Реакторы Поколения 3 называют «усовершенствованными реакторами». Три таких реактора уже функционируют в Японии, большее количество находится в стадии разработки или строительства. В стадии разработки находится около двадцати различных типов реакторов этого поколения. Большинство из них являются «эволюционными» моделями, разработанными на базе реакторов второго поколения, с внесенными изменениями, сделанными на основе новаторских подходов. По данным Всемирной ядерной ассоциации, поколение 3 характеризуется следующими пунктами: Стандартизированный проект каждого типа реактора позволяет ускорить процедуру лицензирования, снизить затраты основных средств и продолжительность строительных работ. Упрощенная и более прочная конструкция, делающая их более простыми в обращении и менее восприимчивыми к сбоям в процессе эксплуатации. Высокий коэффициент готовности и более длительный период эксплуатации – примерно шестьдесят лет. Снижение возможности возникновения аварий с расплавлением активной зоны Минимальное воздействие на окружающую среду. Глубокое выгорание топлива для снижения его расхода и количества отходов производства.
Основные ядерные технологии Ядерные технологии – это технологии, базирующиеся на протекании ядерных реакций, а также технологии, направленные на изменение свойств и переработку материалов, содержащих радиоактивные элементы, либо элементы, на которых протекают ядерные реакции Ядерные энергетические технологии: -Технологии ядерных реакторов на тепловых нейтронах -Технологии ядерных реакторов на быстрых нейтронах -Технологии высоко- и сверхвысокотемпературных ядерных реакторов
Ядерные химические технологии: - Технологии ядерных сырьевых материалов и ядерного топлива -Технологии материалов ядерной техники Ядерные технологии изотопного обогащения и получения моноизотопных и особочистых веществ: - Газодиффузионные технологии - Центрифужные технологии - Лазерные технологии Ядерные медицинские технологии
Рост населения и глобального энергопотребления в мире, острая нехватка энергии, которая будет только увеличиваться по мере истощения природных ресурсов и опережающего роста потребностей в ней; ужесточающаяся конкуренция за ограниченные и неравномерно размещенные ресурсы органического топлива; обострение комплекса экологических проблем и нарастающие экологические ограничения; нарастающая зависимость от нестабильной ситуации в районах стран-экспортеров нефти и прогрессирующий рост цен на углеводороды; Положения, незыблемые для составления прогнозов в области сценариев будущего:
Нарастающее различие в уровне энергопотребления богатейших и беднейших стран, разница в уровнях энергопотребления различных стран, создающая потенциал социальной конфликтности; жесткая конкуренция между поставщиками технологий для АЭС; необходимость расширения сфер применения ядерных технологий и широкомасштабного энерготехнологического использования ядерных реакторов для производственных сфер деятельности; необходимость проведения структурных преобразований и реформ в жестких условиях рыночной экономики и др. Положения, незыблемые для составления прогнозов в области сценариев будущего:
Доли стран в мировой эмиссии СО 2 США - 24,6% Китай - 13% Россия - 6,4% Япония - 5% Индия - 4% Германия - 3,8%. АЭС с электрической мощностью в 1 ГВт экономит 7 миллионов тонн выбросов СО 2 в год по сравнению с ТЭЦ на угле, 3,2 миллиона тонн выбросов СО 2 по сравнению с ТЭЦ на газе.
Ядерная эволюция В мире работают около 440 коммерческих ядерных реакторов. Большинство из них находится в Европе и США, Японии, России, Южной Корее, Канаде, Индии, Украине и Китае. По оценке МАГАТЭ, по крайней мере, еще 60 реакторов будут введены в строй в течение 15 лет. Несмотря на многообразие типов и размеров, существует всего четыре основных категории реакторов: Поколение 1 – реакторы этого поколения разработаны в 1950-е и 1960-е годы, и представляют собой видоизмененные и укрупненные ядерные реакторы военного назначения, предназначенные для движения подводных лодок или для производства плутония. Поколение 2 – к этой классификации относится подавляющее большинство реакторов, находящихся в промышленной эксплуатации. Поколение 3 – в настоящее время реакторы данной категории вводятся в эксплуатацию в некоторых странах, преимущественно в Японии. Поколение 4 – сюда относятся реакторы, которые находятся на стадии разработки и которые планируется внедрить через лет.
Ядерная эволюция Реакторы Поколения 3 называют «усовершенствованными реакторами». Три таких реактора уже функционируют в Японии, большее количество находится в стадии разработки или строительства. В стадии разработки находится около двадцати различных типов реакторов этого поколения. Большинство из них являются «эволюционными» моделями, разработанными на базе реакторов второго поколения, с внесенными изменениями, сделанными на основе новаторских подходов. По данным Всемирной ядерной ассоциации, поколение 3 характеризуется следующими пунктами: Стандартизированный проект каждого типа реактора позволяет ускорить процедуру лицензирования, снизить затраты основных средств и продолжительность строительных работ. Упрощенная и более прочная конструкция, делающая их более простыми в обращении и менее восприимчивыми к сбоям в процессе эксплуатации. Высокий коэффициент готовности и более длительный период эксплуатации – примерно шестьдесят лет. Снижение возможности возникновения аварий с расплавлением активной зоны Минимальное воздействие на окружающую среду. Глубокое выгорание топлива для снижения его расхода и количества отходов производства. Поколение 3
Ядерные реакторы третьего поколения Европейский реактор с водой под давлением (EPR) EPR – это модель, разработанная на основе французского N4 и немецкого KONVOI - разработок второго поколения, запущенных в эксплуатацию во Франции и Германии. Модульный реактор с шаровой засыпкой (PBMR) PBMR является высокотемпературным газоохлаждаемым реактором (HTGR). Реактор с водой под давлением Существуют следующие типы дизайнов больших ректоров: APWR (разработчики - компании Mitsubishi и Westinghouse), APWR+ (японская компания Mitsubishi), EPR (французская компания Framatome ANP), AP-1000 (американская компания Westinghouse), KSNP+ и APR-1400 (корейские компании) и CNP-1000 (Китайская национальная ядерная корпорация). В России компаниями Атомэнергопроект и Гидропресс разработан усовершенствованный ВВЭР-1200.
Концепции реакторов, выбранные для Поколения 4 GFR - Реактор на быстрых нейтронах с газовым охлаждением LFRРеактор на быстрых нейтронах, охлаждаемый свинцом MSR - Реактор на расплавленных солях: Урановое топливо расплавляется в соли фторида натрия, циркулирующей по графитовым каналам активной зоны. Тепло, вырабатывающееся в расплавленной соли, отводится во второй контур Реактор на быстрых нейтронах с натриевым охлаждением VHTR – Сверхвысокотемпературный реактор: Мощность реактора 600 Мвт, активная зона охлаждается гелием, графитовый замедлитель. Рассматривается в качестве самой многообещающей и перспективной системы, направленной на выработку водорода. Производство электроэнергии на VHTR должно стать высокоэффективным.
Научные исследования – основа деятельности и развития атомной отрасли Вся практическая деятельность атомной энергетики опирается на результаты фундаментальных и прикладных исследований свойств материи Фундаментальные исследования: фундаментальные свойства и структура материи, новые источники энергии на уровне фундаментальных взаимодействий Исследования и управление свойствами материалов – Радиационное материаловедение, создание конструкционных коррозионно-стойких, жаропрочных, радиационно-стойких сталей, сплавов и композиционных материалов
Научные исследования – основа деятельности и развития атомной отрасли Конструирование, проектирование, технологии. Создание приборов, оборудования, средств автоматизации, диагностики, контроля (общее, среднее и точное машиностроение, приборостроение) Моделирование процессов. Развитие математических моделей, расчетных методов и алгоритмов. Разработка методов параллельных вычислений для проведения нейтронно-физических, термодинамических, механических, химических и других расчетных исследований с применением суперкомпьютеров
АЭ в среднесрочной перспективе В мире к 2030 году ожидается удвоение мощностей АЭ Ожидаемый рост мощностей АЭ может быть обеспечен на основе дальнейшего развития технологий реакторов на тепловых нейтронах и разомкнутого ЯТЦ Основные проблемы современной АЭ связаны с накоплением ОЯТ (это не РАО!) и риском распространения в мире чувствительных технологий ЯТЦ и ядерных материалов
Задачи по созданию технологической базы крупномасштабной АЭ Освоение и внедрение в АЭ реакторов- размножителей на быстрых нейтронах Полное замыкание ядерного топливного цикла в АЭ по всем делящимся материалам Организация сети международных ядерных топливно-энергетических центров по предоставлению комплекса услуг в области ЯТЦ Освоение и внедрение в АЭ реакторов для промышленного теплоснабжения, производства водорода, опреснения воды и др.целей Реализация оптимальной схемы рецикла в АЭ высокорадиотоксичных младших актинидов
ПОЛУЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ ВОДОРОДА При окислении метана на никелевом катализаторе возможны следующие основные реакции: СН 4 + Н 2 О СО + ЗН 2 – 206 кДж СН 4 + СО 2 2СО + 2Н 2 – 248 кДж CH 4 + 0,5О 2 CO + 2H кДж СО + Н 2 О СО 2 + Н кДж Высокотемпературную конверсию осуществляют в отсутствие катализаторов при температурах °С и давлениях до 3035 кгс/см 2, или 33,5 Мн/м 2 ; при этом происходит почти полное окисление метана и др. углеводородов кислородом до CO и H 2. CO и H 2 легко разделяются.
ПОЛУЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ ВОДОРОДА Восстановление железа из руды: 3CO + Fe 2 O 3 2Fe + 3CO 2 Водород способен восстанавливать многие металлы из их оксидов (такие, как железо (Fe), никель (Ni), свинец (Pb), вольфрам (W), медь (Cu) и др.). Так, при нагревании до температуры °C и выше происходит восстановление железа (Fe) водородом из его любого оксида, например: Fe 2 O 3 + 3H 2 = 2Fe + 3H 2 O
Заключение Несмотря на все свои проблемы, Россия остается великой «ядерной» державой, как с точки зрения военной мощи, так и в рамках потенциала экономического развития (ядерные технологии в экономике России). Ядерный щит– гарант независимой экономической политики России и стабильности во всем мире. Выбор ядерной индустрии в качестве локомотива экономики позволит сначала подтянуть на достойный уровень машиностроение, приборостроение, автоматику и электронику и др., в ходе чего произойдет закономерный переход количества в качество.
А.Б.Колдобский
Ядерный взрыв - уникальное физическое явление, единственный освоенный человечеством способ мгновенного выделения колоссальных, поистине космических количеств энергии по отношению к массе и объему самого устройства. Было бы нелогичным предположить, что такое явление останется без внимания ученых и инженеров.
Первые научно-технические публикации по этой проблеме появились в США и СССР в середине 50-х гг. В 1957 г. Комиссия по атомной энергии США приняла научно-техническую программу «Plowshare» (англ. - плуг) по мирному использованию ядерных взрывных технологий (ЯВТ). Первый мирный ядерный взрыв по этой программе - «Гном», мощностью 3,4 кт, - был проведен на Невадском испытательном полигоне в 1961 г., а 15 января 1965 г. взрыв на выброс грунта мощностью около 140 кт, проведенный в русле р. Чаган на территории Семипалатинского испытательного полигона, открыл советскую «Программу N 7».
Последний же советский мирный ядерный взрыв «Рубин-1» был произведен в Архангельской области 6 сентября 1988 г. За это время в СССР было проведено 115 подобных взрывов (РФ - 81, Казахстан - 29, Узбекистан и Украина - по 2, Туркмения - 1). Средняя мощность используемых при этом устройств составила 14,3 кт, а без учета двух самых мощных взрывов (140 и 103 кт) - 12,5 кт.
Для чего, собственно, проводились мирные ядерные взрывы? При всей «экзотичности» этого вопроса на него приходится отвечать по существу, слишком устойчивым в представлениях как широких масс населения, так и многих элитных и интеллектуальных кругов остается представление о них как о чуть ли не самодеятельных «забавах» атомщиков, - бесполезных, а скорее всего, и очень вредных для природы и общества.
Итак, из 115 мирных ядерных взрывов 39 выполнены с целью глубинного сейсмозондирования земной коры для поиска полезных ископаемых, 25 - для интенсификации нефтяных и газовых месторождений, 22 - для создания подземных емкостей для хранения газа и конденсата, 5 - для гашения аварийных газовых фонтанов, 4 - для создания искусственных каналов и водохранилищ, по 2 - для дробления руды в карьерных месторождениях, для создания подземных емкостей - коллекторов для удаления токсичных отходов химических производств и для сооружения насыпных плотин, 1 - для предотвращения горных ударов и газовых выбросов в подземных угольных выработках, 13 - для исследования процессов самозахоронения радиоактивных веществ в центральной зоне взрыва. Наиболее значимыми заказчиками были Мингео СССР (51 взрыв), Мингазпром (26), Миннефтепром (13). Собственно по заказу Минсредмаша было произведено 19 мирных ядерных взрывов.
Не обсуждая здесь промышленной и экономической эффективности взрывов различного назначения (частично к этому мы вернемся ниже), следует на основании сказанного сделать очевидный вывод: мы имеем дело с технологией, безусловно, опасной, но во многих случаях весьма эффективной, а иногда, как мы увидим, не имеющей технических альтернатив. А поэтому и обсуждать ядерно-взрывные технологии следует именно как таковые, но вовсе не как некий атрибут сатаны, столь же неотъемлемый, как серный запах, хвост и вилы.
Что же до опасности... Достоверные данные о нанесении вследствие проведения взрыва ущерба жизни и здоровью хотя бы одного человека отсутствуют, и ни у одного участника работ или жителя не была достоверно зафиксирована причинно-следственная связь между возрастным ухудшением здоровья и фактом проведения взрыва. Говорить в этих условиях об «особой опасности» ядерных взрывных технологий, зная о Бхопале (1500 погибших одномоментно), Севезо и Минамата, о жутких цифрах погибших в угольных шахтах, автокатастрофах и т.д. как-то неловко. При этом автор вовсе не хочет предстать противником химической промышленности или автотранспорта, ему хотелось бы лишь обратить внимание читателя на тот простой, но, увы, иногда ускользающий от внимания «защитников природы» факт, что безопасных технологий не бывает, что технологический риск есть неминуемая плата за достигнутый уровень цивилизационного развития и что полный отказ от этого риска равнозначен отказу от самих технологий, что незамедлительно вернет человечество к шкурам, пещерам и каменным топорам. Если же «особая опасность» ядерных взрывных технологий в представлении некоторых СМИ обусловлена лишь тем, что они ядерно-взрывные, то разговор переводится в иную плоскость, лежащую за рамками данной статьи, - там мало компетентности и реальной заботы о благополучии внешней среды, но обычно очень много ангажированной политики.
По существу же разумное обсуждение всех технологий должно вестись (если иметь в виду лишь технические, экономические и экологические аспекты дела) в целевом четырехугольнике «эффект-ущерб-стоимость-альтернатива». В случае ЯВТ этого, впрочем, мало, поскольку «четырехугольник» превращается, образно говоря, в «куб», если иметь в виду необычайную значимость также политических и в первую очередь юридических аспектов проблемы.
Имеется в виду, что, разумеется, бессмысленно обсуждать ЯВТ, абстрагируясь от факта существования Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний, п. 1 ст. 1 которого прямо запрещает государству-участнику (в том числе и России) производить любые ЯВ вне зависимости от их цели и назначения. С учетом этого автор хотел бы вполне однозначно определить свою позицию: он ни в коем случае не призывает к ревизии Договора или тем более к его нарушению. Речь в предлагаемом им подходе идет о том, чтобы, непредвзято и аргументированно проанализировав возможности ЯВТ, ответить на вопрос о целесообразности их использования в определенных случаях; именно, в тех, когда такое использование с экономической, экологической, социальной точек зрения является объективно наилучшим решением некоторой важной проблемы и вправе поэтому рассчитывать и на международное понимание и согласие (разумеется, при этом должны быть исключены даже намеки на возможность получения каких-либо военных выгод). И если ответ на сформулированный вопрос будет положительным по существу, приложить затем усилия к безукоризненному правовому оформлению такого вывода в рамках, предусмотренных для этого упомянутым Договором, - о чем речь ниже.
Возвращаясь к обсуждению ЯВТ как таковых, отметим, что с самого начала реализации «Программы N 7» в нее был заложен принцип, согласно которому обязательным условием применения ЯВТ является либо отсутствие «традиционной» технологии, либо экономическая и/или экологическая нецелесообразность ее использования. Впоследствии эти требования стали еще более жесткими:
«1. Ни при каких условиях не должны даже рассматриваться ядерные взрывы, при которых измеримые количества радиоактивных продуктов могут попасть в доступные человеку зоны внешней среды. Это все виды так называемых взрывов наружного действия, влекущих за собой видимые изменения на земной поверхности, - сооружение водохранилищ («Чаган»), каналов (объект «Тайга», Пермская обл.), насыпных плотин («Кристалл», Саха-Якутия), провальных воронок («Галит», Казахстан). Следует учитывать, что в этих случаях почти всегда имеется технологическая альтернатива (плотина, канал или водохранилище могут быть сооружены и традиционными способами).
«2. Не должны использоваться ядерные взрывы, в результате которых радиоактивные продукты хотя и не попадают непосредственно в среду обитания человека (взрывы внутреннего действия, или камуфлетные), но будут находиться в контакте с продуктами, используемыми человеком (образование хранилищ газа и конденсата, дробление руды, интенсификация месторождений нефти и газа). Хотя зачастую технологической альтернативы таким взрывам нет, обычно имеется альтернатива целевая (вместо интенсификации истощенных месторождений можно сосредоточить усилия на разведке и развитии новых). Помимо этого практика выявила нежелательные радиационные последствия: загрязнение участков промплощадок при разбуривании («проколе») таких полостей, потеря их рабочего объема и отжим к поверхности радиоактивных рассолов при эксплуатации газохранилищ, созданных в пластах каменной соли и др.).
«3. Должны быть «заморожены» любые ядерные камуфлетные взрывы, если они не являются единственным - быстрым и эффективным - решением, соразмерным с масштабом проблемы (например аварийных газовых фонтанов).
Первое гашение было выполнено на Урта-Булакском газовом месторождении в Узбекистане, где на глубине 2450 м был вскрыт газовый пласт давлением выше 300 атм. 11 декабря 1963 г. произошел выброс газа, возник аварийный фонтан со среднесуточным дебитом 12 млн. м3, - этого хватило бы для снабжения такого города, как Санкт-Петербург. Помимо экономических потерь поистине колоссален был и экологический ущерб - газ содержал значительное количество высокотоксичного сероводорода, длительное воздействие которого на живую природу могло привести к непредсказуемым последствиям, а возникший пожар добавил к этому и оксиды углерода. Автор, сам участник более поздних работ такого рода, никогда не забудет смрадное сероводородное дыхание аварийного газового фонтана.
Продолжавшиеся в течение почти трех лет попытки справиться с этим бедствием традиционными способами были безуспешны, за это время было потеряно около 15,5 млрд м3 газа. За дело взялись атомщики. Под руководством тогдашнего министра МСМ Е.П.Славского была разработана оригинальная методика ликвидации выброса, основанная на бурении наклонной скважины с поверхности Земли к стволу аварийной скважины и подрывом специального ядерного заряда (мощностью 30 кт) на глубине свыше 1500 м и на расстоянии около 40 м от ствола. Идея заключалась в том, что огромное - в десятки тысяч атмосфер - давление в зоне сжатия перережет ствол аварийной скважины, как ножницами.
После взрыва (30 сентября 1966 г.) выход газа из аварийной скважины прекратился спустя 25 с (!). Выхода радиоактивных продуктов на поверхность не было, как не было и осложнений в дальнейшей эксплуатации месторождения.
Подобным же образом были укрощены еще четыре аварийных газовых фонтана (в Узбекистане, Туркмении, Украине и России). При этом использовались устройства мощностью от 4 до 47 кт, подорванные на глубинах от 1510 до 2480 м. Ни раннего постдетонационного, ни позднего выхода радиоактивных продуктов на земную поверхность не наблюдалось. Следует отметить, что на двух месторождениях применение традиционных методов ликвидации фонтана было вообще невозможно, т.к. при отсутствии выраженного устья аварийной скважины происходило интенсивное напорное распространение газа по верхним проницаемым геологическим горизонтам с образованием газовых грифонов на значительной площади (в радиусе до километра от устья).
Загрузка...
