Атомная наука и промышленность

Вид материала

Документы

Содержание Международные проекты как необходимое условие решения проблем развития яэ в россии

Подобный материал:

• 4. Атомная энергетика, 5.38kb.
• О конкурсе рефератов «Атомная наука и техника» для учащихся средних общеобразовательных, 126.39kb.
• Программа вступительного экзамена для поступления в магистратуру по профессионально-образовательной, 39.27kb.
• Паспорт инвестиционного проекта, 27.34kb.
• Всероссийская научно техническая конференция «сибирь атомная. XXI век», 28.4kb.
• Рекомендации по повышению конкурентоспособности малого и среднего бизнеса в россии, 67.45kb.
• ««наука и промышленность вот мои мечты», 79.34kb.
• Социальная программа «Шаг в будущее, Электросталь», городская тематическая конференция, 600.58kb.
• Урок класс 10 Тема «Топливно-энергетическая промышленность мира. Топливная промышленность», 16.12kb.
• Атомная физика это наука об электронном строении вещества. Она призвана объяснить его, 16.7kb.

МЕЖДУНАРОДНЫЕ ПРОЕКТЫ КАК НЕОБХОДИМОЕ УСЛОВИЕ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ РАЗВИТИЯ ЯЭ В РОССИИ

Субботин С., РНЦ «Курчатовский институт»


Основные проблемы при создании ИЯЭС носят не только технический, но и «организационный/ институциональный» характер. Ранее создавались конструкции или отдельные технологии (в какой-то мере эволюционное продолжение этого подхода -международный проект Генерация-4). Сейчас стоит проблема создания системы, причем саморазвивающейся. Эксперимент здесь не возможен, и нужно руководствоваться методологией создания того, чего пока нет. Но есть цель. Можно сформулировать основные базовые принципы и можно в какой-то мере прогнозировать требования пользователей и, в частности, людей, которые будут принимать решения в будущем (от лица общества, государства, отслеживая интересы личности - ИНПРО, G-IV, GNEP. МЦЯТЦ). При создании системы (система ЯЭ - это не сеть, это в большей степени организм) следует иметь ввиду, что конкуренция между установками должна носить управляемый и продуктивный характер. Т.е. устанавливается общая цель развития, вырабатываются правила (как в спорте) конкуренции, которые позволяют выявлять лучшие из решений, а не истреблять тех, кто сегодня пока слаб, хотя и имеет большие потенциальные возможности. Необходимым условием устойчивого развития системы является рост ее возможностей адекватного реагирования на постоянно происходящие изменения во внешних условиях (экономических, политических, общественных, природных). Вопрос масштаба становится все более критическим. Рано или поздно наступает момент, начиная с которого мы начинаем ощущать то, что чем больше имеем чего-либо (в России, например, территория, ресурсы, деньги, люди/ народы...), тем больше проблем возникает и тем больше их масштаб. Видимо, для того чтобы избежать этого, или хотя бы заранее подготовиться и принять какие-либо компенсирующие меры, необходимо ту систему, в которой происходит рост чего-либо рассматривать внутри какой-либо более крупной системы. И следует переходить к другим моделям для понимания происходящего (как в физике, например, переход от механики к термодинамике...) - в ЯЭ к модели глобально-регионального развития.

Все, что сейчас предлагается в рамках Генерации-4, в какой-то мере позволяет решать проблемы энергетики, но умножает проблемы, уже имеющиеся в ЯЭ, а не решает их. Если бы в природе не было эффективного фотосинтеза, замыкающего топливный цикл органической энергетики, то не было бы и самой органической энергетики (на Луне она не возможна). Поэтому нам пока не удается создать эффективную ЯЭ - нет эффективного топливного цикла. И пока чем больше реакторов, тем больше проблем. Решение проблем ЯЭ связано не с количеством реакторов, а с совершенством системы, в которую они входят. В том переходном периоде, в котором находится Россия, в ней даже деньги, начиная с некоторого количества, являются проблемой. Для них не создано эффективного цикла, и они стремятся пройти через те государства и структуры, где этот цикл замыкается (совершение полезного действия без существенного изменения других важных для нас параметров в отрицательную сторону). В ЯЭ легко измыслить множество возможных вариантов развития для отдельно взятого государства, но требуется фундаментальный научный подход для организации приемлемого развития ЯЭ как системы, способной к долговременному устойчивому решению энергетических проблем всего мира (рост масштабов процессов рано или поздно требует принципиального совершенстовования системы управления).

Современный экономический механизм не достаточен для полноценного развития масштабной ЯЭ, способной решать как собственные проблемы, так и проблемы надежного, безопасного и эффективного устойчивого решения проблем хозяйственного глобального механизма. Современный масштаб ЯЭ и ее ресурс как технологии позволяют сделать вывод, что ЯЭ обладает внутренним потенциалом решить собственные проблемы в течение приемлемых временных интервалов и стать системой, способной к устойчивому развитию. В рамках методологии ИНПРО и GNEP для этого наиболее приемлем глобально-региональный подход (объединение усилий вокруг проблемы, а не вокруг проекта): региональная специфика решения проблем обеспечения людей энергией различного качества и соотвествующими сопряженными услугами, глобальный подход к организации системы управления количествами и потоками нуклидов в системе ЯЭ.

МЦЯТЦ - ядерный топливный как системообразующий фактор, позволяющий контролировать нейтронный потенциал ЯЭ и обеспечивать основу эффективного использования различных нуклидов и излучений, создавать необходимые условия для решения проблем устойчивого развития и решения проблем неконтролируемого использования радионуклидов. При таком подходе ЯЭ может стать основой перехода к нуклидной экономике, позволяющей достичь принципиально нового уровня безопасности человечества, т.е. позволить обеспечить качет-венно новые возможности для обеспечения защищенности основных интересов личности, общества, государства за счет масштабного использования нуклидов в медицине, различных технологиях, сельском хозяйстве. Это в свою очередь позволяет привлечь огромные разнообразные дополнительные ресурсы для организации нуклидного цикла ЯЭ.

Современная ЯЭ не может претендовать на то, что она уже является основой устойчивого развития по следующим причинам:

• неэффективное топливоиспользование;
  
• деградация нейтронного потенциала (отсутствие воспроизводства ядерного горючего);
  
• накопление отходов пропорционально энерговыработке (наступает тот момент, когда всего тарифа не хватит для обслуживания отходов);
  
• ограниченность масштабов и регионов использования;
  
• нарастание угрозы неконтролируемого использования ядерных материалов.
  

Ввод в строй любого даже абсолютно безопасного и дешевого реактора без решения проблем ОЯТ и эффективного использования топлива только увеличивает количество проблем ЯЭ. Степень решенности проблем ядерной энергетики:

• Контроль и управление нейтронным полем - практически решена;
  
• Контроль и управление генерацией энергии - практически решена;
  
• Контроль и управление отводом энергии - требует инновационных подходов;
  
• Преобразование энергии - требует инновационных подходов;
  
• Контроль и управление нуклидными составами и нуклидными потоками – требует наибольших вложений ресурсов, времени и интеллекта, без решения этой проблемы ЯЭ не может стать основой устойчивого развития.
  

Специфические задачи для различных типов реакторов:

• Реакторы на тепловых нейтронах - расширение области использования ЯЭ, минимизация количества плутония.
  
• Реакторы на быстрых нейтронах - обеспечение нейтронного баланса в системе ЯЭ.
  
• Жидкотопливные реакторы - минимизация количества минорных актинидов в системе ЯЭ.
  

Развитие ЯЭ в России не может быть эффективным без учета того, что происходит в мире и без активного участия в международных проектах. Общими целями для ИНПРО являются:

- способствовать тому, чтобы ядерная энергетика в 21 веке оказалась способной внести достойный вклад в удовлетворение энергетических потребностей устойчивого развития человечества;

- объединить все заинтересованные государства-участники, как обладателей, так и пользователей технологий, для совместной выработки международных и внутригосударственных мер, необходимых для осуществления инноваций в ядерных реакторах и топливных циклах. Обеспечить использование в инновационном процессе высоких и экономически конкурентоспособных технологий, отличающихся повышенной безопасностью, минимальным риском распространения и воздействия на окружающую среду;

- создать механизм вовлечения всех заинтересованных сторон, которые смогли бы оказать позитивное влияние и посильную помощь в деятельности существующих организаций, а также в поддержке развивающихся инициатив на национальном и международном уровнях;

- организация форума, на котором эксперты и политики из развитых и развивающихся стран могут обсуждать технические, экономические, экологические, связанные с нераспространением и социальные аспекты ядерно-энергетического планирования, а также разработки и развертывания инновационных ядерно-энергетических систем (ИЯС) в 21 веке.

Задачи, которые решает проект ИНПРО:

- разработка методологии для оценки ИЯС и установление ее в форме набора рекомендаций МАГАТЭ для подобных оценок;

- анализ роли и структуры ИЯС на глобальном, региональном и национальном уровнях для устойчивого удовлетворения энергетических потребностей;

- упрощение координации международного сотрудничества в области развития и развертывания ИЯС;

- обеспечение особого внимания потребностям развивающихся стран, заинтересованных в ИЯС.

В рамках ИНПРО необходимо создание облика будущей ядерной энергетики, как возможного граничного условия для разработки государственных и региональных стратегий развития ЯЭ.

«Поколение-IV» (Generation-IV) - программа разработки нового поколения ядерно-энергетических систем (шесть типов реакторов с соответствующими топливными циклами от добычи урана до захоронения отходов), коммерциализация которых может начаться не позднее 2030 г. Программа стартовала в США в январе 2000 г. и вскоре была развита в полномасштабный международный проект (GIF).

Инициатива США по «глобальному ядерному энергетическому партнерству» (GNEP) направлена на объединение усилий государств, обладающих полным ядерным топливным циклом с последующими поставками ядерного оборудования и топлива странам, заинтересованным в развитии атомной энергетики.

В рамках GNEP правительство США намерено «работать вместе с другими странами, обладающими передовыми ядерными технологиями, над разработкой новых, устойчивых к распространению технологий рецикла, необходимых, чтобы производить больше энергии, сократить объемы отходов и свести к минимуму опасность распространения». При этом предполагается, что «государства-партнеры разработают программу предоставления услуг ядерного топливного цикла развивающимся странам, что позволит им с выгодой для себя пользоваться преимуществами обильной, чистой и безопасной ядерной энергии, в обмен на их обязательство отказаться от деятельности по обогащению и переработке ядерных материалов, а также будет способствовать смягчению проблем распространения». В GNEP дополнительно, по сравнению с GIF, предполагается развитие следующих важных технологий:

- Малогабаритные реакторы.

- Разработка усовершенствованных реакторов-выжигателей.

- Минимизация и утилизация ядерных отходов. Демонстрация в опытно-промышленном масштабе комплексного процесса переработки отработавшего топлива легководных реакторов; демонстрация процесса переработки, не подверженного опасности распространения.

- Моделирование системы ядерной энергетики является первоочередным кандидатом на международное сотрудничество (создание средств инженерного моделирования в краткосрочной перспективе и более долгосрочную разработку кардинально новых средств анализа). Фундаментальные исследования с упором на химию актинидов в твердой и жидкой фазе, фундаментальное ядерное моделирование и материаловедение для ядерных приложений.

Международные центры ядерного топливного цикла (МЦЯТЦ) позволяют на современном и прогнозируемом на будущее этапе развития наилучшим образом выполнить базовые принципы устойчивого развития атомной энергетики:

- обеспечить снижение стоимости переработки ОЯТ и изготовления регенерированного топлива при увеличении масштаба (производительности) промышленного производства;

- наилучшим образом компоновать загрузки для различных типов реакторов из рециклируемого урана и плутония, а в дальнейшем и с учетом минорных актинидов, минимизируя количество радионуклидов на складах и в захоронениях;

- минимизировать времена жизни радионуклидов в системе атомной энергетики (от добычи сырьевых нуклидов до помещения в конечные состояния тех радионуклидов, которые не находят своего применения внутри атомной энергетики или других отраслей народного хозяйства);

- увеличить нейтронный потенциал системы (помимо введения бридеров -минимизировать время выдержки и время технологических процессов возврата нуклидов в нейтронные поля, уменьшить потери нуклидов при обращении с ними, эффективно управлять потоками нуклидов между различными реакторами и различными зонами реакторов).

Базовые физические принципы устойчивого развития ЯЭ:

• Риск пропорционален мощности ЯЭ, а не интегральной энерговыработке (замыкание ЯТЦ по всем опасным радионуклидам);
  
• Нейтронная эффективность ЯЭ должна возрастать (бридинг);
  
• Минимизация времени жизни (количества) опасных радионуклидов в системе (разные типы реакторов в системе ЯЭ);
  
• Эффективное использование радионуклидов, включая использование всего добываемого топлива (замыкание ЯТЦ по актинидам).
  

Основные направления работ при создании мировой системы ЯЭ (которые необходимо учитывать при расстановке приоритетов и выборе направлений развития внутри РФ и участия в международных проектах и разработках):

- Разведка, подготовка и освоение в ближайшие десятилетия новых ресурсов урана, увеличение годовой добычи урана, приемлемые методы хранения в течение очень длительного времени миллионов тонн обедненного урана;

- Разработка методов хранения и захоронения радиоактивных отходов, позволяющих существенно уменьшить объемы РАО;

- Увеличение мощности производств по обогащению урана более чем в 10 раз;

- Повышение эффективности топливоиспользования в реакторах на тепловых нейтронах, как за счет замыкания топливного цикла по плутонию, совершенствования конструкции активной зоны реакторов, так и в дальнейшем - перехода на уран-ториевый топливный цикл, особенно для высокотемпературных реакторов;

- Разработка эффективных бридеров на основе реакторов с быстрым спектром нейтронов. На «разгонном» этапе их развития желательно минимизировать удельную загрузку плутония в реактор (до 3-4 тонн на ГВт(э)) даже при скромных параметрах воспроизводства (KB равном 1,2+1.3). Время внешнего топливного цикла по плутонию не более 5-6 лет. Через 15-20 лет необходимо повысить уровень воспроизводства плутония в БР (KB = 1,5+1,6);

- Разработка усовершенствованных методов переработки ОЯТ (неводных и комбинированных), что позволит уменьшить время внешнего топливного цикла и количество отходов;

- Разработка реакторов малой мощности для автономного энергоснабжения различных регионов и различных технологических процессов;

- Разработка ядерных энерготехнологических комплексов для производства водорода и различных химических соединений на основе его использования, включая производство качественных жидких топлив из низкокачественных органических ресурсов;

- Введение тория в систему АЭ. Постепенное введение тория оказывается полезным для увеличения доли высокотемпературных тепловых реакторов и для снижения количества плутония и минорных актинидов;

- Разработка жидкотопливных реакторов-выжигателей минорных актинидов для замыкания ЯТЦ по минорным актинидам, что позволит принципиально облегчить проблемы захоронения, минимизации количеств опасных нуклидов в системе АЭ.