Современная атомная энергетика: от оружия к будущему

АЭС будущего. В Китае строят реакторы с системами экстренного охлаждения и цифрового управления.

Атомная энергетика, которая в рамках гонки вооружений изначально служила для создания ядерного оружия, уже давно используется и в мирных целях. Ученые уверены: несмотря на потенциальные опасности, миру без ядерных технологий не обойтись, по крайней мере — в нынешнем столетии. Сейчас доля атомной энергетики в Украине составляет около 50%, хотя у нас всего четыре АЭС. А в США их количество достигает 62-х, но в сумме они производят лишь 19,5% электроэнергии. Самая же за­­висимая от мирного атома — Франция: здесь 19 АЭС вырабатывают 76,9% потребляемой электроэнергии.
Преимуществом атомной энергетики физики считают дешевизну и отсутствие опасных выбросов при производстве электроэнергии. Ученые уверяют: вблизи атомных электростанций уровень радиации ниже, чем в области добычи угля или газа. Кроме того, природные ресурсы ограничены — в то время, как атом может обеспечивать человечество энергией тысячи лет.
Но масштабные аварии тормозят развитие атомной энергетики. После трагедии на ЧАЭС многие исследования приостановили, а взрыв на Фукусиме-1 в 2011 году заставил многие развитые страны, в частности Германию, отказаться от ядерной энергетики. В то же время многие страны продолжают возводить новые станции и заниматься модернизацией существующих, чтобы исключить риск подобных аварий в будущем. "Иран, где есть богатые залежи газа и нефти, планирует строительство и развитие атомных электростанций", — говорит директор научно-технического комплекса "Ядерный топливный цикл" Харьковского физико-технического института Владимир Красноруцкий.
УРОКИ АВАРИЙ НА АЭС
Ученые считают, что авария на Чернобыльской АЭС стала печальным следствием первых этапов развития атомной энергетики, когда последствия использования атома были изучены не до конца как с точки зрения физики, так и влияния человеческого фактора. Как рассказал "Сегодня" директор научно-технического комплекса "Ядерный топливный цикл" Харьковского физико-технического института Владимир Красноруцкий, трагедия привела к совершенствованию ядерных технологий. Так, именно после нее над атомными электростанциями начали возводить защитные герметические оболочки. А после аварии на Фукусиме-1 (в 2011 г.) в мире приняли новые программы по обеспечению безопасности атомных станций. И в первую очередь внимание уделили защите дизельных генераторов, ведь после остановки энергоблоков на японской АЭС резервные устройства вывел из строя удар цунами. Теперь разработчики увеличивают количество генераторов и располагают их выше, чтобы в случае подобного ЧП их не заливало водой.
Также после катастроф в мире начали разрабатывать более совершенные реакторы. Так, ректоры поколения 3+ имеют улучшенную систему экстренного охлаждения и цифровую систему управления защитой. А вот реакторы будущего, 4-го поколения, по заверениям физиков, более безопасны: по замыслу разработчиков, они будут производить в 100—300 раз больше энергии, а работать — на существующих ядерных отходах.
Сейчас же большинство реакторов в мире относятся ко 2-му поколению. "Безопасность работы этих реакторов обеспечена настолько, что аварий, которые могли бы привести к таким тяжелым последствиям, как Чернобыль или Фукусима, быть не должно. А даже если что-то произойдет, то искусственным путем будет выключено питание, топливо расплавится, и все будет локализовано под защитной оболочкой реактора. Наружу ничего не выйдет", — заверил Красноруцкий.
РЕАКТОР В ВОДЕ И НА ОТХОДАХ
Будущее ядерной энергетики ученые связывают со строительством реакторов на быстрых нейтронах. Несколько подобных экспериментальных установок уже работают в Японии, Индии, Китае и России. Как рассказал "Сегодня" директор научно-технического комплекса "Ядерный топливный цикл" Харьковского физико-технического института Владимир Красноруцкий, уран, который может применяться в "быстрых" реакторах, не нужно добывать: его будут получать из радиоактивных отходов, скопившихся в хранилищах — запасов такого топлива хватит на тысячи лет.
Одним из самых современных реакторов ученые называют установку с жидкометаллическим свинцовым теплоносителем. "В случае утечки, свинец сам себе закупоривает отверстие, и взаимодействия с окружающей средой не произойдет. На этом основана высокая безопасность реакторов на быстрых нейтронах", — пояснил Красноруцкий. Впрочем, несмотря на высокую степень безопасности, для промышленных целей подобные установки пока не применяют: их строительство обходится на порядок дороже обычных теплоядерных реакторов.
Среди современных безопасных разработок физики также называют реакторы, помещенные в бассейн с водой, что позволяет охладить топливо в случае аварии. "Эти усовершенствования также затратны. Потому вместо этого на АЭС вводят системы безопасности, учитывающие возможные случаи, которые могут привести к загрязнению окружающей среды и отселению людей. Делают все возможное, чтобы аварии оставались замкнутыми", — рассказал Красноруцкий. К слову, проектированием реакторов Украина не занималась. Но ученые ХФТИ, где впервые в СССР расщепили ядро атома, готовы применить свои знания на практике: к ним уже обращались с просьбой создать проект блоков с точки зрения физики.
ДОСТИЖЕНИЯ: ПОГЛОТИТЕЛИ И ТОПЛИВО ДЛЯ ЕВРОПЫ
Харьковские ученые разрабатывают новые технологии изготовления ядерного топлива и поглощающих стержней реактора — элементов для управления его реактивностью. "Ранее и топливо, и поглощающие элементы поставляла Россия. Когда же стал вопрос о диверсификации, наш научный центр принял участие в конкурсе компании "Вестинхауз" (США), и выиграл его. Мы организовали центр проектирования, украинские специалисты прошли обучение в США, и теперь в реакторах применяется не только российское топливо. Мы, как конструкторы-технологи, занимаемся разработкой и топлива, и поглощающих элементов, а также выступили инициаторами организации производства поглощающих стержней в Украине", — рассказывает "Сегодня" директор научно-технического комплекса "Ядерный топливный цикл" ХФТИ Владимир Красноруцкий
.
Также в научном центре разработали и производят поглощающие элементы для сухих хранилищ ядерных отходов. Эта разработка уже нашла применение на Запорожской АЭС — самой крупной электростанции Европы. "Отработанное ядерное топливо из бассейна выдержки через несколько лет нужно отправлять дальше на длительное хранение. Украина до сих пор отправляет его России, за что платит около $200 миллионов в год. А в Запорожье решили построить первое украинское хранилище отработанного топлива, которое находится в больших герметичных бетонных контейнерах, защищенных на все случаи жизни, и выдержит даже падение самолета. А чтобы в самом хранилище не происходило никаких ядерных реакций, вместе с отходами загружают элементы, поглощающие все нейтроны", — рассказал ученый.
Кроме того, харьковские физики стали первыми украинцами, которым вместе с коллегами из других стран доверили разрабатывать ядерное топливо для европейских атомных реакторов: нашим ученым предстоит найти замену для российских тепловыделяющих сборок.
В будущем физики планируют наладить сотрудничество с Европой в сфере перераспределения атомной энергии. "Когда энергия производится в избытке, например, в ночное время, ее нужно перебрасывать. В СССР, занимавшем огромную территорию, все потребление и передача электроэнергии были закольцованы. После распада Союза Украина продолжала взаимодействовать с Россией. Теперь, когда мы стремимся регулировать энергопотоки вместе с европейскими странами, необходимо строить новые линии электропередач и подстанции", — поясняют ученые.