Атомная энергетика – плюсы и минусы

1. Знакомство с атомной энергетикой

Атомная энергетика – область техники, основанная на использовании реакции деления атомных ядер для выработки теплоты и производства электроэнергии.

Первый ядерный реактор был запущен в декабре 1942. Реактор, открывшийся в США, носил название СР-1. Данный объект был разработан под руководством физика Энрико Ферми. Сооружение находилось под трибунами стадиона для футбола университета Чикаго. Строение реактора было следующим: графитовые блоки, между которым расположены шары из природного урана и его двуокиси. Реактор был создан для получения оружейного плутония. Однако на сегодняшний день данные реакторы мы видим на атомных электростанциях. Их применение расширилось до производства электричества, источника двигателя, а также для научных исследований.

Первая в мире АЭС была построена в Обнинске (1954). Идея электростанции заключалась в следующем: при помощи реактора воду превращать в пар, который затем отправить в турбину, согласно с которой установлен генератор. Таким образом, учёные пришли к выводу, что такая установка способна производить электроэнергию, а также обеспечивать населённые пункты горячей водой для отопления домов.

С каждым годом ядерная энергетика активно развивается с момента её появления. Просматривая динамику эволюции энергетики, мы видим постоянный рост за исключением годов, когда происходили аварии. Однако динамика постепенно вновь поднималась, благодаря решению опасных проблем (рис.).

Рис. Мировое развитие ядерной энергетики по годам

Благодаря своими важными принципиальными особенностями (рассмотрим в п. 2), ядерная энергетика открывает новые возможности и перспективы. Рассмотрим некоторые из них:

1) Межзвёздные космические путешествия с ядерным двигателем.

Ядерные двигатели нового поколения, обладающие высокой энергоэффективностью и мощностью, могут обеспечить данный вид путешествий. Ядерные реакторы будут выступать в роли источника тепла, тепловой двигатель – передаёт тепло через специальную трубу, а нагретый газ создаёт тягу двигателя.

Перспективы данного проекта:

• Достижение огромной скорости, что сокращает время пути в космической атмосфере.
• Реакторы данного типа способны служить годами, что идеального для долгосрочного использования.
• Экономия топлива (освоение космоса намного быстрее).

2) Ядерная энергетика для экологической очистки и борьбы с глобальным потеплением.

Глобальное изменение климата вызывает необходимость сокращения вредных выбросов в атмосферу. С данной задачей может справиться ядерная энергетика как экологически чистый источник энергии (при правильном пользовании). Необходимо произвести новые разработки в областях малых ядерных модулей, что поможет обеспечить электроэнергию без выбросов. Ядерные реакторы могут использоваться для обезвреживания загрязнённых территорий из рек и почв. А также перспективна задача по внедрению ядерных реакторов с возможностью аккумулирования энергии.

Перспективы проекта:

• Снижение уровня радиации.
• Сверхэффективное утилизирование – переработка и стабилизация опасных отходов.

Таким образом, вы видим важность создания и развития атомной энергетики. Правильный подход и использование ресурсов способны изменить наш мир в лучшую сторону.

2. Плюсы атомной энергетики

• ядерное топливо содержит в разы больше энергии на единицу массы по сравнению с другими видами топлива, при этом запасы ядерного топлива считаются неисчерпаемыми благодаря возобновлением урана и тория.
• В ядерной энергетике доля затрат на топливо существенно ниже, чем в генерации на ограниченном топливе. Это делает себестоимость электроэнергии, менее зависимой от колебания рынков сырья.
• Использование технологий ядерной энергетики в различных отраслях (табл.).

Таблица

Отрасли, применяющие ядерную энергетику

• Отходы ядерной энергетики имеют относительно небольшие объёмы и могут быть надёжно локализованы.
• По сравнению с альтернативными низкоуглеродными технологиями, ядерная энергетика требует гораздо меньшей площади для производства одинакового количества электроэнергии. Также она менее зависима от исчерпаемых материалов, что важно в условиях кризисов и ограничений.
• При условии исключения тяжёлых аварий ядерная энергетика может стать приоритетной экологически чистой технологией.

На основании перечисленных плюсов можно сделать вывод, что ядерная энергетика обладает рядом уникальных преимуществ и характеристик, которые позволяют ей считаться одной из наиболее перспективных и необходимых технологий для будущего энергетического комплекса. В частности, она потенциально обладает всеми необходимыми качествами для постепенного замещения значительной части энергетических ресурсов, получаемых из ископаемых органических топлив, таких как уголь, нефть и природный газ. Благодаря высоким коэффициентам полезного действия, возможности масштабирования и стабильности работы, атомные электростанции могут обеспечить устойчивое и надёжное электроснабжение.

Кроме того, ядерная энергия способна становиться доминирующей безуглеродной энерготехнологией, что очень важно в условиях глобальных усилий по снижению выбросов парниковых газов и борьбы с изменением климата.

3. Минусы атомной энергетики

• Потенциальная опасность аварий с большим экологическим и экономическим ущербом. Сложные и тяжёлые аварии на АЭС Три-Майл-Айленд (США, 1987), Чернобыльской АЭС (СССР, 1986) и АЭС Фукусима (Япония, 2011) обозначили недопустимый уровень безопасности АЭС первых поколений.
• Накопление высокореактивных и долгоживущих отходов. Ресурсы природного урана, которые можно экономически эффективно извлечь из недр, ограничены. При текущей практике использования урана в реакторах теплового рекуперативного типа (РТН) эти ресурсы могут быть исчерпаны уже в этом веке как в России, так и в мире.
• Риск распространения ядерного оружия при увеличении темпов и объёмов накопления ОЯТ. Это может способствовать злоупотреблениям или нелегальному распространению ядерных технологий. Высокие запасы ОЯТ повышают вероятность их использования для получения оружейных материалов, что увеличивает риск распространения ядерного оружия и может привести к геополитической нестабильности, международным конфликтам или террористическим угрозам.

Однако крупномасштабные программы развития ядерной энергетики оказались как экономически нерентабельными, так и технически неподготовленными. Несмотря на важную роль, которую играет ядерная энергия, за первые два десятилетия XXI века можно говорить об определённом кризисе этой отрасли. Это подтверждается сокращением ядерных программ и замедлением разработок быстрых реакторов (РБН) в развитых странах Запада. Кроме того, ядерная энергетика сталкивается с жёсткой критикой, включая требования к её полному закрытию. Ядерная энергетика, как и любая технология, нуждается в постоянном совершенствовании и адаптации, чтобы оставаться актуальной и безопасной.

4. Общий вывод

Безопасность ядерной энергетики определяется не только физическими свойствами объектов, но и общественным восприятием. Важен уровень признанной безопасности, который влияет на развитие отрасли. За 60 лет развития произошло шесть крупных аварий, при этом методы и оценки риска не могут полностью предсказать возможные катастрофы. Перспективы ядерной энергетики связаны с технологиями, где аварии делятся на проектные и запроектные и предполагают возможность масштабных последствий. Современные реакторы, такие как водоохлаждаемые и быстрые натриевые, обладают потенциалом опасности из-за запасённой энергии, которая может вызвать серьёзные аварии (Фукусима, Чернобыль, Три-Майл-Айленд).

Настоятельно необходимо перейти к концепции естественной безопасности, которая базируется на проверенных принципах. Теоретические исследования показывают, что реакторы на быстрых нейтронах с интегральной конструкцией, свинцовым теплоносителем и плотным уран-плутониевым топливом значительно повышают безопасность по сравнению с существующими реакторами с натриевым теплоносителем и МОКС-топливом. Для масштабной ядерной энергетики нужен такой реактор с КВА около единицы, на базе свинцового теплоносителя и плотного уран-плутониевого топлива, чтобы обеспечить более высокий уровень безопасности.