник, сделали оценку, что будет с балансом энергии в 2050 году. Если мы максимально используем все источники: кизяк, дрова, уголь, нефть, газ, солнце, — у нас появляется 20% дефицита. Что делать дальше: или остаться с дефицитом, или развивать ядерную энергетику.
Ведь доля ядерной энергетики сейчас в общем энергетическом балансе с учетом энергопотребления на транспорт, промышленность и быт снизилась до 5%.
А ожидалось в начале развития — 70 лет назад «пионерами» ядерной энергетики и великими учеными ХХ века, что ядерная энергетика откроет золотой век человечества и она, ядерная технология, может решить эту задачу, но не как побочный продукт оборонной деятельности, а как одна из сверхзадач человеческого разума.
Однако становится очевидно: если будем продолжать развиваться с тем же международным режимом, через 20 лет мы будем иметь 20–25 стран с ядерным оружием. Нет юридически отработанного механизма остановить создание оружия, если какая-либо страна примет политическое решение о выходе из ДНЯО и о создании ядерного оружия (как КНДР, например).
Однако пример такого решение есть — в Советском Союзе оно было. У нас в странах СЭВ был региональный топливный цикл. СССР поставлял реакторы, оборудование и топливо, которое после использования в реакторе забирали назад. Было развитие производства ядерной энергии в Болгарии, Венгрии, Чехии, Словакии, но физически не было предмета распространения «чувствительных» ядерных технологий, оборудования, материалов и знаний.
Общий вывод такой: люди должны изменить менталитет. После более чем 20 веков развития у нас в руках вместо палки бомба, а менталитет остался на уровне, что был до Христа. Как известно, менталитет изменяется в результате воспитания личности, а основой воспитания является образование.
Это понимает мировое сообщество, и это отражено совместным заявлением по вопросам роли образования в области нераспространения и разоружения, которое сделал на заседании Главного комитета итоговой конференции по ДНЯО 11 мая 2010 года Его Превосходительство г-н Акио Суда, Чрезвычайный и Полномочный Посол, Постоянный представитель Японии на Конференции по разоружению от имени 40 стран (в том числе России): «Образование является императивом для содействия разоружению, нераспространению и, следовательно, для создания мира без ядерного оружия. Образование прививает знания и критическое мышление людям и отдельным личностям. Образование может повысить осведомленность общественности, в особенности будущих поколений, о трагических последствиях применения ядерного оружия. Образование может также подвигнуть людей и отдельных личностей, граждан мира, внести свой вклад в дело разоружения и нераспространения».
Ядерная безопасность и ядерное нераспространение — это главные проблемы полномасштабного ядерного энергетического развития. В то время как проблема ядерной безопасности была полностью осознана мировым сообществом, а культура ядерной безопасности стала нераздельной частью ядерной деятельности — от ядерного образования, развития, строительства до полного захоронения отходов, — ситуация с внедрением культуры нераспространения оказалась более сложной. В то же время это должно стать важнейшей задачей, решение которой определяет будущее развитие полномасштабной ядерной энергетики.
Виктор Мурогов — доктор технических наук, профессор НИЯУ (МИФИ-ИАТЭ), главный научный сотрудник НИЦ КИ, член Международной ядерной академии, директор Международного центра ядерного образования МИФИ, директор Российской ассоциации ядерной науки и образования, в прошлом — директор Физико-энергетического института в Обнинске.
ПостНаука
читать полностью
Последнее из блога:
— Какие у нас на данный момент есть основные проблемы с развитием?
— Для начала надо вернуться в 1979 год, когда американцы собрали все страны, развивавшие ядерную энергетику, и предложили пересмотреть стратегию дальнейшего развития, чтобы отказаться от развития быстрых реакторов и замкнутого ядерного топливного цикла, то есть от переработки облученного топлива. Страны (18 стран), обсудив, не согласились. Да, это опасно, но надо искать путь решения проблемы. Быстрые реакторы-бридеры — единственная основа решения проблемы неограниченных запасов для развития ядерной энергетики на основе перевода урана-238 в плутоний в рамках замкнутого топливного цикла. Это же не просто быстрые реакторы: нужно топливо выгрузить из реактора, переработать и вернуть снова — это называется замкнутый топливный цикл. Это стало основой стратегии в первую очередь России (СССР), Франции и Индии. Вот сейчас две страны идут нос к носу — Индия и Россия. И сейчас мы пустили БН-800 на Белоярской АЭС на урановом топливе (так же как в 1980 году в СССР был пущен реактор БН-600), а Индия пускает БН-500 на плутониевом топливе.
На Саммите тысячелетия ООН выступил наш президент с посылом, что ядерная энергетика должна стать основой для стабильного энергетического развития мира. Только ядерная энергетика должна быть без высокообогащенного урана, без свободного плутония. И получается так, что ядерная энергетика без быстрых реакторов — это пшик, в общем-то, так как существующая ядерная энергетика на водо-водяных реакторах (это реакторы типа PWR, BWR, ВВЭР, а они составляют сейчас 85% существующих АЭС и 95% строящихся) использует менее 0,5% запасов природного урана (практически только уран-235), а это в эквиваленте менее половины от запасов нефти. Существующая ядерная энергетика по сути своих основных концептуальных решений развивалась как byproduct, как побочный продукт оборонных проектов: более тысячи водо-водяных реакторов прототипов современной ядерной энергетики были разработаны и построены для атомных подлодок в США, СССР, Франции и Англии. Другой тип реакторов разрабатывался и создавался для наработки оружейного плутония — это прототипы реакторов РБМК, Магнокс, CANDU и т. п.
Современная ядерная энергетика является продуктом конверсии оборонных проектов. Ведь с быстрыми реакторами получается неограниченный энергетический источник, и человечество решит все свои проблемы. Первый быстрый реактор Clementina был построен в США в 1946 году. Прошло почти 70 лет, но ни одна великая ядерная держава не смогла решить проблему в одиночку. В мире нет ни одного коммерческого быстрого реактора-бридера. Это не только сложно и дорого. Это высшее достижение науки и технологии. Быстрые реакторы с жидкометаллическим охлаждением БН-600 и БН-800 сейчас работают на высокообогащенном уране, не на плутонии, то есть это незамкнутый цикл.
А как же замкнутый цикл? Переработка топлива, мы в СССР (России) ее освоили, а потом долго обсуждали, в том числе в Думе — перерабатывать облученное ядерное топливо или нет. А всего в мире 5 стран могут перерабатывать это топливо. А стоимость переработки около 1000 долларов за килограмм. Это золотой запас для развитых ядерных стран, освоивших переработку на промышленном уровне.
Далее получается так, что будущее ядерной энергетики, соответствующее тем идеям, которые закладывали «Пионеры» (Ферми, Лейпунский и др.), возможно только в случае создания бридеров в замкнутом топливном цикле. Но это, в принципе, лучшие машины для наработки оружейного материала — плутония. И поэтому проблема нераспространения ядерной технологии вышла на первое место.
— То есть, по сути, проблема нераспространения ставит если не крест, то большую проблему для развития подобного рода реакторов?
— Проблема нераспространения имеет различные аспекты: можно придумать, как экспериментально реализовали еще в 1968 году на EBR-2 американцы переработку облученного топлива на основе электрохимии и пирометаллургии, когда плутония нет в явном виде. Реактор работает на плутонии, и высокообогащенный уран-235 не нужен. Чем хорош быстрый реактор? Если вы перейдете когда-то целиком на быстрый реактор, вам не нужно добывать уран. У нас накоплено этого урана-238 (отвального) на века — наследство от военного производства. Он преобразуется в плутоний, и плутоний является основой топлива для будущей полномасштабной ядерной энергетики. Значит, от обогащенного урана мы избавляемся. А чтобы свободного плутония не было, не должно быть современной химии выделения оружейного плутония, который выделяется в чистом виде и создает эффект риска. Это первый технический аспект. Второй политический: есть 193 страны, которые добровольно подписали согласие не создавать ядерное оружие (ДНЯО — NPT). Девять стран владеют ядерным оружием, 5 из них официально, и мы туда входим — это великие ядерные державы. И это отдельная тема, что Россия обречена на ядерную энергетику: основа нашей безопасности, нашей державности — ракетно-ядерный щит, как сказано в нашей Военной доктрине. Задумайтесь, половина атомной энергетики находится в пяти странах с ядерным оружием не случайно. Эта очень дорогая и сложная технология должна давать профит для экономики. Кроме того, ядерная медицина должна стать основой здоровья нации, ядерные методы в науке и промышленности, в решении проблем продовольствия. Если она, ядерная технология, этого не дает, то она разорит страну, что и произошло с Советским Союзом.
— Или пока нам проще добывать нефть?
— Это второй вопрос, но оборону кто будет держать и как, например, решить проблему здоровья нации, включая сердечные и раковые заболевания без ядерной медицины?
— Важно сказать про опасности и некоторые сравнения разных типов энергетики, потому что сегодня очень много разговоров про «зеленую» технологию. Многие люди не понимают, что солнечные батареи при всей своей красоте и изяществе на самом деле в производстве очень грязные. Вроде бы это чистая энергия, но для производства этих батарей нужно загрязнить окружающую среду довольно сильно.
— Тут можно ответить кратко, я всегда задаю вопрос: «Хорошо, вам не нравится ядерная энергетика, что вы предлагаете взамен?» Обычный ответ: «Ничего нового, дополнительного не надо». Так вы что, хотите в каменный век? Мы создали промышленную цивилизацию, она требует источник энергии, причем с определенными параметрами. Энергетика должна работать не меньше 60% времени безостановочно, и должна быть определенная плотность энергии. Что такое плотность энергии? Как развивалась энерговооруженность человека: сначала человеческая мускульная сила, затем лошадиная сила, потом паровая машина, двигатель внутреннего сгорания — киловатт с литра, сейчас в ядерном реакторе мегаватты. Что такое солнечная энергия? Это 200 ватт на квадратный метр, это в тысячи раз меньше. Значит, площади должны быть в тысячи раз больше, а установки будут в тысячи раз менее мощные. Тогда у нас, если перевести всех на солнечную и/или ветряную энергию, каждый второй человек должен работать на добыче, перевозке необходимых материалов (в тысячи раз больше), на строительстве и обслуживании огромного числа этих маломощных установок, например ветряных.
Мы строим установку не 2 или 5 мегаватт, как ветряная, а 1500 мегаватт. Это производительность труда, это обслуживающий персонал, это требование промышленности. И коэффициент нагрузки (коэффициент использования мощности) самый высокий у атомных — 90%, у угольных и газопаровых — 60–80%, а солнечная и ветряная — около 20%.
Сейчас в мире строится 70 с лишним реакторов, почти половина из них в Китае. Китай строит вдвое больше, чем имеет, но все равно доля атомной энергетики у них составляет меньше 3%. Почему? Они пускают за два года 7 атомных станций, больше всех в мире, и 100 угольных. Они используют угля больше, чем все страны OЕСD, вместе взятые, — более 2 млрд тонн в год. Больше не могут, они задыхаются. У них нет таких запасов газа и нефти, как у нас. Это мы можем не волноваться, будучи сырьевой энергетической сверхдержавой, но необходимость гарантии безопасности и статуса великой державы, потребность в ядерном оружии требуют, чтобы у нас была ядерная технология, ядерная наука и техника.
— Что все-таки с проблемой утилизации отходов?
— Это важная проблема: если есть быстрые реакторы, они используют 95% этих отходов как топливо.
— До которых нам нужно еще добраться?
— Это замкнутый топливный цикл. Но у замкнутого топливного цикла тоже есть недостаток, так как создается риск распространения. Нужна не только технология, нужна определенная культура. Вопрос такой: какая должна быть ядерная энергетика, чтобы она удовлетворяла всех? Кто имеет право ее развивать? Сейчас 31 промышленно развитая страна использует ядерную энергию, а заявки на развитие ядерной энергетики подали сейчас еще более 20 стран. Они просят МАГАТЭ помочь им строить АЭС. Почему? 40% стран в мире вообще не имеют своих энергоресурсов, они их 100% ввозят, около 100 стран ввозят половину энергоресурсов, а в целом более 160 стран не могут жить без импорта энергоресурсов. Это причина.
В Курчатовском институте, где я главный научный сотрудник, сделали оценку, что будет с балансом энергии в 2050 году. Если мы максимально используем все источники: кизяк, дрова, уголь, нефть, газ, солнце, — у нас появляется 20% дефицита. Что делать дальше: или остаться с дефицитом, или развивать ядерную энергетику.
Ведь доля ядерной энергетики сейчас в общем энергетическом балансе с учетом энергопотребления на транспорт, промышленность и быт снизилась до 5%.
А ожидалось в начале развития — 70 лет назад «пионерами» ядерной энергетики и великими учеными ХХ века, что ядерная энергетика откроет золотой век человечества и она, ядерная технология, может решить эту задачу, но не как побочный продукт оборонной деятельности, а как одна из сверхзадач человеческого разума.
Однако становится очевидно: если будем продолжать развиваться с тем же международным режимом, через 20 лет мы будем иметь 20–25 стран с ядерным оружием. Нет юридически отработанного механизма остановить создание оружия, если какая-либо страна примет политическое решение о выходе из ДНЯО и о создании ядерного оружия (как КНДР, например).
Однако пример такого решение есть — в Советском Союзе оно было. У нас в странах СЭВ был региональный топливный цикл. СССР поставлял реакторы, оборудование и топливо, которое после использования в реакторе забирали назад. Было развитие производства ядерной энергии в Болгарии, Венгрии, Чехии, Словакии, но физически не было предмета распространения «чувствительных» ядерных технологий, оборудования, материалов и знаний.
Общий вывод такой: люди должны изменить менталитет. После более чем 20 веков развития у нас в руках вместо палки бомба, а менталитет остался на уровне, что был до Христа. Как известно, менталитет изменяется в результате воспитания личности, а основой воспитания является образование.
Это понимает мировое сообщество, и это отражено совместным заявлением по вопросам роли образования в области нераспространения и разоружения, которое сделал на заседании Главного комитета итоговой конференции по ДНЯО 11 мая 2010 года Его Превосходительство г-н Акио Суда, Чрезвычайный и Полномочный Посол, Постоянный представитель Японии на Конференции по разоружению от имени 40 стран (в том числе России): «Образование является императивом для содействия разоружению, нераспространению и, следовательно, для создания мира без ядерного оружия. Образование прививает знания и критическое мышление людям и отдельным личностям. Образование может повысить осведомленность общественности, в особенности будущих поколений, о трагических последствиях применения ядерного оружия. Образование может также подвигнуть людей и отдельных личностей, граждан мира, внести свой вклад в дело разоружения и нераспространения».
Ядерная безопасность и ядерное нераспространение — это главные проблемы полномасштабного ядерного энергетического развития. В то время как проблема ядерной безопасности была полностью осознана мировым сообществом, а культура ядерной безопасности стала нераздельной частью ядерной деятельности — от ядерного образования, развития, строительства до полного захоронения отходов, — ситуация с внедрением культуры нераспространения оказалась более сложной. В то же время это должно стать важнейшей задачей, решение которой определяет будущее развитие полномасштабной ядерной энергетики.
Виктор Мурогов — доктор технических наук, профессор НИЯУ (МИФИ-ИАТЭ), главный научный сотрудник НИЦ КИ, член Международной ядерной академии, директор Международного центра ядерного образования МИФИ, директор Российской ассоциации ядерной науки и образования, в прошлом — директор Физико-энергетического института в Обнинске.
ПостНаука
читать полностью
Последнее из блога:
