Перспективы развития атомной энергетики в Казахстане

Положение осложняется еще  и тем, что для теплоотвода  из  реактора  на быстрых нейтронах такой привычный  и  хорошо  освоенный  теплоноситель,  как обычная вода, не подходит в силу своих ядерных свойств. Она,  как  известно, замедляет нейтроны и, следовательно, понижает  коэффициент  воспроизводства. Газовые теплоносители (гелий и другие) обладают в данном случае  приемлемыми ядерными параметрами. Однако требования интенсивного теплоотвода приводят  к необходимости использовать газ при высоких давлениях (примерно 1,5^.10⁷  Па), что вызывает соответствующие технические трудности.

В качестве  теплоносителя  для  теплоотвода  из  реакторов  на  быстрых нейтронах был  выбран  обладающий  прекрасными  теплофизическими  и  ядерно-физическими   свойствами   расплавленный   натрий.   Он   позволил    решить поставленную задачу достижения высокой плотности тепловыделения. Следует указать, что в свое время выбор "экзотического" натрия  казался очень смелым решением. Не  было  никакого  не  только  промышленного,  но  и лабораторного опыта его использования  в  качестве  теплоносителя.  Вызывала серьезные опасения высокая химическая активность натрия  при взаимодействии с водой, а также с кислородом воздуха, которая,  как  представлялось,  могла весьма неблагоприятно проявиться в аварийных ситуациях. Потребовалось   проведение   большого   комплекса    научно-технических исследований   и  разработок, сооружение стендов и специальных экспериментальных реакторов на быстрых нейтронах, для того, чтобы  убедиться в хороших  технологических и  эксплуатационных   свойствах   натриевого теплоносителя. Как было  при  этом  показано,  необходимая  высокая  степень безопасности  обеспечивается  следующими  мерами:  во-первых,  тщательностью изготовления и контроля  качества  всего  оборудования,  соприкасающегося  с натрием; во-вторых, созданием дополнительных страховочных кожухов на случай аварийной протечки натрия; в-третьих,   использованием   чувствительных индикаторов  течи,  позволяющих  достаточно  быстро  регистрировать начало аварии и принимать меры к ее ограничению и ликвидации.

Кроме обязательного  существования  критической  массы  есть  еще  одна характерная особенность использования ядерного  топлива,  связанная  с  теми физическими условиями, в которых оно находится  в  реакторе.  Под  действием интенсивного ядерного излучения, высокой температуры  и,  в  особенности,  в результате накопления продуктов  деления  происходит  постепенное  ухудшение физико-математических, а также ядерно-физических   свойств   топливной композиции (смеси топлива и сырья). Топливо, образующее  критическую  массу, становится  непригодным  для  дальнейшего  использования.   Его   приходится периодически извлекать из реактора и заменять  свежим.  Извлеченное  топливо для восстановления первоначальных свойств должно  подвергаться  регенерации. В общем случае - это трудоемкий, длительный и дорогостоящий процесс.

Для реакторов на тепловых  нейтронах содержание  топлива в топливной композиции  относительно  небольшое  -  всего   несколько   процентов.   Для реакторов  на  быстрых  нейтронах   соответствующая   концентрация   топлива значительно выше. Частично  это  связано  с  уже  отмеченной  необходимостью увеличения количество топлива вообще в реакторе  на  быстрых  нейтронах  для создания критической массы в заданном объеме. Главное же заключается в  том, что  отношение  вероятностей  вызвать  деление  атома   топлива   или   быть захваченным в  атоме  сырья  различно  для  разных  нейтронов.  Для  быстрых нейтронов оно в несколько раз меньше, чем для  тепловых,  и,  следовательно, содержание топлива в топливной композиции  реакторов  на  быстрых  нейтронах должно быть больше. Иначе слишком много нейтронов будет поглощаться  атомами сырья и стационарная цепная реакция деления в топливе окажется  невозможной. Причем при одинаковом накоплении продуктов деления  в  реакторе  на  быстрых нейтронах выгорает в несколько раз меньшая доля заложенного топлива,  чем  в реакторах на тепловых нейтронах.  Это  приводит  к  необходимости  увеличить регенерацию  ядерного  топлива  в  реакторах   на   быстрых   нейтронах.   В экономическом отношении это даст заметный проигрыш.

Но кроме совершенствования  самого  реактора  перед  учеными  все  время встают вопросы об улучшении системы безопасности на АЭС,  а  также  изучении возможных способов переработки радиоактивных отходов,  преобразовании  их  в безопасные вещества. Речь идет  о  методах  превращения  стронция  и  цезия, имеющих  большой   период   полураспада,   в   безвредные   элементы   путем бомбардировки их нейтронами или  химическими способами.   Теоретически  это возможно, но при современном уровне  развития  технологии  это  экономически нецелесообразно. Хотя, возможно, уже  в  ближайшем  будущем  будут  получены реальные результаты этих исследований, в результате которых атомная  энергия станет  не  только  самым  дешевым  видом  энергии,   но   и   действительно экологически чистым[3].

3 Перспективы  развития атомной  энергетики в Казахстане

В прогнозах Мирового энергетического  агентства признается, что ядерная  энергетика по сравнению с другими  источниками энергии не только помогает удовлетворить растущий спрос на энергию и повысить безопасность энергоснабжения, но и уменьшает  выброс углерода в атмосферу, поскольку  на предприятия, производящие энергию  из органического топлива, приходится около половины антропогенных выбросов парниковых газов. Рост энергетических потребностей во всем мире, нестабильность цен на нефть и природный газ, экологические ограничения в связи с использованием органического топлива, озабоченность в отношении надежности энергоснабжения в ряде стран делают актуальной своевременную подготовку новых энергетических технологий. Активные исследования новых возобновляемых источников энергии и управляемого термоядерного синтеза пока не позволяют рассматривать их в качестве реалистичных конкурентоспособных способов крупномасштабного замещения традиционного топлива. Ядерные технологии производства энергии обладают важными принципиальными особенностями по сравнению с другими энерготехнологиями:

- ядерное топливо имеет в миллионы раз большую концентрацию энергии и практически неисчерпаемые ресурсы;

- отходы ядерной энергетики имеют относительно малые объёмы и могут быть надёжно локализованы, а наиболее опасные из них можно «дожигать» в ядерных реакторах;

- ядерный топливный цикл (ЯТЦ) может быть реализован таким образом, что радиоактивность и радиотоксичность отходов не превысят их значений для руды, из которой добывается уран.

Таким образом, ядерная энергетика потенциально обладает всеми необходимыми качествами для постепенного замещения  значительной части энергетики на ископаемом органическом топливе и становления  в обозримом будущем в качестве доминирующей энерготехнологии.

Создание атомной энергетики является масштабной, дорогостоящей и очень  сложной задачей для любого государства  вне зависимости от имеющегося в  стране научно-технического потенциала. В этой связи не вызывает сомнений целесообразность подхода, при котором  странами, начинающими процесс создания атомной энергетики, в максимальной степени учитывается предшествующий международный опыт. Этот опыт обобщен в серии документов МАГАТЭ о порядке внедрения атомной энергетики в развивающихся странах, которые издаются с начала 70-х гг. прошлого столетия. В этом смысле нет причин и оснований для утверждения, что Казахстан может и должен изобрести свой собственный путь развития атомной энергетики. Рациональная постановка задачи состоит в том, чтобы при строительстве атомной энергетики в Республике Казахстан использовать имеющийся международный опыт с максимальным учетом национальных факторов.

На сегодняшний день в Казахстане имеются все объективные предпосылки  для создания и развития атомной  отрасли:

- наличие значительного количества разведанных запасов урана;

- наличие развитой уранодобывающей и ураноперерабатывающей промышленности, предприятий производства топлива и конструкционных материалов для ядерных энергетических реакторов, с использованием современных технологий, представленных в РК Национальной атомной компанией «Казатомпром» (НАК «Казатомпром»);

- наличие атомной науки, представленной РГП Национальный ядерный центр РК (РГП НЯЦ РК) с базовыми экспериментальными установками, включая исследовательские реакторы, способной решать задачи мирового уровня по направлениям развития атомной энергетики и обеспечения условий ее безопасного применения, выполнять исследования в области ядерной физики, физики и техники ядерных реакторов;

- наличие кадрового потенциала высококвалифицированных специалистов, как в атомной промышленности РК, так и в атомной науке, включая специалистов, принимавших участие в эксплуатации энергетического реактора БН-350 и принимающих участие в эксплуатации исследовательских реакторов ИВГ, ИГР и ВВР-К РГП НЯЦ РК;  

- существенный задел в области разработки и внедрения ядерных технологий для получения медицинских радиофармпрепаратов, радиоизотопов, трансмутации, стерилизации материалов, по созданию электродвигательных установок и др.;

- законодательно оформленная нормативно-правовая база регулирования вопросов использования атомной энергии, делящихся и ядерных материалов, соответствующая требованиям  МАГАТЭ, но нуждающаяся в доработке и дальнейшем развитии;

-наличие опыта ликвидации и рекультивации объектов геологоразведочной, уранодобывающей и ураноперерабатывающей деятельности бывшего Министерства среднего машиностроения СССР, а также ликвидации последствий испытаний оружия массового поражения на Семипалатинском испытательном ядерном полигоне;

-наличие системы мониторинга сейсмических событий;

-угроза потери энергетической независимости уже не в столь отдаленном будущем вследствие однобокого развития энергетической отрасли, ориентированной только на запасы органического топлива.

Основным постулатом рационального  подхода к созданию атомной энергетики, оправданного международным опытом, является решение всех стоящих задач  на основе объективных оценок и тщательного  планирования, учитывающего долговременные перспективные потребности страны в энергии и текущее состояние и перспективы развития атомной энергетики в мире[4].

4 Альтернативная энергетика

К традиционным источникам энергии  относятся, с одной стороны, различные виды топлива, с другой - энергия движущейся воды, преобразуемая в электричество на гидроэлектростанциях. С недавнего времени атомная энергия также считается вполне традиционной. Нетрадиционные, или альтернативные, источники энергии - это те самые неисчерпаемые ресурсы. Однако пока освоены они недостаточно. Порой говорят только о теоретической возможности их использования. Альтернативные источники энергии, которые в наибольшей степени используются человеком, - это энергия Солнца, энергия ветра, морских приливов, геотермальная энергия и др.

Все альтернативные электростанции не вырабатывают и 1 % от всей мировой энергии. Уже очень давно говорится о перспективах термоядерной энергетики, которая способна сделать человека независимым от традиционных энергоносителей. Несмотря на все усилия ученых, пока не удается создать даже опытную термоядерную установку. Но работы в этом направлении ведутся с неослабевающей интенсивностью уже несколько десятилетий.

Энергию Солнца человек использует давно, потому что энергия, аккумулированная в минеральном топливе, накопилась в тканях растений в процессе фотосинтеза. Говоря об энергии Солнца как об альтернативной, имеют в виду непосредственное преобразование солнечного света в электроэнергию. (В переводе с греческого языка Солнце - Гелиос.) Отсюда и название для этой молодой и перспективной отрасли энергетики - гелиоэнергетика. 
Особенно интересны перспективы развития гелиоэнергетики в странах тропического пояса. Сухой воздух, прозрачная атмосфера, более 300 солнечных дней в году обуславливают здесь исключительную интенсивность солнечной радиации. Для получения электроэнергии нужен не сильный ветер, а постоянный, ровный. Такой, например, как на границе суши и моря. Наибольший интерес к ветроэнергетике проявляют США и некоторые страны Европы: Великобритания, Германия, Франция, Италия. Прекрасные возможности для развития этого вида энергетики имеет Дания - маленькая плоская страна, насквозь продуваемая морскими ветрами.

Энергию морских приливов тоже относят  к альтернативной. Пока приливных электростанций немного, но они, несомненно, наиболее мощные из электростанций, использующих альтернативные источники энергии. Поэтому приливная энергетика особенно перспективна[5].

Заключение

Энергия – это движущая сила  любого  производства.  Тот  факт,  что  в распоряжении человека  оказалось  большое  количество  относительно  дешевой энергии, в значительной степени способствовало индустриализации  и  развитию общества. Однако в настоящее время  при  огромной  численности  населения  и производство, и потребление энергии становится потенциально опасным.  Наряду с локальными экологическими  последствиями,  сопровождающимися  загрязнением воздуха и воды,  эрозией  почвы,  существует  опасность  изменения  мирового климата в результате действия парникового эффекта. Человечество стоит перед дилеммой: с одной стороны, без энергии  нельзя обеспечить  благополучия людей, а с другой – сохранение существующих  темпов ее производства и потребления может привести к разрушению окружающей  среды, серьезному ущербу здоровья человека.

Сегодня около  половины  мирового  энергобаланса  приходится  на  долю нефти, около трети на долю газа и атома (примерно  по  одной шестой)  и около одной пятой на  долю  угля.  На  все остальные источники энергии остается всего несколько процентов. Совершенно очевидно, что без тепловых  и атомных электростанций на  современном  этапе  человечество  обойтись  не  в состоянии,  и  все  же  по  возможности  там,  где  есть,  следует  внедрять альтернативные источники  энергии,  чтобы  смягчить  неизбежный  переход  от традиционной  энергетики  к  альтернативной.  Тогда  будет  жизненно  важно, сколько солнечных батарей успеет вступить  в  действие,  сколько  заработает “мини-ГЭС” и приливных станций, открывающих дорогу тысячам  других,  сколько цепочек  ветряков  встанет  по  горам  и  сколько  цепочек  волновых  буйков закачается у побережий.

Ядерная энергия играет исключительную роль в современном мире:  ядерное оружие оказывает влияние на политику, оно нависло угрозой над всем,  живущим на Земле. А пока человечество стремится  утолить  свои  непрерывно  растущие потребности в энергии  путем  беспредельного  развития  ядерной  энергетики, радиоактивные отходы загрязняют нашу планету. В  действительности  жизнь  на Земле всегда зависела от ядерной энергии:  ядерный  синтез  питает  энергией Солнце, радиоактивные процессы в недрах  Земли  нагревают  ее  жидкое  ядро, влияют на подвижность материковых плит.