ядерные технологии: история, состояние, перспективы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
Обнинский институт атомной энергетики
ЯДЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ:
ИСТОРИЯ,
СОСТОЯНИЕ,
ПЕРСПЕКТИВЫ
Рекомендовано УМО «Ядерные физика и технологии»
в качестве учебного пособия
для студентов высших учебных заведений
Москва 2012
УДК 621.039
ББК 31.4
Я34
Ядерные технологии: история, состояние, перспективы: Учебное
пособие. / Андрианов А.А., Воропаев А.И., Коровин Ю.А., Мурогов В.М.
– М: НИЯУ МИФИ, 2012. – 180 с.
В пособии представлен анализ современного состояния в энергетическом секторе экономики: ключевые проблемы, тенденции развития, перспективы; определена роль и место ядерной энергетики как фактора,
обеспечивающего стабильное энергетическое развитие.
Пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлениям подготовки специалистов для атомной отрасли. Информационный материал также может быть полезен слушателям факультета повышения
квалификации и профессиональной переподготовки специалистов атомных станций.
Пособие подготовлено в рамках Программы создания и развития
НИЯУ МИФИ.
Рецензенты: Н.Н. Пономарев-Степной, академик РАН,
С.Т. Лескин, д.т.н., проф. НИЯУ МИФИ,
А.Н. Шмелев, проф. НИЯУ МИФИ
ISBN-978-5-7262-1594-5
© Национальный исследовательский
ядерный университет «МИФИ», 2012
Редактор Е.Н. Кочубей
Подписано в печать 15.11.2011. Формат 60х84 1/16.
Уч.-изд. л. 11,5. Печ. л. 12,5. Тираж 180 экз.
Изд. № 2/38.
Заказ № 7.
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
115409, Москва, Каширское ш., 31.
ООО «Полиграфический комплекс «Курчатовский».
144000, Московская область, г. Электросталь, ул. Красная, д. 42.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ГЛАВА 1. ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ И ВНУТРЕННИЕ ПРОТИВОРЕЧИЯ
ТРАДИЦИОННОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ .......................... 5
1.1. ОСОБЕННОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
НА СОВРЕМЕННОМ ЭТАПЕ................................................................................ 5
1.1.1. Состояние мировой энергетики..................................................... 6
1.1.2. Экологические аспекты углеводородной энергетики................. 10
1.1.3. Перспективы развития энергетики.............................................. 12
1.2. КОНЦЕПЦИЯ УСТОЙЧИВОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ. ПОКАЗАТЕЛИ
УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ. ПРОГРАММА ООН «ПОВЕСТКА ДНЯ НА XXI ВЕК»
И ЕЁ ТРЕБОВАНИЯ .......................................................................................... 14
1.2.1. Концепция устойчивого энергетического развития.................... 14
1.2.2. Показатели устойчивого развития .............................................. 17
1.2.3. Программа ООН «Повестка дня на XXI век»
и ее требования...................................................................................... 21
ГЛАВА 2. СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ КРУПНОМАСШТАБНОГО
РАЗВИТИЯ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ..................................................... 24
2.1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ В МИРЕ ......................... 24
2.1.1. Текущее состояние ядерной энергетики .................................... 24
2.1.2. Роль ядерной энергетики в энергообеспечении развитых и
развивающихся стран.............................................................................. 30
2.2. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ЯДЕРНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ ........................................ 34
2.2.1. Основные этапы в истории развития атомной науки ................ 34
2.2.2. Первое промышленное использование
атомной энергии..................................................................................... 41
2.3. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ, ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ В ЗАПАДНОЕВРОПЕЙСКИХ СТРАНАХ, США И РОССИИ ... 44
2.3.1. Ядерная энергетика в западноевропейских странах................. 44
2.3.2. Ядерная энергетика США ............................................................ 53
2.3.3. Ядерная энергетика России ........................................................ 60
2.4. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ, ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ В АЗИИ ...................................................................... 65
2.4.1. Ядерная энергетика Китая........................................................... 65
2.4.2. Ядерная программа Индии.......................................................... 70
2.4.3. Развитие ядерной энергетики
в других азиатских странах.................................................................... 74
2.5. ЯДЕРНЫЙ ТОПЛИВНЫЙ ЦИКЛ...................................................................... 77
2.5.1. Промышленная инфраструктура топливного цикла ................... 78
2.5.2. Требования к ЯТЦ ......................................................................... 81
2.5.3. Тенденции развития ЯТЦ ............................................................. 81
2.5.4. Интернационализация ЯТЦ.......................................................... 85
2.6. НЕЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ЯДЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В МЕДИЦИНЕ,
СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ, ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ДРУГИХ ОБЛАСТЯХ .................... 86
2.6.1. Исследовательские реакторы ...................................................... 86
2.6.2. Неэнергетическое использование ядерных технологий ............ 88
3
2.6.3. Радиоизотопы в медицине ........................................................... 89
2.6.4. Радиоизотопы в промышленности............................................... 93
2.6.5. Неэлектрическое использование ядерной энергетики............... 98
2.7. РОЛЬ МЕЖДУНАРОДНОГО СОТРУДНИЧЕСТВА В РАЗВИТИИ ЯДЕРНОЙ НАУКИ И
ТЕХНОЛОГИИ И МЕЖДУНАРОДНЫЕ ЯДЕРНЫЕ ОРГАНИЗАЦИИ: МАГАТЭ, WNA,
WNU, WANO, OECD-NEA, OECD – IEA, EC, ENEN, ANENT И ДР. ........ 102
2.7.1. Некоторые этапы международных инициатив по мирному
использованию энергии ядра................................................................ 102
2.7.2. Международные инициативы по предотвращению
распространения и использования ядерного оружия ......................... 105
2.7.3. Важнейшие международные организации в области
мирного использования ядерной энергии ............................................ 108
2.7.4. Международные инициативы по развитию инновационных
ядерно-энергетических систем ............................................................. 120
2.7.5. Необходимость глобального сотрудничества........................... 129
ГЛАВА 3. ЯДЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ – ГАРАНТ УСТОЙЧИВОГО
РАЗВИТИЯ ЦИВИЛИЗАЦИИ ................................................................. 131
3.1. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И РОЛЬ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ В
ОБЕСПЕЧЕНИИ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ ...................................................... 131
3.1.1. Проблемы-противоречия развития ядерной энергетики.......... 132
3.1.2. Социально-политические и экономические аспекты
развития ядерной энергетики ............................................................... 134
3.1.3. Ядерная культура........................................................................ 136
3.1.4. ЯЭУ и ЯТЦ будущего: международное научно-техническое
сотрудничество ...................................................................................... 137
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ .......................................... 138
4
Глава 1. ТЕКУЩЕЕ СОСТОЯНИЕ И ВНУТРЕННИЕ
ПРОТИВОРЕЧИЯ ТРАДИЦИОННОГО
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ
1.1. Особенности энергетического производства
на современном этапе
Достаточное энергообеспечение является необходимым условием
нормального функционирования экономики, а дефицит энергии –
сдерживающим фактором устойчивого экономического развития.
Хорошо известно эмпирическое соотношение, в соответствии с которым для обеспечения 1 % прироста национального валового продукта необходимо обеспечить увеличение производства и потребления энергии на 0,5–1,5 %. Само по себе энергопотребление представляет производную от масштаба экономики и уровня социальноэкономического развития страны.
Для обеспечения человечества энергией требуется наличие
энергоресурсов и технологий по их преобразованию в конечные,
потребляемые формы энергии. Энергоресурсы и спрос на них распределены в мире неравномерно в зависимости от геологогеографических особенностей стран. Вследствие этого экономическое развитие мира осуществляется за счет активной мировой торговли энергоресурсами, которая обеспечивает необходимые потоки
от ресурсоизбыточных к ресурсодефицитным регионам.
Отметим одну принципиальную тенденцию использования
энергоресурсов в истории человечества, обусловленную необходимостью роста производительности труда. По мере развития индустриальной и техногенной цивилизации происходил переход к использованию все более концентрированных источников энергии,
что характерно не только для энергетики, но и всей деятельности
человека в целом. В наиболее яркой форме это отражено в развитии военной техники. Параллельно происходит процесс, обусловленный ростом плотности энерговыделения, который неизбежно
связан с необходимостью роста единичных мощностей энергоустановок (рис. 1.1)1.
1
Все рисунки помещены в конце книги.
5
Этими тенденциями отчасти обусловлена смена доминирующих
энергетических ресурсов за последние 150 лет:
дрова → уголь → нефть → газ
В начале XXI в. мировая энергетика развивается по «углеводородной» траектории, заданной еще в прошлом столетии. Однако в
обозримом будущем такая траектория таит в себе серьезные риски
как для ведущих национальных экономик, так и для всей глобальной экономической системы. Это вынуждает искать способы защиты от данных рисков путем развития энергосберегающих технологий, альтернативных источников энергии, в первую очередь в
атомной энергетике [1-4].
1.1.1. Состояние мировой энергетики
В настоящее время структура мирового энергопотребления такова:
нефть – 36 % потребляемых энергоресурсов, уголь – 28 %, газ – 24 %,
гидроэнергетика – 6 %, атомная энергетика – 6 % (рис. 1.2).
Основной прирост потребления обеспечивают в основном экономики стран Азиатско-Тихоокеанского региона (АТР), прежде всего Китая. Рост промышленного производства и социальные трансформации, связанные с экономическим развитием, в таких густонаселенных странах, как Китай и Индия, обеспечивают эффект быстрого приближения показателей среднего потребления энергии на
человека в развивающихся странах к показателям развитых стран
(рис. 1.3).
Одним из многочисленных сигналов, заставляющих ожидать
резкого увеличения потребления энергоресурсов в странах АТР в
ближайшем будущем, является прогнозируемое вплоть до 2030 г.
увеличение числа легковых автомобилей в Южной Азии в среднем
примерно на 9 %, в то время как средний показатель для всего мира
составит около 2 %. Другим сигналом является урбанизация, о темпах которой свидетельствуют следующие цифры: если в 1900 г. в
городах проживало 10 % мирового населения, а в 2007 г. городское
и сельское население делилось поровну, то к 2050 г. в городах ориентировочно будет жить 75 % людей.
В идущей быстрыми темпами индустриализации развивающихся стран значительную роль играют такие «грязные» и/или энергоемкие отрасли, как металлургическая, нефтехимическая, автомо6
бильная, электронная, авиационная, целлюлозно-бумажная и др.
Они обеспечивают не только рост потребления углеводородов, но и
усиливают негативное воздействия на экологическую ситуацию. В
частности, увеличивается объем выбросов диоксида углерода, входящего в список «парниковых» газов, вызывающих повышение атмосферной температуры.
Международное энергетическое агентство формулирует центральный вопрос текущей ситуации на рынке органического топлива следующим образом: проблема не в отсутствии ресурсов, а в
обеспечении доступа к ним. Следствием данной проблемы является
обострение мировой конкуренции за права и условия этого доступа.
Запасы и возможности использования угля велики. При условии
использования не только в твердой фазе уголь будет находить применение в течение сотен лет. Главные недостатки угля – неравномерность размещения запасов, риск для здоровья и жизни людей и
загрязнение окружающей среды при его добыче и использовании.
Рынок угля – глобальный рынок с ограниченными источниками поставок. Так, 90 % запасов угля сосредоточено в Китае, США, России и
Австралии.
Но и для этих стран при использовании угля приходится решать
ряд проблем. Для примера возьмем Китай – страну, чье промышленное развитие в наибольшей мере связано с наличием угольных
запасов. В 2010 г. в Китае для всех промышленных нужд добывается более 2 млрд. т угля в год (больше, чем во всех странах ОЭСР
вместе взятых). Китай не может продолжать интенсивно увеличивать объем транспортировки угля из-за пропускной способности
своих железных дорог. Вследствие того, что основная добыча угля
ведется на севере, а основное потребление осуществляется на юговостоке, Китай из-за логистических ограничений вынужден обеспечивать свои южные районы за счет экспорта угля высокого качества из Австралии.
Как известно, с потреблением угля связан наибольший экологический ущерб, а с его добычей и транспортировкой – максимальный риск для человеческой жизни. Согласно статистическим данным, добыча 1 млн. т угля связана с потерей 5–10 жизней шахтеров
(в зависимости от технологии и промышленной культуры). В Китае
в 2004 г. только по официальным данным погибло более 5000 шахтеров.
7
Сложнее ситуация с нефтью и газом. В использовании нефтяных
ресурсов наступает «момент истины». Если до сих пор ежегодно
запасы вновь открываемых месторождений нефти превышали объемы ежегодного потребления, то сейчас они сравнялись. В дальнейшем прогнозируется неуклонное снижение ежегодной мировой
добычи на 2–3 % в год. К 2040 г. годовая добыча нефти составит
50–60 % от уровня 2000 г. При этом более 70 % мировой добычи
будет приходиться на мусульманские страны. В США при условии
сохранения текущего уровня добычи «черного золота» собственной
нефти хватит примерно на 10–15 лет.
Ситуация с газом аналогична, но расценивается более оптимистично – его запасов хватит на 40–50 лет. Со структурой потребления газа в течение предыдущих 30 лет произошли изменения: из
промышленности он был вытеснен, как и нефть, углем. Широкое
распространение получило его неэнергетическое применение и использование в транспорте.
Если сопоставить количество потребляемых и импортируемых
нефти, газа и угля, можно получить следующие цифры: в 2006 г. импортировалось 67 % потребляемой нефти, 26 % газа (включая сжиженный природный газ) и 16 % угля. Иными словами, нефть, газ и
уголь – это энергоносители глобального, регионального и локального значения соответственно.
Импортно-экспортные операции с энергоресурсами поддерживают поляризацию и взаимозависимость производящих и потребляющих стран, сложившиеся в международных отношениях в прошлом веке. Сравнив список регионов, лидирующих по доказанным
запасам энергоресурсов, со списком регионов – лидеров по энергопотреблению, можно обнаружить почти полное их несовпадение.
Например, по объему доказанных запасов нефти впереди Ближний
Восток, Европа и страны бывшего СССР, Африка, тогда как больше
всего нефти потребляется в странах АТР, Северной Америки, Европы, включая Россию и ряд республик бывшего СССР. Более яркая
картина складывается при детализации списка: крупнейшими доказанными запасами нефти обладают Саудовская Аравия, Иран и
Ирак, тогда как список потребителей нефти возглавляют США, Китай и Япония.
Крупнейшие экономики мира, таким образом, все больше зависят от ситуации в регионах, откуда поступает значительная часть
8
потребляемых энергоресурсов (как и поставщики зависят от развития этих экономик). Показательными примерами такой взаимозависимости являются США и Китай. В Соединенные Штаты нефть
поступает из Центральной и Южной Америки, Северной и Западной
Африки, с Ближнего Востока, из Европы. Китай большей частью
импортирует нефть из стран Ближнего Востока, Африки, АТР,
бывшего СССР.
Очевидно, что возможное нарушение поставок по каким-либо
причинам, включая внутриполитические, является серьезнейшей
угрозой для таких крупных потребителей, как США и Китай, ставя
развитие их национальной экономики в зависимость от внутренних
и внешних политических событий в других странах. Такой риск, с
одной стороны, побуждает импортеров создавать запасы «на черный день» и способствуют росту цен на энергоносители, а с другой
– стимулирует страны-потребители к диверсификации поставок и
увеличению в структуре национального энергопотребления доли
атомной энергетики и энергетики, основанной на возобновляемых
ресурсах. Эти меры являются частью деятельности, направленной
на обеспечение энергетической безопасности, которая подразумевает также предотвращение аварий и террористических атак на
объекты энергетики, поддержание инвестиций в ее инфраструктуру, оптимизацию организации рынков всех видов энергоресурсов
во избежание угрозы сокращения поставки энергоресурсов по допустимым ценам.
Позиции экспортеров энергоресурсов также уязвимы: отказ кого-либо из крупных потребителей от поставок из страны-экспортера
может нанести тяжелый удар по ее экономике. Таким образом,
энергетическая безопасность подразумевает не только гарантированный доступ потребителя к энергии, но и гарантированный выход поставщика энергоресурсов на мировой рынок, т. е. главной
задачей энергетической безопасности является обеспечение стабильности международных потоков энергоресурсов.
Вопросы энергетической безопасности приобретают все
бόльшую остроту в связи с ограниченностью мировых запасов углеводородных энергоресурсов, прежде всего нефти. Продолжение
эксплуатации легкодоступных и давно освоенных месторождений
9
нефти на основе современных технологий ведет к падению объемов добычи в ближайшем будущем. Хотя доказанные мировые запасы нефти являются достаточными для удовлетворения растущего
спроса на энергоресурсы до 30-х гг. XXI в., необходимы значительные инвестиции и внедрение новых технологий для более эффективной эксплуатации легкодоступных месторождений и освоения
труднодоступных. В сочетании с политическими рисками в странах,
являющихся крупнейшими производителями энергоресурсов, неопределенность с ресурсной базой порождает нестабильность энергетических рынков и международно-политической ситуации.
Подытожим сказанное выше о современной ситуации в области производства, потребления и распределения мировых энергетических ресурсов. В настоящее время эксперты все чаще говорят
о предчувствии системного энергетического кризиса, проявляющегося в росте цен на нефть на мировых рынках, росте добычи и
потребления, который опережает прирост запасов. Вся производственная цепочка по добыче, транспорту, переработке работает на
пределе возможностей: любые небольшие перебои в поставках
выводят рынок из состояния равновесия. Резервов для увеличения
поставок нефти, которые удовлетворили бы растущий спрос,
практически нет. Таким образом, из невозобновляемого топлива
на будущее развитие остаются значительные по современным
масштабам и достаточно хорошо разведанные запасы угля, а также урана.
1.1.2. Экологические аспекты углеводородной энергетики
Наряду с ограниченностью и неравномерностью распределения
запасов органического топлива в мире существенным препятствием для дальнейшего интенсивного развития энергетики на органическом топливе являются опасные последствия такого развития для
экологии биосферы земного шара.
Согласно оценкам Международного энергетического агентства,
выбросы углекислого газа за последние 30 лет увеличились примерно в 1,8 раза и достигают в настоящий момент ~30 000 Мт.
В изменениях структуры потребления энергии в различных регионах мира и объемов выбросов парниковых газов наблюдаются
10
общие тенденции. Несколько больший среднегодовой прирост выбросов углекислого газа в развивающихся регионах по сравнению с
темпами роста потребления энергии обусловлен тем, что наращивание энергоснабжения имеет место за счет наиболее «грязных»
видов органического топлива – угля и биомассы.
Продолжающееся неограниченное производство парниковых газов (СО2, СН4 и др.) обуславливает неизбежность экологической
катастрофы для Земли в будущем – парниковый эффект. Стремление мирового сообщества предотвратить неизбежность глобальной
климатической катастрофы нашло свое выражение в Киотском
протоколе.
К парниковым газам относятся диоксид углерода (55 % парниковых газов, связанных с деятельностью человека), хлорфторуглероды
(24 %), метан (15 %) и оксид азота (6 %). Хотя «антропогенные» выбросы этих газов в 25 раз меньше, чем естественные, они оказывают
значительное влияние на изменение климата. Обусловленные человеческой деятельностью выбросы диоксида углерода примерно на
85 % порождаются сжиганием ископаемого сырья. Бόльшую часть
этих выбросов дает нефть (около 40 %), остальное – уголь (около
39 %) и природный газ (около 20 %).
Наблюдаемый в последние десятилетия беспрецедентный скачок концентрации парниковых газов в атмосфере Земли заставляет
ожидать в XXI в. повышения средней глобальной температуры на 1–
6 °C, что при развитии ситуации по худшему сценарию означает повышение температуры в отдельных районах на 10–15 °C (на протяжении всего XX в. изменение средней температуры составило
0,7 °C). Даже если принять оптимистический прогноз, то за следующие 30 лет средняя глобальная температура повысится на 2 °С.
Это означает, что только вследствие интенсификации гидрометеорологических явлений (ураганов, наводнений и т. п.) экономические
потери могут составить существенную величину. Гораздо труднее
качественно и количественно оценить все негативные последствия
климатических
изменений
биологического
и
социальноэкономического характера, которые могут принести еще больший
экономический ущерб.
Полный вклад использования различных источников энергии в
эмиссию СО2 (парниковый эффект) проиллюстрирован на рис. 1.4,
где учтен весь цикл производства энергии (от добычи, транспорта,
11
переработки, эксплуатации соответствующих установок, снятия их
с эксплуатации и до захоронения отходов).
Суммарный негативный вклад всех возможных способов производства энергии в экологию окружающей среды представлен на
рисунке. Как видно из приведенных данных, общепринятое мнение
об абсолютной «экологической чистоте» возобновляемых источников энергии при учете всего цикла производства энергии оказывается неверным. В силу низкой плотности энергии в солнечных,
ветряных и других возобновляемых источниках существенно (на
порядки) возрастают площади необходимых теплопередающих
(или поглощающих) поверхностей. Это обусловливает существенный рост добычи и перевозки конструкционных и других материалов, необходимых для создания энергетических установок такого
типа. В результате использование даже возобновляемых источников энергии связано с существенным увеличением загрязнений окружающей среды в сравнении с ядерными источниками энергии
(рис. 1.5).
1.1.3. Перспективы развития энергетики
Экономические и экологические проблемы должны решаться
путем осуществления комплексных мер на всех уровнях – от отдельных хозяйствующих субъектов до мирового сообщества в целом. К
таким мерам относятся: повышение энергоэффективности, позволяющей сберегать энергоресурсы и сокращать выбросы парниковых
газов; развитие технологий, основанных на возобновляемых источниках энергии; развитие и широкомасштабное применение технологий
улавливания и захоронения диоксида углерода; увеличение доли
атомной энергетики в структуре мировой энергетики. Исключение
любой из этих мер из списка затруднило бы решение указанных
проблем в целом.
Однако если повышение энергоэффективности как необходимая
мера не встречает принципиальных возражений, то все, что связано с
трансформацией структуры мировой энергетики, вызывает острые
дискуссии относительно экономической оправданности и безопасности.
Ограниченность и, как следствие, прогнозируемое сокращение
добычи нефти, а затем и газа, в настоящее время превращаются в
12
острейшую политическую проблему для большинства промышленно
развитых стран, внося неопределенность и элемент недостоверности
в энергетические прогнозы. В результате рассматривается множество самых разнообразных сценариев и прогнозов будущего энергетического развития. Однако объективно существует ряд положений,
незыблемых для любого серьезного прогноза в этой области:
• рост населения и глобального энергопотребления в мире;
• ужесточающаяся конкуренция за ограниченные и неравномерно размещенные ресурсы органического топлива;
• нарастающая зависимость от нестабильной ситуации в районах стран-экспортеров нефти;
• усиливающиеся экологические ограничения;
• вызывающее различие в уровне энергопотребления богатейших и беднейших стран.
Во всех современных сценариях, рассматривающих будущее
энергетики, основу составляет оптимальное сочетание различных
источников энергии:
• невозобновляемых (органическое и ядерное топливо);
• возобновляемых (энергия воды, солнца и ветра наряду с приливной, волновой и тепловой энергией океанов, геотермальной
энергией и энергией биомасс).
Рост населения и стремление к экономическому росту (а соответственно, к увеличению продолжительности и комфортности
жизни, прежде всего, в развивающихся странах) обуславливает необходимость роста производства энергии, особенно электроэнергии, как наиболее гибкого, чистого и удобного энергетического
продукта.
Технологическое совершенствование энергетики идёт по пути
быстрого увеличения разнообразия форм используемой потребителями энергии и повышения её качества. При прогнозируемом Международным энергетическим агентством удвоении мировой энергетики с 2005 по 2050 г. доля электроэнергии в обеспечении конечной энергии увеличится согласно сложившимся тенденциям с 25 до
33 % при уменьшении доли прямого сжигания топлива (печного и
моторного в сумме) с 69 до 63 % и тепла (пар, горячая вода) с 6 до
4 %.
13
От этой традиционной траектории США, Евросоюз и Япония
предполагают перейти к сценарию водородной энергетики в соответствии с «водородной инициативой Буша». Даже по оптимистическим оценкам водород обеспечит не более 10% конечного потребления, что потребует создания инфраструктуры по производству, транспортировке, хранению и распределению (до автозаправок) до 3 трлн. кубометров этого сверхлетучего, очень текучего и
взрывоопасного газа.
Водородный сценарий почти не изменит доли электроэнергии в
конечном энергопотреблении, а долю топлива (в основном жидкого) уменьшит до 55 %, а тепла – до 3 %. Но даже при широком замещении нынешнего электролиза воды термохимическими технологиями получения водорода его использование потребует большого расхода электроэнергии. Между тем водород будет замещать
нефтетопливо в топливных элементах с получением опять же электроэнергии: автомобиль на водороде – это, по сути, электромобиль.
Альтернативой служит сценарий электрического мира, в котором более половины конечного потребления обеспечит электроэнергия. При использовании качественно новых аккумуляторов она
уменьшит прямое сжигание топлива до 47 %, прежде всего, в
транспорте и в распределённой энергетике, а при освоении сверхпроводимости облегчит, кроме того, использование возобновляемой энергии, особенно солнечной и приливной.
1.2. Концепция устойчивого энергетического развития.
Показатели устойчивого развития.
Программа ООН «Повестка дня на XXI век»
и её требования
1.2.1. Концепция устойчивого энергетического развития
«Устойчивое развитие» (англ. sustainable development) наилучшим образом было определено Комиссией Брундтланд как «развитие, удовлетворяющее потребности нынешнего поколения без
ущерба для возможности будущих поколений удовлетворять свои
собственные потребности» [5, 6]. Достаточное и доступное энерго14
обеспечение было ключевым для экономического развития и перехода от экономики, основанной на натуральном сельском хозяйстве, к современным индустриальным и сервис-ориентированным
обществам.
Энергия имеет центральное значение для улучшения социальноэкономического благополучия и необходима для большинства
промышленных и коммерческих благ. Она играет важную роль в
снижении уровня бедности, улучшении благосостояния человека и
повышения уровня жизни. Но сколь бы существенной ни была ее
роль в развитии общества, энергия является всего лишь средством
для достижения цели. Цель – хорошее здоровье, высокий уровень
жизни, устойчивая экономика и чистая окружающая среда. Ни одна
из форм энергии – уголь, солнечная, ядерная, ветровая или любая
другая – сама по себе не является хорошей или плохой, и каждая из
них имеет ценность только в той мере, в какой она может обеспечить достижение этой цели.
Большая часть используемых в настоящее время энергоресурсов, основанных в действительности на ограниченных ресурсах
ископаемых видов топлива, считается экологически неустойчивой.
Все виды производства энергии или конверсионные технологии
связаны с риском или образованием отходов. Во всей цепочке производства энергии – от добычи ресурсов до обеспечения энергоснабжения – на каких-то этапах происходит образование, выброс
или удаление загрязняющих веществ, что часто сопровождается
сильным воздействием на здоровье и окружающую среду. Даже
если технология не предполагает выделения вредных веществ на
месте использования, выбросы и образование отходов могут быть
связаны с процессом ее производства или другими частями ее жизненного цикла. Сжигание ископаемого топлива является главной
причиной загрязнения воздуха в городах, регионального подкисления и риска климатических изменений, вызванных человеческой
деятельностью. Использование ядерной энергии создало ряд проблем, таких как хранение или удаление высокоактивных радиоактивных отходов и распространение ядерного оружия. Некоммерческое использование биомассы в некоторых развивающихся странах
способствует опустыниванию и потере биоразнообразия.
15
Кроме того, около одной трети населения мира по-прежнему
опирается на использование животной тяги и некоммерческих видов топлива. Около 1,7 млрд. человек не имеют доступа к электричеству. Во многих районах мира отсутствуют надёжные и безопасные поставки энергоносителей. Это отсутствие доступа к современным энергетическим услугам серьезно ограничивает социально-экономическое развитие, которое является неотъемлемой частью устойчивого развития. Тем не менее, благодаря улучшению
технологии и более глубокому пониманию последствий воздействия энергии и энергетических систем на окружающую среду развивающиеся страны сегодня могут сделать переход от сельскохозяйственной к индустриальной экономике с существенно меньшими
затратами и меньшим экологическим ущербом в отличие от развитых стран во время их перехода (рис. 1.6).
Достижение устойчивого экономического развития в глобальном масштабе потребует разумного использования ресурсов, технологий, соответствующих экономических стимулов и стратегического планирования политики на местном и национальном уровнях
[7, 8]. Это также потребует регулярного мониторинга воздействия
отдельных политик и стратегий, чтобы понять, содействуют ли они
устойчивому развитию, или же их необходимо скорректировать
(рис. 1.7).
Важно иметь возможность оценить состояние развития страны и
контролировать его прогресс или отсутствие прогресса в направлении устойчивости. Во-первых, разработчики стратегий должны понимать текущую ситуацию в своей стране в отношении энергетической и экономической устойчивости, знать, что должно быть
улучшено, и каким образом эти улучшения могут быть достигнуты.
Во-вторых, для разработчиков стратегий важно понимать последствия отдельных энергетических, экологических и экономических
программ, стратегий и планов, и их воздействие на формирование
развития и на возможность сделать такое развитие устойчивым. Втретьих, неизбежно возникнет необходимость искать компромиссы. Одним словом, существует непосредственная необходимость в
принятии взвешенных и сбалансированных вариантов в отношении
политики, инвестиций и корректирующих мер.
16
1.2.2. Показатели устойчивого развития
С момента опубликования отчёта Гру Харлем Брундтланд2 в
1987 г. (рис.1.8) различные международные и национальные организации разрабатывают наборы показателей для определения и
оценки одного или нескольких аспектов устойчивого развития. Эти
усилия получили мощный импульс после принятия «Повестки дня
на XXI век» на Саммите Земли в Рио-де-Жанейро в 1992 г., в которой (гл. 40) содержится обращение к странам и международным
правительственным и неправительственным организациям с просьбой разработать концепцию показателей устойчивого развития и
согласовать их на национальном, региональном и глобальном
уровнях.
Энергия имеет важнейшее значение для экономического и социального развития и повышения качества жизни. Однако большая
часть энергии в мире производится и используется такими способами, которые в долгосрочной перспективе могут оказаться неустойчивыми. Для того чтобы оценить прогресс в направлении к устойчивому с энергетической точки зрения будущему, потребуются
энергетические показатели, позволяющие измерять и контролировать важные изменения.
При выборе энергоносителей и связанных с ними технологий
для производства, доставки и использования энергетических услуг,
важно учитывать экономические, социальные и экологические последствия. Разработчикам стратегий нужны методы измерения и
оценки нынешнего и будущего влияния использования энергии на
здоровье человека, общество, воздух, почву и воду. Они должны
определить, является ли нынешнее потребление энергии устойчивым и, если нет, то, как изменить его так, чтобы оно стало таким.
Для этого и предназначены энергетические показатели, которые
направлены на важные вопросы в рамках трёх основных аспектов
устойчивого развития: экономического, социального и экологического (рис. 1.9) [9].
2
Гру Харлем Брундтланд – норвежский общественный и политический деятель. С
1 мая 2007 г. является специальным посланником Генерального секретаря ООН по
проблеме изменения климата.
17
Показатели представляют собой не просто данные; они выходят
за рамки базовых статистических сведений и обеспечивают более
глубокое понимание основных вопросов, а также выделяют важные
соотношения, которые не очевидны при использовании базовых
статистических данных. Они являются важнейшими инструментами для взаимодействия по энергетическим вопросам, касающимся
устойчивого развития, для разработчиков стратегий и общественности, а также для содействия институциональному диалогу. Каждый набор показателей выражает аспекты или последствия производства и использования энергии. Взятые вместе, эти показатели
дают чёткое представление о всей системе, в том числе о взаимосвязях и компромиссах между различными аспектами устойчивого
развития, а также долгосрочных последствиях текущих решений и
поведения. Изменения значений показателей со временем обозначают прогресс или его отсутствие в направлении устойчивого развития.
Одна и та же абсолютная величина определённого энергетического показателя может иметь различный смысл для разных государств в зависимости от уровня развития конкретной страны, характера ее экономики и географии, наличия местных энергетических ресурсов и т.д., поэтому необходимо с осторожностью использовать абсолютные показатели при проведении межстрановых
сравнений. Тем не менее, изменения со временем в значении каждого показателя помогут измерить прогресс каждой страны. Вместо
того чтобы полагаться на результаты абстрактного анализа, разработчики стратегий будут иметь простой набор цифр, на основании
которых они будут принимать решения и контролировать результаты реализации своих стратегий.
Показатели применяются для контроля прогресса в достижении
конкретных целей страны. Например, для достижения годового
лимита выбросов в секторе энергетики целесообразно установить
значения соответствующих показателей, необходимых для достижения этой цели. Зная сектор энергетики, разработчики стратегий
могут определить те показатели, которые они должны контролировать в наибольшей степени. Таким образом, осуществлять контроль
над прогрессом становится намного легче, а реализация общей
18
стратегии с использованием этих показателей часто заметно упрощается.
Несмотря не определённый прогресс, всеобъемлющего набора
показателей устойчивого энергетического развития пока не существует (рис. 1.10). В 1999 г. Международное агентство по атомной
энергии (МАГАТЭ) собрало представителей семи международных
организаций и восьми стран для рассмотрения существующих соответствующих показателей и разработки предварительного набора
показателей устойчивого энергетического развития. Эти показатели
были неофициально опробованы на местах в 15 странах (включая
Аргентину, Индонезию, Китай, Кубу, Мексику, Пакистан, Турцию,
страны Восточной и Западной Европы, Российскую Федерацию и
США) для оценки наличия и качества данных. Затем был определён
окончательный набор из 41 показателя, учитывающего как результаты испытаний, так и критерии, используемые в осуществляемой в
настоящее время Программе работы Организации Объединённых
Наций по показателям устойчивого развития. На девятой сессии Комиссии по устойчивому развитию в апреле 2001 г. был представлен
промежуточный отчёт, в котором характеризуется данная стадия
осуществления проекта.
Представленные ниже показатели составляют базовый набор
показателей устойчивого энергетического развития (ПУЭР) с соответствующими методологиями и руководящими принципами, применяемыми разработчиками стратегий, аналитиками в области
энергетики и статистиками. Некоторые показатели направлены на
предоставление наиболее важных услуг, связанных с поставками
энергоресурсов, повышением уровня жизни; другие же показатели
ориентированы на воздействие на окружающую среду. При выборе
стратегий важно учитывать не только экономические, но и социальные аспекты и проблемы окружающей среды. Роль аналитика
заключается в том, чтобы выбрать, взвесить и предоставить разработчикам стратегий соответствующие показатели для ситуации в
их собственной стране с тем, чтобы содействовать устойчивому
развитию. Каждый из приведённых ПУЭР в действительности
представляет собой набор из нескольких критериев, поскольку анализ многих из затрагиваемых проблем лучшим образом выполняется при применении группы взаимосвязанных показателей.
19
Перечень ПУЭР
1. Население: общая численность, население городов.
2. ВВП на душу населения.
3. Цены конечного использования энергии с налогами/суб-сидиями и
без них.
4. Доля секторов в добавленной стоимости ВВП.
5. Дальность поездок на душу населения: всего, на городском общественном транспорте.
6. Грузовые перевозки: всего, по видам транспорта.
7. Площадь застройки на душу населения.
8. Добавленная стоимость в обрабатывающей промышленности в
разбивке по отдельным энергоёмким отраслям.
9. Энергоёмкость: обрабатывающая промышленность, транспорт,
сельское хозяйство, коммерческие и государственные услуги, жилищный
сектор.
10. Конечный показатель энергоёмкости отдельных энергоёмких продуктов.
11. Структура энергобаланса: конечное потребление энергии, производство электроэнергии, поставки первичной энергии.
12. Эффективность энергоснабжения: эффективность использования
ископаемых видов топлива в производстве электроэнергии.
13. Внедрение технологий борьбы с загрязнением: масштабы использования, общая результативность.
14. Расход энергии на единицу ВВП.
15. Расходы на энергетику: совокупные инвестиции, охрана окружающей среды, разведка и освоение месторождений углеводородов, НИОКР и
демонстрационная деятельность (ДД), чистые расходы на импорт энергии.
16. Потребление энергии на душу населения.
17. Местное производство энергии.
18. Зависимость от чистого объёма импорта.
19. Неравенство доходов.
20. Соотношение суточного располагаемого дохода/душевого личного
потребления 20 % беднейших домохозяйств и цен на электроэнергию и
основные виды используемого домохозяйствами топлива.
21. Доля располагаемого дохода/объёма душевого личного потребления, приходящегося на топливо и электроэнергию: в среднем в расчёте на
душу населения; у группы, определяемой как 20 % беднейшего населения.
22. Доля домохозяйств: сильно зависящих от некоммерческих источников энергии; не имеющих доступа к электричеству.
23. Объёмы выбросов атмосферных загрязнителей (SO2, NOx, частицы, CO, ЛОС).
24. Концентрация загрязняющих веществ в окружающем воздухе в городских районах: SO2, NOx, частицы, CO, озон.
25. Площадь земель, на которых подкисление превышает критическую нагрузку.
20
26. Объёмы выбросов парниковых газов.
27. Содержание радионуклидов в атмосферных радиоактивных выбросах.
28. Сбросы в водные бассейны: сточные/ливневые воды, радионуклиды, сбросы нефти в прибрежные воды.
29. Образование твёрдых отходов.
30. Накопленное количество твёрдых отходов, в отношении которых
должны проводиться операции по обращению с отходами.
31. Образование радиоактивных отходов.
32. Накопленное количество радиоактивных отходов, подлежащих
удалению.
33. Площадь земель под энергетическими объектами/инфраструктурой.
34. Вызванные авариями смертельные случаи в разбивке по компонентам топливной цепочки.
35. Доля поддающегося техническому использованию потенциала
гидроэнергии, которая используется в настоящее время.
36. Доказанные извлекаемые запасы ископаемого топлива.
37. Период эксплуатации доказанных запасов ископаемого топлива.
38. Доказанные запасы урана.
39. Период эксплуатации доказанных запасов урана.
40. Интенсивность использования лесных ресурсов в качестве топливной древесины.
41. Темпы обезлесения.
1.2.3. Программа ООН «Повестка дня на XXI век»
и ее требования
Человечество переживает решающий момент своей истории.
Мы сталкиваемся с проблемой увековечения диспропорций как
между странами, так и в рамках отдельных стран, обостряющимися
проблемами нищеты, голода, заболеваемости населения и неграмотности и с продолжающимся ухудшением состояния экосистем,
от которых зависит наше благосостояние. Однако комплексный
подход к проблемам окружающей среды и развития, уделение им
большего внимания будут способствовать удовлетворению основных потребностей, повышению уровня жизни всего населения,
способствовать более эффективной охране и рациональному использованию экосистем и обеспечению более безопасного и благополучного будущего. Ни одна страна не в состоянии добиться этого в одиночку; однако мы можем достичь этого совместными уси21
лиями – на основе глобального партнерства в интересах обеспечения устойчивого развития.
Это глобальное партнёрство должно основываться на предпосылках, нашедших отражение в резолюции 44/228 Генеральной ассамблеи ООН от 22 декабря 1989 г., принятой после того, как народы мира обратились с призывом созвать конференцию ООН по окружающей среде и развитию, а также на признании необходимости
сбалансированного и комплексного подхода к вопросам окружающей среды и развития.
«Повестка дня на XXI век» представляет собой комплексный
план действий, которые должны быть предприняты на глобальном,
национальном и локальном уровнях организациями системы ООН,
правительствами и основными группами населения в каждой области, в которой человек оказывает влияние на окружающую среду
(рис. 1.11).
«Повестка дня на XXI век» посвящена актуальным проблемам
сегодняшнего дня, а также имеет целью подготовить мир к решению проблем, с которыми он столкнется в следующем столетии.
Она отражает глобальный консенсус и принятие на самом высоком
уровне политических обязательств в отношении сотрудничества по
вопросам развития и окружающей среды. Ответственность за ее
успешное осуществление возлагается, прежде всего, на правительства. Решающее значение для достижения этой цели имеют национальные стратегии, планы. Международное сотрудничество должно способствовать таким национальным усилиям и дополнять их. В
этом контексте система Организации Объединенных Наций призвана играть решающую роль. Другим международным, региональным и субрегиональным организациям также следует способствовать этим усилиям. Следует также поощрять как можно более
широкое участие общественности и активное привлечение к этой
деятельности неправительственных организаций и других групп.
Предусмотренные в «Повестке дня на XXI век» цели в области
развития и охраны окружающей среды потребуют значительного
притока новых и дополнительных финансовых ресурсов в развивающиеся страны, чтобы можно было покрыть все расходы на деятельность, которую они должны осуществлять в целях решения
глобальных экологических проблем и ускорения перехода к устой22
чивому развитию. Финансовые ресурсы необходимы также для укрепления возможностей международных учреждений по осуществлению «Повестки дня на XXI век». Ориентировочная оценка расходов приводится в каждой из программных областей. Эта оценка
нуждается в рассмотрении и уточнении соответствующими учреждениями и организациями-исполнителями.
При осуществлении соответствующих программных областей,
определённых в «Повестке дня на XXI век», необходимо уделять
повышенное внимание тем особым обстоятельствам, в которых находятся страны на переходном этапе. Следует также признать, что
этим странам приходится решать беспрецедентные по своей сложности задачи в ходе преобразования своей экономики, в некоторых
случаях – в условиях значительной социальной и политической
напряженности.
Для описания входящих в «Повестку дня на XXI век» программных областей используются рубрики «Основа для деятельности», «Цели», «Деятельность» и «Средства осуществления». «Повестка дня на XXI век» представляет собой динамичную программу. Она будет осуществляться различными участниками с учетом
различий в ситуациях, возможностях и приоритетах стран и регионов и при полном соблюдении всех принципов, содержащихся в
Рио-де-Жанейрской декларации по окружающей среде и развитию.
Эта программа со временем может претерпевать изменения с учетом меняющихся потребностей и обстоятельств. Данный процесс
символизирует начало нового глобального партнерства в интересах
обеспечения устойчивого развития.
На конференции ООН по окружающей среде и развитию, организованной в Рио-де-Жанейро (Бразилия, 3–14 июня 1992 г.) (рис.
1.12), более чем 178 правительств приняли «Повестку дня на XXI
век», Рио-де-Жанейрскую декларацию по окружающей среде и развитию, а также Заявление с изложением принципов экологически
устойчивого ведения лесного хозяйства.
В декабре 1992 г. в целях обеспечения эффективного контроля
за исполнением решений, принятых на конференции, и за выполнением соглашений на местном, национальном, региональном и
международном уровнях была создана Комиссия по устойчивому
развитию ООН. Анализ пятилетней работы в соответствии с реше23
ниями, принятыми на Саммите Земли, было решено провести в
1997 г. на специальной сессии Генеральной ассамблеи ООН.
На Всемирной встрече на высшем уровне по устойчивому развитию, состоявшейся в Йоханнесбурге (ЮАР, 26 августа – 4 сентября 2002 г.) были вновь настоятельно подтверждены полная реализация «Повестки дня на XXI век», Программы дальнейшей реализации «Повестки дня на XXI век» и Обязательства по принципам
Рио.
Информация об инициативах и других мероприятиях в области
энергетических показателей устойчивого развития представлена
также на сайте МАГАТЭ:
http://www.iaea.org/worldatom/Programmes/Energy/pess/ISED.shtml
Глава 2. СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ
КРУПНОМАСШТАБНОГО РАЗВИТИЯ
ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
2.1. Современное состояние ядерной энергетики
в мире
Быстрый рост экономики развивающегося мира с прогнозируемым дефицитом энергоресурсов, а также загрязнение атмосферы,
провоцирующее климатические изменения, создали объективную
базу для «новой эры» ядерной энергетики. Долгосрочные интересы
энергетической безопасности и устойчивого энергетического развития мира требуют увеличения доли ядерной энергии в производстве электричества, водорода, промышленного и бытового тепла
[10].
2.1.1. Текущее состояние ядерной энергетики
В настоящее время наблюдается обширный разброс, как конкретных действий, так и намерений по развитию ядерного топливно-энергетического комплекса в разных странах. По признаку текущего состояния и перспектив развития ядерной энергетики в будущем государства разделяют на три категории.
24
К первой группе стран относят высокоразвитые страны мира –
США, Канаду, страны Западной Европы, Японию и ряд других. К
ним по геополитическим соображениям причисляют Россию. В
этой группе стран сосредоточены основные мощности АЭС и
предприятий ядерного топливного цикла. На их долю приходится
около 90 % мирового опыта эксплуатации АЭС. 10 из 12 крупнейших генерирующих компаний-производителей ядерного электричества действуют в этой категории стран. Эти же страны обладают
необходимой базой знаний и технологическим опытом (рис. 2.1).
Ко второй группе стран относят большинство развивающихся
стран, совершивших переход к индустриальный экономике и готовящихся стать полноправными членами развитого мира. Это
страны Латинской Америки, Восточной и Южной Азии, Центральной и Восточной Европы. Страны этой группы сохраняют интерес к
ядерной энергетике, поскольку их руководители осознали, что
обеспечить стабильный и высокий уровень роста потребности в
энергии можно только с использованием ядерно-энергетических
технологий.
Замыкают список государства с уменьшающейся долей в мировом валовом продукте (страны Экваториальной Африки, Центральной Азии и ряд других). Они не рассчитывают в ближайшем
будущем вступить в ядерный клуб (рис. 2.2).
В настоящее время производство ядерной энергии обеспечивает
чуть меньше 14 % мирового электроснабжения и 5,7 % общего потребления первичной электроэнергии во всем мире. В настоящее
время в 29 странах эксплуатируется 441 АЭС с суммарной мощностью 375 ГВт(э). Кроме того, ведется строительство еще 60 энергоблоков суммарной мощностью 58,6 ГВт(э) (по состоянию на 26 августа 2010 г.). В течение 2009 г. на АЭС было выработано
2558 млрд. кВтּч электроэнергии. Общий опыт эксплуатации в отрасли насчитывает 14 000 реакторо-лет.
В глобальном масштабе ядерная энергетика в мире в последние
годы развивалась с темпом роста ~2,5 %, превышающим динамику
роста всей мировой энергетики. По данным МАГАТЭ, в региональном масштабе темпы развития ядерной энергетики существенно отличаются от общемировых (табл. 2.1, рис. 2.3) [11].
25
Таблица 2.1
Ядерная энергетика в регионах
(по состоянию на 26 августа 2010 г.)
Регион
Северная Америка
Латинская Америка
Западная Европа
Центральной и Восточной Европы
Африка
Ближнего Востока и
Южной Азии
Дальний Восток
Регион
В эксплуатации
Число
Мощность
MВт(э)
122
113 316
6
4119
129
122 956
67
47 376
Сооружается
Число
Мощность
MВт(э)
1
1165
2
1937
2
3200
17
13 741
2
21
1800
4614
6
3721
94
441
80 516
374 697
32
60
34 820
58 584
Доля ядерной энергии в суммарном производстве электроэнергии существенно меняется в зависимости от региона. В Западной
Европе выработка электроэнергии на АЭС обеспечивает почти
27 % всей электроэнергии. В Северной Америке и Восточной Европе она составляет примерно 18 %, а в Африке и Латинской Америке – 2,1 и 2,4 % соответственно. На Дальнем Востоке доля ядерной энергии в производстве электроэнергии составляет 10 %; на
Ближнем Востоке и в Южной Азии на нее приходится 1 %. За прошедшие два года доля ядерной энергии в мировом производстве
электроэнергии снизилась с 15 % до менее чем 14 %, что произошло в значительной степени из-за увеличения общего объема мирового производства электроэнергии без увеличения производства
электроэнергии на АЭС.
Еще в большей степени неравномерность перспектив развития
проявляется при переходе на национальный уровень. Ниже представлены планы по развитию ядерной энергетики в различных
странах до 2030 г. (согласно данным Всемирного ядерного университета).
Складывающуюся ситуацию оценивают в широком диапазоне в
категориях от «стагнации» до «ренессанса», однако специалисты
согласны в том, что текущая фаза развития ядерной энергетики
26
подтвердила ее жизнеспособность. Ключевые технические проблемы определены, принципиальные пути их решения уже известны, и
после их реализации в текущем столетии станет возможным начало
новой фазы использования атомной энергии – крупномасштабного
ядерно-энергетического развития.
В настоящее время аналитики едины во мнении, что ядерная
энергетика может обрести устойчивое положение в качестве надежной энергетической технологии и уверенные перспективы для
дальнейшего развития только при условии ее экономической конкурентоспособности и завершенности ядерного топливного цикла.
В мировом парке ядерных реакторов применяются несколько
технологий, разработанных в первые годы появления ядерной энергетики. Как по количеству, так и по генерирующей мощности, преобладают реакторы, охлаждаемые водой под давлением (PWR и
ВВЭР). За ними следуют кипящие реакторы (BWR). Оставшаяся
часть парка действующих реакторов включает в себя тяжеловодные реакторы (PHWR), газоохлаждаемые реакторы (GCR и AGR),
реакторы, охлаждаемые легкой водой, с графитовым замедлителем
(РБМК) и один быстрый реактор (табл. 2.2, рис. 2.4).
По состоянию на 1 января 2010 года во всем мире в эксплуатации находились 437 ядерных энергетических реакторов суммарной
мощностью 371 ГВт(э). В 2009 г. имели место два новых подключения к энергосистеме: третий энергоблок АЭС «Томари»
(866 МВт(э)) в Японии и пятый энергоблок АЭС «Раджастхан»
(202 МВт(э)) в Индии.
Также в 2009 г. было начато сооружение одиннадцати объектов:
блоков № 3 и № 4 АЭС «Хуняньхэ», блоков № 1 и № 2 АЭС «Саньмэнь», блока № 2 АЭС «Яанцзян», блока № 2 АЭС «Фуцин», блока № 2 АЭС «Фанцзяшань», блока № 1 АЭС «Хайян» и блока № 1
АЭС «Тайшань» (все по 1000 МВт(э)) в Китае; четвертого энергоблока «Шин-Кори» (1340 МВт(э)) в Южной Корее; второго энергоблока Нововоронежской АЭС-2 (1085 МВт(э)) и третьего энергоблока Ростовской АЭС в Российской Федерации. Активные строительные работы возобновились на блоках № 3 и № 4 АЭС «Моховце»
(оба по 405 МВт(э)) в Словакии. Для сравнения: в 2008 г. началось
сооружение десяти энергоблоков и в 2007 г. – восьми блоков плюс
возобновление активных строительных работ на одном реакторе.
27
28
Нидерланды
Мексика
Китай
Канада
Испания
1
11
6
487
8748
6006
Германия
Индия
14 033
11
1188
1
Болгария
Великобритания
1889
1906
2
Бразилия
4
1884
2
Бельгия
Венгрия
5934
7
Армения
MВт(э)
PWR
375
N
1
Аргентина
Страна
2
1300
1510
300
2
2
6457
MВт(э)
BWR
6
N
18
N
8949
MВт(э)
GCR
2
2
18
1300
12 569
3889
935
MВт(э)
PHWR
17
N
Действующие реакторы по типам
N
MВт(э)
LWGR
N
MВт(э)
FBR
2
2
7
1
2
1
2
13
18
8
19
17
4
19
N
487
1300
10 048
12 569
7516
4189
20 490
1889
10 137
1906
1884
5934
375
935
MВт(э)
Всего
Таблица 2.2
29
300
11 914
1
16
Пакистан
Россия
666
66 945
13 107
976
63 130
2799
1700
3678
1800
15 943
19 286
248 295
1
69
15
2
58
3
3
6
2
24
26
9
Словения
США
Украина
Финляндия
Франция
Швеция
Швейцария
Ко- 17
Словакия
Чехия
ЮАР
Южная
рея
Япония
Всего
1762
4
Румыния
MВт(э)
PWR
N
Страна
92
30
2
7
2
35
N
83 834
27 537
1538
6504
1745
33 802
MВт(э)
BWR
18
N
8949
MВт(э)
GCR
4
2
1
22 840
2722
1300
125
MВт(э)
PHWR
46
N
15
10219
10 219
MВт(э)
LWGR
15
N
1
1
N
560
560
MВт(э)
FBR
2
54
441
21
2
6
5
10
58
4
15
104
1
4
2
32
N
46 823
374 697
18 665
1800
3678
3238
9303
63 130
2721
13107
100 747
666
1762
1300
22 693
425
MВт(э)
Всего
Окончание табл. 2.2
В 1980–90-х гг. ядерная энергетика отличалась медленными
темпами строительством. Однако в Азии на данный момент достигнута средняя продолжительность строительства, составляющая
62 месяца. К примеру, за период с конца 2001 по май 2007 г. к сети
было подключено 18 энергоблоков, из которых три были подключены через 48 месяцев или раньше. В самые короткие сроки был
построен в Японии энергоблок Onagawa-3, кипящий реактор мощностью 800 МВт, который был подключен к энергосистеме в
2002 г. через 41 месяц с момента начала строительства. Такой уровень производительности приведет к значительному снижению
уравновешенной стоимости ядерной энергии.
Во многих странах повышается мощность действующих станций. Был значительно увеличен коэффициент эксплуатационной
готовности. Продление сроков действия лицензий на эксплуатацию
АЭС на два десятилетия в настоящее время становится обычным
явлением. Отмеченные факторы приводят к получению максимальной прибыли от капиталовложений в действующие АЭС.
2.1.2. Роль ядерной энергетики в энергообеспечении
развитых и развивающихся стран
Расширение мощностей в настоящее время, а также кратко- и
долгосрочное развитие ядерной энергетики будут по-прежнему
происходить главным образом благодаря Азии. Из 12 реакторов,
сооружение которых началось в 2009 г., десять находятся в Азии.
Из 56 строящихся реакторов 36 приходятся на Азию, и там же размещены 30 из 41 нового реактора, подключенного к энергосистеме
в последнее время. Цель Китая – достичь в 2020 году мощности
ядерной энергетики 40 ГВт(э) – для сравнения, сегодня этот показатель составляет 8,4 ГВт(э). Премьер-министр Индии Манмохан
Сингх, открывая в Дели Международную конференцию по использованию атомной энергии в мирных целях, сказал, что потенциально Индия может достичь к 2050 г. установленной мощности
470 ГВт(э). В некоторых европейских странах, где ранее были введены ограничения на будущее использование ядерной энергетики,
намечалась тенденция к пересмотру этой политики [10].
30
Число сооружаемых реакторов увеличилось с 33 с общей мощностью 27 193 МВт(э) в конце 2007 г. до 60 с общей мощностью
58 584 МВт(э) по состоянию на 26 августа 2010 г. Во многих странах, в которых в настоящее время осуществляются ядерноэнергетические программы, значительно увеличиваются инвестиции в будущие АЭС. Из 60 строящихся станций 11 находятся в стадии сооружения еще с 1990-х гг. или ранее, при этом из 11, возможно, только три согласно прогнозам будут введены в эксплуатацию в следующие три года. Несколько реакторов, которые возводятся уже более 20 лет, тем не менее, находятся еще на начальном
этапе строительства. В 2008 г. началось сооружение 10 реакторов, а
в 2009 г. – 12, что свидетельствует о продолжении непрерывной
возрастающей тенденции, которая проявилась в 2003 г. Все 22 реактора, сооружение которых началось в 2008–2009 гг. на территории Китая, Южной Кореи и России, являются реакторами с водой
под давлением (PWR).
В дополнение к действующей программе строительства многие
страны, в том числе Китай, Индия, Украина, Южная Корея и Россия, объявили о своих грандиозных планах по увеличению мощности АЭС в ближайшие десятилетия. В процессе обсуждения находятся проекты по сооружению атомных электростанций в Канаде и
США: в случае одобрения этих проектов в Северной Америке будет построено более 20 реакторов.
Ежегодно МАГАТЭ публикует свои прогнозы глобального роста ядерной энергетики. В 2009 г., несмотря на финансовый кризис,
начавшийся в конце 2008 г., в сторону повышения были пересмотрены как низкий, так и высокий прогнозы. Согласно обновленному
низкому прогнозу глобальная мощность ядерной энергетики в
2030 г. достигнет 511 ГВт(э) – для сравнения мощность в конце
2009 г. составила 371 ГВт(э). Согласно обновленному высокому
прогнозу этот показатель достигнет 807 ГВт(э). Эти пересмотренные прогнозы на 2030 г. на 8 % выше, чем прогнозы, сделанные в
2008 г. (табл. 2.3) [12].
Корректировка прогнозов в сторону повышения наиболее существенна в отношении Дальнего Востока – региона, в который входят Китай, Республика Корея и Япония. Небольшие корректировки
прогнозов в сторону снижения были сделаны в отношении Северной
Америки и Юго-Восточной Азии и Тихого океана.
31
32
Аргентина
Армения
Бельгия
Болгария
Бразилия
Великобритания
Венгрия
Германия
Индия
Иран
Испания
Канада
Китай
Мексика
Нидерланды
Страна
935
375
5 902
1 906
1 884
10 137
1 889
20 480
3 987
7 450
12 569
8 438
1 300
487
8
18
11
2
1
Всего
МВт(э)
2
1
7
2
2
19
4
17
18
Число
энергоблоков
Действующие
реакторы
2 708
915
5
1
19 920
1 906
2
20
692
Всего
МВт(э)
1
Число
энергоблоков
Строящиеся
реакторы
50,6
85,3
65,7
10,1
4,0
17,5
14,8
1,9
4,8
3,7
Электроэнергия,
произведенная
на АЭС в 2009 г.
% от обТВтч
щего объема производства
7,6
7,0
2,3
45,0
45,0
51,7
14,2
35,9
12,2
2,9
62,9
17,9
14,3
43,0
127,7
26,1
14,8
2,2
Действующие и сооружаемые ядерные энергетические реакторы в мире
(по состоянию на 1 января 2010 г.) (http://www.iaea.org/pris)
269
582
99
35
65
62
35
233
147
37
1 457
98
751
318
6
2
3
11
0
7
8
7
3
3
8
2
5
5
Общий опыт
эксплуатации
на конец 2009 г.
Годы
Мес.
Таблица 2.3
33
Пакистан
Россия
Румыния
Словакия
Словения
США
Украина
Финляндия
Франция
Чехия
Швейцария
Швеция
ЮАР
Южная Корея
Япония
Всего
Страна
2
31
2
4
1
104
15
4
59
6
5
10
2
20
54
437
Число
энергоблоков
425
21 743
1 300
1 762
666
100 747
13 107
2 696
63 260
3 678
3 238
9 036
1 800
17 705
46 823
370 705
Всего
МВт(э)
Действующие
реакторы
1 165
1900
1 600
1 600
6 520
1 325
51 940
6
1
56
782
2
1
2
1
1
300
8 007
Всего
МВт(э)
1
10
Число
энергоблоков
Строящиеся
реакторы
Электроэнергия,
Общий опыт
произведенная на АЭС эксплуатации на конец
в 2009 г.
2009 г.
% от обГоды
Мес.
ТВтч
щего объема производства
2,6
2,7
47
10
152,8
17,8
994
7
10,8
20,6
15
11
13,1
53,5
132
7
5,5
37,8
28
3
796,9
20,2
3 499
11
78,0
48,6
368
6
22,6
32,9
123
4
391,8
75,2
1 700
2
25,7
33,8
110
10
26,3
39,5
173
10
50,0
37,4
372
6
11,6
4,8
50
3
141,1
34,8
339
7
263,1
29,2
1 440
8
2 558,3
14%
13 913
0
Окончание табл. 2.3
Свои прогнозы в 2009 г. пересмотрело не только МАГАТЭ, обновленные прогнозы были изданы также Администрацией по энергетической информации (АЭИ) США, Международным энергетическим агентством ОЭСР (МЭА) и Всемирной ядерной ассоциацией (ВЯА). Диапазон прогнозов АЭИ несколько сузился, диапазон
ВЯА несколько расширился и диапазон МЭА был незначительно
скорректирован в сторону повышения (возросли как низкие, так и
высокие значения). На рис. 2.5 приведено сравнение диапазонов
ядерных прогнозов 2009 года, опубликованных АЭИ, МЭА,
МАГАТЭ и ВЯА (рис. 2.5) [13].
2.2. История развития ядерной науки и техники
Знакомство с историей развития ядерной науки и технологии
позволяет лучше понять присущие ей современные реалии [14-17].
2.2.1. Основные этапы в истории развития атомной науки
ХХ век стал переломным для науки: на смену классической механике пришли новые квантовые представления, развитые М.
Планком, А. Эйнштейном, Э. Шредингером, Н. Бором, В.К. Гейзенбергом и другими выдающимися учеными.
В 1895 г. немецкий физик Вильгельм
Конрад Рентген, работая с катодными лучами, обнаружил, что при их столкновении
со стеклом трубки возникает некоторое излучение, способное проникать сквозь материальные преграды. Поскольку Рентген не
смог определить, какого рода это излучение, он назвал его «x-лучами». Новый тип
излучения позволял увидеть внутреннее
строение предметов и быстро нашел применение в медицине.
Французский физик Антуан Анри Беккерель заметил, что сульфат урана, выВильгельм Конрад
ставленный на свет, затем начинал свеРентген
титься в темноте. Позже он выяснил, что
(1845–1923)
это соединение излучает «х-лучи».
34
В 1896 г. в ходе дальнейших исследований Беккерель обнаружил, что сульфат урана испускает похожие на рентгеновские лучи постоянно, вне зависимости от того, выставляют его на солнечный свет или нет.
Также он обратил внимание на то, что эти
лучи заставляют чернеть фотопластинку
даже в том случае, если она заворачивалась
в чёрную бумагу. Беккерель назвал это явление радиацией.
В 1898 г. французский физик польского
происхождения Мария Склодовская-Кюри Антуан Анри Беккерель
совместно со своим мужем Пьером Кюри
(1852–1908)
определила, что источником радиации был
именно атом урана, то есть любое соединение урана испускает излучение. Позже она назвала открытое ею свойство урана радиоактивностью и стало ясно, что открытый Й.Я. Берцелиусом в 1829 г.
торий также радиоактивен.
Было установлено, что это излучение неоднородно по составу. В
1899 г. Беккерель и другие показали, что под воздействием магнита
часть излучения отклоняется в сторону, тогда как другая часть излучения распространяется по прямой линии. Кроме того, было установлено, что отклоняющиеся в магнитном поле лучи делятся на
два потока в электрическом поле, т.е. имеют в своем составе положительно и отрицательно заряженные частицы. Английский физик
Эрнест Резерфорд назвал
первый вид радиации «αлучами», а второй «βлучами». Излучение, не
отклоняющееся в магнитном поле, вскоре назвали
«γ-лучами».
Было выяснено, что γлучи подобны обычному
свету, но их волны короче
рентгеновских лучей. Резерфорд в 1900 г. установил,
Мария (1867–1934) и Пьер Кюри (1859–1906)
что β-лучи – это потоки
35
электронов и в 1906 г. он же показал, что
α-лучи – потоки ядер гелия без электронных оболочек.
Открытие явления радиоактивности
дало мощный толчок развитию атомной
физики. В 1906 г. Э. Резерфорд провёл
эксперимент с облучением золотой фольги
α-частицами, позволивший ему в 1911 г.
предложить ядерную модель атома.
В 1902–1907 гг. Э. Резерфорд и его сотрудник английский радиохимик Фредерик Содди показали существование раЭрнест Резерфорд
диоактивных рядов (последовательностей
(1871–1937)
радиоактивных элементов, каждый последующий элемент в которых образуется из предыдущего путём распада с испусканием α- или β-частицы). При изучении этих рядов
были обнаружены атомы, которые по химическим свойствам были
идентичны известным химическим элементам, но распадались или
значительно быстрее, или значительно медленнее их. В 1913 г.
Содди назвал атомы, которые находились на одном и том же месте
в Периодической таблице элементов, но имели различные радиоактивные свойства, изотопами. В 1935 г. американский физик Артур
Джефри Демпстер (1886–1950) обнаружил в природной смеси ядер
урана 0,7 % изотопа 235U.
В это время большое внимание уделялось изучению состава
атомного ядра. В 1914 г. Резерфорд, пытаясь выбить положительный электрический заряд из массы ядер водорода, сделал вывод,
что это невозможно. Стало очевидно, что положительный заряд неразрывно связан с ядром атома водорода. Резерфорд назвал ядра водорода протонами и предположил, что ядра остальных элементов
также состоят из протонов.
К тому времени стало ясно, что ядра способны самопроизвольно
изменяться, и этот процесс является вероятностным и неуправляемым. В 1919 г. Резерфорд показал, что и человек может изменять
структуру ядра, бомбардируя α-частицами ядра азота, превратив ядро азота в ядро кислорода.
В 1934 г. французские физики Фредерик и Ирен Жолио-Кюри получили первый искусственный изотоп фосфор-30 методом бомбар36
дировки ядер 27Al α-частицами.
Начиная с 1934 г., в физических лабораториях разных
стран мира были получены
тысячи ядер, не существовавших в природе.
В 1920-х гг. теория строения атома начала испытывать
трудности, связанные с открытием ядерного спина.
Теоретически проблема могла
Ирен (1897–1956) и Фредерик (1900–1958)
быть решена введением в ядЖолио-Кюри в лаборатории
ро третьего вида частиц с
массой, равной массе протона и нулевым зарядом, – и ученые искали эту частицу, названную впоследствии нейтроном. Свойства нейтрона таковы, что он практически не взаимодействует со средой,
из-за чего его очень трудно заметить; однако нейтроны способны
выбивать протоны из лёгких ядер, что было отмечено в опытах
супругов Жолио-Кюри в 1932 г. К сожалению, они интерпретировали появление протонов как новое свойство γ-лучей. По их мнению, γ-кванты высокой энергии были способны выбивать протоны
из легких ядер. Ученик Резерфорда, английский физик Джеймс
Чедвик в том же году установил, что γ-лучи, не имеющие массы, не
могут сдвинуть протон с его места в ядре.
Открытие нейтрона в 1932 г. позволило
модифицировать ядерную модель атома и
создать протонно-нейтронную теорию, авторами которой стали немецкий физик Вернер Карл Гейзенберг (1901–1976) и советский физик Дмитрий Дмитриевич Иваненко
(1904–1994).
Нейтроны обладали целым рядом специфических свойств. В частности, они имели
нулевой заряд и поэтому на пути к ядру не
подвергались кулоновскому взаимодействию. Даже обладая небольшим запасом
Джеймс Чедвик
энергии, будучи точно направленными, они
(1891–1974)
достигали ядро. Уже через несколько меся37
цев после открытия нейтроны стали широко
применяться в лабораториях для возбуждения ядерной реакции. Так в 1934–1935 гг.
итальянский физик Энрико Ферми со своими коллегами осуществил нейтронную бомбардировку атомов урана быстрыми и замедленными нейтронами.
В последующие годы с использованием
нейтронной бомбардировки были открыты
технеций (США, 1937 г., Эмилио Сегре),
нептуний (США, 1939 г., Эдвин МакЭнрико Ферми
Миллан и Филипп Абельсон), плутоний
(1901–1954)
(США, 1940 г., Гленн Сиборг), прометий
(США, 1945 г., Д. Маринский, Л. Гленденин и Ч. Кориэлл) и другие
искусственные элементы.
В январе 1939 г. стало известно о возможности деления ядер
урана под воздействием нейтронов на две части с выделением
энергии и 2–3 нейтронов (Лиза Мейтнер, Отто Фриш, Отто Хан,
Фриц Штрассман). Это означало, что становилось возможным осуществить цепную ядерную реакцию. Впервые о подобной реакции
задумался венгерский физик Лео Сциллард (1898–1964), работавший с 1934 г. в Великобритании, а в 1937 г. приехавший в США.
Сциллард ясно представлял себе разрушительную силу «атомной
бомбы» и опасался, что Гитлер сможет получить её первым. Именно усилиями Сцилларда с 1940 г. учёные США стали добровольно
засекречивать результаты своих исследований, чтобы избежать просачивания любой
информации в Германию. Наконец, именно
Сциллард и его коллеги (также венгерские
беженцы Юджин Вигнер (1902–1955) и Эдвард Теллер (1908–1999)) обратились с
просьбой к Альберту Эйнштейну, уже переехавшему в США из нацистской Германии,
написать письмо президенту США. Письмо
Эйнштейна с заключением о возможностях
Альберт Эйнштейн
атомной бомбы и обоснованием необходимо(1879–1955)
сти её превентивного создания, отправленное
38
2 августа 1939 г. американскому лидеру
Франклину Рузвельту, привело к организации
мощной исследовательской группы учёных.
С этого момента начинается история атомной
бомбы.
В 1940 г. советский физик Георгий Николаевич Флёров (1913–1997) и его коллега
Константин Антонович Петржак (1907–
1998) обнаружили спонтанное деление ядер
урана. Это открытие позволило определить
критическую массу урана, необходимую для
инициирования ядерного взрыва. Однако
датский физик Нильс Бор (1885–1962) покаГ. Н. Флёров
зал, что только изотоп уран-235 способен к
(1913–1997)
делению, а ядра урана-238 поглощают медленные нейтроны без деления и испускают бета-частицы. Стало
ясно, что необходимо разделить изотопы урана, максимально обогатив природную смесь ураном-235.
Перед практическим созданием ядерного заряда детально стал
изучаться механизм цепной ядерной реакции. С этой целью в конце
1942 г. под трибунами футбольного стадиона в Чикагском университете с участием Энрико Ферми, эмигрировавшим в США в
1938 г., был построен первый в мире ядерный реактор, состоявший
из графитовых блоков, перемежавшихся
блоками металлического необогащённого
урана (рис.2.6). 2 декабря 1942 г. деление
урана стало самоподдерживающимся. Мощность реактора составляла 40 Вт. Через 28
мин ядерная реакция в нём была погашена
введением в реактор кадмиевых полос.
После удачно завершившихся экспериментов по получению обогащённого урана,
16 июля 1945 г. на полигоне в пустынной
местности в штате Нью-Мексико близ гоНильс Бор
родка Аламогородо был произведён первый
(1885–1962)
в истории ядерный взрыв
39
К тому времени нацистская Германия была повержена, но боевые действия в Японии
продолжались. 6 августа 1945 г. в 8 ч 15 мин.
после предупреждения атомная бомба мощностью 21 кт была взорвана над японским
городом Хиросима, а 9 августа 1945 г. – над
Нагасаки. Погибли 180 тыс. человек. В последующие десятилетия было произведено
2408 взрывов (541 в атмосфере и 1867 под
землёй, больше всего испытаний – 176 – было проведено в 1961 г.).
Игорь Васильевич
Курчатов (1903–1960)
С начала 1940-х гг. над созданием атомного оружия работали и советские учёные под руководством
Л.П. Берии и Игоря Васильевича Курчатова. За эти годы была с
нуля создана советская атомная промышленность: предприятия по
добыче и обогащению урана, а также по переработке облученного
ядерного топлива. 29 августа 1949 г. на Семипалатинском полигоне
советские учёные взорвали первую атомную бомбу, за ними последовали англичане (1952), французы и китайцы (1964), Индия
(1974), Пакистан (1998) и, возможно, КНДР (2006).
Первый советский ядерный реактор был пущен в Лаборатории
№2 АН СССР (г. Москва) 25 декабря 1946 г. в 19 ч. под руководством И.В. Курчатова (рис.2.7).
Во Франции первый реактор был введен в эксплуатацию неподалеку от Парижа 15 декабря 1948 г. Пуском руководил Фредерик Жолио-Кюри.
Позже появилась идея использования ядерной энергии на судах
подводного и надводного флота. Установка на подводной лодке
ядерного реактора позволяет преодолевать под водой без дозаправки десятки тысяч морских миль. В 1954 г. в США спустили на воду
первую атомную подводную лодку «Наутилус». В 1957 г. было завершено создание первой советской атомной подводной лодки
«Ленинский комсомол», испытания которой начались в 1958 г. В
1959 г. и в СССР, и в США были спущены на воду первые надводные корабли с ядерными двигателями (атомный ледокол «Ленин» и
грузовое судно «Саванна») (рис. 2.8).
40
2.2.2. Краткая история промышленного использования
энергии ядра
В ходе работ над атомной бомбой были проведены фундаментальные и прикладные исследования и заложена промышленная основа производства материалов для гражданской ядерной энергетики. В 1944 г. были построены первые газодиффузионные заводы в
США. В 1949 г. Великобритания с целью создания собственной
атомной бомбы начала строительство обогатительного предприятия.
Во второй половине 1940-х гг., ещё до окончания работ по созданию ядерного оружия, приступили к разработке первых проектов
мирного использования ядерной энергии, генеральным направлением которого стала электроэнергетика.
С целью практического освоения энергии ядра была поставлена
задача спроектировать и построить опытно-промышленную станцию для решения научно-технической проблемы создания более
крупных промышленных АЭС. Реализация задачи стала возможна
благодаря опыту, приобретённому специалистами в 1940-х гг., когда
были выполнены поисковые работы практически по всем направлениям реакторостроения, разработан определённый круг технических решений и созданы специализированные отрасли промышленности.
В декабре 1951 г. в США был запущен маленький экспериментальный быстрый реактор EBR-1. В августе 1953 г. было начато
строительство промышленно-энергетического реактора в КолдерХолле (Великобритания), который был запущен 27 августа 1956 г.
По предложению И.В. Курчатова первые работы по созданию
АЭС в СССР начались в 1948 г., несмотря на то, что некоторые
учёные высказывали скептические мнения относительно целесообразности идеи создания АЭС и относили её скорее к «развлечению», которое никогда не будет иметь практического значения.
В 1954 г. в Советском Союзе в г. Обнинске была запущена первая в мире АЭС (рис. 2.9). Она была создана и введена в строй всего
за четыре с половиной года. Реализация этого амбициозного проекта оказалась возможным благодаря сотрудничеству ученых, инженеров, конструкторов, техников и рабочих, на основе широкой
кооперации различных институтов и предприятий.
41
После пуска первой АЭС началось бурное развитие ядерной
энергетики во всем мире. Эти тенденции достигли такого размаха,
что потребовалась специальная организация для координации работ
в области мирного использования энергии атома. В 1957 г. было
создано Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ),
основной задачей которого является содействие в обеспечении
ядерной и радиационной безопасности во всех странах, а также нераспространения ядерного оружия и развития ядерных технологий
для удовлетворения потребностей человечества. МАГАТЭ создано
по предложению американского президента Дуайта Эйзенхауэра, с
которым тот выступил в своем обращении к пленарному заседанию
Генеральной ассамблеи ООН 8 декабря 1953 г.
География ядерной энергетики после 1960 г. расширялась за счёт
национальных проектов и импорта из более развитых в техническом отношении стран. Первые программы быстрого роста ядерной
энергетики были разработаны еще в 1950–60-е гг. в США, Великобритании, СССР, Франции, затем в ФРГ, Японии. Но в большинстве своем они не были реализованы, что объяснялось, прежде всего,
недостаточной конкурентоспособностью АЭС по сравнению с тепловыми электростанциями на угле, мазуте и газе.
С началом мирового энергетического кризиса, который привел к
резкому подорожанию нефти и других видов минерального топлива, по-новому поставил вопросы надежности энергоснабжения, роль
ядерной энергетики в решении данных вопросов была быстро осознана. В первую очередь, это относилось к странам, не обладавшим
большими ресурсами нефти и газа, а иногда и угля – Франции,
ФРГ, Бельгии, Швеции, Финляндии, Японии, Южной Корее. Однако крупные программы развития ядерной энергетики были приняты
также и в таких богатых минеральным топливом странах, как США
и СССР. В результате в конце 1970-х гг. большинство западных
экспертов считало, что к концу XX века мощность АЭС может достигнуть 1300–1600 ГВт или примерно половины суммарной мощности всех электростанций, а сами АЭС появятся в 50 странах
мира.
Снижение темпов роста ядерной энергетики наметилось ещё в
1972 г., когда в США начались первые отмены заказов на строи42
тельство блоков АЭС. Эти отказы стали ещё более значительными
после избрания 2 ноября 1976 г. президентом США Дж. Картера,
настроенного против программы развития ядерной энергетики. Но
настоящий кризис в ядерной отрасли развернулся после Чернобыльской катастрофы 1986 года.
Первая крупная радиационная авария произошла 28 марта
1979 г. на АЭС Три-Майл-Айленд (Гаррисбург, штат Пенсильвания,
США), которая является второй по величине в истории мировой
ядерной энергетики. Она привела к хоть и небольшому, но всё же
имевшему место выбросу радионуклидов за пределы станции.
Авария на Три-Майл-Айленде заключалась в том, что постепенная утечка теплоносителя (воды) из реакторного контура привела к
частичному расплавлению топлива и выходу содержащихся в нем
радионуклидов. По результатам расследования причиной аварии
названо «сочетание отказа оборудования и неспособности операторов понять состояние реактора».
После инцидента на Три-Майл-Айленде отмены заказов на
строительство блоков АЭС в США стали массовыми. Тем не менее,
эта авария не сказалась критическим образом на развитии мировой
ядерной энергетики.
26 апреля 1986 г. в 1 ч. 23 мин. по местному времени на четвёртом блоке Чернобыльской АЭС (РБМК-1000, введённом в эксплуатацию в декабре 1982 г.) произошла тяжёлая авария с разрушением
активной зоны реактора и части здания, в котором он находился.
Авария стала последствием проводимого на станции эксперимента,
заключавшегося в получении электроэнергии в режиме «выбега
турбины» (то есть при вращении турбины по инерции после прекращения подачи на нее пара).
Дальнейшее сочетание конструктивных особенностей РБМК и
действий персонала и привело к тепловому взрыву реактора. В окружающую среду были выброшены фрагменты топлива, территория
размером 145 тыс. км2 оказалась загрязненной радионуклидами,
6,5 млн. человек отнесено к пострадавшим.
Для предотвращения дальнейших выбросов радиоактивных веществ в окружающую среду над 4-м блоком Чернобыльской АЭС в
кратчайшие сроки был возведен объект «Укрытие» (рис. 2.10).
43
Следующее послечернобыльское пятилетие (1991–1996 гг.) проходило уже под воздействием других событий. Последовавший политический кризис (распад СССР, смена политической системы в
Восточной Европе и др.) привёл к остановке шести энергоблоков в
Германии, из-за разрыва экономических связей вызвал трудности в
функционировании ядерной энергетики ряда стран, в первую очередь Украины, однако не лишил ни одну страну этого региона
ядерной программы.
В результате рост ядерной отрасли в развитых странах замедлился. Острая необходимость развивать ядерную энергетику такими
темпами отпала. В тоже время в странах, которые не относились к
промышленно развитым (Китай, Индия и ряд других) стали активно развивать ядерную энергетику.
Сегодня в мире проявляется возобновление интереса к строительству ядерных энергоблоков. Эксперты говорят о «ядерном ренессансе». Заявления о создании или развитии национальной ядерной энергетики сделали не только крупнейшие игроки такие как
США, Франция, Россия, но и Китай, Индия, Финляндия, Швейцария, Испания, Италия, Болгария, Беларусь, Казахстан, Южная Корея, Япония, Аргентина и др.
2.3. История развития, текущее состояние
и перспективы развития ядерной энергетики
в западноевропейских странах, США и России
2.3.1. Ядерная энергетика в западноевропейских странах
Ситуация с развитием ядерной энергетики в Западной Европе в
полной мере отражает противоречия, возникшие по мере реализации ядерных технологий в мире (рис. 2.11) [18-21]:
▪ с одной стороны – практически неисчерпаемые потенциальные
мировые запасы ядерного топлива (урана и тория), обеспечивающие стабильное развитие ядерной энергетики на столетия; с другой
стороны – практическая реализация развития ядерной энергетики
на базе реакторов на тепловых нейтронах, использующих в основ44
ном только уран-235 из относительно богатых руд, потенциальные
запасы которых меньше запасов нефти и газа;
▪ с одной стороны – возможность создания внутренне безопасных
ядерных реакторов (в том числе на базе пассивных систем), с другой
стороны – ряд серьезных ядерных аварий (например, авария на АЭС
Три-Майл-Айленд (США) и Чернобыльская катастрофа (СССР));
▪ с одной стороны – потенциальная возможность полного контроля и изоляции практически всех радиоактивных отходов, с другой стороны – практически не решенная проблема окончательного
захоронения высокоактивных ядерных отходов;
▪ с одной стороны – создание глобального режима ядерного нераспространения (ДНЯО, ДЗЯО и т.п.), с другой стороны – черный
рынок ядерных материалов и технологий, отсутствие международного механизма предотвращения возможного появления новых
стран, обладающих ядерным оружием по мере распространения
ядерной технологии в новые страны, потенциальная угроза ядерного терроризма;
▪ с одной стороны, ожидаемый ренессанс ядерной энергетики, а
с другой – нерешенная проблема создания коммерческого замкнутого ЯТЦ и коммерческого плутониевого реактора-размножителя,
полностью отвечающих требованиям нераспространения; старение
научно-технических кадров и угроза утраты опыта, знаний старшего поколения; потеря научно-технических школ, угроза утраты
«критических» знаний для будущего развития ядерной энергетики.
В результате Западная Европа (прежде всего Франция, Швейцария, Швеция, Финляндия) демонстрируют использование основных
преимуществ ядерной энергетики как экологически привлекательного, экономически конкурентоспособного источника энергии. В
Западной Европе реализован замкнутый по урану и по плутонию
ЯТЦ с переработкой более 30 % ОЯТ с использованием уранплутониевого МОХ-топлива в легководных реакторах Франции,
Швейцарии, Бельгии, Германии. Здесь были разработаны и созданы реакторы будущего: реакторы-бридеры на быстрых нейтронах
(Phenix, Super-Phenix 1200 МВт во Франции, KNK в Германии, PFR
в Англии); продемонстрирована на практике возможность окончательного захоронения отходов переработки ядерного топлива
(Франция) или ОЯТ (Швеция, Финляндия).
45
В Западной Европе были разработаны и построены высокотемпературные уран-графитовые реакторы с гелиевым охлаждением при
температуре гелия до 800–900оС, в т.ч. с использованием тория
(THTR , Германия) – основа будущих АЭС с газотурбинными установками и основа развития будущей атомно-водородной энергетики
(рис. 2.12).
В то же время после аварии на АЭС Три-Майл-Айленд и на
Чернобыльской АЭС ряд стран Западной Европы (в частности, Австрия, Ирландия, Голландия) в законодательном порядке запретили
развитие ядерной энергетики или ввели мораторий на дальнейшее
строительство новых АЭС.
Национальная политика стран Западной Европы в области
ядерной энергетики. Развитие ядерной энергетики в Западной Европе началось со строительства первых коммерческих АЭС с газографитовыми реакторами типа MAGNOX (Колдер-Холл, 1956 г.
Великобритания).
Как уже отмечалось, авария на АЭС Три-Майл-Айленд в США в
марте 1979 г. и авария на Чернобыльской АЭС в СССР в апреле
1986 г. привели к приостановке программ строительства АЭС в ряде стран, а некоторые страны Западной Европы, такие, как Швеция,
Германия, Испания, Бельгия, Голландия, отказались от намеченных
ранее планов строительства ядерной энергетики, хотя и сегодня в
этих странах ядерная энергия вносит существенный вклад в производство электричества на уровне 30–60 %.
Начавшееся антиядерное движение, ужесточение и расширение
лицензионных правил и требований существенно способствовали
снижению популярности ядерной энергетики и дальнейшему замедлению роста мощностей АЭС в Западной Европе. Среди нарастающих проблем, которые сопровождают развитие ядерной энергетики, главными становятся вопросы роста стоимости АЭС и снижения их конкурентоспособности, а также проблемы вывода из
эксплуатации электростанций, отработавших проектный срок, и
утилизации РАО.
В настоящее время только в двух странах Западной Европы
имеются конкретные планы строительства новых блоков АЭС – во
Франции и Финляндии. Обе страны намерены построить по одному
блоку с реактором EPR совместной франко-германской разработки.
46
В Финляндии высказывается также намерение внести на рассмотрение парламента вопрос о строительстве еще одного, шестого блока.
В других странах вопрос о строительстве новых блоков конкретно
не обсуждался, но были высказаны предположения о такой возможности для замены выводимых из эксплуатации. Остановимся подробнее на ситуации с ядерной энергетикой в некоторых западноевропейских странах.
Сегодня Франция эксплуатирует 59 коммерческих ядерных
энергоблоков суммарной мощности 63 260 МВт(э) и строит один
1600 МВт(э). Более трех четвертей своей электроэнергии она производит на АЭС – больше, чем любая другая страна мира.
Во Франции действующие АЭС конкурентоспособны по сравнению с ТЭС на импортируемом газе: издержки производства
электроэнергии на АЭС составляют 3,20 евро/(кВт·ч), на газовых
ТЭС – 3,05–4,26 евро/(кВт·ч) в зависимости от различных условий,
на угольных ТЭС – 3.81–4.57 евро/(кВт·ч).
Правовые вопросы атомной отрасли промышленности включались в законодательные положения, относящиеся к обычным сферам
деятельности (например, в законы об охране окружающей среды, о
выбросах в атмосферу, водопользовании, охране здоровья и технике
безопасности на производстве).
Во Франции выведено из эксплуатации 11 реакторов на АЭС, из
них восемь – газографитовых первого поколения, шесть из которых
очень похожи по своим показателям на магноксовые реакторы Великобритании. Часть оборудования на этих реакторах демонтирована, но для окончательного демонтажа и дезактивации они оставлены на 50 лет (рис. 2.13).
Франция не имеет законодательных ограничений по времени
эксплуатации атомных блоков. Для реакторов мощностью 900
МВт(э), строившихся в 1980-е гг., установлены технические пределы (30–40 лет службы), связанные с надежностью оборудования.
Эксплуатирующая организация, в качестве которой выступает компания Electicite de France, хотела бы продлить эксплуатацию своих
PWR до 60 лет, мотивируя это желание опытом других стран.
Франция рассматривает строительство энергоблоков EPR как
часть долгосрочной энергетической политики, которая может позволить стране «завоевать мировые энергетические рынки» и по47
кончить с ее зависимостью от нефти и газа. Имея такие компании,
как EDF, GDF Suez, Total, Areva и Alstom, Франция имеет все возможности для наращивания объемов экспорта.
Финляндия, как и Франция, не меняла планы развития ядерной
энергетики с 1981 г., когда суммарная мощность трех блоков (два
из которых – ВВЭР-440) составляла 1500 МВт(э). В настоящее
время на четырех блоках Финляндии установленная мощность
2696 МВт(э) и строится один блок EPR мощностью 1600 МВт(э).
На блоках № 1 и № 2 АЭС Ловииза (рис. 2.14) с реакторами ВВЭР440 единичная мощность была повышена с 465 до 510 МВт (9,7 %),
а срок службы – до 50 лет. Единичная мощность блоков № 1 и № 2
АЭС Олкилуото с реакторами PWR была увеличена с 690 до
870 МВт (26 %), и срок эксплуатации продлен до 60 лет.
В Финляндии строительство пятого блока АЭС намерена осуществить компания TVO, созданная в 1969 г. рядом финских промышленных фирм для строительства и эксплуатации крупных национальных электростанций. В состав акционеров входят частные
(56,9 %) и государственные (43,1 %) предприятия. Частными акционерами являются преимущественно крупные промышленные
предприятия с большим потреблением электроэнергии в режиме
базовой нагрузки, и поэтому для них имеет очень большое значение
сохранение низкой стоимости электроэнергии, особенно в условиях
предполагаемого роста цен на топливо. Расчеты показывают, что
удвоение цен на топливо в Финляндии приведет к росту затрат на
производство электроэнергии на АЭС на 9 %, на угольных ТЭС –
на 31 %, на газовых ТЭС – на 66 %.
В Великобритании в декабре 1984 г. в эксплуатации было 35
блоков общей мощностью 10 612 МВт(э), продолжалось строительство ещё 7 блоков суммарной мощности 4620 МВт(э) (рис. 2.15).
Основу ядерной энергетики Великобритании с самого начала её
развития составляли АЭС с газографитовыми реакторами. Сначала,
как и во Франции, это были реакторы типа MAGNOX, а затем усовершенствованные газографитовые реакторы с повышенной температурой за счет перехода к использованию нержавеющей стали
вместо сплава MAGNOX в качестве материала оболочек твэлов.
Франция же резко изменила стратегию в области ядерной энергетики, перейдя к строительству легководных реакторов под давле48
нием (PWR) сначала по отечественным проектам, а позднее – по
технологии Westinghouse.
После открытия и начала использования значительных запасов
нефти и газа в Северном море в Великобритании была практически
прекращена дальнейшая поддержка государством развития ядерной
энергетики. В 1995 г. правительство Великобритании дало согласие
на развитие ядерной энергетики при условии ее конкурентоспособности в рыночных условиях, но отказало в государственной поддержке в будущем.
В октябре 1998 г. была опубликована «Белая книга», посвященная проблемам развития электроэнергетики в стране. В ней рассматривались перспективы использования различных энергоносителей для производства электроэнергии, делался вывод о том, что
строительство новых АЭС слишком дорого, и в будущем наиболее
экономичным представляется использование существующих ТЭС
на угле и газе. Одновременно подчеркивалось, что будущее ядерной
энергетики зависит от способности атомной промышленности получать общественную поддержку.
Позиция правительства в отношении ядерной энергетики оставалась прежней: перспективы строительства новых АЭС «определит
рынок», исходя из их безопасности, экономичности и отношения
общественности.
Доля ядерной энергетики в производстве электроэнергии Великобритании составляла в 2000 г. 22 %, а к 2010 г. предполагалось ее
снижение до 13 %. В декабре 2008 г. в Великобритании действовало 19 блоков суммарной мощности 10222 МВт(э).
Значительно более высокие затраты на единицу мощности для
реакторов с газовым теплоносителем по сравнению с водоводяными реакторами является основной проблемой снятия с эксплуатации АЭС Великобритании. Для магноксовых реакторов это
отношение составляет 5:1. Это связано с необходимостью обработки гораздо больших объемов материалов, особенно графита. Объемы
отходов, получаемых при дезактивации магноксовых реакторов, в
десять раз превышают объемы отходов от легководных реакторов.
В 2008 г. после обнаружения перспективы значительного сокращения добычи в Северном море (после 2020–2030 гг.) ввиду ограниченности запасов нефти и газа британское правительство опубликовало энергетическую «Белую книгу», в которой делается акцент на
49
необходимости развития ядерной энергетики для обеспечения будущих потребностей страны в электроэнергии. Согласно рекомендациям, изложенным в докладе Комиссии по энергетической безопасности в 2009 г., к 2030 г. доля ядерного электричества в Великобритании должна составлять 35–40 % от национальной электрогенерации.
В Германии закон об атомной энергии был принят в 1959 г. и охватил все основные аспекты регулирования этой сферы деятельности. С 1984 по 2002 г. в Германии остановлено 17 блоков АЭС и
прототипных реакторов, 31 исследовательский реактор и критическая сборка, а также девять установок ядерного топливного цикла.
Два реактора на АЭС (Grosswelzheim и Niederaichbach), 21 исследовательский реактор и критические сборки, четыре установки ЯТЦ
были демонтированы. Площадки двух реакторов полностью дезактивированы и выведены из-под контроля органов надзора за безопасностью. Два других реактора (Lingeri, BWR, и Hamm-Uentrop,
THTR-300) надежно законсервированы. Другие 14 блоков находятся
в стадии демонтажа, предусматривающего рекультивацию территории до состояния «зеленой площадки». Реактор АЭС Stade, остановленный в 2003 г., также будет демонтирован.
Опубликованные в июле 2009 г. данные опроса, проведенного
немецкой компанией по исследованию рынков и общественного
мнения TNS Emnid, показали: 61 % немцев считает, что Германии не
обойтись без ядерной энергетики. Только 36 % опрошенных полагают, что от развития мирного атома можно отказаться. 63 % полагают, что поспешное закрытие АЭС негативно отразится на германской экономике, а 31 % респондентов придерживаются альтернативной точки зрения.
Одним из условий успешного развития ядерной энергетики в условиях свободного рынка электроэнергии является ее конкурентоспособность в отношении других способов производства электроэнергии. Усилий эксплуатирующих компаний, направленных на
снижение издержек производства, часто оказывается недостаточно.
В Германии неустойчивый баланс равновесия между сторонниками
ядерной энергетики (владельцами АЭС и крупной промышленностью) и ее противниками (политической коалицией в парламенте)
основан на обещании эксплуатирующих организаций поддерживать работу АЭС в экономически приемлемых условиях. Но в то же
время представители коалиции поддерживают государственное суб50
сидирование угледобывающей отрасли, тем самым отдавая приоритет ТЭС на угле.
В Швеции с января 2000 г. под давлением партии «зеленых» налог на производство электроэнергии на АЭС увеличен на
0,35 цент/(кВт·ч).
При открытии свободного рынка электроэнергии цены резко упали, поскольку выявились избытки мощностей в некоторых странах, и
это не позволяло владельцам АЭС компенсировать капитальные затраты, выплачивать налоги и создавать накопления для строительства
новых мощностей. Некоторые шведские компании стали покупать
акции зарубежных энергетических фирм, владеющих электростанциями, в том числе АЭС, например в Германии. Однако в связи с неблагоприятными погодными условиями на Скандинавском полуострове, приведшими к снижению производства электроэнергии на ГЭС,
цены в 2002–2003 гг. резко выросли, что позволило шведским фирмам развернуть широкую программу модернизации АЭС, направленную на повышение их мощности и усиление безопасности эксплуатации. Суммарные затраты на весь комплекс работ в период до
2020 г. оцениваются в $120 млн. Часть средств фирмы надеются получить от продажи электроэнергии с электростанций других типов.
На референдуме о будущем ядерной энергетики в марте 1980 г.
христианские демократы и центристы хотели закрыть все АЭС
Швеции как можно скорее – это был самый негативный подход из
предлагавшихся на референдуме. Позднее в том же году парламент
принял решение свернуть ядерную энергетику в стране к 2010 г.
Однако позиция властей начала меняться в конце 2008 г., когда
либералы заявили о своем согласии на то, чтобы новые реакторы
строились инвесторами без каких-либо политических ограничений.
Лидеры федераций профсоюзов, в которые входят энергоемкие отрасли шведской промышленности (главным образом, сталеплавильной, бумажной и горнодобывающей) уже давно пытаются изменить
отрицательное отношение социал-демократов к ядерной энергетике. Фактически эти федерации вместе с ядерной отраслью ведут
проядерную кампанию. Шведская энергетика почти не загрязняет
окружающую среду углекислым газом, так как наполовину состоит
из гидроэлектростанций и почти наполовину – из АЭС.
51
Все четыре партии, входящие в коалиционное правительство
Швеции, сегодня утвердили планы отменить национальный запрет
и разрешить строительство новых реакторов. Соглашение по ядерно-энергетической политике предусматривает, что новые блоки
будут строиться исключительно в целях замены старых и только на
уже существующих площадках.
Бельгия. К 1981 г. суммарная мощность трех энергоблоков составляла 1650 МВт(э). В стадии строительства находились четыре
блока суммарной мощности 3800 МВт(э), два из которых были
введены в эксплуатацию к концу 1984 г. К 2002 г. ввели ещё один
блок, достигнув установленной мощности АЭС в 5760 МВт(э), после чего дальнейшее строительство было прекращено. Проведенная
в 2001 г. замена парогенератора на АЭС Tihange-2 увеличила мощность блока на 48 МВт. Замена парогенераторов проводится постепенно на всех реакторах. За счет этой операции мощность всех семи блоков была увеличена в 1994–2002 гг. на 219 МВт.
Швейцария. Мощность каждого из реакторов Beznau-1, 2 была
повышена с 350 до 365 МВт, Muehleberg – с 306 до 355 МВт,
Goesgen – с 920 до 970 МВт, Leibstadt – с 942 до 1165 МВт. Компания BKW, эксплуатирующая АЭС Muehleberg, выступила с предложением продлить срок эксплуатации блока, который заканчивается
в 2012 г., до 2020 г. Если будет выдана лицензия на продление срока
службы, фирма намерена вложить 100 млн. швейц. фр. в модернизацию блока.
В Италии решение о свертывании итальянской ядерной энергетики было принято в 1987 г. на основании результатов всеобщего
национального референдума. АЭС Latina прекратила свою работу
сразу после референдума, в декабре 1987 г. АЭС Enrico Fermi
(Trino) и АЭС Caorso, проработавшая менее 10 лет, были остановлены в 1990 г.
Предложения возобновить в стране ядерно-энергетическую программу и начать строить новые АЭС появились в 2008 г. после избрания премьер-министром С. Берлускони, который считает ошибочным решение о ее свертывании. Несмотря на отсутствие национальной ядерной программы, страна поддерживала итальянскую
энергетическую кампанию Enel в поиске путей расширения импорта ядерной электроэнергии, так как зависимость Италии в основном от ископаемого топлива привела ее к высоким ценам на элек52
троэнергию. В 2009 г. верхняя палата итальянского парламента,
Сенат, принял пакет законов, дающих «зеленый свет» возрождению в стране ядерной энергетики.
2.3.2. Ядерная энергетика США
Ведущей страной индустриально развитого сообщества является
США. Это не только самое богатое и мощное государство мира в
экономическом и военном отношении, но и страна с самой развитой ядерной энергетикой, мощности которой составляют порядка
100 ГВт(э) (рис. 2.16, 2.17).
США – пионер развития ядерных технологий и страна, наиболее
наглядно отразившая противоречия развития этой отрасли промышленности. Анализ процесса развития ядерной энергетики в
США показателен с точки зрения оценки проблем ее развития в
мире и понимания будущей роли мирного атома в глобальном контексте.
История развития ядерной энергетики в США. Начальные
вехи развития ядерных технологий в мире тесно связаны с историей ядерной энергетики США:
• реализация первой самоподдерживающейся ценной реакции
деления в ядерном реакторе (декабрь 1942 г. – Э. Ферми, Чикаго);
• выработка первого электричества от ядерного источника
(1951 г., реактор EBR-1);
• пуск первых реакторов на быстрых нейтронах (1946 г. – экспериментальный плутониевый реактор «Clementina», охлаждаемый
ртутью; 1949 г. – экспериментальный EBR-1; 1964 г. – опытный
реактор EF-60 МВт(э), 200 МВт(т)).
Впечатляющими представляются достижения США в области
развития инновационной ядерно-энергетической технологии на
базе реакторов на быстрых нейтронах, особенно если учесть историю развития быстрых реакторов в других странах. Так, в СССР
первые упоминания о начале обсуждения возможности создания
быстрых реакторов относятся к 1949 г., а первая критическая сборка на быстрых нейтронах БР-1 начала функционировать в 1953 г.
Необходимо отметить, что руководство США под влиянием
пионеров развития ядерной энергетики (Эйнштейна, Опейнгеймера, Вейнберга и др.) осознало как глобальную роль мирного ис53
пользования атомной энергии, так и мировую опасность распространения ядерного оружия. В 1953 г. президента США Эйзенхауэр
выступил с инициативой «Atoms for peace» в ООН – впервые на
столь высоком уровне была официально предсказана роль и опасность развития ядерной энергетики в мире. Эта инициатива легла в
основу исторической резолюции Генеральной ассамблеи ООН о
создании специальной организации – МАГАТЭ, призванной и ответственной за координацию и контроль развития ядерной энергетики в мирных целях.
На основе этой резолюции в 1957 г. было создано МАГАТЭ и
проведены Женевские конференции по мирному использованию
ядерной энергии, на которых специалисты ведущих ядерных держав (США, СССР, Англия, Франция, Индия и др.) представили
рассекреченные данные о состоянии ядерной науки и техники в
своих странах и предложения по кооперации в мирном использовании энергии ядра.
Энергетическая политика США, проводимая в 1960–70-е гг. в отношении ядерной энергетики под руководством Комиссии по атомной энергии США во главе с лауреатом Нобелевской премии, открывателем плутония Г. Сиборгом, привела к созданию самой мощной в мире системы ядерной энергетики мощностью 100 ГВт(э).
Впоследствии эта комиссия была упразднена, и ядерная энергетика стала частью деятельности Министерства энергетики США
наряду с углем, нефтью, газом и ядерным оружейным комплексом.
В силу целого ряда политических, экономических, социальных и
конъюнктурных причин в США была потеряна перспектива развития ядерной энергетики, что выразилось в закрытии строительства
и прекращении НИОКР в области быстрых реакторов и замкнутого
топливного цикла с повторным использованием плутония.
Эта инициатива принадлежала администрации президента Картера, провозгласившей нераспространение приоритетом развития
ядерной энергетики и связавшей достижение этой цели с запретом
и на переработку ОЯТ, прекратив тем самым разработку замкнутого ЯТЦ, и на развитие реакторов на быстрых нейтронах как наиболее опасного, по мнению администрации, пути к созданию ядерного оружия. По инициативе президента Картера в 1979–1981 гг. под
эгидой МАГАТЭ была реализована программа Международной
54
оценки ядерного топливного цикла (МОЯТЦ). Эксперты из 18
ядерных держав провели анализ ЯТЦ с точки зрения оценки риска
распространения. В результате длительного и тщательного научнотехнического и экономического анализа, изложенного в 8 томах,
представители всех 18 стран не согласились с политикой американской администрации.
По прошествии более 25 лет ход развития ядерной технологии
полностью подтвердил вывод комиссии МОЯТЦ. Оказалось, что с
точки зрения военного распространения наиболее чувствительным
элементом является этап обогащения урана. Центрифужная технология стала основным источником реальной опасности распространения ядерного оружия. Для иллюстрации достаточно упомянуть ситуации, возникшие вокруг ядерных программ Пакистана,
Ливии, Северной Кореи, Ирана, ЮАР. Эта технология оказалась в
50–60 раз дешевле наработки плутония, менее заметной со спутников в связи с малыми размерами площадей заводов, в несколько раз
быстрее и доступнее. Таким образом, принятая администрацией
Картера политика отбросила США на 20–30 лет в разработке замкнутого ЯТЦ и реакторов-бридеров на быстрых нейтронах – основы
развития полномасштабной энергетики. Решения руководства
страны привели к демонтажу уже готового оборудования АЭС
Клинч-Ривер с быстрым реактором и утрате опыта и знаний в связи
с потерей научно-технических кадров.
Замораживание дальнейшего развития ядерной энергетики привело к росту зависимости от поставок нефти и газа, в том числе из
нестабильного района Персидского залива, и обусловило последующие действия США в этом регионе.
Новая энергетическая политика США. В начале нового века
Администрация США провозгласила новую национальную энергетическую стратегию, признающую важную роль ядерной энергетики для будущего развития страны, наряду с углем, нефтью, газом и
гидроэнергетикой. Чрезмерное использование (>85 %) органического топлива в энергетическом и промышленном балансе в мире
нашло свое отрицательное отражение и в экономике США. Так, в
химической промышленности США в 1992 г. затраты на импорт
энергетического сырья с лихвой покрывались доходами от экспорта продуктов его переработки: $25 млрд. и $40 млрд., соответст55
венно. В 2004 г. картина изменилась на противоположную: импорт
сырья (нефти и газа) составил $100 млрд. и существенно (на
$10 млрд.) перекрыл экспорт. Рост цен на сырье ведет к потере
прибыльности химической промышленности США.
Реализация национальной стратегии по развитию ядерной энергетики требует как минимум сохранения ее доли в электроэнергетике США (~20 %) за счет (рис. 2.18):
• продления лицензии на эксплуатацию АЭС (продление сроков эксплуатации на 10–20 лет для ~60–80 АЭС в течение ближайших 10 лет);
• строительства новых атомных электростанций, начиная с
2010–2015 гг., как минимум, в замещение выводимых из эксплуатации АЭС;
• дальнейшего повышения эффективности работы существующих АЭС.
По последним прогнозам, чтобы сохранить существующую долю ядерной энергетики в интенсивно развивающемся энергетическом комплексе, ее генерирующие мощности необходимо удвоить
в течение следующих 50 лет. Для этого потребуется строительство
~150–200 новых АЭС к середине XXI столетия.
Все это происходит в рамках необходимости решения назревших долгосрочных проблем:
• долговременное обращение с отработанным ядерным топливом (ОЯТ);
• надежное и долговременное захоронение радиоактивных отходов АЭС;
• обращение с излишками «военного» и запасами «гражданского» плутония.
Администрация Клинтона пыталась решить все три указанные
проблемы путем прямого геологического захоронения ядерных отходов, ОЯТ и плутония. С этой целью было начато строительство и
лицензирование геологического хранилища вблизи Лас-Вегаса
(Yoky-Mount). Однако в качестве государственной стратегии этот
путь оказался несостоятелен, хотя бы по экономическим соображениям: для развивающейся ядерной энергетики США (300 ГВт(э) в
следующие 50 лет) надо будет строить такие много миллиардные и
долго строящиеся геологические хранилища каждые 10 лет. Сюда
56
нужно добавить будущие проблемы безопасного захоронения и
проблему нераспространения материалов, содержащих плутоний.
Инициаторы «Новой энергетической политики США» проанализировали и представили программу решения возникших перед США
проблем, неизбежно связанных с глобальными проблемами развития
человечества, поскольку США – самый большой потребитель ресурсов и страна, оказывающая наибольшее влияние на окружающую
среду. Ключевыми задачами программы, решению которых отводится существенная роль ядерной энергетики США, стали:
• существенное сокращение потребления нефти, ее импорт –
как наиболее чувствительного элемента национальной энергетической безопасности;
• использование нового энергетического рынка развивающихся стран;
• значительное сокращение загрязнения окружающей среды в
США, что позволит избежать пагубного влияния на климат в глобальном масштабе.
Для достижения поставленных задач необходимо омолодить научно-технические кадры, сохранить и передать знания, опыт; модернизировать систему подготовки кадров, развить инфраструктуру ядерной энергетики. В числе прочего это вселяет надежду на
возможность, по мнению американских ученых, экспертов и исследователей, решить проблему оптимизации состава энергопотребления в глобальном масштабе в ближайшие 50 лет.
В начале 2003 г. администрацией США было принято решение
развивать технологию усовершенствованного ядерного топливного
цикла с разделением продуктов деления и актиноидов с тем, чтобы
в дальнейшем по мере экономической целесообразности полезно
их использовать или в виде плутониевого МОХ-топлива в легководных реакторах, или в виде усовершенствованного топлива реакторов на быстрых нейтронах. Одновременно было принято решение о целесообразности утилизации избыточного военного плутония через МОХ топливо легководных реакторов.
В то же время администрация Буша получила в наследство негативные последствия этой 25-летней политики:
• практическое отсутствие технологии замкнутого ЯТЦ в
США;
57
• практическая потеря компетентности в указанных выше вопросах (потеря кадров ученых и инженеров);
• потеря национальной системы образования по этим проблемам (достаточно вспомнить практическое исчезновение «актиноидной» научной школы Нобелевского лауреата Глена Сиборга);
• была утрачена кооперация национальных лабораторий США
с ведущими в этих вопросах центрами мира (в первую очередь,
Франции, Японии, России).
В ответ на это были приняты решительные меры:
• на поддержку ядерного образования в университетах направляются значительные средства;
• ежегодно на конкурсной основе выделяются десятки миллионов долларов на поддержание в университетах и национальных
лабораториях проектов (НИР) по перспективным направлениям
АЭС и их ЯТЦ;
• выделяется финансирование и организуется Международный
проект GIF-IV (новое четвертое поколение АЭС) с участием 10 ведущих стран, и разрабатывается программа среднесрочного развития ядерной энергетики в США;
• дополнительно к международному проекту заключаются
двухсторонние соглашения с ведущими странами в развитии инновационных технологий для АЭС и ЯТЦ (в первую очередь, с Францией и Японией);
• заключаются контракты с ведущими фирмами Западной Европы в области переработки ОЯТ и производства МОХ-топлива
(BNEL, Cogema (AREVA)).
Для практической реализации национальной ядерной стратегии
выделяются необходимые средства, и на базе Национальной лаборатории уже планируется организация и проведения НИОКР и
строительство установок для демонстрации новых перспективных
технологий АЭС и ЯТЦ.
Целью реализации программы GEN-IV, рекомендованной директорами национальных лабораторий Администрации США, является разработка и демонстрация современных реакторных систем
IV поколения, которые смогут обеспечить значительный рост роли
ядерной энергетики в первой половине XXI века.
Основой для этого станет разработка и создание:
58
• усовершенствованных реакторов на быстрых нейтронах,
обеспечивающих долговременное решение топливной проблемы
ядерной энергетики;
• разработка и создание высокотемпературного реактора с газовым охлаждением – основы атомно-водородной энергетики;
• реализация усовершенствованной технологии замкнутого ЯТЦ.
Ключевым моментом возможности решения поставленных задач является усовершенствованная технология замкнутого ЯТЦ,
определяющая как экономику будущей ядерной энергетики, ее
экологическую приемлемость, так и возможность решения проблемы нераспространения.
Основное содержание новой стратегии нераспространения США
заключается в следующем (программа GNEP):
• отсутствие «склада» свободно выделенного плутония благодаря совместному использованию трансурановых элементов;
• производство и использование высокообогащенного урана в
центрах, поставленных под международный контроль;
• поддержание и контроль баланса между производством и использованием делящихся материалов (возврат ОЯТ);
• сокращение до минимума объема делящихся материалов для
геологического захоронения (отказ от прямого захоронения ОЯТ,
захоронение только продуктов деления после переработки ОЯТ);
• создание и предложение в лизинг малых АЭС с длительным
интервалом между перегрузками, как гарантия топливоснабжения
страны–потребителя.
По мнению американских разработчиков, реализация программы GEN-IV позволит решить долгосрочные задачи энергетической
политики США. В соответствии с план-графиком реализации разработок IV поколения АЭС и замкнутого ЯТЦ планируется следующая последовательность действий (рис. 2.19):
• продление срока службы значительной части АЭС на ~20 лет
(38 АЭС уже получили лицензию, 29 АЭС – в стадии рассмотрения);
• строительство новых усовершенствованных АЭС с легководными реакторами (рост доли в электроэнергетике – до 23 % к
2020 г.);
• строительство АЭС с реакторами IV поколения и увеличение
доли ядерной энергетики в электроэнергетике до 30–50 % к 2050 г.;
59
• усовершенствование высокотемпературных ядерных реакто-
ров для производства технологического тепла и электричества, для
производства искусственного жидкого топлива, для транспорта и
вытеснения органического топлива (прежде всего, нефти) из транспортного сектора.
В череде смен приоритетов в развитии ядерной энергетики
США видно, что ключевым риском долгосрочного стратегического
планирования развития этой отрасли промышленности, является
то, что в реальном процессе принятия решений, горизонт планирования существенно меньше и совпадает, как правило, с политическими циклами.
2.3.3. Ядерная энергетика России
На сегодняшний день в мире построены АЭС с 56 ядерными реакторами ВВЭР (российской разработки, конструкции и проектирования), в том числе в Болгарии, Венгрии, Словакии, Чехии и в
Финляндии (рис. 2.20). Из них в России – 16 ректоров. Последние
АЭС с российскими реакторами ВВЭР построены в Китае (два реактора), в Иране (один реактор на АЭС Бушер), завершается строительство АЭС в Индии. АЭС с реакторами типа РБМК строились
исключительно на территории Советского Союза, и только после
распада СССР реакторы РБМК (последней конструкции из серии)
оказались на территории Литвы и Украины. Сейчас эти АЭС с
РБМК уже выведены из эксплуатации.
В 1954 г. в СССР была пущена первая в мире АЭС (г. Обнинск,
Калужская область) с выдачей электроэнергии в сеть.
В настоящее время российские атомные электростанции включают в себя 32 действующих реактора общей мощностью около
23 ГВт(э) (рис. 2.21, 2.22):
• 4 реактора ВВЭР-440/230 первого поколения или аналогичные реакторы, охлаждаемые водой под давлением;
• 2 реактора с охлаждением водой под давлением ВВЭР440/213 второго поколения;
• 10 реакторов нового поколения с водой под давлением
ВВЭР-1000 с гермооболочкой, в основном проекта В-320;
• 11 легководных графитовых реакторов РБМК, в настоящее
время эксплуатирующихся только в России. Четыре самых старых
60
из них были введены в эксплуатацию в 1970-х гг. на Курской и Ленинградской АЭС;
• 4 канальных водо-графитовых реактора малой мощности в
Восточной Сибири, сооруженные в 1970-х гг. для совместного
производства электроэнергии и теплоснабжения региона АТЭЦ
(модели ЭГП-6);
• 1 реактор на быстрых нейтронах БН-600.
В России работает самая северная АТЭЦ в мире, Билибинская, с
4 реакторами малой мощности, покрывающая потребности района в
электричестве и тепле с изменением нагрузки в течение суток (в 3–4
раза) и в течение года (по сезонам) – от коэффициента нагрузки 85%
зимой до 15% летом.
Выдающимся результатом российских ядерщиков является разработка, создание и успешная эксплуатация отечественного промышленного реактора на быстрых нейтронах БН-600 (1500 МВт(т))
– самой мощной работающей установкой такого рода в мире.
Стратегической целью развития атомной отрасли в России является обеспечение расширенного воспроизводства продукции атомной отрасли на основе развития ядерно-энергетического и научнотехнического комплексов, а также комплекса по обеспечению
ядерной и радиационной безопасности, повышения международной
конкурентоспособности и совершенствования потенциала государственного управления.
Определены основные задачи на последующие годы в различных временных горизонтах, в том числе:
• с использованием современных промышленных и наукоемких
технологий существенно оптимизировать эксплуатационные характеристики водо-водяного энергетического реактора;
• сформировать новую технологическую базу ядерной энергетики на основе замкнутого топливного цикла с реакторными установками на быстрых нейтронах;
• выйти на практическое, прикладное освоение технологий
управляемого термоядерного синтеза как основы энергетики будущего.
Развитие ядерной энергетики России. Первоначальное предложение Росатома о быстром росте мощностей ядерной энергетики
61
было основано на экономической эффективности завершения строительства станций, «замороженных» после Чернобыльской аварии.
В октябре 2006 г. Россия официально приняла программу развития ядерной энергетики в размере $55 млрд., $26 млрд. из которых
до 2015 г. поступят из федерального бюджета.
Помимо завершения строительства «замороженных» энергоблоков, будут построены четыре стандартных реактора ВВЭР нового
поколения: на Ленинградской АЭС-2 (два энергоблока для начала
второй очереди) и Нововоронежской АЭС-2, пуск которых запланирован на 2012–2014 гг. Это приведет к программе начала строительства в России ежегодно как минимум 2000 МВт(э), начиная с
2010 г. (не включая экспортные станции). В 2009 г. в долгосрочную
программу Росатома по строительству АЭС включена новая Калининградская АЭС (рис. 2.23).
В новой Инновационной программе развития ядерной энергетики (2010 г.) на первое место выдвигается цель перехода к реакторам на быстрых нейтронах и к замкнутому топливному циклу, в
отношении которых Росатом предлагает различные варианты. Основной вариант связан с разработкой быстрых реакторов, охлаждаемых натрием или свинцом-висмутом, с принятием соответствующих технических расчетов таких реакторов и технологий замкнутого топливного цикла не позднее 2014 г. К тому же времени
должен быть разработан рабочий проект для сооружения многофункционального исследовательского реактора на быстрых нейтронах. Этот вариант разработан с целью привлечения сторонних
финансовых средств помимо отчислений из федерального бюджета, и этот вариант поддерживается со стороны Росатома.
На второй стадии в течение 2015–2020 гг. планируется:
• строительство экспериментального демонстрационного быстрого реактора со свинцовым и свинцово-висмутовым теплоносителями, а также исследовательского реактора на быстрых нейтронах;
• строительство и ввод в эксплуатацию промышленного комплекса для изготовления топлива высокой плотности;
• завершение строительства экспериментального демонстрационного пирохимического комплекса для производства топлива;
• комплексное испытание технологий замкнутого топливного
цикла.
62
Развитие реакторных технологий. Развитие реакторных технологий для будущей ядерной энергетики в России сосредоточено
на следующих освоенных направлениях:
• серийное производство блоков типа АЭС-2006М на базе реакторов ВВЭР;
• АЭС с быстрыми реакторами типа БН;
• реакторы малой и средней мощности (в том числе на базе
опыта разработки и эксплуатации более 400 реакторов для АПЛ).
Реактор на быстрых нейтронах БН-800, который строится в Белоярске, предназначен для использования МОХ-топлива как с реакторным, так и с «оружейным» плутонием. Его полная мощность
составит 880 МВт(э), выгорание топлива от 70 до 100 ГВт·сут/т.
Планируются следующие блоки БН-800, а БН-1200, который разрабатываются ОКБМ для ввода в эксплуатацию с 2020 г., является
следующим шагом в направлении БН-1800. Срок службы БН1200 – 60 лет, выгорание – 120 ГВт·сут/т. Данное направление реакторостроения представляет собой технологическое преимущество для России и имеет существенный потенциал в плане экспорта
или международного сотрудничества.
В 2008 г. Росатом и корпорация «Русские машины» создали совместное предприятие для строительства прототипа реактора СВБР
мощностью 100 МВт(э), который представляет собой модульный
быстрый реактор с тяжелым жидкометаллическим свинцововисмутовым теплоносителем, разработанный ОКБ «Гидропресс»
под научным руководством ГНЦ РФ ФЭИ. Заявлено, что при
строительстве группами по 10–16 блоков этот реактор будет конкурировать с реакторами типа ВВЭР. «Гидропресс» называет его
многофункциональным реактором.
После многих лет обсуждений Росатом утвердил проект строительства атомной электростанции на барже для подачи электроэнергии и тепла в изолированные прибрежные города. Два реактора КЛТ-40С, разработанные на основе тех, что используются в ледоколах, но с низкообогащенным топливом (менее 20 % U-235),
будут производить 70 МВт(э) плюс 586 ГДж/ч тепла. Периодичность перегрузки топлива составляет 3–4 года. В конце 12-летнего
периода эксплуатации вся станция будет возвращаться на завод на
двухлетний капитальный ремонт и для передачи на хранение использованного топлива.
63
Планируется экспорт комбинированных энергетических и опреснительных энергоблоков в Китай, Индонезию, Малайзию, Алжир, Аргентину и др. страны, которые упоминаются как потенциальные покупатели, несмотря на то, что Россия, возможно, сохранит право собственности на установку с ответственностью за эксплуатацию и будет просто продавать производимую мощность.
В 1970–80-х гг. ОКБМ выполнил значительный объем исследований в области высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов (ВТГР). В 1990-х гг. он занял ведущую роль в международном
проекте по созданию высокотемпературного реактора с газотурбинным блоком преобразования энергии (проект GT-MHR) на основе конструкции, предлагаемой компанией General Atomics
(США).
В заключение отметим, что долгосрочные интересы энергетической и национальной безопасности России требуют развития вклада ядерной энергии в производство электричества, водорода, промышленного и бытового тепла для устойчивого развития страны.
Накопленные за 50 лет существования в стране ядерной энергетики
огромный технологический опыт и научно-технический потенциал
позволяют России при соответствующих условиях и инновационной политике выйти на «ядерную передовую» и стать одним из лидеров следующей ядерной эры на благо своего народа, а также ведущим поставщиком ядерных технологий, оборудования, знаний и
опыта в развивающиеся страны. Для достижения этих целей необходимо решение следующих задач:
• обеспечения доли атомной электрогенерации на уровне 35–
50 % в 2050 г.;
• расширения сфер не электрического использования энергии
ядра для производства искусственных топлив и водорода в объеме
не менее 30 % современных потребностей;
• замыкания топливного цикла ядерной энергетики с целью
обеспечения расширения ресурсной базы за счет эффективного использования 238U и 232Th;
• создания системы обращения с радиоактивными отходами с
целью обеспечения их надежной изоляции, а также технологий
реабилитации территорий отраслевых предприятий, выведенных из
эксплуатации;
64
• реализации возможности использования термоядерных АЭС
в будущей ядерной энергетике.
2.4. История развития, текущее состояние
и перспективы развития ядерной энергетики в Азии
Лидеры развивающихся стран мира – Индия и Китай – связывают свое развитие, свою энергетическую безопасность с ядерной
энергетикой, с использованием ядерных технологий. В основе этого лежит понимание, что в условиях ограниченности и жестокой
конкуренции на рынке органического топлива это является практически единственной возможностью роста национального потребления за счет роста производства электроэнергии.
2.4.1. Ядерная энергетика Китая
Текущее состояние и перспективы развития ядерной
энергетики Китая. Великая азиатская страна Китай сталкивается в
своем интенсивном развитии национальной экономики с проблемами ограниченности доступных энергетических ресурсов. Китай
как ядерная держава, в отличие от Индии, заблокированной эмбарго на ядерное сотрудничество, может использовать кооперацию с
зарубежными фирмами на использование самой современной технологии западных стран и России. В свою очередь, Китай постепенно осваивает новые высокие технологии, и сам оказывает помощь развивающимся странам в строительстве новых АЭС. Например, заключая контракты с западными фирмами и Россией на
строительство в Китае АЭС с водо-водяными блоками мощностью
1000 МВт(э), Китай своими силами строит в Пакистане АЭС Часма
мощностью 300 МВт(э) (рис. 2.24) [22, 23].
Имеющийся в КНР парк ядерных энергетических реакторов
скромен по своим объёмам: в стране эксплуатируются 12 энергоблоков атомных станций общей установленной мощностью
9624 МВт. В абсолютных значениях это сопоставимо с показателями таких государств, как Украина, Бельгия, Швейцария, а в относительных, с учётом доли атомной энергетики в энергобалансе и
численности населения, Китай и вовсе безнадёжный аутсайдер.
65
Тем не менее, руководством КНР ставится задача достижения лидирующих позиций Китая на ядерно-энергетическом рынке [24].
Атомные станции Китая построены с использованием различных реакторных технологий: французских (энергоблоки № 1 и № 2
АЭС Дайя Вань, энергоблоки № 1 и № 2 АЭС Лин Ао), канадских
(энергоблоки № 1 и № 2 третьей очереди АЭС Циньшань), российских (энергоблоки № 1 и № 2 АЭС Тяньвань) и собственных (энергоблок № 1 первой очереди, энергоблоки № 1 и № 2 второй очереди АЭС Циньшань, энергоблок № 1 второй очереди АЭС Лин Ао).
«Первенец» китайской ядерной энергетики – энергоблок № 1 первой очереди АЭС Циньшань был пущен в 1991 г. и введён в промышленную эксплуатацию в 1994 г. Работы по ядерноэнергетической программе в КНР начались только в 1970-х гг., а
первая атомная станция появилась менее двух десятилетий назад, в
тот момент, когда мировая ядерная энергетика находилась в глубоком застое, вызванном аварией в Чернобыле.
Быстро растущая китайская экономика требует огромных объемов энергетических ресурсов (~1,0–1,5 % прироста энергетики на
1 % прироста экономики), увеличивая потребление нефти, например, до 35 % в год. Осознается, что запасы нефти и газа и их добыча в будущем будут сокращаться год от года, гидроресурсы – ограничены, а дальнейшее наращивание потребления угля ограничено
из-за экологических и транспортных проблем. Только ядерная
энергетика может наращивать производство электроэнергии в требуемом объеме: надежно, безопасно и экономически приемлемо.
На сегодняшний день в Китае в стадии возведения 23 энергоблока АЭС – больше, чем где-либо в мире (рис. 2.25). При этом
правительство постоянно пересматривает в сторону увеличения
планы ввода ядерных мощностей к 2020 г. Сначала говорилось о
40 ГВт общей установленной мощности и ещё 18 ГВт на этапе сооружения.
В марте 2008 г. была поставлена задача нарастить долю ядерной генерации к 2020 г. как минимум до 5 %, а это уже 50 ГВт. В
июне того же года появились прогнозы о 60 ГВт. Наконец, в июле
2009 г. сообщалось, что Госсовет КНР рассматривает вариант повысить общую установленную мощности АЭС к 2020 г. до 86 ГВт.
В мае 2007 г. Государственный комитет по развитию и реформе
объявил, что к 2030 г. парк атомных станций КНР составит
66
160 ГВт. В апреле текущего года в прогнозах Китайской ассоциации атомной энергии фигурировала цифра в 200 ГВт на тот же период. К 2050 г. установленную мощность АЭС планируется довести до 400 ГВт.
Технологический вектор также задан предельно чётко: Китай
должен увеличить степень автономности в проектировании реакторных установок, производстве оборудования, строительстве и
эксплуатации АЭС за счёт внедрения, адаптации и усовершенствования зарубежных аналогов. Официальной информации о предпочтительных конструкциях реакторов будущих атомных станций нет,
но в текущих планах преобладают два типа: китайский проект
CPR-1000 и AP-1000 разработки Westinghouse Electric. Американский реактор должен стать трамплином к освоению Китаем технологий Generation III. Сейчас, помимо четырёх строящихся энергоблоков с AP-1000 на АЭС Хайян и АЭС Саньмень, запланированы
ещё как минимум восемь реакторов этого типа на четырёх площадках, но уже с передачей технологии и локализацией производства.
Без передачи технологии два реактора EPR строятся в провинции
Гуандун [25].
В 2008 г. Шанхайский научно-исследовательский и проектный
институт атомной техники и Westinghouse Electric договорились о
совместной разработке реактора большой мощности на базе проекта AP-1000. В апреле 2009 г. соглашение о доработке дизайна подписано между CNNC и State Nuclear Power Technology Corp. В декабре была создана компания State Nuclear Demonstration Co., перед
которой поставлена задача построить и ввести в эксплуатацию к
2017 г. опытный энергоблок с реактором CAP-1400 на площадке в
Шидаовань. Затем на его основе может быть спроектирована модель CAP-1700. Все права интеллектуальной собственности будут
принадлежать Китаю. В феврале 2006 г. Госсовет КНР объявил, что
это одно из двух приоритетных направлений в ближайшие 15 лет,
успех реализации которого зависит от сотрудничества с зарубежными странами в области освоения передовых ядерноэнергетических технологий и создания отечественного реактора
PWR большой мощности третьего поколения.
Топливный цикл. Китай заявил, что намерен стать независимым не только в отношении мощности атомных электростанций,
67
но и в производстве топлива для АЭС. Однако страна все еще зависит от зарубежных поставщиков на всех этапах ядерного топливного цикла, от добычи урана до изготовления и переработки (рис.
2.26) [26].
Внутренняя добыча урана в настоящее время обеспечивает около половины потребностей Китая в ядерном топливе. Разведка и
планы на новые месторождения значительно увеличились с 2000 г.,
но государственные предприятия также заключили международные
соглашения на приобретение урановых ресурсов.
Установка по конверсии UF6 вблизи Ланьчжоу (производительностью 1500 т U/год) находится в эксплуатации с 1963 г. Два главных завода по обогащению урана (общей мощностью
1000 т ЕРР/год) были построены в рамках соглашений с Россией в
1990-х гг., и в рамках соглашения 2008 г. Россия будет помогать в
наращивании мощностей, а также поставлять низкообогащенный
уран для удовлетворения будущих потребностей.
На заводе в г. Ибинь (провинция Сычуань) производится топливо для АЭС Циньшань с 1984 г., и в настоящее время производительность составляет 200 т ТМ/год. В рамках договора с компанией
Framatome ANP на передачу Китаю технологии по изготовлению
топлива завод был модернизирован с целью обеспечения топливом
всех китайских реакторов PWR. На заводе Baotou изготавливается
топливо для реакторов типа CANDU, объём производства составляет 200 т ТМ/год.
Все отработанное топливо в настоящее время хранится на атомных электростанциях. В Ланьчжоу строится опытный завод по переработке топлива производительностью 100 кг ТМ/день, который
планируется ввести в эксплуатацию в ближайшем будущем. В стадии строительства в топливном комплексе «Ланьчжоу» также находится централизованное хранилище для мокрого хранения производительностью 550 т ТМ/год.
Развитие инновационных ядерных технологий. Помимо легководных реакторов Китай также уверенно продвигается по пути
разработки и адаптации технологий реакторов на быстрых нейтронах, высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов, а также
формирования полного ядерного топливного цикла.
68
В соответствии со стратегией развития ядерной энергетики Китая, решающую роль в будущем (после 2030 г.) будет играть развитие реакторов на быстрых нейтронах и замкнутого ЯТЦ (с разделением и трансмутацией). Развитие быстрых реакторов с натриевым
теплоносителем будет идти в три этапа:
• китайский экспериментальный быстрый реактор (CEFR)
мощностью 65 МВт(т)/20 МВт(э) (российский проект);
• китайский быстрый реактор – прототип (CРFR) мощностью
1500 МВт(т)/600 МВт(э);
• китайский демонстрационный быстрый реактор CDFR:
3750–2500 МВт(т)/1500–1000 МВт(э) – приоритетный проект Китайской национальной программы (табл. 2.4).
Таблица 2.4
Технические характеристики китайских проектов реакторов
на быстрых нейтронах
Параметры
Мощность, МВт
Охладитель
Тип
Топливо
Оболочки
Температура Na на выходе, °С
Линейная мощность Вт/см
Выгорание, МВт⋅дн/кг
CEFR
25
Na
Бассейн
UO2
MOX
Cr-Ni
530
430
60~100
CPFR
600
Na
Бассейн
MOX
Metal
Cr-Ni
500~550
450~480
100~120
CDFR
1000~1500
Na
Бассейн
Metal
Cr-Ni
500
450
120~150
В соответствии с этой стратегией, в последнее время достигнута договоренность по строительству в Китае двух российских быстрых реакторов типа БН-800. Развитие реакторов на быстрых нейтронах было подготовлено успешным российско-китайским сотрудничеством с 1990 г.
Развитие замкнутого ЯТЦ в Китае сконцентрировано на двух
задачах:
• эффективная утилизация природных урановых ресурсов и
нарабатываемого плутония и минорных актинидов;
• максимальное сокращение объемов высокоактивных отходов
для геологического захоронения.
69
2.4.2. Ядерная программа Индии
В настоящее время ядерная энергетика Индии – скромная по
своим масштабам – сегодня это 2,7 ГВт(э) из 139 ГВт(э) всей электроэнергетики страны. Однако доля атомной энергетики должна
вырасти до масштабов 275 ГВт(э) (достигнув вклада в элктроэнергетику более 20 %) за последующие 50 лет [27].
Индия является одним из крупнейших государств мира (площадь территории 3287 тыс. км2, население 1200 млн. чел.). Она быстро развивает широкий спектр ядерных технологий.
Индия стала независимым государством 15 августа 1947 г., однако
еще в 1944 г. доктор Х.Дж. Бхабха выступил с инициативой о начале в
Индии работ по ядерной энергетике, и в декабре 1945 г. был открыт
Институт фундаментальных исследований им. Тата.
Независимая Республика Индия практически с первых дней своего образования взяла курс на развитие ядерной промышленности.
В апреле 1948 г. был принят Акт об атомной энергии. В августе
1948 г. была создана Комиссия по атомной энергии, а в июле
1949 г. появилось подразделение по изысканию минеральных ресурсов – Отделение атомных минералов, переименованное в 1998 г.
в Директорат атомных минералов по разведке и исследованиям месторождений. Создание в первую очередь именно такого подразделения в некоторой степени объясняется тем, что Индия обладает не
очень большими запасами урана (до 92 тыс. т), при этом запасы
тория являются одними из крупнейших в мире (до 590 тыс. т).
В августе 1956 г. в Тромбее был запущен первый в Азии исследовательский реактор APSARA. Другой исследовательский реактор
CIRUS тепловой мощностью 40 МВт был введен в эксплуатацию в
июле 1960 г., а первая АЭС в Индии – Tarapur-1 – в октябре 1969 г.
имела установленную электрическую мощность 160 МВт (рис. 2.27).
Этапы развития атомной энергетики в Индии. Развитие
ядерной энергетики Индии предполагается осуществить в три этапа. На первом этапе должны быть сооружены АЭС с тяжеловодными реакторами, использующими уран естественного обогащения, и
производящими, наряду с электроэнергией, плутоний для второго
этапа. На втором этапе намереваются построить плутониевые реакторы-размножители на быстрых нейтронах, которые кроме электроэнергии будут производить из урана и тория плутоний и 233U. Третий
70
этап будет базироваться на реакторах ториевого цикла, производящих электроэнергию и 233U [28].
В настоящее время в рамках первого этапа на площадке Куданкулам сооружают с помощью России два блока АЭС с реакторами
ВВЭР электрической мощностью по 1000 МВт. Работы по второму
этапу проводятся в Центре атомных исследований им. Индиры
Ганди. В Калпаккам действует экспериментальный реакторразмножитель на быстрых нейтронах, при эксплуатации которого
достигнута глубина выгорания карбидного топлива 110 ГВт сут/т.
Уже завершено проектирование первого прототипа реактораразмножителя на быстрых нейтронах электрической мощностью
500 МВт, и в 2003 г. начато его строительство.
В рамках исследований по третьему этапу с 1997 г. на площадке
Калпаккам действует реактор KAMIN1 тепловой мощностью
30 кВт, в котором используются тепловыделяющие элементы на
основе 233U, полученного из облученного тория. Подготовлен проект усовершенствованного тяжеловодного реактора электрической
мощностью 300 МВт. Это реактор канального типа с тяжеловодным замедлителем, кипящим легководным теплоносителем и топливом на основе плутония и тория, причем две трети энергии планируют получать в ториевых топливных элементах.
Индия является одним из немногих государств, имеющих опыт
практически во всех областях ядерной деятельности. Так, в 1974 г.
в Раджастане был проведен первый мирный подземный «ядерный
эксперимент», а в 1998 г. там же было проведено еще пять подземных ядерных испытаний.
Именно это обстоятельство может помешать реализации индийских планов наращивания мощностей АЭС после 2020 г. В настоящее время Индия отказывается подписывать Договор о нераспространении ядерного оружия (1970 г.) и добивается признания за собой статуса ядерной державы, как это было сделано относительно
Китая. Но Китай произвел первые испытания ядерного оружия в
1964 г., а Индия – в 1974 г. Договор о нераспространении ядерного
оружия вступил в силу между этими датами.
Этот Договор оставляет для Индии только вариант отказа от
ядерного оружия и принятия статуса безъядерного государства.
Индия отвергает такой вариант и, ссылаясь на потенциальную
ядерную угрозу своей безопасности со стороны Китая и Пакистана,
71
отказывается от распространения режима гарантий МАГАТЭ на
свои ядерные объекты и добивается равных прав с пятью ядерными
державами: Великобританией, Китаем, Россией, США и Францией.
Поскольку в 1992 г. неформальный Клуб поставщиков ядерных
технологий принял решение о запрете всякого сотрудничества с государствами, не подписавшими Договор о нераспространении ядерного оружия и не принявшими в полном объеме режима гарантий
МАГАТЭ для своих ядерных материалов, то Индия в своих дальнейших планах развития ядерной энергетики должна рассчитывать
только на собственные возможности как в области добычи и изготовления топлива, так и в области проектирования и строительства
АЭС и переработки ОЯТ. Следует отметить, что поставка двух АЭС
с ВВЭР-1000 из России не подпадает под запрет Клуба, так как соответствующий контракт был подписан до создания этого Клуба.
По мнению индийского руководства, имеющиеся у Индии возможности вполне достаточны для самостоятельного развития ядерной энергетики. В то же время в отношении ведущих ядерных держав (США, Россия, Франция) намечена тенденция более прагматичного отношения к ситуации вокруг ядерной программы Индии.
В качестве примера можно привести предложения по строительству энергетических реакторов (EPR, AP-1000) при условии их последующей постановки под гарантии МАГАТЭ.
Реализация ядерного топливного цикла в Индии. Индия остановила свой выбор на замкнутом ядерном топливном цикле (рис.
2.28) [26]. Это означает, что в отличие от разомкнутого топливного
цикла, отработавшее ядерное топливо не содержится в хранилищах
в качестве радиоактивных отходов, а направляется на переработку
на радиохимический завод для извлечения урана и плутония и отделения продуктов деления. Извлеченные уран и плутоний могут
использоваться как для изготовления топлива для реакторов на быстрых и тепловых нейтронах, так и для других целей (например, для
ядерных испытаний).
Индия осуществляет добычу и переработку урана и тория, производство тяжелой воды, изготовление топливных элементов, переработку отработавшего ядерного топлива, а также кондиционирование и захоронение отходов.
В Индии эксплуатируют три урановых рудника в штате Бихар
(Джадугуда, Бхатин и Нарвапахар). Три добывающих уран предпри72
ятия, расположенные рядом с предприятиями по переработке медной руды, извлекают урановый концентрат из хвостов переработки
медной руды. Вся урановая руда с этих предприятий и трех рудников перерабатывается на урановом заводе в Джадугуда, производительность которого равна 270 т урана в год.
В Индии работают два конверсионных предприятия: в Тромбе –
конверсия в металлический уран производительностью 100 т урана
ежегодно, и в Хайдарабаде (Комплекс ядерного топлива– Nuclear
Fuel Complex) – конверсия в UO2 производительностью 300 т урана в
год.
В настоящее время в Индии имеется два опытных обогатительных предприятия, использующих для обогащения метод центрифуг. Однако обогащение урана производится в Китае, который
имеет два обогатительных предприятия – Комплекс ядерного топлива в Ланьчжоу, на котором используются диффузионный и центрифужный методы, и Шанхайский комплекс ядерного топлива, на
котором для обогащения применяют только центрифуги.
Комплекс ядерного топлива в Хайдарабаде поставляет все кассеты для эксплуатирующихся в Индии тяжеловодных реакторов.
Он также поставляет топливные сборки для индийских реакторов,
изготовленные из гексафторида урана, обогащенного в Китае. Заводом также изготовлены и поставлены сборки с МОХ-топливом для
экспериментального реактора-размножителя на быстрых нейтронах.
Ориентируясь на будущие потребности ядерной энергетической
программы Индии, комплекс ядерного топлива расширяет свои
производственные мощности по выпуску ядерного топлива и циркалоя. Работают три установки по производству губчатого циркония и две – по изготовлению труб из циркалоя.
Поскольку оба современных подхода к обращению с отработавшим топливом (замкнутый и разомкнутый топливные циклы) имеют
свои преимущества и недостатки, которые не всегда легко оценить
на современном этапе, большинство стран, развивающих ядерные
программы, придерживаются концепции «отсроченного решения»,
включающей промежуточное хранение с возможностью мониторинга условий хранения отработавшего топлива и его извлечения на более позднем этапе либо для непосредственного захоронения, либо
для его переработки. Индия использует оба подхода в своей практи73
ке: переработка отработавшего топлива тяжеловодных реакторов и
хранение извлеченного из активной зоны топлива.
В 1960-х гг. в Индии на опытной установке в Исследовательском
центре в Тромбее была разработана технология переработки отработавшего топлива на основе окиси естественного урана из своих тяжеловодных реакторов типа CANDU. Второй перерабатывающий
завод производительностью 100 т тяжелого металла (ТМ) в год был
введен в эксплуатацию в Тарапуре в 1977 г. Опытная установка в
Тромбее после реконструкции в 1985 г. достигла производительности 60 т ТМ/год. Третий завод был пущен в 1996 г. в Калпаккаме.
Этот завод, имеющий производительность 100 т ТМ/год, будет выделять плутоний, предназначенный для использования в качестве
топлива в прототипном быстром реакторе-размножителе, который
строится на площадке Калпаккам.
Тяжелая вода используется в тяжеловодных реакторах в качестве замедлителя и теплоносителя. Объем ее в реакторах типа
CANDU составляет десятки тысяч литров, стоимость достигает
10 % эксплуатационных расходов на реактор.
Основными промышленными способами получения тяжелой воды являются изотопный обмен воды и сероводорода, электролиз воды или водяных растворов. Для обеспечения эксплуатации своих
тяжеловодных реакторов Индия построила несколько установок по
производству тяжелой воды.
2.4.3. Развитие ядерной энергетики
в других азиатских странах
Стратегические планы энергетического развития Китая и Индии
в случае их успешного осуществления могут послужить «маяком»
для всех развивающихся стран в их стремлении к достижению
промышленного и социального развития, реализации идеи стабильного энергетического развития и сокращения различия в уровне жизни развитых стран ОЭСР и развивающихся стран Азии, Африки и Латинской Америки [29, 30].
В будущем Китай в своей стратегии последует за Южной Кореей в поисках ядерного сотрудничества с развивающимися странами.
В частности, в последнее время Китай обсуждал ряд вопросов с Бра74
зилией, которая может покрыть часть китайских потребностей в
уране и, как уже отмечалось, строит АЭС Часма в Пакистане.
Китай играет все более существенную роль в мировой ядерной
индустрии так же, как он это делает в других ключевых секторах
глобальной экономики. Развитие этой ситуации зависит, однако, от
того, удастся ли Китаю избежать впечатляющего перегрева экономики, следующего за годами потрясающего роста.
Реализация амбициозных ядерных программ Китая и Индии в
ближайшие 20 лет еще в большей мере будет стимулировать рост
ядерной энергетики в развивающихся странах.
В докладе МАГАТЭ «Международное состояние и перспективы
ядерной энергетики», выпущенном в сентябре 2010 г., говорится,
что в настоящее время примерно 65 стран, не имеющих атомные
электростанции, «выражают заинтересованность в развитии ядерной энергетики, рассматривают такую возможность или разрабатывают конкретные планы», после отсутствия такого интереса в течение почти 15 лет во всём мире. Из этих 65 стран (названия не указываются) 21 расположена в азиатско-тихоокеанском регионе, 21 –
в африканском регионе, 12 – в Европе (в основном Восточной Европе) и 11 – в Латинской Америке. Однако, из 65 заинтересованных стран, 31 страна в настоящее время не планирует строить реакторы, а в 17 странах из 31 мощность энергосистем менее 5 ГВт, которая «слишком мала для того, чтобы к ней можно было подключить большинство реакторов предлагаемых конструкций». Кроме
того, в докладе отмечается, что выбор технологии может быть также ограничен и для других стран, мощность энергосистем которых
менее 10 ГВт (табл. 2.5).
Азия является основным регионом в мире, где мощности по
производству электроэнергии и, в частности, доля ядерной энергетики значительно возрастают. В Восточной и Южной Азии эксплуатируется 112 ядерных реакторов, 37 находится в стадии сооружения, и имеются твердые планы на строительство еще 84 (по
состоянию на апрель 2010 г.). Наибольший рост в ядерном производстве ожидается в Китае, Японии, Южной Кореи и Индии.
До 2010 г. прогнозируемые новые генерирующие мощности в
этом регионе связаны с добавлением около 38 ГВт(э) в год, а в период с 2010 по 2020 г. планируемый прирост составляет 56 ГВт/год. До
75
одной трети этого объема приходится на замену станций, выводящихся из эксплуатации. Это примерно 36 % новых мощностей в
мире. Большая часть этого прироста будет в Китае, Японии, Индии
и Корее.
Таблица 2.5
Ядерная энергетика в Азии (на октябрь 2010 г.)
Страны
действующие
Австралия
Бангладеш
Китай
Индия
Индонезия
Япония
Ю.Корея
С.Корея
Малайзия
Пакистан
Филиппины
Таиланд
Вьетнам
Всего
Реакторы
строящиеся планируемые
2
35
20
2
12
6
1
11
19
22
4
54
20
2
6
2
1
2
37
2
2
84
предлагаемые
120
40
4
0
0
1
112
1
4
10
180
В настоящее время в шести странах региона эксплуатируется
112 ядерных реакторов, строится 37 энергоблоков (строительство
еще нескольких блоков должно начаться в 2010 г.), определенные
планы на строительство еще 84 и серьёзные предложения на 180.
В заключение отметим, что анализ состояния и перспектив
энергетического развития в мире показывает возрастающую значимость состояния энергетики развивающихся стран. Этот фактор
становится определяющим как для рынка энергетических источников, так и глобальных экологических проблем и для энергетической безопасности в целом. В этом смысле особый интерес представляет энергетическая ситуация и энергетические программы лидеров развивающегося мира – Китая и Индии, как самостоятельные
факторы и как показатели будущих тенденций всего развивающегося мира (Азии, Африки и Латинской Америки).
76
2.5. Ядерный топливный цикл
Все ядерные реакторы требуют наличия инфраструктуры, обеспечивающей производство нового топлива и обращение с отработавшим ядерным топливом. Такие технологические процессы осуществляются на предприятиях ядерного топливного цикла (ЯТЦ)
(рис. 2.29) [31].
Под ядерным топливным циклом понимают совокупность технологических процессов, связанных с получением энергии в ядерных реакторах. В зависимости от типа топлива возможно осуществление трех видов ЯТЦ: 1) урановый; 2) уран-плутониевый;
3) уран-ториевый.
В урановом топливном цикле делящимся материалом служит
235
U, а воспроизводящим материалом – 238U. Урановое топливо изготавливают из природного (0,72 % 235U), низкообогащенного (1–
5 % 235U) или высокообогащенного урана (вплоть до 93 % 235U).
Первые два вида ядерного топлива используют в реакторах на тепловых нейтронах, третий – в реакторах на быстрых нейтронах, работающих в конвертерном режиме.
Ядерное топливо для уран-плутониевого топливного цикла состоит из природного или обедненного (0,2–0,3 % 235U) урана с добавкой 239Рu в количестве, эквивалентном соответствующему обогащению по 235U. Это горючее может быть использовано как в реакторах на тепловых нейтронах, так и в реакторах на быстрых нейтронах. Воспроизводящим материалом здесь также служит 238U.
В уран-ториевом топливном цикле делящимся материалом является 235U или 233U, воспроизводящим – 232Th.
Задача первого этапа ЯТЦ – изготовление ядерного топлива. Он
включает в себя добычу урановой руды, ее обогащение, извлечение
урана и его глубокую очистку, изотопное обогащение по 235U, получение из обогащенного урана материала, пригодного для загрузки в реактор, изготовление тепловыделяющих элементов (твэлов) и
тепловыделяющих сборок. Второй этап ЯТЦ – получение тепловой
энергии в ядерно-энергетических установках при сжигании ядерного горючего. На следующих этапах ЯТЦ проводят радиохимическую переработку отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). Завершается ЯТЦ подготовкой к окончательному захоронению радиоактивных отходов (РАО).
77
ЯТЦ может быть организован таким образом, что из облученного горючего извлекают невыгоревший уран и накопившийся плутоний, которые направляют затем для изготовления новых твэлов и
сборок – «замкнутый ЯТЦ». Если отработавшее топливо не перерабатывается и делящиеся материалы не возвращаются в топливный цикл, то ЯТЦ называют «разомкнутым» или «открытым»
(табл. 2.6).
Таблица 2.6
Предприятия ядерного топливного цикла
Процесс
Добыча и переработка
урановой руды
Конверсия
Обогащение
Производство уранового топлива
Переработка отработавшего топлива
Число установок
в промышленной эксплуатации
Мощность
37
50455, т
22
13
78452, т
45775·103, кг ЕРР
40
18143, т ТМ
5
4920, т ТМ
ЯТЦ объединяет многие предприятия: шахты по добыче урановой руды; предприятия по глубокой очистке извлеченного урана;
обогатительные предприятия; предприятия по переработке обогащенного урана в форму, используемую в реакторах; заводы по изготовлению твэлов и сборок; атомные электростанции и станции
теплоснабжения, где выгорание топлива дает тепловую и электрическую энергию; заводы по переработке отработавшего горючего и
переводу радиоактивных отходов в форму, удобную для длительного хранения; полигоны для захоронения отходов.
2.5.1. Промышленная инфраструктура
топливного цикла
В табл. 2.7 и на рис. 2.30 отражено состояние ядерного топливного цикла: указано количество различных типов предприятий топливного цикла в мире, находящихся в промышленной эксплуатации, и их мощности (по состоянию на 2008 г.).
78
Таблица 2.7
62
20
Производство топлива,
т ТМ.
Переработка,
т ТМ.
Бассейн
выдержки,
т ТМ.
Мокрое
хранилище
ОЯТ, т ТМ.
Сухое
хранилище
ОЯТ, т ТМ.
Обогащение,
103 кг ЕРР
Аргентина
120
Австралия
9438
Бельгия
Бразилия
340
Болгария
Канада
14 890
Китай
840
Чехия
650
Финляндия
Франция
Германия
Венгрия
Индия
175
Япония
Казахстан
5950
Корея
Литва
Мексика
Намибия
4000
Нидерланды
Нигерия
3800
Пакистан
30
Румыния
300
Россия
4200
Словакия
Словения
Юж. Африка
1272
Испания
Швеция
Швейцария
Украина
1000
Великобритания
США
1150
Узбекистан
2300
50 455
Всего:
Конверсия, т
Добыча, т
Страна
Мощности предприятий ЯТЦ в разных странах
150
1450
435
280
40
12 500
1500 1000
14 350 10 800
1800
1050
1000
31 407
2700
400
1585
650
594
1689
1100
200
1000
800
600
480
666
1450
1700 11 090 14 500
5087
560
480
27
120 15 150 4300
800
5875
2093
984
14 500
600
180
585
162
73
812
419
2500
5
30 000 15000
20
110
2600
400
600
6000 2300
14 000 11 300
1680
3450
940
5240 12960
480
600
410
670
3820
1500
5000
705
3010
2000
50
2700 2666 10 350 958
60 700 780
2155
400
78 452 45 775 18 143 4920 155 903 55 227 21 494
79
Крупнейшие установки по конверсии урана находятся в Канаде,
Франции, России, Великобритании и США. Крупнейшие установки
по обогащению расположены во Франции, Германии, Нидерландах,
России, Великобритании и США. Ожидается, что в большинстве
основных стран-поставщиков в ближайшие десятилетия увеличатся
мощности по конверсии и обогащению топлива [32].
Только во Франции и Великобритании имеются промышленные
перерабатывающие установки; в Японии планируется начать переработку в ближайшее время. Ниже обобщены возможности стран в
части услуг ядерного топливного цикла. Несмотря на то, что большинство установок по конверсии и обогащению урана сосредоточено в нескольких странах ОЭСР и Российской Федерации, в 18 странах имеются возможности производить топливо, используя поставляемый такими предприятиями уран.
В настоящее время рынок товаров и услуг ЯТЦ приобретает интернациональный характер. Такие услуги, как добыча, конверсия и
обогащение урана, изготовление и обеспечение атомных станций
топливом выполняются ограниченным числом стран и предлагаются на рыночных условиях остальным. Так, в настоящее время на
мировом рынке услуги по конверсии урана предлагают 5 компаний, его обогащением занимаются 4 компании и 16 компаний
предлагают услуги по изготовлению ядерного топлива. При этом
рынок услуг в области производства ядерного топлива, несмотря на
имеющиеся коммерческие и политические ограничения, функционирует, как показывает практика, достаточно эффективно.
Замыкающая часть топливного цикла также носит до определенной степени международный характер: Франция, Великобритания и Россия имеют положительный опыт обращения с зарубежным облученным топливом.
Всей технологической цепочкой по изготовлению ядерного топлива для реактора типа ЛВР в промышленном масштабе обладают
лишь 6 стран: США, Россия, Франция, Великобритания, Китай, Аргентина. Мощности по промышленной переработке ОЯТ имеют на
своей территории 4 страны: Россия, Франция, Великобритания, Япония. Таким образом, существует значительная диспропорция в числе
стан, являющихся потребителями услуг ядерно-энергетического
профиля, и их поставщиками.
80
2.5.2. Требования к ЯТЦ
К ЯТЦ предъявляют следующие основополагающие требования:
эффективное топливообеспечение ЯЭУ с использованием природных, техногенных и рециклированных ядерных материалов, а также обеспечение развития ядерной энергетики в условиях гарантированного нераспространения технологий ЯТЦ, используемых для
получения ядерных оружейных материалов, поскольку технологии
и материалы ЯТЦ имеют потенциальное двойное назначение.
На решение проблем ЯТЦ направлены инициативы ХХI века
президентов России и США по развитию ядерной энергетики и ее
ЯТЦ. К ним относятся:
• инициатива президента России В.Путина на саммите тысячелетия в ООН (2000 г.) – формирование проекта ИНПРО под эгидой
МАГАТЭ;
• инициатива США по ядерным реактором IV поколения
(2001 г.) – образование международного форума «Generation IV»;
• инициатива президента России В.Путина о создании международных центров по чувствительным технологиям ЯТЦ (2006 г.) –
создание МЦОУ в г. Ангарске;
• инициатива президента США Дж. Буша по «Глобальному
партнерству в ядерной энергетике (GNEP)» (2006 г.) – приглашение
стран, располагающих технологиями ЯТЦ и только реакторными
технологиями к глобальному сотрудничеству.
2.5.3. Тенденции развития ЯТЦ
Рассмотрим основные тенденции текущего периода развития
ЯТЦ в мире. Прежде всего, происходит ослабление взаимосвязи с
военными программами, в частности, прекращение наработки
ядерных оружейных материалов Россией и США. Непрерывно
снижается степень влияния государственного управления при определении кратко- и среднесрочных стратегий развития ЯТЦ и
происходит переориентация их на реализацию рыночноориентированных стратегий со стороны отдельных участников
рынка.
Планомерно появляются транснациональные объединения в области создания и управления объектами ядерной техники и ЯТЦ. К
81
их числу следует отнести AREVA, Toshiba-Westinghouse, HitachiGeneral Electric. Необходимо подчеркнуть, что происходит увеличение степени открытости рынка ядерных материалов и услуг, в
частности, реализация коммерческих сделок по передаче технологий и производств ЯТЦ. В целом растет осознание того факта, что
объекты ЯТЦ приобретают возрастающую важность, которая ранее
отводилась реакторным технологиям гражданской ядерной энергетики, а ЯТЦ носил подчиненный характер. Остановимся подробней
на каждом переделе ЯТЦ.
Характерной чертой современного этапа развития стали процессы слияния основных производств ЯТЦ и создания крупнейших
транснациональных корпораций. Это обусловлено чисто экономическими причинами – высокой удельной стоимостью соответствующих услуг ЯТЦ при относительно малой потребности в них.
Эффект масштаба делает целесообразным создание именно крупных производств ЯТЦ.
Добыча природного урана. В настоящее время общепризнанным является тот факт, что мировых разведанных запасов урана
достаточно для обеспечения ядерной энергетики топливом на 50–
60 лет (табл. 2.8).
Таблица 2.8
Запасы природного урана и тория
Категории ресурсов
Разведанные
Неоткрытые
Нетрадиционные
Разведанные
Прогнозные
Неоткрытые
Цена,
долл./кг
Ресурсы урана
40
80
130
300
500
Ресурсы тория
80
130
300
Объемы, кт
2970
2499
10 540
22 000
4 000 000
2573
1887
1618
Тем не менее, в ожидании ренессанса ядерной энергетики произошла активизация поисково-разведочных работ новых месторождений урана, сопровождаемая ростом добычи и цен на уран. Как
82
следствие, рентабельность добычи природного урана в последнее
время возросла. Не прекращаются попытки перехода странпроизводителей природного урана к увеличению технологической
цепочки и созданию запасов урана [33].
Распределение мировых запасов природного урана к настоящему времени крайне неравномерно (рис. 2.31). Порядка 85% всех
мировых ресурсов урана находятся на территории 8 стран. Из них
более 55% ресурсов категории «установленные и дополнительные»
заключены в недрах Австралии, Канады и Казахстана. Остальные
30% составляют ресурсы Узбекистана, ЮАР, Намибии, Нигера и
России.
Следует отметить, что из числа стран, занимающих видное место в добыче урана, только Канада и Россия развивают ядерную
энергетику. В то же время другие крупнейшие государства с ядерной энергетикой внушительного масштаба либо совсем не производят уран (страны Западной Европы, Япония), либо производят в
объемах, существенно меньших его потребления (США).
Обогащение. Обогатительные мощности в настоящий момент
удовлетворяют лишь текущие потребности ядерной энергетики.
Планируемый рост мощностей ожидается только за счет газовых
центрифуг. Основная тенденция развития в данном сегменте ЯТЦ –
это конкуренция в области совершенствования действующей технологии.
Конкурентоспособные разработки ведут компании Urenco,
ORNL-USEC, LES. Тем не менее, General Electric начата коммерциализация технологии «Sieex Sistems» разделения изотопов с лазерным возбуждением. В силу потенциальной опасности этого
ЯТЦ повсеместно обсуждается возможность интернациализации
данного передела ЯТЦ и применение к нему многосторонних подходов (инициатива создания МЦОУ).
Производство топлива. В настоящее время имеется явное превышение установленных мощностей над спросом, сопровождаемое
закрытием нерентабельных производств. Для повышения эффективности производства топлива компании реализуют попытки разработки и внедрения ТВС для типов реакторов, исторически не свойственных для данного производителя. Усиление и развитие международных кооперационных связей, сопровождаемое развитием кон83
курентных преимуществ, оптимизацией технологических переделов,
выполнением заказов на изготовление отдельных компонент стала
повсеместной практикой. Как следствие, неизбежно проявляется
конкуренция на принципиально новых сегментах рынка ядерного
топлива.
Снижение расхода урана на единицу энерговыработки за счет
повышения выгорания и совершенствования топливных циклов
является главной конечной целью развития в данном сегменте
ЯТЦ. При этом имеет место рост потребностей в использовании
регенерата урана, исследуются возможности постепенного перехода на перспективные топливные циклы на иной ресурсной базе –
торию. Для достижения этой цели планомерно ведутся работы по
совершенствованию ТВС.
Обращение с ОЯТ и РАО. Сегодня мощности по переработке
ОЯТ полностью не загружены. Непрерывно растут темпы создания
«сухих» хранилищ ОЯТ в ожидании промышленной технологии
утилизации. Серьезнейшее развитие получают как «водные», так и
«сухие» методы радиохимической переработки с фракционированием, трансмутацией и окончательным удалением РАО. Программы обращения с РАО, включая окончательное удаление, финансируются из специальных накопительных фондов и осуществляются
в США, Швеции, Швейцарии, Германии, Финляндии, некоторых
странах Восточной Европы [34, 35].
Следует отметить, что международный рынок услуг заключительной стадии ЯТЦ существенно ограничен по правовым (международные конвенции, национальные законодательства) и объективным (долгосрочность программ, отсутствие гарантированных технических решений, социальная значимость) причинам.
Замкнутый ЯТЦ на данном этапе рассматривается как перспективная прорывная, а не коммерческая технология. Проведенный
ОЭСР сравнительный экономический анализ эффективности реализации открытого и замкнутого топливного цикла для реакторов
на тепловых нейтронах показывает примерное равенство стоимости ядерных топливных циклов тепловых реакторов с прямым захоронением ОЯТ и переработкой ОЯТ с единичным рециклом топлива в виде MOX-топлива. Отличия между ними составляют порядка ±15 % и обусловлены особенностью временных и национальных факторов. Тем не менее, даже при рецикле плутония в те84
пловых реакторах сохраняется проблема добычи и обогащения
урана, окончательного удаления ОЯТ ЯТЦ.
Многократный рецикл плутония с расширенным воспроизводством в рамках замкнутого ЯТЦ быстрых реакторов, как полагают
эксперты, будет, вероятнее всего, более привлекательным экономически по сравнению с любым вариантом топливного цикла тепловых реакторов, особенно если затраты на обращение с РАО будут минимизированы в этом типе ЯТЦ.
2.5.4. Интернационализация ЯТЦ
В настоящее время пришло осознание, что практически любые
шаги в развитии технологии ЯТЦ можно рассматривать, как шаги в
направлении развития немирного использования ядерных технологий. Появилась проблема: как обеспечить энергетическое развитие
без распространения технологии ЯТЦ (прежде всего – обогащения,
производства высокообогащенного урана, переработки ОЯТ, использования плутония в выделенном виде и т.п.)?
По инициативе Генерального директора МАГАТЭ группа экспертов ведущих стран выполнила специальный анализ и опубликовала аналитический доклад «Многосторонние подходы к ЯТЦ»
INFCIRC/640. Был опубликован доклад WNA «Обеспечение гарантий поставок в международном ядерном топливном цикле» и инициативы ряда стран в этой области (предложения США, России,
Японии, Германии, «Инициатива шести стран» и др.).
Среди указанных инициатив наиболее полно и всесторонне отражают проблемы дальнейшего развития ядерной энергетики следующие три:
• GNEP (Global Nuclear Energy Partnerships) –Инициатива
США по Глобальному партнёрству в ядерной энергетике
(рис. 2.32) [36];
• инициативы по созданию Многонациональных (международных) центров ЯТЦ по обогащению и по переработке ОЯТ – РФ;
• инициативы по созданию Международных банков ядерного
топлива - для гарантированного доступа новых стран к продуктам
и услугам ЯТЦ – Германия, WNA и др.
Практическая реализация данного рода спредложений по интернационализации ядерного топливного цикла – это единствен85
ный способ не допустить неконтролируемого распространения
ядерных материалов и технологий. Успешная реализация обсуждаемых инициатив является ключевым фактором для будущего
развития ядерной энергетики.
2.6. Неэнергетическое применение
ядерных технологий в медицине, сельском хозяйстве,
промышленности и других областях
Использование ядерных технологий в целях, не связанных с производством электроэнергии, представляет собой огромную область
научных и практических знаний и технологий, большая часть которых были и остаются высокотехнологичными и продолжают оставаться лучшими достижения человечества в своей области [37–40].
Сферы неэнергетического приложения ядерных технологий:
• пищевая промышленность и сельское хозяйство;
• водные ресурсы;
• защита окружающей среды;
• здравоохранение;
• программа борьбы с раком;
• ядерная наука;
• радиоизотопы и радиационные технологии.
2.6.1. Исследовательские реакторы
В настоящее время исследовательские ядерные реакторы (ИЯР)
используются в различных областях науки и техники. Исследовательские ядерные установки различаются по назначению, техническому устройству и параметрам (рис. 2.33).
Исследовательский реактор (research reactor) – ядерный реактор,
применяемый главным образом с целью генерации и использования нейтронного потока и ионизирующих излучений. Эти реакторы
используются для исследований и других целей, включая экспериментальные установки, связанные с реактором, установки по хранению, обработке и переработке радиоактивных материалов, которые находятся на той же самой площадке и имеют непосредственное отношение к безопасной эксплуатации исследовательского ре86
актора. Данный термин охватывает установки, известные как критические сборки.
Большинство ИЯР было построено и эксплуатируются с конца
1950-х – начала 1960-х гг. и отличаются как разнообразием типов,
так и широким интервалом мощности (от нескольких ватт до
100 МВт). К началу 2010 г. в 55 странах насчитывается 232 работающих исследовательских реакторов (в том числе 43 критические
и 4 подкритические сборки). Один реактор находится в стадии проектирования (реактор TRR-II, Тайланд), 6 реакторов (в том числе
1 подкритическая сборка JSA, Иордания) в стадии строительства.
13 реакторов (в том числе 2 критические сборки) временно не работают. К настоящему времени 241 реактор остановлен, 176 выведены из эксплуатации. Большая часть (две трети) работающих ИЯР
эксплуатируются уже более 30 лет (рис. 2.34).
Конструкция исследовательского реактора и его физические характеристики определяются областью его применения, назначения,
спектром и объемом решаемых задач. По назначению исследовательские реакторы можно классифицировать следующим образом:
• реакторы для физических исследований. Данные установки
предназначены в основном для формирования выведенных потоков
нейтронного и гамма-излучения. Пучки частиц формируются в экспериментальных каналах (вертикальных, горизонтальных или наклонных), проходящих через отражатель и биологическую защиту.
Таким образом, объекты облучения и экспериментальное оборудование находятся за пределами биологической защиты реактора;
• реакторы для производства радионуклидов, включая изотопы трансурановых элементов;
• материаловедческие реакторы. В них основными экспериментальными элементами являются вертикальные каналы, позволяющие доставлять объекты облучения в области активной зоны и
отражателя. Это наиболее подходящие реакторы для формирования
необходимых условий облучения;
• реакторы для инженерных исследований. Реакторы, позволяющие использовать автономные контуры охлаждения для
поддержания требуемых режимов испытания новых инженерных
решений для ТВЭЛ, ТВС и других элементов конструкции реакторов. Это позволяет проводить натурные испытания в условиях,
максимально приближенных к реальным;
87
реакторы для фундаментальных и прикладных исследований в области радиационной химии, стойкости синтетических
материалов в мощных полях нейтронного и гамма-излучений, радиационного материаловедения и т.п.;
• реакторы для проведения исследований в области нейтронной физики, нейтронно-активационного анализа, неразрушающего контроля качества изделий, неразрушающего анализа
состава материалов, нейтронной радиографии и других нейтронных методов;
• реакторы для проведения радиобиологических и медицинских исследований;
• реакторы для учебных целей и подготовки персонала в областях: физика реакторов; безопасность реакторов; ядерная и радиационная безопасность; динамика реактора, а также для развития
навыков и компетенций в области экспериментальных методов
ядерной физики и управления сложными объектами.
Физические и конструктивные особенности исследовательских
реакторов выбираются таким образом, чтобы были обеспечены основные параметры, необходимые для проведения планируемых на
реакторе исследований, а стоимость облучения была минимальной.
Использование экспериментальных объемов и устройств, относительно малые габариты и упрощенные требования к нейтроннофизическим характеристикам, гибкость компоновки элементов активной зоны и экспериментальных каналов и устройств, делают
исследовательские реакторы принципиально отличными от энергетических. Тепловыделение в исследовательских реакторах является
их неизбежным недостатком. Ценность исследовательского реактора тем выше, чем выше его нейтронные характеристики при
меньшей тепловой мощности (рис. 2.35).
•
2.6.2. Неэнергетическое использование ядерных технологий
Стабильные и радиоактивные изотопы в современном мире
служат основой высоких технологий в самых различных областях
человеческой деятельности – от фундаментальных и прикладных
научных исследований до создания высокоточных средств измере88
ния и приборов для технической и медицинской диагностики
(рис. 2.36).
Различные по природе ионизирующие излучения (α-, β-, γ-, n- и
рентгеновское) обладают разнообразными специфическими свойствами взаимодействия с веществом (рис. 2.37).
Использование этих свойств является основой для практического применения радиационных технологий и источников ионизирующего излучения. Область применения источников ионизирующего излучения обширна, а радиационные технологии и устройства
имеют большое разнообразие. Они могут быть использованы для
повышения эффективности производства и управление процессами, диагностики и лечения заболеваний, обеспечения безопасности, проведения исследований состава материалов, свойств и процессов в прикладных целях. Поэтому в настоящее время трудно
найти какую-либо сферу деятельности человека, в которой не находили бы применение радиационные технологии – промышленность, медицина, геология, биология и др.
Объем средств от использования источников ионизирующего
излучения в развитых странах превышает в несколько раз доходы
от использования ядерной энергетики. Количество пользователей
таких технологий в мире составляет сотни тысяч. Экономический
эффект от использования определяется десятками миллиардов долларов.
2.6.3. Радиоизотопы в медицине
Медицина – это та область, в которой радиоактивные изотопы
нашли свое первое физическое применение: в начале века (в
1903 г.) излучение 226Ra стали применять для удаления раковых
опухолей. Если сначала применение было ограничено терапевтическим эффектом ионизирующего излучения, то позднее благодаря
производству большого количества искусственных радиоэлементов
радиационные и радиоизотопные методики начали все больше использоваться в диагностике (рис. 2.38).
В настоящее время ядерная медицина повсеместно используется
как самостоятельная медицинская специальность, такая же, как
кардиология, нефрология или офтальмология. Начав развитие относительно недавно после открытия искусственной радиоактивно89
сти, ядерная медицина внесла огромный вклад в диагностику болезней человека, используя при этом все преимущественные свойства ионизирующих излучений и радиоактивных изотопов. Помимо
диагностики ядерно-медицинские и радиоизотопные методики используются для тестирования крови, стерилизации перевязочного
материала, одежды, хирургических материалов (нитей для наложения швов), катетеров, а также человеческих тканей для операций по
пересадке и имплантаций.
Таким образом, в современной медицине изотопы широко применяются для диагностики и терапии в виде радиофармацевтических препаратов, радиоизотопных приборов и облучателей. Радиоизотопы в медицине применяются значительно чаще, чем стабильные. Успехи ядерной медицины находятся в прямой зависимости
от объема радиофармацевтической продукции на мировом рынке.
В настоящее время радиофармацевтические препараты изготавливают многие страны мира; одни производят их в равной мере для
внутренних нужд и экспорта (США, Великобритания, Германия,
Индия), другие (Франция, Италия, Бельгия) в основном экспортируют радиофармапрепараты в развивающиеся страны.
Крупнейшим потребителем радиофармацевтики среди развитых
стран являются США. Ежегодно в США проводится более 36 тыс.
медицинских диагностических процедур с использованием радиоизотопов и свыше 50 тыс. ядерных терапевтических процедур: радиоизотопной обработке подвергается каждый третий больной, попадающий в клинику. В общей сложности ежегодно выполняется
более 13 млн. ядерных медицинских процедур с использованием
>4000 ядерных медицинских установок. Ежегодная стоимость этих
процедур, по оценкам, составляет от $7 млрд. до $10 млрд. Кроме
того, ежегодно проводится более 100 млн. лабораторных исследований, которые включают лечение таких заболеваний, как онкологические, эпилепсия, заболевания коронарной системы, а также
разработку новых радиофармацевтических препаратов (рис. 2.39).
В странах Европейского союза ежегодно предоставляется
15 млн. ядерно-медицинских процедур, из них 14 млн. диагностических. Около 1 млн. терапевтических процедур распределяются
90
следующим образом: Германия − 40 %; Франция − 15 %; Великобритания − 8 %; Испания − 8 %; остальные страны − 18 %.
В Австралии с населением 19 млн. человек ежегодно выполняется около 430 тыс. ядерно-медицинских процедур с применением
изотопов; ожидается, что к 2010 г. их количество увеличится до
1,5 млн.
По оценкам МАГАТЭ, оборот в продаже диагностических препаратов к началу XXI века в целом в мире составлял около
$20 млрд. и к концу первого десятилетия XXI века должен был
увеличиться до $26,5 млрд. Примерно 10 % оборота приходится на
радиофармапрепараты для радиоиммуного анализа. Одним из показателей использования ядерных методов в медицине может служить число наиболее распространенных устройств – гамма-камер
для сканирования: по данным МАГАТЭ, в развитых странах на
1 млн. человек в среднем приходится 20 гамма-камер, в развивающихся странах – 0,8.
Диагностическое и терапевтическое использование медицинских изотопов в онкологии, ревматологии, хирургической кардиологии в последнее время значительно расширяется благодаря разработке и исследованию новых видов радиофармапрепаратов специфического действия. Перспективным является лимфосцинтиграфия, как метод диагностики, который с использованием радиоактивного индикатора позволяет определить пораженные опухолью
лимфатические узлы у больных раком молочной железы и кожи.
Следует отметить развитие радиоизотопной иммуносцинтиграфии
на основе моноклональных антител и пептидов, специфичных к
различным патологическим процессам, например, метод противораковой терапии с использованием α-генератора на основе изотопа
213
Вi, присоединённого к моноклональному антителу для разрушения раковых клеток при лейкемии.
Ценность достижений в области ядерной медицины заключается
в выявлении заболеваний, не диагностируемых другими методами,
на ранней стадии, когда возможно излечение, а также в улучшении
состояния и продлении жизни тяжелобольных пациентов. В большом числе случаев применение радиотерапии помогает сохранить
жизнь пациентам с такими заболеваниями, как опухоли головного
мозга, лимфома, лейкемия, когда другие средства неэффективны.
91
Дальнейшие развитие радиоизотопной диагностики и терапии
связано с увеличением производства и расширением номенклатуры
изотопов медицинского назначения, особенно короткоживущих
радиоизотопов.
Радионуклиды для ядерной медицины и соответствующие радиофармацевтические препараты на их основе классифицируют по
отдельным группам как диагностические и терапевтические.
В диагностике радионуклиды и радиофармапрепараты (РФП)
используются для получения изображений и биохимического анализа. Основными методами диагностики с использованием радиоактивных изотопов для получения изображений являются однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ), позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ), биохимический анализ.
Томографические методы основаны на регистрации γ-излучения
радионуклидов, введенных в организм человека в составе радиофармапрепарата внутривенным, пероральным или ингаляционным
способом. Компьютерная обработка информации о распределении
активности показывает перенос нуклидов в организме человека и
его накопление в каком-либо органе.
В отличие от рентгеновского изображения, передающего только
анатомическое строение, использование радионуклидов позволяет
получить пространственное изображение органов, твердых и мягких тканей и изучать специфические физиологические или биохимические процессы и функционирование отдельных органов. Метод радиоимунного анализа, не требующий облучения самого пациента, является разновидностью биохимического лабораторного
анализа с использованием радиофармапрепаратов.
Радиотерапия применяется как в качестве самостоятельного метода, так и в сочетании с другими, неядерными методами лечения.
Использование радиоизотопов, доставляемых непосредственно к
пораженному органу, позволяет локализовать облучение, уменьшая
воздействие на соседние ткани. Одни и те же радионуклиды могут
использоваться в диагностике и радиотерапии. Для примера приведены основные изотопы, используемые в гамма-диагностике
(табл. 2.9).
92
Таблица 2.9
Основные изотопы, используемые в гамма-диагностике
Орган
Используемый
для диагностики изотоп
Легкие
81mKr, 99mTc, 133Xe
Кости
99mTc
Щитовидная
железа
Почки
Головной мозг
99mTc, 123I, 131I
99mTc, 111In,131I
99mTc, 123I, 133Xe
Печень, поджелудочная железа
Брюшная полость
Кровь
Сердце
Все тело
99mTc, 111In
67Ga, 99mTc
111In, 99mTc
82Rb, 99mTc, 201Tl
67Ga, 99mTc, 111In, 201Tl
Вид диагностики
Закупорка кровеносных сосудов, расстройство дыхания
Опухоль, инфекция, трещины
и переломы
Гипертрофированная функция, опухоль
Дисфункция
Закупорка кровеносных сосудов, кровоток, опухоль,
неврологические расстройства
Опухоль
Опухоль
Инфекция, объем и циркуляция
Функции миокарда и жизнеспособность
Опухоль
2.6.4. Радиоизотопы в промышленности
Появление современных технологий применения радиоизотопов
в различных отраслях промышленности способствует увеличению
производительности, и делает доступным получение важной информации, которая не могла быть получена ранее с использованием каких-либо других технологий.
В последнее время радиоактивные изотопы получили широчайшую область применения в промышленности. Герметичные радиоактивные источники используются в промышленной рентгенологии и для различных измерений, например, для анализа состава
минералов в почве. С помощью короткоживущих радиоактивных
материалов выявляют протечки трубопроводов. Большой популярностью пользуется метод стерилизации гамма-лучами, с помощью
93
которого стерилизуют медицинское оборудование, некоторые товары массового потребления, в частности, используют этот метод
для консервирования продуктов питания.
Ядерные технологии наиболее эффективно применяются в промышленности и деятельности, связанной с безопасностью и охраной окружающей среды. Ядерные технологии с помощью большого количества используемых радиоизотопов дают возможность непрерывного анализа и быстрого доступа к важной информации, что
гарантирует получение достоверного потока аналитических данных. Результат этого – снижение затрат и увеличение качества выпускаемой продукции.
Источники ионизирующего излучения используются в промышленности для:
• оптимизации и повышения эффективности производственных процессов;
• диагностики проблем, возникающих в ходе производственных процессов;
• контроля оборудования с помощью неразрушающих методов
анализа;
• анализа состава и структуры материалов;
• обработки материалов в полях высокоэнергетического излучения в целях стерилизации и модификации свойств;
• оценки воздействия промышленных процессов и инфраструктуры городов на окружающую среду и разработка корректирующих действий.
Область применения и перечень наиболее часто употребляемых
в промышленных технологиях радионуклидов приведены в табл.
2.10.
В настоящее время аналитические методы контроля с использованием радиоизотопных источников являются неотъемлемой частью многих технологических процессов во многих отраслях промышленности (химической, металлургической и др.). Свыше сорока
радиоизотопов применяются в промышленности для анализа и контроля технологических процессов; для определения скорости движения материалов в трубопроводах; для обнаружения утечки, износа, коррозии; для контроля загрязнения окружающей среды; для исследования грунтовых вод (их происхождения, механизма и скоро94
сти пополнения, движения и запаса); образования снега и льда; динамики рек и озер; с процессов движения донных отложений.
Таблица 2.10
Область применения и перечень наиболее часто употребляемых
в промышленности радионуклидов
Область применения
радиоизотопного источника
Контрольно-измерительные
приборы
Нейтронно-активационный
анализ
Гамма-активационный анализ
Рентгенофлуоресцентный
анализ
Гамма-радиография
Нейтронная радиография
Метод меченных атомов
Облучательная техника
Источники света
Ингибиторы коррозии
Используемые
радиоизотопы
60
Co, 90Sr, 85Kr, 137Cs, 241Am, 153Gd, 210Po, 226Ra,
239
Pu, 227Ac, 57Co, 252Cf, 3H, 63Ni, 238Pu, 242Cm,
124
Sb, 147Pm, 55Fe, 244Cm, 204Tl, 14C, 88Y
226
Ra-Be, 124Sb-Be, 241Am-Be, 238Pu-Be, 252Cf
24
Na, 46Sc, 60Co, 134Cs, 140La, 182Ta, 144Pr, 95Zr, 145Eu
55
Fe, 109Cd, 125I, 238Pu, 241Am, 244Cm, 57Co, 153Gd,
H-Zr, 147Pm-Al, 75Se, 133Ba, 90Sr
60
Co, 192Ir, 137Cs, 134Cs , 170Tm, 169Yb
242
Cm, 228Th, 252Cf, 244Cm, 227Ac, 238Pu, 241Am,
226
Ra, 124Sb
59
Fe, 24Na, 140La, 32P, 3H, 51Cr, 169Yb, 82Br, 39Ar, 18O,
13
C, 14C, 131I, 198Au, 15N, 198Ru, 85Kr, 46Sc, 65Zn,
181
Hf, 124Sb, 64Cu, 137mBa, 35S, 134Cs, 99mTc, 41Ar,
153
Gd, 160Tb, 38Cl, 204Tl, 203Hg, 54Mn, 60Co, 58Co
60
Co, 137Cs, 90Sr
85
Kr, 147Pm, 3H, 90Sr, 14C, 226Ra
99m
Tc
3
Технологическая и экономическая эффективность применяемых
в промышленности методов меченых атомов (метода изотопных
индикаторов) свидетельствуют о возможности дальнейшего расширения использования радиоизотопов в этом виде контрольноизмерительной техники (табл. 2.11).
Наиболее широкое практическое применение облучательная
техника нашла в двух областях: в модификации полимеров и стерилизации медицинской продукции. Кроме того, облучательная
техника может использоваться для обработки пищи, химического
синтеза, производства биоматериалов, защиты окружающей среды
и др. (табл. 2.12).
95
Таблица 2.11
Основные области применения методов меченых атомов
Область применения
Применяемые изотопы
Контроль макроскопического перемешивания в технологических процессах (времени
гомогенизации твердых тел в промышленных
мешалках, однородности спекания порошков
в металлургии, заполнения теплоносителя в
топливной подсборке реактора и т.п.)
Контроль скорости потоков (жидких, твердых и газообразных сред) в трубопроводах
(нефтепроводах, канализационных системах),
бойлерах и нефтеносных
Контроль и локализация утечек в герметичных резервуарах, трубопроводах (топлива
в баках, цистернах, газа в системах жизнеобеспечения) и т.п.
Определение степени износа и коррозии
материалов (двигателей и других труднодоступных частей и деталей машин)
Контроль процессов обработки угля и руды
(сортировка, дробление, обогащение, транспортировка)
Контроль процессов производства полупроводниковой техники (от стадии очистки
сырьевых материалов до испытания готовых
приборов)
Исследование подземных вод
Гидродинамика рек и озер
Контроль движения отложений на дне морей, рек и закрытых водоемов
Исследование загрязнения:
воздух
вода
96
59
Fe, 24Na, 140La, 32P, 35S, 134Cs
3
H, 24Na, 51Cr, 169Yb, 85Kr, 82Br
(в двухфазных потоках жидкость-воздух), 131I, 46Sc, 110Ag,
85
Kr (в нефтеносных пластах)
3
H, 41Ar, 46Sc, 85 Kr, 82Br,
(CH382Br) и др.
85
Kr, 131I, 99mTc и др.
35
S (обогащение), 64Cu и 59Fe
(транспортировка при флотации), 32P, 137Ba, 131I, 82Br, 24Na
18
F, 76As, 32P, 59Fe, 64Cu, 115Cd,
85
Kr, 131I и др.
3
H, 39Ar, 13C, 14C, 51Kr, 60Co,
Br, 131I, 46Sc, 38Cl, 58Co, 114mI,
153
Gd, 160Tb, 99Tc
3
H, 82Br, 24Na, 131I, 198Au
51
Cr(основной изотоп), 198Au,
46
Sc, 131I, 147Nd, 198Ru, 65Zn,
181
Hf, 124Sb, 192Ir, 110Ag, 182Ta
85
Kr, 41Ar и др. радиоактивные
газы
82
Br, 46Sc
82
Таблица 2.12
Промышленные процессы радиационно-химической
и радиационно-биологической обработки
Источники ионизирующего
Доза обизлучения
лучения,
Мрад
основные
прочие
Радиационно-биологическая обработка (стерилизация)
60
2,5-3,2
Стерилизация
медицинской
Со
Ускорители;
137
Cs
продукции
(0,1–6 МКи)
Лучевая обработка продуктов
0,015–4
60
Со
Ускорители на
питания в целях дезинфекции
137
(0,03–4 МКи)
10 МэВ; Cs
и продления сохранности
60
Обработка отходов в целях
Со
0,05–1
повторного использования
Ускорители
(0,03–1 МКи)
137
Cs
на 3–5 МэВ
(0,5–2,5 МКи)
Радиационно-химическая обработка (синтез и модификация полимеров)
–
Хлорирование, сульфохлори60
Со
рование, сульфоокисление
Ускорители
жидких углеводородов
60
Синтез этилбромида
Со
–
–
Вулканизация резины для ав40–50
Ускорители
–
томобильных шин, поверхно(до 150 кВт)
стных покрытий
Производство полиэтиленовой
–
пены для термоизоляции кабеУскорители
–
лей и проводов, для спортив(до 150 кВт)
ной одежды
1,2
Производство древесно60
Со
Ускорители
пластических материалов
0,2–1
Производство бетоно60
Со
Ускорители
полимерных материалов
60
Производство биоматериалов
Со
–
0,1–3
60
–
Синтез химикатов (моющих
Со,
–
средств и др.)
ускорители
–
Консервация исторических
60
Со
–
ценностей (деревянных и каменных)
Процесс
97
Радиоизотопные источники энергии. Радионуклидные источники ионизирующего излучения успешно используются в качестве
радиоизотопных источников энергии. В радиоизотопных источниках
используется энергия естественного распада радиоактивных изотопов. Для этого применяются устройства различного конструктивного исполнения, использующие энергию, выделяющуюся при
радиоактивном распаде, для нагрева теплоносителя или преобразующие её в электроэнергию.
Радиоизотопные источники энергии применяются там, где необходимо обеспечить автономность работы оборудования, значительную надёжность, малый вес и габариты. В настоящее время
основные области применения – это космос (спутники, межпланетные станции и др.), глубоководные аппараты, удаленные территории. В большинстве случаев для источников питания требуются
большие активности долгоживущих радионуклидов (табл. 2.13).
Таблица 2.13
Применяемые и перспективные радионуклиды
для источников энергии
Изотоп
60
Co
Ce
137
Cs
208
Po
257
Fm
148
Gd
194m
Ir
241
Am
144
Период
полураспада
5,3 года
285 дней
30 лет
2,9 года
101 день
93 года
171 день
432 года
Изотоп
238
Pu
Cm
210
Po
232
U
209
Po
106
Ru
248
Cf
154
Eu
242
Период
полураспада
87,7 лет
163 дня
138 дней
69 лет
102 года
372 дня
334 дня
8,8 года
Изотоп
90
Sr
Pm
244
Cm
254
Es
227
Ac
170
Tm
250
Cf
147
Период
полураспада
28,6 лет
2,6 года
18,1 года
275 дней
21,8 года
128 дней
13,1 года
2.6.5. Неэлектрическое использование ядерной энергетики
В настоящее время практически вся энергия ядра используется
для производства электроэнергии. Тем не менее, непосредственно
при делении ядер происходит выделение тепла, которое лишь
пройдя дополнительные технологические стадии, преобразуется в
электричество. Это тепло представляет самостоятельную ценность
98
с точки зрения возможности его энергетического применения, поскольку может быть использовано для опреснения воды, централизованного теплоснабжения, производства водорода, приведения в
движение транспортных средств и других приложений. Следует
отметить, что в настоящее время промышленное использование
тепла, производимого ядерными установками, представляет собой
одно из наиболее многообещающих направлений неэлектрического
использования ядерной энергии (рис. 2.40).
Многие авторитетные международные экспертные группы, в частности Межправительственная группа экспертов по климатическим изменениям, полагают, что ядерная энергия, обеспечивающая
в настоящее время около 6 % первичной энергии, могла бы уже в
ближайшем будущем внести значительный вклад в производство
тепла и электроэнергии, свободное от эмиссии парниковых газов. В
настоящее время менее 1 % тепла, производимого в ядерных реакторах, используется в других областях. Однако существуют обширные возможности применения тепловой ядерной энергии, степень важности которых может значительно повлиять на будущее
распространение программ ядерной энергетики.
К настоящему моменту промышленно освоены два способа
применения тепла, производимого ядерными системами: централизованное теплоснабжение и опреснение воды. Другим наиболее
перспективным способом применения ядерного тепла является
синтез топлива, включающий, в частности, производство водорода.
Сейчас около 40 % всей первичной энергии в мире используется
для производства электроэнергии, остальная часть используется
главным образом для транспортных целей (порядка 18 %) и производства бытового и промышленного тепла (порядка 42 %).
В 2004 г. при производстве электроэнергии в атмосферу поступило около 10 Гт CO2, что составило 27 % всех антропогенных выбросов CO2 в мире. На долю автомобильного транспорта в 2004 г. пришлось около 13 % всех выбросов CO2. Эти цифры показывают, что
повышение использования ядерной энергии для неэлектрических
областей применения могло бы сыграть важную роль в снижении
выбросов CO2 в текущие десятилетия.
Специфика централизованного теплоснабжения связана с отсутствием больших распределительных сетей для передачи тепла от
99
производителя к потребителям. В связи с этим модульные реакторы
малой и средней мощности представляют собой наиболее подходящий вариант для промышленных областей применения тепла.
Представляется особенно перспективным комбинированное производство тепла и электроэнергии. Данная концепция не является
новой, поскольку некоторые из первых в мире гражданских реакторов использовались для подачи как тепла, так и электроэнергии. К
их числу следует отнести первый в Великобритании реактор «Колдер Холл», обеспечивающий подачу электроэнергии в сеть и тепла
на установку для регенерации топлива в 1956 г.; станцию «Агеста» в
Швеции, которая обеспечивала горячую воду для централизованного
теплоснабжения пригорода Стокгольма в 1963 г., и первую в мире
АЭС в СССР, выдававшую в качестве конечного продукта электроэнергию и тепло в г. Обнинск в 1954 г.
Примерно 85 % использования энергии в промышленном секторе
связано с энергоемкими отраслями промышленности: сталелитейной, цветной металлургии, химической (производство минеральных
удобрений, очистка нефти), горнодобывающей (цемент, известь,
стекло и керамика), целлюлозно-бумажной. Существуют достоверные данные по глобальным выбросам CO2: для металлургической (6
% от общего количества выбросов), цементной (5 %), целлюлознобумажной (1 %) промышленностей и цветной металлургии (0,35 %).
Основными неэлектрическими применениями ядерной энергии
в будущем принято считать:
• централизованное теплоснабжение;
• опреснение воды (рис. 2.41);
• технологическое теплоснабжение;
• использование в судоходстве;
• использование в космических целях;
• производство водорода;
• угольная газификация и производство других синтетических
топлив;
• добыча нестандартных нефтяных ресурсов и др.
Анализ потенциала рынка неэлектрических применений ядерной
энергии ведет к определенным выводам.
100
В обозримом будущем производство электроэнергии останется
главной сферой применения энергии ядра. Это связано с тем, что
данная область в наибольшей степени технологически освоена, а
также с неизбежным увеличением доли электричества в конечном
энергетическом спросе.
В настоящее время ядерная энергия имеет небольшое распространение на неэлектрическом рынке энергии, однако ожидается
возникновение и быстрый рост большой потребности в неэлектрической ядерной энергии, связанной с увеличением энергопотребления,
обусловленным ростом населения; ограниченными запасами ископаемого топлива; заменой прямого использования ископаемого топлива; повышенной чувствительностью к воздействию сжигания ископаемого топлива на окружающую среду.
Из-за преобладания производства электричества проникновение
ядерной энергетики на рынок неэлектрических услуг будет расти за
счет использования технологий, предполагающих производство
электричества в сочетании с другими видами энергии, где только
возможно; со временем для некоторых применений возможно создание специализированных реакторов для производства тепла.
Множество неэлектрических применений нуждается в энергетических источниках, которые являются относительно небольшими по
сравнению с размером существующих ядерных реакторов, поэтому
развитие ядерных реакторов малых и средних мощностей способствовало бы неэлектрическому применению ядерной энергии. Некоторые неэлектрические применения требуют, чтобы АЭС располагались близко к потребителю; это повлечет разработку особой безопасности, характерной для определенного места.
С точки зрения экономики в неэлектрических применениях ядерной энергетики наблюдаются те же тенденции, что и в области производства ядерной электроэнергии. Возрастание капитальных затрат
АЭС повлияло на цену большинства неэлектрических применений;
эволюционное и инновационное совершенствования конструкции
ядерного реактора в соединении со стабильными ценами на ядерное
топливо приведут к увеличению конкурентоспособности неэлектрических ядерных применений.
В зависимости от региональных условий ядерная энергетика уже
является конкурентоспособной в области централизованного тепло101
снабжения, опреснения воды и в некоторой области применения технологического тепла. Использование ядерной энергии для производства водорода, вероятно, будет способствовать непрямому проникновению ядерной энергетики на транспортные рынки, большинство из
которых не могут использовать ядерные реакторы напрямую.
Неэлектрические применения ядерной энергии, вероятнее всего,
найдут практическое применение в тех странах, в которых уже есть
соответствующая инфраструктура и организационная поддержка.
Практическое воплощение некоторых неэлектрических применений, например опреснения воды, будет способствовать увеличению
степени доверия общественности к ядерной энергетике.
2.7. Роль международного сотрудничества
в развитии ядерной науки и технологии
и международные ядерные организации:
МАГАТЭ, WNA, WNU, WANO, OECD-NEA,
OECD – IEA, EC, ENEN, ANENT и др.
Ядерная энергетика и ядерные технологии стали первым примером в истории человечества по реализации глобального подхода к
решению проблем, примером приоритета глобального интереса над
национальным суверенитетом, хотя последний до сих пор остается
краеугольным камнем международных отношений, принципов
ООН (рис. 2.42).
2.7.1. Некоторые этапы международных инициатив
по мирному использованию энергии ядра
1953 г. – в ООН выдвинута инициатива «Атомы для мира»
(рис. 2.42);
1954 г. – сформулирована Резолюция Генеральной ассамблеи
ООН об организации Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ);
1957 г. – организовано МАГАТЭ;
1955, 1958, 1964, 1971 гг. – проведены международные конференции ООН по мирному использованию ядерной энергии в Женеве;
102
1960–1970 гг. – образован ряд новых организаций в западных
странах в области мирного использования ядерной энергетики:
Агентство по ядерной энергии и Международное энергетическое
агентство (Париж); Евратом. Параллельно с созданием и развитием
глобальных (многонациональных) организаций в ядерно-энергетической области шло осознание ключевой роли технологии ЯТЦ в
решении проблемы нераспространения.
1970 г. – вступил в силу Договор о нераспространении ядерного
оружия (ДНЯО) – многосторонний международный акт, разработанный Комитетом по разоружению ООН с целью поставить прочную
преграду на пути расширения круга стран, обладающих ядерным
оружием, обеспечить необходимый международный контроль за выполнением государствами взятых на себя по Договору обязательств
с тем, чтобы ограничить возможность возникновения вооружённого
конфликта с применением такого оружия; создать широкие возможности для мирного использования ядерной энергии.
1970–1980-е гг. – интенсивно возникают и обсуждаются идеи,
концепции и предложения по международной интеграции именно в
области ЯТЦ (например, семинар в Зальцбурге, 1977 г.): по созданию
региональных центров ЯТЦ; по международным хранилищам ОЯТ и
плутония. Значительным этапом по обсуждению различных концепций ЯТЦ явилась Международная оценка ядерного топливного цикла,
проведенная в 1978–1980 гг. при участии экспертов 18 ведущих стран
в ядерно-энергетической области;
1987 г. – после Чернобыльской катастрофы создана Международная ассоциация операторов АЭС (WANO);
1993 г. – подписан «Дополнительный протокол» к ДНЯО;
1992 г. – сформулирована «Повестка дня на XXI век» (важнейшая программа ООН) – принципы стабильного (в том числе энергетического) развития;
2000 г. – выдвинута инициатива Президента РФ на Саммите
Тысячелетия ООН «Ядерная энергетика – основа будущего стабильного энергетического развития»;
2001 г. – организована Международная ядерная ассоциация
(WNA – бывший Урановый институт (UI), Лондон);
2003 г. – создан Всемирный ядерный университет (WNU, Лондон);
103
2005 г. – подписан Киотский протокол: распространение глобального подхода на всю технологическую деятельность человека.
Полвека спустя после предложения «Атомы для мира», была
предпринята инициатива «Атомы для устойчивого развития» и создан Всемирный ядерный университет для того, чтобы содействовать распространению специальных знаний и опыта в области
ядерных технологий во всем мире. В заявлении доктора Мохаммеда аль-Барадеи – генерального директора МАГАТЭ – инициатора
образования Всемирного ядерного университета, говорится:
«МАГАТЭ со своими 135 государствами-членами надеются, что
это учебное заведение станет подлинно Всемирным ядерным университетом. Почти 2 млрд. человек, т.е. около трети населения нашей планеты, остаются без доступа к современным источникам
энергии; эта нехватка может быть восполнена, по крайней мере,
частично с помощью ядерной энергии. Но любое значимое увеличение использования ядерной энергии в будущем станет возможным, только если ядерная отрасль успешно разработает инновационные реакторы и технологии топливного цикла, а также операционные и регулирующие методы, которые позволят успешно решить
проблемы, связанные с конкурентоспособностью издержек, безопасностью и сохранностью, устойчивостью с точки зрения нераспространения и удаления отходов».
За несколько последних лет был предпринят ряд международных инициатив, в рамках которых рассматривались средне- и долгосрочные перспективы развития ядерной энергетики, Среди таких
инициатив можно назвать проект «Международный форум «Generation IV» (GIF), инициатором которого выступили США, Международный проект МАГАТЭ по усовершенствованным ядерным реакторам и топливным циклам (INPRO) .
Были проведены также два крупных исследования: «Разработка
усовершенствованных ядерных реакторов: возможности международного сотрудничества», организованное МАГАТЭ совместно с
Международным энергетическим агентством и Агентством по
ядерной энергии (1998–2002 гг.) и «Будущее ядерной энергетики» –
междисциплинарное исследование Массачусетского технологического института (2003, 2009 гг.)
104
Эти инициативы во многом схожи, поскольку все они нацелены
на разработку усовершенствованных ядерных систем, включая реакторы и топливные циклы. Хотя импульсом для их реализации
послужили одни и те же настоятельные потребности стран, они
имеют определенные различия, например, в том, какое внимание в
них уделяется ядерному топливному циклу. Два проекта – GIF и
INPRO – это наиболее значительные инициативы, которые могут
послужить развитию международного сотрудничества в данном
направлении.
2.7.2. Международные инициативы по предотвращению
распространения и использования ядерного оружия
Важнейшим событием в современной истории явилось создание
режима нераспространения и предотвращения использования ядерного оружия.
Договор о нераспространении ядерного оружия – многосторонний международный акт, разработанный Комитетом по разоружению ООН с целью поставить прочную преграду на пути расширения круга стран, обладающих ядерным оружием, обеспечить необходимый международный контроль за выполнением государствами взятых на себя по Договору обязательств с тем, чтобы ограничить возможность возникновения вооружённого конфликта с
применением такого оружия; создать широкие возможности для
мирного использования атомной энергии. Одобрен Генеральной
Ассамблеей ООН 1 июня 1968 г. Вступил в силу 5 марта 1970 г.
после сдачи на хранение ратификационных грамот государствамидепозитариями: СССР (подписал в 1968 г.), США (1968), Великобритания (1968). Франция и КНР подписали Договор в 1992. 11 мая
1995 г. свыше 170 стран-участниц договорились продлить действие
Договора на неопределённый срок без каких-либо дополнительных
условий. Участниками договора являются почти все независимые
государства мира. Не являются участниками договора Израиль,
Индия, Пакистан и КНДР.
Договор устанавливает, что государством, обладающим ядерным оружием, считается то, которое произвело и взорвало такое
105
оружие или устройство до 1 января 1967 г. (то есть СССР, США,
Великобритания, Франция, Китай).
Договор закрепляет неотъемлемое право всех государствучастников развивать исследования, производство и использование
ядерной энергии в мирных целях без дискриминации и в соответствии с Договором. Договор обязывает его участников обмениваться
в этих целях оборудованием, материалами, научной и технической
информацией, содействовать получению благ неядерными государствами от любого мирного применения ядерных взрывов.
Каждое из государств-участников Договора, не обладающих
ядерным оружием, обязуется не принимать передачи от кого бы то
ни было ядерного оружия или других ядерных взрывных устройств, а также контроля над ними ни прямо, ни косвенно; равно
как и не производить и не приобретать каким-либо иным способом
ядерного оружия или других ядерных взрывных устройств и не
принимать какой-либо помощи в их производстве.
По Договору, каждое из государств-участников Договора, обладающих ядерным оружием, обязуется не передавать кому бы то ни
было это оружие или другие ядерные устройства, а также контроль
над ними ни прямо, ни косвенно; равно как и никоим образом не
помогать, не поощрять и не побуждать какое-либо государство, не
обладающее ядерным оружием, к производству или приобретению
каким-либо иным способом ядерного оружия или других ядерных
взрывных устройств, а также контроля над ними.
Контроль за нераспространением ядерного оружия осуществляется с помощью Международного агентства по атомной энергии
(МАГАТЭ, IAEA – International Atomic Energy Agency), с которым
каждый участник Договора, не обладающий ядерным оружием,
обязан заключить соответствующее соглашение.
В статье VI и преамбуле Договора указывается, что ядерные государства будут стремиться к сокращению и уничтожению своих
ядерных запасов. Тем не менее, за более чем 40 лет существования
Договора мало что было сделано в этом направлении. В статье I
ядерные государства обязуются не «побуждать какое-либо государство, не обладающее ядерным оружием, <…> приобретать
ядерное оружие» – однако принятие ядерным государством военной доктрины, основывающейся на возможности нанесения упреж106
дающего удара, равно как и иные угрозы применения вооружённой
силы, можно в принципе рассматривать как такого рода побуждение. В статье X говорится, что любое государство вправе выйти из
Договора, если оно сочтёт, что вынуждено сделать это ввиду какого-либо «чрезвычайного события» – например, ввиду предполагаемой угрозы.
Три государства – Индия, Пакистан и Израиль – отказались подписать Договор. Эти государства утверждают, что Договором создан
своего рода избранный клуб ядерных государств, куда остальные не
допускаются – однако в Договоре не содержится этического обоснования законности такого разделения. Индия и Пакистан обладают
ядерным оружием, что запрещено Договором. Израиль занимается
ядерными разработками в ядерном центре в городке Димона (пустыня Негев). Техник ядерного центра Мордехай Вануну рассказал лондонской газете Sunday Times, что в центре разрабатывается ядерное
оружие, и что Израиль с 1958 г. накопил от 100 до 200 боеголовок.
Официальный Израиль отказывается подтвердить или опровергнуть
утверждения о своих ядерных разработках.
В ЮАР была осуществлена программа создания ядерного оружия – предположительно, при содействии Израиля, и возможно,
был произведён испытательный ядерный взрыв над Атлантикой,
однако впоследствии ядерная программа была закрыта, и ЮАР
подписала ДНЯО в начале 1990-х гг., предварительно уничтожив
свой небольшой ядерный арсенал. Индия и Пакистан объявили об
обладании ядерным оружием и провели его испытания.
КНДР ратифицировала Договор, но отозвала свою подпись после конфликта с МАГАТЭ. Иран также подписал Договор, но с
2004 г. он находится под подозрением в нарушении Договора и
разработке ядерного оружия.
Основной проблемой с точки зрения контроля за соблюдением
ДНЯО является то, что один и тот же процесс – обогащение урана – может быть использован как для получения ядерного топлива
для АЭС, так и в создании ядерной бомбы. Выработка ядерных материалов для бомбы может осуществляться тайно, под видом производства ядерного топлива (в чём подозревают Иран) – или, как в
ситуации с Северной Кореей, государство-участник ДНЯО может
просто выйти из Договора.
107
Доктор Мохаммед аль-Барадеи, руководитель МАГАТЭ в 1997–
2010 гг., указывал, что в наше время ядерную бомбу могли бы создать не менее 40 государств – было бы желание. В мире существует
настоящий «чёрный рынок» ядерных материалов, всё новые и новые страны предпринимают попытки приобрести технологии производства материалов, пригодных для использования в ядерном
оружии. Налицо также явно выраженное желание террористов заполучить оружие массового уничтожения. Всё это, по мнению альБарадеи, радикально изменило общую ситуацию в области ядерной
безопасности.
Каждые пять лет проводятся конференции по рассмотрению
действия ДНЯО. Последняя такая конференция прошла в мае
2010 г.
2.7.3. Важнейшие международные организации
в области мирного использования ядерной энергии
Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ).
МАГАТЭ является мировым центром по сотрудничеству в ядерной
области. Оно было создано в 1957 г. в рамках ООН в качестве международной организации, отвечающей концепции «Атомы для мира». Агентство работает с государствами-членами и многочисленными партнерами по всему миру, способствуя продвижению безопасных и мирных атомных технологий [41].
Статья II: Цели
Агентство стремится к ускорению и расширению использования атомной
энергии для поддержания мира, здоровья и благосостояния на планете.
Оно должно обеспечить, насколько возможно, чтобы помощь,
предоставляемая им или по его требованию или под его наблюдением или контролем, не была использована в военных целях
(рис. 2.43).
Миссия МАГАТЭ определяется интересами и потребностями
государств-членов, а также стратегическими планами и положениями, закрепленными в уставе агентства. В деятельности
МАГАТЭ можно выделить три основных направления (области)
работы: безопасность и защита (Safety and Security), наука и техно108
логии (Science and Technology), гарантии и надзор (Safeguards and
Verification).
Штаб-квартира секретариата МАГАТЭ находится в Венском
международном центре в Вене (Австрия). Региональные офисы
расположены в Женеве (Швейцария), Нью-Йорке (США), Торонто
(Канада) и Токио (Япония). МАГАТЭ осуществляет руководство
или поддержку научно-исследовательских центров и научных лабораторий в Вене и Зайберсдорфе (Австрия), Монако и Триесте
(Италия) (рис. 2.44).
МАГАТЭ в цифрах (информация ниже взята из отчета
МАГАТЭ за 2009 г.):
• 151 государство-участник;
• 53 года международной деятельности с 1957 г.;
• 2338 сотрудников;
• бюджет в €285 млн. + €58.1 млн. внебюджетных средств
• $85 млн. – фонд технической кооперации;
• 12 млн. визитов на сайт МАГАТЭ http://www.iaea.org в месяц;
• 125 координируемых исследовательских проектов;
• 171 соглашение по гарантиям; 1983 инспекции, проведенные
в 2009 г.;
• 3.1 млн. единиц в Международной ядерной информационной системе (INIS), самой большой БД агентства;
• 214 публикаций и новостных бюллетеней выпущено в 2009 г.
В состав секретариата МАГАТЭ входят около 2300 человек –
специалисты в различных областях и вспомогательный персонал из
более чем 90 стран мира. Агентство возглавляет генеральный директор Юкия Амано и шесть его заместителей, которые руководят
основными департаментами.
Программы и бюджеты МАГАТЭ утверждаются на основании
решений его управляющих органов – Совета управляющих в составе 35 членов и Генеральной конференции всех государствучастников. Доклады о деятельности МАГАТЭ периодически или
по мере необходимости представляются на Совете безопасности
ООН и Генеральной ассамблее ООН.
Роль МАГАТЭ в атомной энергетике XXI века:
• разработка глобальной концепции ядерной энергетики;
109
• оценка доступности и приемлемости требований к крупно-
масштабному использованию атомной энергии в развитых и развивающихся странах в XXI в.;
• содействие международному сотрудничеству в развитии различных видов нового поколения ядерно-энергетических систем,
которые отвечают этим требованиям;
• содействие политической дискуссии, направленной на создание расширенной институциональной системы, приемлемой как
для развитых, так и для развивающихся стран.
Всемирная ассоциация операторов атомных электростанций (ВАО АЭС). Ассоциация объединяет все компании и страны в
мире, где действуют коммерческие АЭС, и ставит перед собой целью достижение высоких стандартов ядерной безопасности. Миссия ВАО АЭС состоит в максимизации надежности и безопасности
атомных электростанций во всем мире путем обеспечения взаимной поддержки организаций, обмена информацией и передачи передового опыта (рис. 2.45) [42].
Имея штаб-квартиру в Лондоне и региональные центры в Москве, Атланте, Токио и Париже, ВАО АЭС стоит выше политических
барьеров и интересов. Целью ВАО АЭС является исключительно
помощь своим членам в достижении высокого уровня безопасности
и надежности эксплуатации АЭС. ВАО АЭС осуществляет это посредством проведения экспертных оценок и технической поддержки, а также обеспечения доступа к глобальной библиотеке, содержащей данные об опыте эксплуатации (рис. 2.46).
ВАО АЭС являются некоммерческой организацией, которой руководит Совет управляющих. Он устанавливает политику, которая
осуществляется в региональных центрах. Текущая работа этих центров контролируется исполнительным руководством ВАО АЭС.
Рабочие программы находятся в ведении постоянных служащих и
сотрудников, прикомандированных от организаций-членов со всего
мира.
Хотя ВАО АЭС непосредственно работает со своими членами,
она не является регулирующим органом и не дает рекомендаций
компаниям или странам по вопросам конструирования реакторов.
Руководствуясь повышением безопасности как своей единственной целью, ВАО АЭС помогает операторам эффективно общаться и открыто обмениваться информацией, так как опыт пока110
зывает, что многие несчастные случаи можно было бы предотвратить, если бы были извлечены уроки из предыдущих инцидентов. В
итоге эта деятельность максимально повысит эффективность работы всех операторов.
Оценка промышленной безопасности. Уровень аварийности определяется количеством несчастных случаев среди сотрудников,
приведших к потере рабочего времени, ограничению трудоспособности или гибели людей, на 200 000 рабочих часов. В ядерной отрасли продолжают обеспечиваться наиболее безопасные в промышленной сфере условия работы.
Всемирная ядерная ассоциация (WNA – World Nuclear
Association, WNA) (рис. 2.47) является международной организацией, которая способствует продвижению ядерной энергетики и
поддерживает многие компании мировой ядерной индустрии [43].
WNA возникла на базе Уранового института, основанного в Лондоне в 1975 г. как форум, на котором обсуждались вопросы ядерного
топливного рынка. В 2001 г. на фоне расширения перспектив ядерной энергетики Урановый институт изменил свое название и поставил себе задачи формирования более широкого круга членов и расширения сферы деятельности. Цель заключалась в создании глобальной организации, осуществляющей широкую международную
поддержку атомной отрасли и способствующей реализации потенциала ее роста в XXI в.
Ключевые области, в которых WNA представляет атомную отрасль:
• изменение климата. В контексте проводимых Организацией
Объединенных Наций переговоров по проблеме изменения климата
WNA координирует стратегию отрасли по формированию международного признания атомной энергетики как уникального и экологически чистого источника энергии;
• стандартизация конструкции реакторов. Для взаимодействия с международными регулирующими органами экспертная
рабочая группа WNA готовит рассчитанные на перспективу рекомендации по стандартизации разработки реакторов и согласованию
регламентов;
• радиационная защита. Опираясь на помощь промышленных экспертов, секретариат WNA взаимодействует с устанавливающими стандарты международными органами по вопросам
111
стандартизации для решения проблем несбалансированного и необоснованного регулирования, затрудняющего полезное использование ядерной энергии;
• терминология. WNA сотрудничает с МАГАТЭ в вопросе пересмотра основных определений, используемых в Международной
ядерной и радиологической шкале событий (International Nuclear and
Radiological Event Scale, INES) в целях обеспечения точности классификации и повышения качества взаимодействия с общественностью;
• регулирование добычи и транспортировки. WNA координирует промышленную деятельность в целях преодоления препятствий, вызванных локальной политикой, которая блокирует или
снижает степень надежности добычи урана и безопасности транспортировки ядерного топлива;
• международная ядерная торговля. Дополняя роль Всемирного ядерного транспортного института (World Nuclear Transport
Institute), WNA ведет работу по преодолению барьеров на пути международной законной торговли в области гражданского ядерного
оборудования и материалов;
• нераспространение. Рабочая группа WNA обеспечивает
развитие различных инициатив, включая создание банка ядерного
топлива МАГАТЭ, что способствовало бы «интернационализации»
чувствительных аспектов ядерного топливного цикла.
Со времени учреждения WNA в 2001 г. усилия по ее формированию и диверсификации принесли свои плоды. WNA расширилась
в три раза, охватив (I) практически все мировые предприятия по
добыче урана, конверсии, обогащению и изготовлению топлива;
(II) всех поставщиков реакторов; (III) основные предприятия, занимающиеся строительством и инжинирингом, компании по обращению с отходами, и (IV) почти 90% ядерных генерирующих мощностей в мире. Другие члены WNA предоставляют транспортные,
правовые, страховые, брокерские, аналитические и финансовые
услуги.
WNA постоянно развивается. Быстрый рост ассоциации отражает признание ее значения и представляет собой крупный шаг в создании единого сообщества предприятий ядерной отрасли. Сегодня
своим членам и мировой ядерной отрасли в целом WNA служит в
целях:
112
обеспечения глобальной площадки для обмена знаниями и
понимания проблем развития атомной отрасли;
• увеличения эксплуатационных возможностей предприятий
путем развития передового опыта на международном уровне;
• авторитетных выступлений по вопросам атомной промышленности на ключевых международных форумах;
• совершенствования международной политики в сфере атомной энергетики и взаимодействия отрасли с общественностью.
Главная цель WNA заключается в стимулировании взаимодействия между руководителями ядерных предприятий в целях формирования стратегии развития атомной энергетики. Совет WNA,
возглавляемый лидерами отрасли, устанавливает приоритеты, определяет бюджеты и сборы для поддержки разнообразной деятельности ассоциации, в том числе более десятка промышленных рабочих групп, состав которых определяет небольшой лондонский секретариат. Вся деятельность WNA направлена на цели, выходящие
за рамки национальных объединений, межправительственных
структур и организации, занимающейся вопросами безопасности
реакторов, ВАО АЭС.
Всемирный ядерный университет (WNU). В 2001 г. на базе
WNA по инициативе МАГАТЭ, ВАО АЭС, WNA и NEA–OECD
был создан Всемирный ядерный университет (WNU) (рис. 2.48).
Перспектива устойчивого роста использования ядерных технологий – как для производства электроэнергии, так и для широкого
спектра применений в медицине, сельском хозяйстве и промышленности - указывает на необходимость значительно расширить
подготовку кадров для атомной отрасли в XXI веке. Роль Всемирного ядерного университета состоит в поддержке данного направления путем:
• укрепления образования в области ядерной науки, инженерного дела и права;
• содействия пониманию общественностью ядерных технологий;
• воодушевления и помощи в становлении нового поколения
лидеров атомной промышленности.
Ассоциация Европейской сети ядерного образования
(ENEN). Ассоциация (рис. 2.49) была создана на основе Европейского пространства высшего образования партнерами проекта «Ев•
113
ропейская ядерная инженерная сеть» (рис. 2.50).
ENEN был дан более постоянный характер и правовой статус
путем основания 22 сентября 2003 г. в соответствии с законом
Франции от 1901 г. Ассоциации ENEN, некоммерческой международной организации.
Основной целью Ассоциации ENEN является сохранение и
дальнейшее развитие экспертных знаний в ядерной области посредством работы с системой высшего образования и профессиональной подготовки. Эта цель должна быть реализована через сотрудничество между университетами, научно-исследовательскими
институтами, регулирующими органами, промышленными предприятиями и другими организациями, связанными с практическим
применением ядерной науки и ионизирующего излучения.
В рамках проекта ENEN-II (рис. 2.51) будут консолидированы
результаты, достигнутые Ассоциацией ENEN и ее партнерами в
ходе реализации проектов FP-5 ENEN и FP-6 NEPTUNO.
ENEN-II распространит деятельность ассоциации за пределы
ядерных инженерных дисциплин, в частности, в области радиационной защиты, радиохимии, радиоэкологии и захоронения радиоактивных отходов, привлечет вузы и факультеты, активно работающие в этих областях. Это расширит сферу деятельности ENEN,
которая станет включать не только академическое образование, но
и профессиональную подготовку; укрепит сотрудничество с промышленными предприятиями и регулирующими органами, с другими ядерными образовательными сетями и Всемирным ядерным
университетом.
Азиатская сеть ядерного образования (ANENT – Asian Network for Education in Nuclear Technology) (рис. 2.53) создана для
продвижения, управления и сохранения ядерных знаний и обеспечения постоянного наличия талантливых и квалифицированных
человеческих ресурсов в ядерной области в Азиатском регионе, а
также повышения качества ресурсов для устойчивости ядерных
технологий. Целью ANENT является содействие сотрудничеству в
области образования, обучения и проведения научных исследований в сфере ядерных технологий в Азиатском регионе путем:
• обмена информацией и материалами для ядерного образования и обучения;
• обмена студентов, преподавателей и исследователей;
114
• создания перечня учебных программ и содействия взаимно-
му признанию ученых степеней;
• участия в качестве посредника между организациямичленами ANENT и другими региональными и глобальными сетями.
ANENT включает в себя 32 организации-члена из 15 стран и 6
сотрудничающих организаций (рис. 2.54).
ANENT объединяет несколько сфер деятельности (рис. 2.55)
Сфера 1. Обмен информацией и материалами для образования и
обучения:
• аккумуляция существующей информации и материалов;
• создание сети, ее администрирование, изменение и дополнение.
Сфера 2. Программы обмена студентами, преподавателями и
исследователями:
• создание рабочего механизма для поддержки обмена студентов, преподавателей и исследователей;
• содействие двустороннему сотрудничеству как отправной
точке для многостороннего взаимодействия.
Сфера 3. Дистанционное обучение:
• обобщение существующих учебных материалов;
• обеспечение доступности материалов для сети ANENT и
электронных СМИ;
• создание курсов дистанционного обучения.
Сфера 4: Создание перечня учебных программ, облегчение перевода финансовых средств и взаимное признание ученых степеней
• обмен и анализ существующих учебных программ;
• разработка рекомендаций по учебным программам;
• содействие взаимному признанию ученых степеней и передаче образовательных кредитов.
Сфера 5: Взаимодействие с другими сетями и организациями
• определение и разработка механизмов для связи ANENT с
другими сетями, такими как RCA, ANSN, ENEN, FNCA, ASNM,
ARCCNM и WNU;
• выполнение функции посредника для обмена данными между организациями-членами ANENT и других региональных и глобальных сетей.
Основная функция ANENT заключается в интеграции имеющихся ресурсов для:
115
• образования и обучения в сочетании с применением существующих в МАГАТЭ и др. механизмов;
• повышения осведомленности общественности о преимуществах ядерных технологий и их применений;
• привлечения талантливой молодежи на этапе выбора карьеры;
• поощрения передачи опыта профессионалами молодому поколению;
• использования информационных технологий, в частности,
дистанционного образования и обучения в максимально возможной
степени.
Агентство по ядерной энергии (NEA). Агентство по ядерной
энергии Организации экономического сотрудничества и развития
(The OECD Nuclear Energy Agency, NEA–OECD) (рис. 2.56) было
создано 1 февраля 1958 г. под названием Европейского агентства по
атомной энергии OECD. Свое нынешнее название организация получила 20 апреля 1972 г., когда Япония стала ее первым не европейским полноправным членом [44].
Агентство по ядерной энергии является специализированным
ведомством в составе Организации экономического сотрудничества и развития, межправительственного органа промышленно развитых стран, базирующегося в Париже.
Миссия NEA заключается в оказании помощи государствамчленам в сохранении и дальнейшем развитии в рамках международного сотрудничества научных, технологических и правовых баз,
необходимых для безопасного, экологически чистого и экономичного использования ядерной энергии в мирных целях. Чтобы добиться этого, NEA функционирует в качестве:
• форума для обмена информацией и опытом, а также развития
международного сотрудничества;
• центра передового опыта, который помогает государствамчленам накапливать и поддерживать свои технические знания;
• посредника, оказывающего помощь в выборе стратегии и
достижении консенсуса.
В настоящее время в состав NEA входят 28 стран Европы, Северной Америки и Азиатско-Тихоокеанского региона: Австралия,
116
Франция, Япония, Словакия, Австрия, Германия, Корея, Испания,
Бельгия, Греция, Люксембург, Швеция, Канада, Венгрия, Мексика,
Швейцария, Чешская Республика, Исландия, Нидерланды, Турция,
Дания, Ирландия, Норвегия, Великобритания, Финляндия, Италия,
Португалия, США.
Эти государства объединяют около 85 % установленной мощности АЭС в мире. Ядерная энергетика составляет почти четверть
электроэнергии, производимой в странах-членах NEA. Ассоциация
работает в тесном сотрудничестве с МАГАТЭ и Европейской комиссией. В рамках ОЭСР деятельность ассоциации координируется
с Международным энергетическим агентством и Дирекцией по окружающей среде, а также по мере необходимости осуществляются
контакты с другими управлениями.
Направления работы NEA:
• ядерная безопасность и регулирование;
• развития ядерной энергетики;
• обращение с радиоактивными отходами;
• радиационная защита и здравоохранение;
• ядерное право и ответственность;
• ядерная наука;
• банк данных;
• информация и коммуникации.
Международное энергетическое агентство (IEA – International Energy Agency) (рис. 2.57), являющееся независимой организацией, было создано в ноябре 1974 г. У него есть два основных
направления работы: поддержание энергетической безопасности
своих стран-членов посредством коллективных ответов на сбои в
поставках нефти и консультирование по вопросам энергетической
политики [45].
IEA осуществляет комплексную программу энергетического сотрудничества среди 28 стран с развитой экономикой, каждое из которых обязано держать запас нефти, эквивалентный 90 дням ее
чистого импорта.
Агентство преследует следующие цели:
• обеспечение безопасного доступа стран-членов к надежным
и крупным поставкам всех видов энергии, в частности, путем поддержания в постоянной готовности сил и средств к эффективному
117
реагированию на возможные чрезвычайные ситуации, возникающие в случае перебоев с поставками нефти;
• содействие устойчивой энергетической политике, которая
стимулирует экономический рост и защиту окружающей среды в
глобальном масштабе, особенно в плане сокращения выбросов
парниковых газов, которые способствуют изменению климата;
• повышение прозрачности международных рынков посредством сбора и анализа данных об энергетике;
• поддержка глобального сотрудничества в области энергетических технологий для обеспечения будущих поставок энергии и
смягчения их воздействия на окружающую среду, в том числе путем повышения эффективности использования энергии и разработки и внедрения низкоуглеродных технологий;
• поиск решения глобальных энергетических проблем путем
сотрудничества и диалога с неправительственными организациями,
странами-членами, предприятиями, международными организациями и другими заинтересованными сторонами.
Членами IEA являются Австралия, Австрия, Бельгия, Великобритания, Дания, Германия, Греция, Венгрия, Ирландия, Испания,
Италия, Канада, Республика Корея, Люксембург, Нидерланды, Новая Зеландия, Норвегия, Польша, Португалия, Словакия, Турция,
Финляндия, Франция, Швеция, Швейцария, Чехия, Япония и США.
Европейская комиссия также принимает участие в работе IEA.
В качестве примера приведем предоставленные IEA-OECD сведения о будущем энергетики в развитых странах мира: включающие широкий спектр технологий данные по почти 200 новым электростанциям, которые планируется ввести в эксплуатацию около
2015 г. в 17 государствах-членах Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) и 4 не входящих в ОЭСР странах
(Бразилия, Китай, Россия, Южная Африка):
• ядерная энергия: 20 легководных реакторов;
• газ: 25 электростанций, из которых на 22 используются газовые турбины комбинированного цикла (CCGTs);
• уголь: 34 электростанции, из которых 22 сверхкритические и
ультрасверхкритические (SC/USC);
118
• фиксация диоксида углерода: 14 угольных и 2 газовых элек-
тростанции с применением технологии Carbon capture and storage
(CCS, фиксация и хранение диоксида углерода);
• возобновляемые источники энергии: 72 электростанции, из
которых на 18 используется энергия ветра, дующего в направлении
берега, на 8 – ветра, дующего от берега, 17 солнечных фотоэлектрических и 3 солнечных тепловых, 14 гидростанций, 3 геотермальные, 3 биогазовые, 3 биомассовые, 1 приливно-отливная и 2
приливные;
• комбинированные системы тепло- и энергоснабжения: 20
электростанцй, из которых 13 газовых, 3 угольных, 3 биомассовых,
1 на биогазе и бытовых отходах.
Европейское сообщество по атомной энергии (ЕURATOM –
European Atomic Energy Community, EAEC or Euratom)
(рис. 2.58) – это международная организация, которая юридически
хотя и отличается от Европейского союза (ЕС), но имеет тот же состав и регулируется институтами ЕС. Создана 25 марта 1957 г. вместе с Европейским экономическим сообществом (ЕЭС) путем подписания Римского договора. Хотя в 1967 г. институты Евратома были поглощены органами исполнительной власти ЕЭС, ядерная программа сохраняет особый юридический статус в Европейском союзе.
Все государства-члены ЕС подписали Договор об учреждении
Европейского сообщества по атомной энергии – Euratom Treaty. Как
заявил председатель Еврокомиссии Х.М. Баррозо в ходе конференции по гражданскому использованию ядерной энергии (Париж,
8 марта 2010 г.), Европейская комиссия является бдительным стражем Договора; более половины стран ЕС в настоящее время производят ядерную энергию и, соответственно, приняли высокий уровень стандартов защиты и безопасности, установленный в Договоре.
Изначально созданный для координации реализуемых государствами-членами научно-исследовательских программ в области
мирного использования ядерной энергии, сегодня Договор помогает объединить знания, инфраструктуры и финансирование в области ядерной энергии. Он обеспечивает безопасность атомного энергоснабжения в рамках централизованной системы мониторинга. В
частности, положения договора позволяют осуществлять многолетние Системные исследовательские программы, финансируемые
из бюджета ЕС.
119
Европейский ядерный энергетический форум (European Nuclear Energy Forum, ENEF) (рис. 2.59) является уникальной платформой для широкого обсуждения, без каких-либо запретов, как
текущих вопросов, так и перспектив и рисков ядерной энергетики.
Основанный в 2007 г., ENEF собирает все стороны, заинтересованные в решении проблем ядерной области: правительства 27 странчленов ЕС, европейские институты, включая Европейский парламент и Европейский экономический и социальный комитет, представителей атомной промышленности, потребителей электроэнергии и гражданского общества.
ENEF восходит к инициативе Европейской комиссии, которая
была одобрена лидерами 27 стран-членов ЕС в марте 2007 г. Во
время саммита они показали, что ЕС играет ведущую роль в борьбе
с глобальным потеплением.
2.7.4. Международные инициативы по развитию
инновационных ядерно-энергетических систем
По всему миру разрабатывается большое количество проектов
реакторных установок, и очевидно, что для повышения результатов
недостаточного финансирования научных исследований и разработок, требуется значительное международное сотрудничество. В целом в настоящее время реализуются как минимум две инициативы
(рис. 2.60):
• Международный проект по инновационным ядерным реакторам и топливным циклам – The International Project on Innovative
Nuclear Reactors and Fuel Cycles (INPRO) [47];
• Международный форум Generation IV – GIF [46].
Инициатива GIF направлена на разработку усовершенствованных конструкций для будущих установок, в то время как проект
INPRO объединяет обладателей и пользователей технологии для
совместного рассмотрения международных мер, которые необходимо принять с целью разработки инновационных проектов ядерных реакторов и топливных циклов. Кроме того, развивается значительное международное сотрудничество по разработке реакторов
малой и средней мощности, главным образом нацеленное на те
страны, в которых отсутствуют протяженные электрические сети.
120
Рассмотрим цели каждой из этих инициатив.
Международный проект по инновационным ядерным реакторам и топливным циклам (INPRO – International Project on
Innovative Nuclear Reactors and Fuel Cycles) действует под эгидой
МАГАТЭ. Целью проекта является поддержка безопасного, стабильного, экономичного и устойчивого к распространению использования ядерных технологий для удовлетворения глобальных энергетических потребностей XXI века, что будет достигнуто путем
объединения обладателей и пользователей технологии для совместного рассмотрения международных и национальных мер, которые необходимо принять с целью разработки инновационных проектов ядерных реакторов и топливных циклов. По состоянию на
декабрь 2009 г. членами INPRO были следующие 31 стран и организаций: Алжир, Аргентина, Армения, Белоруссия, Бразилия, Болгария, Бельгия, Канада, Чили, Китай, Чешская Республика, Франция, Германия, Индия, Индонезия, Италия, Япония, Казахстан, Корея, Марокко, Нидерланды, Пакистан, Российская Федерация, Словацкая Республика, Южная Африка, Испания, Швейцария, Турция,
Украина, США и Европейская Комиссия (рис. 2.61).
Основными задачами проекта являются:
• создание форума, где эксперты и политики из развитых и
развивающихся стран могли бы обсуждать технические, экономические, экологические, социальные аспекты планирования ядерной
энергии, включая вопросы устойчивости к распространению, а
также разработку и внедрение инновационных ядерных энергетических систем в XXI веке;
• разработка методологии для оценки инновационных ядерных
энергетических систем и установление рекомендаций для таких
оценок;
• проведение анализа на глобальном, региональном и национальном уровнях роли и структуры инновационных ядерных энергетических систем, способных удовлетворить энергетические потребности устойчивым образом;
• облегчение координации международного сотрудничества по
разработке и внедрению инновационных ядерных энергетических
систем;
121
• уделение особого внимания потребностям развивающихся
стран, заинтересованных в ядерных энергетических системах нового поколения.
Проект координируется и реализуется международной координационной группой, в которую входят специалисты из странчленов. Цель координационной группы – получение данных и
взаимодействие с национальными и международными заинтересованными сторонами, в частности с NEA и GIF.
История организации проекта INPRO. В сентябре 2000 г. президент России выступил в ООН на Саммите Тысячелетия с инициативой обеспечения энергетической стабильности развития на
основе ядерных технологий. Эта инициатива оказалась исключительно своевременной и нашла поддержку мирового сообщества в
четырех резолюциях Генконференции МАГАТЭ и двух резолюциях Генеральной Ассамблеи ООН приветствуется инициатива президента России как отвечающая чаяниям развивающихся стран и
как путь гармонизации отношений индустриальных стран с развивающимися странами.
Инициатива президента РФ – политическая акция, а не технический проект. Это было принято мировым сообществом и нашло
свое отражение в международном проекте INPRO по развитию инновационной концепции АЭС и ЯТЦ, исключающей использование
в мировой энергетике наиболее «чувствительных» материалов и
технологий («свободного» плутония и высокообогащенного урана)
и «открывающей миру принципиально новые перспективы жизни»
(сентябрь 2000 г.).
Реализация международного проекта INPRO позволила объединить усилия экспертов 24 стран-членов МАГАТЭ, и разработать
требования и критерии развития ядерной энергетики, АЭС и ЯТЦ
(рис. 2.62).
Акцент на содержание предложений президента как политической инициативы позволил «оздоровить» атмосферу МАГАТЭ,
рассматриваемую западными странами как организацию с полицейскими функциями, ориентировав МАГАТЭ на роль мирового форума по обсуждению места ядерных технологий в мире, и в особенности для развивающихся стран – в соответствии с инициативой президента.
122
Области применения программы INPRO. Проект INPRO прошел промежуточный этап с разработкой и применением методологии INPRO, которая может помочь странам в оценке существующих и будущих ядерных энергетических систем, а также содействовать долгосрочному стратегическому планированию и принятию
решений. После первой серии успешных исследований еще восемь
стран проявили интерес к оценке существующих или будущих
ядерных энергетических систем с целью определения того, соответствуют ли они национальным критериям устойчивого развития.
В рамках проекта INPRO развиваются следующие направления
(рис. 2.63).
Глобальное видение устойчивого развития ядерной энергетики.
При формулировании потенциальных сценариев и гармонизации
видений долгосрочного глобального ядерно-энергетического развития проект INPRO помогает как «новичкам», так и «опытным»
ядерным странам понять потенциал технических инноваций и новых организационных и правовых подходов для разработки и создания устойчивой ядерно-энергетической архитектуры в XXI веке.
Стимулирование инноваций. В настоящее время, с целью удовлетворения потребностей заинтересованных участников проекта, растет
сотрудничество среди членов INPRO по выбранным инновационным
ядерным технологиям. Это направление деятельности связано со
специализированными научными исследованиями и разработками,
которые содействуют созданию устойчивой ядерной энергетики.
Стимулирование инноваций в организационной структуре. В
дополнение к полному спектру ядерного топливного цикла частью
ядерной энергетической системы является также организационная
структура. Эта структура включает в себя соглашения, договора,
национальные и международные правовые основы и конвенции.
Применение новых проектов реакторов может потребовать внедрение инновационных подходов к организационным мероприятиям, в
частности для реакторов малой и средней мощности. INPRO поощряет сотрудничество в этой области и оказывает поддержку странам в разработке и реализации инновационных мероприятий.
Форум для диалога в рамках INPRO. Особое внимание в рамках
проекта INPRO уделяется организации форума по вопросам будущего энергетического развития с использованием ядерных технологий. Форум направлен на стимулирование информационного об123
мена между производителями и пользователями ядерных технологий с целью обеспечения соответствия будущих технических и организационных инноваций ожиданиям заинтересованных сторон.
Национальные оценки. Недавно несколько стран выполнили ряд
национальных оценочных исследований ядерных энергетических
систем (NESA): Аргентина, Армения, Бразилия, Индия, Республика
Корея и Украина. Кроме того, восемь стран – Канада, Китай, Франция, Индия, Япония, Республика Корея, Российская Федерация и
Украина – провели совместное исследование ядерной энергетической системы, состоящей из охлаждаемого натрием быстрого реактора с замкнутым топливным циклом. В ходе совместных исследований было изучено несколько возможных сценариев путем моделирования того, как разные ядерные технологии могут содействовать
реализации расширения роли ядерной энергетики, и какого рода
проблемы и подходы могут быть рассмотрены, чтобы обеспечить
переход к замкнутому ядерному топливному циклу с быстрыми реакторами.
Национальные исследования по методу NESA проводились
странами, представляющими собой как пользователей, так и разработчиков технологии, и включали в себя различные шкалы оценок.
Аргентина и Украина оценивали устойчивость своих спроектированных национальных ядерных энергетических систем путем оценки всех установок ядерного топливного цикла.
Бразилия, Индия и Республика Корея оценивали конкретные
проекты реакторов и связанные с ними топливные циклы в выбранных областях методологии INPRO. Команда Бразилии выбрала
проект реактора IRIS и проанализировала его на предмет безопасности и экономичности. Кроме того, была проведена оценка проекта реактора FBNR (Fixed Bed Nuclear Reactor) на предмет осуществимости в части безопасности и устойчивости к распространению.
В Индии предметом исследования была замена органического
топлива водородом в транспортном секторе. Основной задачей исследования, проведенного в Южной Корее, была разработка качественного анализа для определения уровня устойчивости к распространению топливного цикла DUPIC, в котором отработанное топливо PWR трансформируется в новое топливо для реакторов
CANDU.
124
Армения провела оценочное исследование, главным образом,
для ознакомления национальных органов, ответственных за принятие решений, со всеми вопросами, связанными с запланированной
программой ядерной энергетики, направленной на замену существующего реактора более мощным энергоблоком к 2025 г.
Замкнутый топливный цикл с быстрыми реакторами.В течение
двух лет восемь стран объединили свои силы для проведения оценки ядерной энергетической системы на основе замкнутого топливного цикла с быстрыми реакторами с использованием методологии
INPRO. Цель такого совместного исследования заключалась в определении того, отвечает ли такой топливный цикл критериям устойчивого развития, в определении промежуточных этапов для применения ядерной энергии и для установления областей, для которых
в будущем потребуется проведение совместных научных исследований и разработок. Этими странами были Канада, Китай, Франция,
Индия, Япония, Южная Корея, Российская Федерация и Украина.
Система замкнутого топливного цикла с быстрыми реакторами на
основе проверенных технологий, таких как натриевый теплоноситель, МОХ-топливо в виде таблеток и технология водной регенерации, использовалась в качестве референтной системы.
С целью сделать замкнутый топливный цикл с быстрыми реакторами жизнеспособной альтернативой традиционным источникам
электроэнергии в рамках проведения совместного исследования
были выявлены некоторые слабые места в современных национальных подходах, которые требует принятия соответствующих
решений. Это, в частности, относится к экономическим показателям и безопасности, где требуется проведение дальнейших исследований для достижения более низкого уровня риска серьезных
аварий.
Конструкция действующих в настоящее время ядерных энергетических систем с замкнутым топливным циклом может не соответствовать требованиям экономической конкуренции. Упрощение
конструкции, повышение полного выгорания топлива и снижение
расходов в результате проведения целевых НИОКР наряду с мелкосерийным строительством – всё вместе могло бы сделать затраты
на атомные электростанции с быстрыми реакторами сопоставимыми с затратами на станции с тепловыми реакторами и электростанциями на органическом топливе.
125
В некоторых странах внедрение быстрых реакторов могло бы
содействовать эффективному использованию ядерного топлива в
результате увеличения использования топлива на основе плутония
и денатурированного урана для производства в зонах воспроизводства быстрых реакторов. При разработке и внедрении инновационных технологий для оптимального обращения с продуктами деления и младшими актинидами система на основе замкнутого топливного цикла с быстрыми реакторами будет иметь потенциал для
«прорыва» в части соответствия всем современным требованиям к
обращению с радиоактивными отходами.
Благодаря технологическим особенностям рассматриваемой
системы её устойчивость к распространению может быть сопоставима или даже быть выше устойчивости однократного топливного
цикла. Данная система является ключевой технологией для сбалансированного использования делящихся материалов. Система на
основе замкнутого топливного цикла с быстрыми реакторами требует применения регионального или многостороннего подхода к
услугам топливного цикла начальной стадии и завершающей части
и переходу к глобальной ядерной архитектуре.
Поскольку заключения совместного исследования также требуют применения междисциплинарного подхода и международного
сотрудничества там, где это возможно, как последующая стратегия
были инициированы несколько совместных проектов INPRO, посвященных следующим аспектам:
• глобальная архитектура ядерных энергетических систем на
основе тепловых и быстрых реакторов, включая замкнутый топливный цикл (GAINS);
• интегрированный подход к проекту аварийной системы отвода остаточного тепловыделения для реакторов с жидкометаллическим теплоносителем (DHR);
• оценка усовершенствованных и инновационных ядерных топливных циклов в рамках крупномасштабных ядерных энергетических систем на основе концепции замкнутого топливного цикла с
целью достижения соответствия принципам устойчивости в XXI
веке (проект FINITE);
• изучение технологических проблем, связанных с отведением
тепла жидкометаллическим теплоносителем или теплоносителем в
126
виде расплава солей из активных зон реакторов, работающих при
высоких температурах (COOL).
Международный форум «Generation IV». Тринадцать стран и
организаций – Аргентина, Бразилия, Канада, Евратом, Франция,
Япония, Народная Республика Китай, Республика Корея, ЮжноАфриканская Республика, Российская Федерация, Швейцария, Соединенное Королевство и США – объединились для создания Международного проекта «Generation IV International Forum» (GIF),
технический секретариат которого обеспечивается NEA (рис. 2.64).
Проект GIF нацелен на разработку ядерных энергетических систем
будущего поколения, которые могли бы обеспечить высокий уровень конкурентоспособности и надежности энергии, успешно решая при этом вопросы повышения ядерной безопасности, минимизации радиоактивных отходов, повышения уровня физической защиты и устойчивости к нераспространению. Системы IV поколения – это ответ на потребности большого числа стран и пользователей.
На первом этапе своей работы проект GIF сотрудничал в направлении всесторонней оценки концепций в ядерной энергетике, в
результате чего были выбраны наиболее перспективные в качестве
вариантов ядерных энергетических систем IV поколения. В отчете
под названием «Дорожная карта технологий для ядерных энергетических систем IV поколения» изложен процесс этой оценки и определены шесть систем IV поколения, которые были выбраны в
2002 г. Для этих систем были разработаны подробные планы научно-исследовательской деятельности с целью создания научной и
технической перспективности и оценки эффективности до возможной демонстрации в промышленном масштабе.
Члены GIF считают, что развитие этих концепций приведет к
долгосрочным выгодам для ядерной энергетики по всему миру.
Термин «система» относится к реакторной установке и ее полному
топливному циклу. Оценка всего топливного цикла особенно важна
при определении эффективности физической защиты и устойчивости к нераспространению.
Следующие системы IV поколения были выбраны в 2002 г.
(рис. 2.65):
• охлаждаемый жидким натрием реактор на быстрых нейтронах с замкнутым топливным циклом, что обеспечивает эффектив127
ное обращение с актинидами и использование сырьевого («отвального») урана (SFR);
• реактор на быстрых нейтронах, охлаждаемый свинцом или
свинцово-висмутовым эвтектическим металлическим сплавом, с
замкнутым топливным циклом, что обеспечивает эффективное использование сырьевого урана и надлежащее обращение с актинидами (LFR);
• реактор на быстрых нейтронах, охлаждаемый гелием, с
замкнутым топливным циклом (GFR);
• высокотемпературный реактор с графитовым замедлителем и
гелиевым охлаждением, имеющий открытый урановый топливный
цикл (VHTR);
• сверхкритический водоохлаждаемый реактор, охлаждаемый
водой под давлением, с режимом работы выше термодинамической
критической точки воды (SCWR);
• реактор на расплавленных солях, производящий энергию деления в циркулирующей топливной смеси расплавленных солей с
использованием реактора на надтепловых нейтронах и полного топливного цикла с рециклом актинидов (MSR).
В настоящее время фаза технической оценки (или дорожной
карты) перешла к реализации детальных программ НИОКР.
В 2006 г. Комиссия Сената США по ассигнованиям поддержала
Министерство энергетики США (DOE) в установлении первостепенной важности развития технологий быстрых реакторов и потребовала подготовить отчет о достижениях в развитии технологий
реакторов на быстрых нейтронах. В 2006 г. была выпущена Стратегия разработки быстрого реактора поколения IV (США). Она
включает сравнительный анализ систем GFR, LFR и SFR в части
технической готовности и опыта эксплуатации. В результате этого
анализа был выбран реактор SFR как наиболее перспективный вариант быстрого реактора для ввода в эксплуатацию в ближайшем
будущем. Построены крупномасштабные (промышленные) модели
SFR; два находятся в эксплуатации – во Франции и в Российской
Федерации.
Важным аспектом усовершенствованных конструкций реакторов является повышение уровня физической защиты и устойчивости к распространению. Задачи GIF в этом направлении формули128
руют, что ядерные энергетические системы IV поколения будут
«…повышать гарантию того, что они представляют собой весьма
непривлекательный и наименее желаемый путь для диверсии или
хищения материалов, годных для использования в качестве оружия, и обеспечивают повышенный уровень физической защиты
против террористических актов». Устойчивость к распространению
направлена на препятствование тайной или явной диверсии заявленных материалов, тайного или явного неправомерного использования заявленных установок и создания секретных установок государствами, стремящимися приобрести ядерное оружие или иные
ядерные взрывные устройства. Физическая защита направлена на
препятствование хищения или транспортировки материалов, годных для ядерных взрывных устройств или устройств, рассеивающих радиоактивный материал или излучающих радиацию, и пресечение саботажа ядерных установок. Технические характеристика
систем IV поколения рассчитаны на повышение устойчивости, как
к угрозам распространения, так и угрозам саботажа и терроризма.
2.7.5. Необходимость глобального сотрудничества
Существует общее согласие в отношении необходимости международных усилий по разработке новых ядерных технологий. В
связи с этим обсуждалась возможность налаживания взаимодействия между существующими проектами, которая уже реализуется на
практике.
Технологические цели GIF и требования пользователей INPRO
как необходимые характеристики передовых технологий во многом
схожи или совпадают в том, что касается экономики, безопасности,
экологии, топливного цикла, устойчивости к распространению и
устойчивости в целом. Аналогичны, по-видимому, и их подходы к
проверке и отбору предлагаемых к рассмотрению инновационных
концепций. Однако между ними есть и ряд существенных отличий:
• GIF уже реализует программу НИОКР, тогда как в INPRO
только завершается формулирование требований пользователей;
• деятельность в рамках GIF направлена исключительно на
удовлетворение потребностей нескольких промышленно развитых
стран, тогда как проект INPRO предусматривает более углубленное
129
рассмотрение проблем ядерной энергетики в целом с учетом специфики стран и регионов;
• как ожидается, INPRO будет разработан более широкий
спектр предложений по инновационным технологиям реакторов и
ядерного топливного цикла, который удовлетворял бы потребностям практически всех стран, а не только имеющих развитую атомную промышленность;
• INPRO ведет также поиск путей решения проблем, выходящих за пределы технологических требований, в частности, исследуются потенциальные преимущества международного сотрудничестве в создании необходимой инфраструктуры для отдельных
стран и возможности совершенствования правовых и институциональных структур. INPRO готов рассматривать потребности развивающихся стран;
• GIF ограничивается рассмотрением отдельных систем ядерной энергетики и связанных с ними топливных циклов;
• в INPRO считают, что необходимо использовать комбинации
таких систем в увязке с различными сценариями развития ядерной
энергетики на национальном, региональном и глобальном уровнях.
У GIF и INPRO есть база для более тесного сотрудничества, поскольку направленность их усилий различна. Членами GIF в основном являются поставщики технологий, поэтому в рамках этого проекта рассматриваются очень сложные технологические системы. Напротив, INPRO видит в качестве будущего рынка для ядерной энергетики Азию, включая развивающиеся страны, которым нужны более простые, но надежные системы. INPRO, в состав которого входят члены из числа развивающихся стран, обеспечивает лучшее понимание их нужд и требований. Развивающиеся страны (за исключением таких гигантов как Индия и Китай) не могут использовать
преимущества и потенциал традиционных ядерных технологий – это
важнейшая задача инновационных технологий.
Роли инноваций как ключевого фактора для будущего ядерной
энергетики была посвящена Международная конференция
МАГАТЭ по инновационным технологиям для ядерных топливных
циклов и ядерной энергетики, проходившая в Вене в июне 2003 г.
На сессии Генеральной конференции МАГАТЭ в сентябре
2003 г., государствами-членами была принята резолюция, в кото130
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, знаний [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 технико-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 появ136
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
и глобальных 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, осно137
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:
China,
Energy
Information
Administration:
[сайт].
URL:
http://www.eia.doe.gov/emeu/cabs/index.html
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.gen4.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
Рис. 1.1. Классификация энергетических ресурсов
Рис. 1.2. Эволюция мирового энергопотребления
(Mtoe, 1 Mtoe = 11630 ГВт ч)
141
Рис. 1.3. Эволюция потребления энергии в различных регионах
(Mtoe, 1 Mtoe = 11630 ГВт ч)
(*Азия, включая Китай, **Включая международную авиацию
и международные морские суда)
Рис. 1.4. Удельные объемы выбросов СО2
142
143
Рис. 1.5. Экологическое воздействие различных способов производства энергии
144
Рис. 1.6. Взаимосвязь энергетики и экономики
Рис. 1.7. Основные аспекты
Концепции устойчивого
развития
Рис. 1.8. Отчет Гру Харлем Брундтланд
Рис. 1.9. Взаимосвязи между аспектами устойчивости энергетической системы
145
Рис. 1.10. Публикации МАГАТЭ по индикатором устойчивого развития
Рис. 1.11. Сайт программы «Повестка дня на XXI век»
146
Рис. 1.12. Логотип конференции
ООН в Рио-де-Жанейро (1992)
Рис. 2.1. Расположение АЭС в мире
Рис. 2.2. Развитие ядерной энергетики в мире
147
Рис. 2.3. Современное состояние и ближайшие планы по строительству АЭС
Рис. 2.4. Структура мирового парка АЭС
148
Рис. 2.5. Прогнозы
роста ядерной
энергетики
Рис. 2.6. Первый в мире ядерный реактор (1942 г.)
Рис. 2.7. Одна из пяти
уран-графитовых сфер первого
советского ядерного реактора (Ф-1)
149
Рис. 2.8. Атомная подводная лодка К-3 «Ленинский комсомол»
и атомный ледокол «Ленин»
Рис. 2.9. Первая в мире
АЭС (г. Обнинск)
Рис. 2.10. 4-й блок
Чернобыльской АЭС
в настоящее время
150
Рис. 2.11. Размещение АЭС в Западной Европе
151
Рис. 2.12. Динамика роста ядерной энергетики в Западной Европе
Рис. 2.13. Размещение АЭС во Франции
152
Рис. 2.14. АЭС Ловииза (Финляндия)
Рис. 2.15. Размещение АЭС
в Великобритании
153
Рис. 2.16.
Динамика роста
ядерной
энергетики в США
Рис. 2.17. Размещение АЭС
в Северной и Южной Америке
154
Рис. 2.18. Планы по строительству АЭС в США
Рис. 2.19. Возможный сценарий развития ядерной энергетики в США
155
Рис. 2.20. Динамика ввода российских реакторов в мире
Рис. 2.21. Размещение АЭС в России
156
Рис. 2.22. Структура ядерной энергетики России
Рис. 2.23. Планы по развитию ядерной энергетики в России
157
Рис. 2.24. Современное состояние и планы по развитию энергетики Китая
Рис. 2.25. Расположение АЭС в Китае
158
Рис. 2.26. Материальные потоки в ЯТЦ Китая
Рис. 2.27. Современное состояние и планы по развитию
энергетики Индии
159
Рис. 2.28. Материальные потоки в ЯТЦ Индии
160
а
б
Рис. 2.29. Схемы открытого (а) и замкнутого (б) ЯТЦ
Рис. 2.30. Распределение промышленных мощностей ЯТЦ по миру (%)
161
Рис. 2.31. Мировые запасы урана
Рис. 2.32. Условная схема международного разделения труда в области ЯТЦ
162
Рис. 2.33. Количество исследовательских реакторов в промышленно-развитых
и развивающихся странах
Рис. 2.34. Возрастное распределение исследовательских реакторов
(МАГАТЭ, на июнь 2004 г.)
163
а
б
Рис. 2.35. Распределение действующих исследовательских реакторов
по странам (а) и по тепловой мощности (б) (МАГАТЭ, на июнь 2004 г.)
164
Рис. 2.36. Области применения изотопов
165
Рис. 2.37. Взаимодействие излучения с веществом
Рис. 2.38. Прогноз роста онкологических заболеваний
166
Рис. 2.39. Примеры использования ядерных технологий в медицине
Рис. 2.40. Возможная схема
производства водорода
с использованием
ядерной энергии
Рис. 2.41. Объемы водных ресурсов
167
168
Рис. 2.42. История МАГАТЭ
Рис. 2.43. Три основы МАГАТЭ
Рис. 2.44. Руководство МАГАТЭ (по состоянию на 2010 г.)
169
Рис. 2.45. Деятельность ВАО АЭС
Рис. 2.46. Организационная структура ВАО АЭС
Рис. 2.47. Логотип WNA
Рис. 2.48. Логотип WNU
170
Рис. 2.49. Логотип ENEN
Рис. 2.50. Взаимодействие ENEN с другими организациями
Рис. 2.51. Структура ENEN-II
171
СФЕРА УПРАВЛЕНИЯ ENEN (EMA)
СФЕРА ГАРАНТИЙ КАЧЕСТВА (QAA)
КОМИТЕТ ПО
УЧЕБНЫМ И
АКАДЕМИЧЕСКИМ
ВОПРОСАМ
СФЕРА
ПОВЫШЕНИЯ
КВАЛИФИКАЦИИ
И НАУЧНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ
СФЕРА ЯДЕРНОГО
ОБУЧЕНИЯ И
ПРОМЫШЛЕННЫХ
ПРОЕКТОВ
СФЕРА УПРАВЛЕНИЯ ЗНАНИЯМИ
Рабочая группа 1 – Интернет-пространство
Рабочая группа 2 – Образование
Рабочая группа 3 – Научные исследования
Рабочая группа 4 – Ядерное обучение
Рабочая группа 5 – Управление знаниями
Рабочая группа 6 – Совещания
Рабочая группа 7 – Управление проектом
Рис. 2.52. Сферы деятельности ENENI
Рис. 2.53. Сайт ANENT
172
Рис. 2.54. Члены ANENT
Рис. 2.55. Сферы деятельности ANENT
Рис. 2.56. Логотип NEA
Рис. 2.67. Логотип IEA
173
Рис. 2.58. Логотип EURATOM
Рис. 2.59. Логотип ENEF
Рис. 2.60. Две основные международные инициативы (ИНПРО и GIF)
Рис. 2.61. Страны-члены ИНПРО
174
Рис. 2.62. Организационная структура ИНПРО
Рис. 2.63. Методология ИНПРО
175
Международный форум «Generation IV» (GIF)
• Международная инициатива (в настоящее время
13 членов) для поддержки исследований и
развития (R&D) в сроки от 15 до 20 лет и для
формирования технической зрелости к 2030
году
• 4 области оценки GIF:
- устойчивость
- безопасность и надежность
- экономика
- водорода
- нераспространение
и физическая защита
Устав GIF
Первые 11
подписавшихся
государств
E.U.
Создан для различных
областей применения:
- электричество, водород
- опреснение воды, тепло
Устав GIF был подписан в 2001 +
Швейцария в 2002, Евратом в 2003
+ новые члены: Китай и Россия
(ноябрь 2006)
Рис. 2.64. Плакат Международного форума GIF
Рис. 2.65. Четвертое поколения ядерных технологий (Generation IV)
176
400
350
300
GW
250
200
150
100
50
0
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
2000
2005
1
Рис. 3.1. Динамика развития ядерной энергетики
45
40
35
30
GW
25
20
15
10
5
Рис. 3.2. Динамика
ввода АЭС
0
-5
1965
1970
1975
1980
1
1985
1990
1995
2000
2005
На рис. 3.1 и 3.2 используются следующие цветовые обозначения регионов мира:
черный - Северная Америка; зеленый - Западная Европа; красный - Россия и Восточная Европа; голубой - Япония и Респ. Корея; желтый, коричневый - развивающиеся страны.
177
Рис. 3.3. Относительное содержание энергии в различных топливных ресурсах
Рис. 3.4. Суммарная эксплуатация реакторов в мире
Рис. 3.5. Прогноз роста объемов ОЯТ в мире
178
Рис. 3.6. Элементы системы
ядерного нераспространения
Рис. 3.7. Эволюция поколений реакторов
179
Рис. 3.8. Схема глобального ядерно-энергетического партнерства
180