Новые виды ядерного топлива: мокс-топливо – энергетическое будущее человечества

Вид материалаДокументы

Содержание


Использование МОКС-топлива в легководных реакторах
Значение МОКС-топлива в меняющемся мире
Основные принципы проекта МОМ
Роль политики в отношении плутония в меняющемся мире
Подобный материал:
1   2   3   4

Использование МОКС-топлива в легководных реакторах

Топливный цикл с участием МОКС и связанные с ним проблемы


В топливном цикле ЛВР можно выделить два основных потока: входной поток, начинающийся с добычи урана и заканчивающийся загрузкой низкообогащенного урана в активную зону реактора, и выходной поток, начинающийся выгрузкой ОЯТ и заканчивающийся захоронением радиоактивных отходов.

Оба потока - и входной, и выходной - являются потоками радиоактивных материалов и, следовательно, представляют опасность с точки зрения сохранности этих материалов и защиты окружающей среды. Если урановое топливо не перерабатывается, оно после извлечения из реактора сначала складируется на некоторое время, а затем захороняется в геологических могильниках.

Этот процесс является одним из наиболее сложных и вызывающих наибольшие разногласия этапов атомной технологии, поскольку он включает в себя перевозку, хранение и захоронение высокоактивных материалов.

Топливный цикл с участием МОКС (т. н. "замкнутый топливный цикл") гораздо более сложен. Отработавшее топливо перевозится с реактора на перерабатывающее предприятие, где из него выделяют плутоний, который затем поступает на предприятие по изготовлению МОКС-топлива. Изготовленные там топливные стержни с МОКС перевозятся к реактору и загружаются в него. После отработки эти стержни снова могут быть подвергнуты переработке. МОКС-топливо содержит много плутония и других трансурановых элементов по сравнению с обычным отработавшим топливом ЛВР, поэтому даже если отработавшее МОКС-топливо не перерабатывается (наиболее вероятный случай), его перевозка, хранение и последующее захоронение создают основания для беспокойства в связи с проблемами сохранности, защиты окружающей среды, и экономическими соображениями. Если же отработавшее МОКС-топливо перерабатывается (т. н. множественное рециклирование плутония), оно снова пройдет по этому кругу, причем с каждым следующим циклом оно будет представлять собой все более сложные смеси различных радионуклидов.

Сохранность


Проблемы сохранности включают в себя вопросы физической защиты материалов, пригодных для изготовления оружия, и предотвращения их утечки с предприятий атомной промышленности. Сюда же относятся политические аспекты использования МОКС (проблема нераспространения).

Безопасность


Проблемы безопасности включают в себя защиту окружающей среды, а также жизни и здоровья людей. Проблемы безопасности возникают как в связи с работой предприятий атомной промышленности, так и при транспортировке делящихся материалов. Обеспечение безопасности включает в себя два основных момента: недопущение аварий и защита работающих на предприятиях атомной промышленности.

Значение МОКС-топлива в меняющемся мире

Конец "холодной войны" и проблема избыточного плутония


С окончанием холодной войны вероятность ядерной войны мирового масштаба значительно уменьшилась. Но при этом мир столкнулся с новой угрозой - распространения ядерных материалов и ущерба окружающей среде от увеличивающихся объемов расщепляющихся материалов, которые высвобождаются в процессе демонтажа ядерного оружия России и США.

Утилизация расщепляющихся материалов из десятков тысяч демонтируемых боеголовок стала проблемой первостепенной важности для всего человечества. Один из этих материалов (плутоний) создает гораздо более серьезные проблемы, чем другой (высокообогащенный уран). Высокообогащенный уран можно легко превратить в низкообогащенный (малопригодный для изготовления оружия) путем смешивания его с природным ураном, после чего его можно использовать как обычное реакторное топливо. Однако нет возможности поступить аналогичным образом с плутонием, поскольку «любая смесь изотопов плутония может быть использована для изготовления атомной бомбы».

Департамент энергетики США недавно заявил о своем решении избрать так называемый «двойной путь» утилизации оружейного плутония, в рамках которого две трети американского оружейного плутония могут быть переведены в МОКС-топливо для коммерческих реакторов на тепловых нейтронах. Это решение, однако, не означает, что открыта дорога для коммерциализации оружейного плутония. Переоценка ценностей, последовавшая за прекращением холодной войны, повлияла и на наши представления о ценности запасов плутония. Теперь такие запасы все чаще рассматриваются не как ценность, а как проблема. В отчете НАН 1994 года сказано:

«Итак, с точки зрения экономики излишки оружейного плутония являются скорее обузой, чем ценностью. При любом выборе способа его утилизации этот процесс принесет нам скорее убытки, чем прибыль».

Занявшись проблемой избыточного оружейного плутония, мы не должны забывать о том, что эта же проблема существует и для запасов реакторного плутония. На очередном ежегодном съезде Форума Атомной Промышленности Японии заместитель генерального директора МАГАТЭ Уильям Диркс заявил:

«Даже если игнорировать делящиеся материалы из снимаемых с вооружения боеголовок, избыток делящегося плутония, выделенного в рамках мирных атомных программ, создает серьезную политическую проблему и угрозу безопасности во всем мире. Поступление плутония за счет выделения из ОЯТ и, возможно, за счет демонтажа ядерных вооружений будет в обозримом будущем многократно превосходить способность промышленности задействовать его в рамках мирных коммерческих программ».

Проблема избыточного плутония становится все более серьезной в Японии и в тех западноевропейских странах (Франции и Великобритании), где, несмотря на многочисленные аргументы против и оппозицию переработке, продолжается переработка ОЯТ. Огромное количество выделенного плутония уже накоплено в европейских центрах по переработке ОЯТ - на мысе Ля Аг во Франции и в Селлафилде в Великобритании: в конце 1996 года во Франции (преимущественно на мысе Ля Аг) находилось 43,6 тонны плутония, а в Селлафилде к 31 марта 1995 года было накоплено 44,0 тонны плутония. Значительная часть запасов плутония во Франции предназначена для Японии и Германии, которые пользуются услугами Франции для переработки ОЯТ своих реакторов.

У Японии также существуют большие запасы избыточного плутония. Согласно складским данным на конец 1995 года, предоставленных правительством Японии, общий запас плутония составлял 16 тонн, из которых 14,7 тонны хранились на предприятиях по переработке отработавшего топлива и по производству МОКС-топлива. Поскольку не предполагалось использовать этот плутоний в ближайшее время, его можно рассматривать как избыточный. Из этих 14,7 тонн плутония 1,42 тонны хранятся в Великобритании, и 9,96 тонны - во Франции. Если переработка ОЯТ в Европе и Японии (в Токаи, а затем в Роккашо) будет развиваться в соответствии с намеченными планами, а научно-исследовательские и конструкторские работы по РБН и УТР помимо реакторов в Йо-йо и Фуген будут неопределенно откладываться, а также существенно отодвинутся сроки использования МОКС-топлива в ЛВР, то, как показывает расчет, избыток плутония превысит 30 метрических тонн к 2000 году и 70 тонн к 2010 году, даже если МОКС-топливо будет частично использоваться.

Использование МОКС в ЛВР нужно для сокращения запасов плутония, а переработка отработавшего топлива нужна, чтобы обеспечить ЛВР достаточным количеством МОКС. Вроде все логично, но вот каков итог: запасы плутония не только не уменьшаются, а возрастают, поскольку переработка дает больше плутония, чем потребляется в ЛВР.

Основные принципы проекта МОМ


В середине семидесятых годов США планировали широкомасштабное использование МОКС в ЛВР, и Комиссия по ядерному регулированию детально исследовала возможное влияние этого на окружающую среду. При Картере эти планы были отвергнуты по соображениям нераспространения ядерного оружия, и с тех пор этот вопрос практически не исследовался. Теперь, 20 лет спустя, активно обсуждается перспектива использования МОКС для утилизации излишков оружейного плутония, но мало внимания уделяется вопросу о том, как это может повлиять на программы мирного использования плутония в мировом масштабе. Программа INFCE (International Niclear Fuel Cycle Evaluation), начатая в октябре 1978 года по предложению президента США Джимми Картера и закончившаяся в феврале 1980 года, была в основном направлена на сравнение различных вариантов топливного цикла, но, в общем, не касалась проблемы влияния использования МОКС на окружающую среду. С тех пор высказывались мнения в пользу применения МОКС в ЛВР в Европе, но они касались лишь отдельных технических аспектов производства и применения МОКС и поэтому мало способствовали осознанию населением социальных последствий МОКС-варианта.

Было много хорошо аргументированных выступлений (в основном независимых ученых) против утилизации плутония. Некоторые из них, подобно нашему проекту, содержат оценку воздействия на окружающую среду, но ни одно из этих выступлений не учитывало всех сложностей проблемы и не было специально посвящено использованию МОКС-топлива в ЛВР. Кроме того, с окончанием холодной войны часть использованной в них аргументации устарела. Нет необходимости говорить о том, что для здорового общества совершенно необходим независимый анализ крупных научно-технических и промышленных программ. Это особенно справедливо в случае программы использования МОКС-топлива, которая имеет далеко идущие социальные, политические, экологические и медицинские последствия. Независимый от интересов промышленности и министерств анализ совершенно необходим для того, чтобы общественность могла сформировать правильное мнение по этой проблеме. Демократическое правительство должно способствовать созданию независимых групп для проведения альтернативных исследований и помогать им в их работе, но зачастую этого не происходит. В некоторых странах парламенты помогают донести до сведения общества результаты независимых исследований. Местные власти, например правительства штатов, также оказывают большую поддержку независимой экспертизе проектов центрального правительства. Но в Японии, в отличие от других стран, власти разных уровней практически никак не помогают проведению независимых исследований.

Мы глубоко убеждены, что независимый всесторонний анализ атомной программы, причем в форме, доступной для простых граждан, жизненно важен не только для правильного решения конкретных вопросов, но и для поддержания демократической обстановки в обществе. Атомная промышленность была создана и развивалась под покровительством государственных служб в условиях высокой степени централизации управления, в результате чего население привыкло считать атомные технологии чем-то недоступным для понимания и не подлежащим обсуждению. С другой стороны, центральные правительства склонны действовать в направлении усиления централизации, и отдавать предпочтение централизованным промышленным системам, таким как атомные электростанции и связанные с ними производства. Эти правительства и их технократически настроенные министерства воспользовались предполагаемой «недоступностью» проблем атомной промышленности для понимания общественности для того, чтобы разрабатывать и реализовывать свои планы бесконтрольно. В Японии вплоть до аварии в Монжу дело обстояло именно таким образом. Авария в Монжу остро поставила вопросы открытости и демократичности в принятии решений и привела к референдуму в Maki Town в городе Ниигата, на котором население сказало «нет» строительству нового реактора. Мы предполагаем, что ситуация с атомными программами в других странах мира примерно такая же.

Роль политики в отношении плутония в меняющемся мире


В конце двадцатого века, века науки и технологии (и, прежде всего, ядерной технологии), человечество столкнулось с рядом невиданных и непредвиденных трудностей глобального масштаба. Наиболее насущными проблемами являются следующие:

1) ухудшение качества окружающей среды за счет загрязнения вредными отходами, в том числе радиоактивными и озоноразрушающими материалами;

2) изменение климата в результате поступления парниковых газов в атмосферу;

3) глобальный экологический кризис в форме опустынивания и утраты биоразнообразия;

4) угроза ядерной войны и новых аварий, подобных Чернобыльской, в условиях продолжающейся военной и коммерческой ядерной деятельности.

С целью исправления положения были приняты сотни соглашений, деклараций, планов действий и обычных договоров об охране окружающей среды, посвященных проблемам кислотных дождей, загрязнения океана, исчезновения видов, торговли опасными отходами и сбережения природы Антарктики. Многие из них были приняты под эгидой ООН. И, тем не менее, несмотря на все эти усилия, состояние природных экосистем резко ухудшилось в течение нескольких десятков лет, прошедших с момента основания ООН, и темп негативных изменений не уменьшается. Конечно, оценка международных усилий по охране окружающей среды выходит за рамки настоящего проекта, но мы считаем, что очень важно анализировать допущенные в прошлом ошибки и вырабатывать принципы, которые позволили бы избегать таких ошибок в будущем.

В основу исследования проблемы МОКС-топлива положены следующие глобальные этические принципы:
  • Избавление человечества от страха ядерной войны или катастрофы в результате использования атомных технологий;
  • Справедливость по отношению к будущим поколениям;
  • Приоритет интересов глобальной окружающей среды и прав человека перед национальными индустриальными интересами;
  • Сохранение природных ресурсов и экологических систем;
  • Решения по перечисленным проблемам должны приниматься только с участием международной общественности.