Общественное мнение по АЭС во многом переломлено

Политолог, публицист Александр Механик и доктор физико-математических наук, профессор, заместитель директора Института ядерной физики и технологий НИЯУ МИФИ Георгий Тихомиров – об изменениях в атомной отрасли и перспективах ее развития.

После нескольких серьезных аварий на атомных электростанциях в 1980‒1990-е годы у общественности многих стран мира, особенно в Европе, возникло серьезное предубеждение против уже существующих станций и их нового строительства. Однако в последние годы ситуация меняется. Одним из признаков этого поворота стало решение Европейской комиссии (ЕК), разрешившей строить атомные электростанции до 2045 года. Более того, ЕК классифицировала атомную энергетику как «зеленый» источник. И это не случайно: в последнее время атомная отрасль за счет разработки нового, четвертого, поколения реакторов достигла серьезных успехов и в повышении безопасности атомных объектов, и в снижении объема вредных отходов. Для России, одного из лидеров атомной отрасли в мире, которая продолжает эксплуатацию уже существующих АЭС и строит новые как у себя, так и во многих странах мира, это очень важная новость, которая открывает перед ней широкие перспективы.

Мы встретились с известным российским ученым-атомщиком, доктором физико-математических наук, профессором, заместителем директора Института ядерной физики и технологий НИЯУ МИФИ Георгием Тихомировым, чтобы обсудить изменения в атомной отрасли и перспективы ее развития.

— Сейчас много говорят о развитии и внедрении ядерных энергетических установок четвертого поколения. Что это такое? Чем они отличаются и чем они хороши?

— Вначале я хочу заметить, что Россия может и должна гордиться своими ядерными технологиями во всех смыслах, потому что мы имеем не только энергетические применения, но и неэнергетические, включая вооружение. И это, на мой взгляд, позволяет нам сохранять и развивать и человеческий потенциал, и заделы, которые были сделаны еще в Советском Союзе.

Почему четвертое поколение? Как известно датой начала развития атомной энергетики официально считается 1954 год, потому что в этом году была запущена первая АЭС в Обнинске. А 26 июня ежегодно отмечается дата пуска первой в мире атомной электростанции. Это был старт, причем старт с большими надеждами. С этого момента практически во всех ведущих странах мира началось строительство различных ядерных реакторов и АЭС на их основе. И это были реакторы первого поколения. То есть фактически это были экспериментальные установки небольшой мощности, на которых были отработаны первые принципы атомной энергетики. И где-то уже с 70-х годов начался бурный рост развития атомной энергетики на реакторах второго поколения. Это были дешевые установки, которые строились десятками в год, в пике где-то 30‒40 в год закладывались и запускались.

У Союза были большие планы по их строительству. И мы развивали несколько типов реакторов, это и РБМК (реактор большой мощности канальный), и ВВЭР (водо-водяной энергетический реактор), и БН (реактор на быстрых нейтронах). Уже тогда осознали, что именно быстрые реакторы должны развиваться, потому что топливная база атомной энергетики на реакторах на тепловых нейтронах ограничена.

Но произошли крупные аварии на АЭС — в 1979 году на АЭС «Три-Майл-Айленд» в США и в 1986 году на Чернобыльской АЭС в СССР, которые в какой-то мере отрезвили наши надежды. Мировое сообщество, проанализировав эти аварии, сформулировало принципы развития атомной энергетики, и уже новые проекты, в постчернобыльскую эпоху, считаются реакторами третьего поколения. У них большая безопасность, дублирование систем, эшелонированная защита. Можно считать, что третье поколение — это реакторы, которые очень надежны, но неэффективны.

Мы потеряли экономическую эффективность, но атомная энергетика уже заняла свою нишу, и в мире где-то порядка 400 с лишним реакторов работают непрерывно. С 2000-х годов ежегодно примерно пять-семь реакторов останавливаются и переходят в режим вывода из эксплуатации и пять-семь новых реакторов запускаются. То есть второе поколение заменяется на третье. Такой вот процесс. Но после «Фукусимы» в 2011 году появилось поколение «три плюс», в котором были еще дополнительно изменены требования и нормы безопасности. Реакторы сделали еще более безопасными и еще более дорогостоящими. При этом конкурентоспособность атомной энергетики сохраняется. Иначе бы новые реакторы не строились. А сегодня, по данным МАГАТЭ, в мире в разных странах строятся 62 реактора.

В начале 2000-х годов, после анализа последствий аварий и учета новых технологий проектирования и моделирования, были созданы международные экспертные форумы «Поколение IV» и ИНПРО, где специалисты стали обсуждать разные варианты развития атомной энергетики. В рамках международного форума «Поколение IV» было отобрано несколько типов реакторов, которые должны были решить задачи будущей атомной энергетики. В первую очередь это: расширение топливной базы, решение вопросов безопасности, накопления радиоактивных отходов, нераспространения ядерных материалов и экономической привлекательности атомной энергетики. Большинство реакторных систем четвертого поколения основаны на использовании замкнутого ядерного топливного цикла, и поэтому большинство этих реакторов имеют быстрый спектр нейтронов.

Существующая атомная энергетика работает фактически на уране-235, изотопе, которого в природном уране менее одного процента. Задел оцененных запасов урана для существующих реакторов, по данным МАГАТЭ, — примерно 150 лет. Но стоит нам увеличить мощность энергетики, как этот временной интервал начнет сокращаться и надо будет еще вкладываться в добычу, в разработку новых месторождений урана, в технологии, а это означает удорожание всего топливного цикла.

Перспективы атомной энергетики на основе реакторов на быстрых нейтронах были осознаны уже отцами-основателями атомной науки и промышленности. Еще Энрико Ферми об этом говорил. В таких реакторах можно эффективно вовлечь в энергетический баланс уран-238 через накопление плутония. Получается, что в быстрых реакторах мы можем расширить топливную базу в сто раз, а это уже тысячи лет.

Отличие реакторов на тепловых нейтронах от реакторов на быстрых нейтронах во многом связано с физикой реакции ядерного деления. При делении ядер урана и плутония быстрым нейтроном появляется больше вторичных нейтронов, чем при делении тепловым нейтроном. Эти дополнительные нейтроны позволяют более эффективно нарабатывать новое ядерное горючее из изотопа урана-238. В отработавшем ядерном топливе (ОЯТ) тепловых реакторов делящихся ядер существенно меньше, чем в свежем топливе. В отработавшем ядерном топливе быстрых реакторов, наоборот, больше, чем в свежем. Таким образом, мы можем переработать ОЯТ быстрых реакторов и изготовить новые ТВС, только добавляя природный уран вместо осколков деления, которые накопились в процессе эксплуатации в предыдущем цикле. Среди реакторов четвертого поколения есть три быстрых реактора с различными теплоносителями: натрий, свинец и газ.

Кроме расширения топливной базы у атомной энергетики есть еще задачи расширения области применения ядерных реакторов и переработки радиоактивных отходов. Сегодня АЭС может использоваться для выработки электричества и, возможно, для выработки бытового тепла. Для расширения возможного использования ядерной энергии среди реакторов четвертого поколения есть ВТГР (высокотемпературный газоохлаждаемый реактор). Его задача не бридинг топлива, а высокая температура и расширение роли атомной энергетики в мире. Пока это только электричество, а если реактор на высокой температуре ,то это и химия, и производство водорода, и вообще резкое расширение возможных применений. Для решения задач переработки радиоактивных отходов в линейку проектов «Поколения-IV» включен также жидкосолевой реактор, который работает на расплавленных солях и в который теоретически можно непрерывно добавлять и выводить различные изотопы. Реактором в линейке «Поколения-IV» является водо-водяной реактор с суперкритическими параметрами воды. На мой взгляд, это проекты эволюционного развития традиционных водо-водяных реакторов, которые сегодня составляют основу атомной энергетики.

Под проекты «Поколения-IV» было выделено финансирование фактически во всех странах, в которых стали строить прототипы, вернее экспериментальные установки. Сегодня уже есть быстрые реакторы, которые функционируют в России и в Китае. В России накоплен уникальный опыт эксплуатации быстрых натриевых энергетических реакторов БН-600 и БН-800. Сегодня в России строится БРЕСТ-ОД-300 со свинцовым теплоносителем. В Китае эксплуатируется небольшой экспериментальный натриевый реактор и два энергетических реактора электрической мощностью 600 мегаватт находятся на стадии строительства. Кроме того, в Китае в 2021 году запустили ВТГР электрической мощностью 150 мегаватт.

В России разрабатываются различные проекты реакторов четвертого поколения, но главным нашим проектом является «Прорыв». Это не просто быстрый реактор со свинцовым теплоносителем. Это еще и фабрикация нового топлива и модуль переработки. В Северске, недалеко от Томска, уже несколько лет строится ОДЭК — опытный демонстрационный экспериментальный комплекс. Цель проекта — реализовать на одной площадке технологии замыкания ядерного топливного цикла и продемонстрировать возможности этих технологий.

— То есть в традиционном, можно сказать, месте…

— Да. И это проект именно четвертого поколения, потому что это именно система. Просто построить быстрый реактор — это немножко другое. А тут реализуется именно концепция замкнутого ядерно-топливного цикла. Сегодня, конечно, по стоимости эти реакторы будут проигрывать существующим ВВЭР, именно из-за того, что серия всегда дешевле, чем единичный объект. Но стоит запустить серию, решить вопросы так называемого референтного блока, как сразу экономика начинает играть на тебя.

У нас уже работают два реактора на быстрых нейтронах: БН-600 — это еще продукт Советского Союза и БН-800 — это уже построено в России. Это установки, которые позволили нам говорить, что мы освоили технологию жидкого натрия. Если БН-600 — это технология, основанная на урановом топливе, и никакого замыкания не предусмотрено, то БН-800 — это уже уран-плутониевое топливо, это уже возможность замкнуть топливный цикл. То есть это установки, которые являются прототипами реакторов четвертого поколения. Сейчас разрабатывается проект БН-1200. Это будет уже реактор с возможной серией и технологиями замкнутого цикла.

— А где он будет строиться?

— БН-600 и БН-800 — это Белоярская АЭС рядом с Екатеринбургом. И БН-1200, скорее всего, будет построен там же. Потому что кроме самого проекта надо еще иметь кадры — тех, кто строит, тех, кто эксплуатирует систему и ее подготовку, систему работы с топливом. В «Росатоме» в разработку и использование ядерных технологий вовлечено около 350 тысяч человек. Конечно, это не только энергетика, это и ядерные центры, топливные дивизионы, руда, полный цикл.

— Как в результате внедрения этих новых реакторов изменится отрасль?

— Любая серьезная технология требует эволюционного развития. В ближайшее время мы будем продолжать строить ВВЭР и в России, и за рубежом, потому что это хорошо отлаженная технология, это бизнес. Но если смотреть на десятки лет вперед, то надо готовиться к тому, что могут оказаться более востребованы другие технологии, потому что сырьевая база будет уже другая. Это первый момент. Второй момент: какая у нас есть альтернатива атомной энергетике? Газ, нефть, но они достаточно ограничены по запасам.

— А зеленая?

— Зеленая развивается, но она имеет свои недостатки, низкий КИУМ (коэффициент использования установленной мощности). Это, на самом деле, трагедия для них. Ты поставил мощность, один гигаватт солнца вроде как у тебя должен быть. А берешь только 13 процентов. Для солнечной энергетики КИУМ — 13 процентов в год. Для ветряной энергетики — 25 процентов. А ядерная дает около 90 процентов. Более того, зеленая, или возобновляемая, энергетика подвержена так называемым веерным отключениям. Когда солнца нет, ветра нет, вдруг оказывается, что энергию неоткуда взять. Поэтому, несмотря на то что, конечно, развиваться будет все, надо иметь какие-то источники, чтобы гасить эти колебания. Это может быть газ и атом.

— А если еще топливо будет возобновляемым, то атомная энергетика станет, можно сказать, вечной.

— Не вечной, но с топливными запасами на тысячи лет. А если мы еще рассмотрим получение водорода на атомных электростанциях, то атомная энергия будет использоваться не только для производства электричества, но и для химии и транспорта. Когда я был студентом, нам говорили, что будущее за так называемой атомно-водородной энергетикой. Что реакторы кроме электричества будут еще производить водород. А на водороде будут ездить автомобили и работать химическая промышленность.

— А как можно производить водород на ядерных установках?

— За счет электролиза, если это экономически выгодно, или за счет высокой температуры в ВТГР.

— То есть за счет разложения воды?

— Тут два пути. Разложение воды — это вообще голубой водород. А можно еще и из метана его получить.

— Я помню, в мои школьные годы писали, что будут автомобили на атомных реакторах. Насколько это вообще в принципе реализуемо?

— На самом деле все эти проекты самолетов и автомобилей на атомной энергии, конечно, не пойдут по причине необходимости тяжелой защиты для радиационной безопасности. Для дальнего космоса такие проекты рассматриваются, РИТЭГ точно летают и будут летать, это радиоизотопные термоэлектрические генераторы на основе распада. Но это другое.

— Вы сказали, что на Западе тоже эти разработки ведутся, но какое-то впечатление, что там этому все-таки не уделяется такого внимания, как у нас.

— Европа интересна тем, что у них была неплохая атомная энергетика. До сих пор она хороша во Франции. Более того, французы не планируют ее закрывать, французы планируют ее развивать, и у них сильная атомная отрасль. Да, есть ряд стран, которые отказываются от атомной энергетики, например Германия, Швеция, но все меняется. И сегодня мы видим, что ряд европейских стран голосует за атомную энергетику. Европа проголосовала за включение атомной энергетики в таксономию зеленых источников энергии.

То есть до 2050 года она будет развиваться. И европейцы имеют ряд проектов, которые относятся к четвертому поколению, но пока только на бумаге, на стендах. А сейчас, на мой взгляд, они начинают переключаться на малые атомные генерации. Потому сегодня действительно начинают осознавать, что для ряда труднодоступных районов малые атомные генерации могут оказаться преимущественными. Причем Россия тут тоже имеет хорошие референтные проекты, это и «Академик Ломоносов» — плавучая АЭС, это и Якутская АЭС, которая сейчас уже будет закладываться, хотя пока в базу данных МАГАТЭ (The Power Reactor Information System, PRIS) еще не попала.

— В свое время, насколько я помню, писали, что мы чуть ли не весь Север освоим именно за счет атомной энергетики.

— Уже четыре корабля с плавучими АЭС заложены, значит, они по Северам расставятся. Опыт Якутии как референтного объекта приведет к появлению АЭС в других странах. Например, недавно подписано соглашение на АЭС на основе двух РИТМ-200 в Узбекистане. Просто тут очень важно, чтобы было, где эту энергию тратить. Поэтому сейчас идут большие разработки, где можно и выгодно поставить новые атомные станции малой мощности (АСММ). Электричество на АСММ будут точно дороже, чем у нас в сети. И эта дороговизна должна быть оправдана. Но в России есть места, где стоимость электричества в десятки раз выше, чем там, где есть единая электрическая система. Поэтому там можно рассмотреть строительство АСММ.

— Сейчас действительно, как вы сказали, во многих странах закрывают атомные станции. Как вы считаете, удастся за счет этой новой технологии переломить общественное настроение?

— Я думаю, что общественное мнение уже во многом переломлено. То, что европейцы отнесли атомную генерацию к зеленым технологиям, — это победа трезвого анализа. Экономические расчеты показали, что не так страшен черт, как его малюют. Ведь в значительной мере негативное отношение к атомной энергетике связано с тем, что журналисты раздули непомерно последствия ядерных аварий. Например, в Три-Майл-Айленде после аварии 1979 года отселяли людей, но потом они вернулись. Первый блок на АЭС в Три-Майл-Айленде работал до 2020 года. Сейчас планируют его перезапустить. Хотя до 2000-х годов в США не давали лицензии на строительство новых блоков. Поэтому на самом деле не исключено, что мир на пороге очередного ренессанса атомной энергетики. И конечно, я надеюсь, что люди, которые свяжут с ней свою жизнь, в том числе наши студенты, не пожалеют.

— А старые электростанции можно переоборудовать под новые реакторы?

— Этого не надо. Легче воспользоваться инфраструктурой, которая есть, и построить новый блок где-то рядом, потому что там и сети есть, и есть где жить, то есть это проще, чем строить АЭС в голом поле. А переделывать смысла нет. Но очень интересная тема продления, когда атомная станция запланирована на тридцать лет, а может еще работать несколько десятков лет. Ты обосновываешь, проводишь серьезные исследования и измерения. И получаешь, скажем, проект продления возможности пользоваться АЭС еще на десять лет. И получаешь электричество фактически без капитальных затрат. Сейчас весь мир этим занимается. Это чистая экономика.

— На чем основаны эти сроки эксплуатации?

— Раньше проектные сроки эксплуатации основывались на больших консервативных запасах и понимании, что технологии будут развиваться. Мы же не могли знать, как нейтроны будут, условно говоря, воздействовать на корпус реактора в течение тридцати лет. Не потеряет ли он свои характеристики в результате охрупчивания. Сейчас у нас есть примеры, уже накоплен опыт, сейчас мы освоили технологию отжига корпуса, если надо. То есть мы научились с этим работать. И сегодня новые проекты ВВЭР рассчитаны уже на шестьдесят лет эксплуатации.

— Опыт дал новые возможности для обоснования сроков эксплуатации…

— Опыт дал новые возможности моделирования, дал нам возможность по-новому взглянуть на ресурсы. Конечно, есть чувствительные элементы. Но какой-нибудь насос мы всегда поменяем.

— То есть главное — корпус, а корпуса оказались более стойкими, чем ожидалось?

— Да, в том числе. Хотя сейчас и стали лучшие подбирают, и делают выводы из того, что происходит. Так, чтобы улучшить и обосновать возможность эксплуатации в течение длительного времени.

— Вы уже сказали про наш проект «Прорыв». А что-то еще планируется?

— В России развиваются в разных организациях разные проекты. Проект «Прорыв» получил такое резонансное звучание только из-за того, что он уже реализуется, но мы также будем строить и высокотемпературный газовый реактор. Во всяком случае, прототипы, либо стенды, либо сборки. Это одно направление. Мы занимаемся совершенствованием ВВЭР, и у нас есть проекты ВВЭР-С и «Супер-ВВЭР». У нас, как я уже сказал, развиваются проекты на натрии и на свинце, есть проекты быстрых реакторов. И на жидких солях.

— Занимаемся пока в смысле проекта или уже что-то пытаемся делать?

— Мы делаем экспериментальные стенды, которые лягут в основание проекта. А потом, может быть, в какие-то уже промышленные установки. Это может быть и трансмутационная установка для решения задачи радиоактивных отходов, это может быть и энергетическая установка, это может быть и так называемая многоцелевая установка для производства водорода. Но возникает вопрос: нужен ли водород кому-нибудь сегодня, есть ли рынок водорода у нас в России?

— А старые ядерные отходы, уже складированные, можно использовать?

— Когда мы говорим об отработанном ядерном топливе — это не отходы. Там минимум 90 процентов урана. То есть мы можем этот уран извлечь и повторно использовать. И такие регенераты у нас уже используются. И на РБМК, и даже на ВВЭР используется регенерированный уран. То есть в этом смысле это запас урана. С другой стороны, кроме урана там есть еще и плутоний. Но есть продукты деления, которые надо изолировать. Есть так называемые минорные актиноиды. Это нептуний, америций и кюрий, И с ними надо научиться работать. Поэтому переработка топлива важна не только для быстрой атомной энергетики, но и для минимизации радиоактивных отходов. Мы тоже эти проекты рассматриваем: зачем хоронить то, что можно использовать?

— А трансурановые элементы, которые вы упомянули, нептуний, америций и кюрий, их можно использовать, например, в каких-то научных целях?

— Это возможное сырье для наработки плутония-238, для РИТЭГ, о которых я говорил, для космоса. Кто-то говорит, что их можно назад возвращать в быстрые реакторы, они там сгорят и ничего плохого не сделают. Их плохо хоронить, потому что у них большое периоды полураспада, и это требует длительного контроля.

Есть еще, например, калифорний-252, этот элемент самый дорогой, потому что на его основе можно делать компактные мощные нейтронные источники. Для его наработки можно делать мишени как раз из минорных актиноидов. Кюрий-244 тоже интересный изотоп для разных целей, включая медицинские.

— Если сравнивать объемы отходов реакторов предшествующих поколений и четвертого поколения, насколько в новых реакторах они меньше? И как с ними обращаются? Тоже захоранивают или их можно использовать? То есть ОЯТ, которое извлекается из ядерного реактора после плановой выработки энергии, является отходом или нет?

— Вначале поясню, что, говоря об отходах, необходимо уточнить, что в нашем случае речь идет об радиоактивных отходах, которые содержат радиоактивные изотопы в количествах, превышающих допустимые нормы.

А на вопрос, что является отходом, в настоящее время нет однозначного ответа. Объем ОЯТ непрерывно увеличивается, на 10‒12 тысяч тонн тяжелых металлов в год. На переработку отправляется сегодня не более 17 процентов данного объема, а основная масса ОЯТ идет на долговременное хранение.

С развитием технологий замкнутого топливного цикла и реакторных систем четвертого поколения будут разрабатываться технологии переработки и фракционирования ОЯТ. На мой взгляд, к отходам в прямом смысле можно причислить только изотопы продуктов деления, которые составляют менее 10 процентов от общего объема ОЯТ. А развитие технологий замкнутого топливного цикла позволит решить проблему накопления ОЯТ существующей ядерной энергетики на тепловых нейтронах путем переработки ранее накопленного ОЯТ. Уран и плутоний можно будет вернуть в топливный цикл, а продукты деления надежно изолировать.

— Итак, мы построили эти реакторы нового поколения. Как при этом преобразуется отрасль, что с ней в конце концов произойдет именно как с отраслью?

— Если мы посмотрим на атомную энергетику сегодняшнего дня, то она фактически представлена одним типом реакторов, это PWR, или ВВЭР. Но не исключено, что те процессы, о которых мы говорим, приведут к тому, что через двадцать-тридцать лет у нас уже появится новый класс реакторов, Это будут быстрые реакторы, которые наряду с ВВЭР будут составлять значимую долю в выработке энергии. Это, с одной стороны, потребует новых специалистов и развития новых технологий. С другой стороны, это можно считать эволюцией. Если посмотреть на атомную отрасль в перспективе сотни лет, то не исключено, что в мире будут только быстрые реакторы. А ВВЭР останутся, может быть, только как реакторы для АСММ.

Печать