Как управлять ядерной энергией

Вопросы ядерной и радиационной безопасности, пожалуй, единственный объективный предмет для спора между сторонниками и противниками строительства АЭС в Казахстане. Какие опасности нынче принято связывать с «мирным атомом», как управлять его неимоверной энергией, какой уран безвреден для человека и почему в стране, самой богатой по разведанным урановым запасам, нет полного «топливного цик­ла» для реакторов? Об этом и многом другом – наш разговор с кандидатом физико-математических наук, участником ликвидации аварии на ЧАЭС, членом совета директоров Ассоциации развития атомной индустрии Казахстана Дастаном ­Елеукеновым.

– Дастан Шериазданович, из школьной программы мы помним о цепной реакции деления ядер обогащенного урана, при которой выделяется колоссальное количест­во энергии, и если это происходит одномоментно, то возникает атомный взрыв. Но человек научился управлять этим процессом. А вот интересно: с тех пор, как мир узнал про обогащение урана и радиоактивность, удалось ли найти абсолютно безопасные способы «общения» с атомом?

– Если говорить об источниках ионизирующего излучения, возникающих в процессе работы АЭС, то ответ на этот вопрос будет, скорее, положительным. Хотя радиация, несомненно, представляет опасность для живых организмов. Но не секрет, что источники радиоактивности окружают нас повсюду. Поэтому значение имеют вид, энергия и интенсивность излучения.

К примеру, с источниками альфа-излучения, такими как исходный уран, достаточно работать в перчатках и респираторах, поскольку его проникающая способность невелика. Главное, чтобы альфа-частицы не попали внутрь организма, скажем, при вдыхании.

Однако в ядерном топливе реактора образуются настолько высокоактивные элементы, что работа с ними может быть только дистанционной. Важно знать еще и то, что наиболее активные продукты деления ядер сравнительно короткоживущие – от нескольких часов до нескольких лет.

– А что Вы скажете про природный уран? Нам нравится упоминать, что Казахстан – мировой лидер по запасам данного ископае­мого. Почему же это не опасное преимущество?

– Практика урановой добычи во всем мире не особо отличается от разработки других месторождений металлов: руду получают либо открытым способом, либо подземным – в шахтах. Но в Казахстане широко практикуется метод ПСВ – подземного скважинного выщелачивания, когда соли урана из пласта отложений вымываются раствором кислоты, закачиваемой под землю через скважины, а затем уже из полученной жидкости извлекается сам металл.

Опасность для здоровья человека природный уран, являющийся, как я уже упоминал, альфа-излучателем, может представлять лишь в тех случаях, когда попадает в организм при вдыхании или с пищей.

– Следующий цикл, как становится ясно из Вашего рассказа, – обогащение урана. Здесь тоже все просто?

– Как раз наоборот. На этом этапе мы приближаемся к самому большому секрету ядерных технологий, к тому месту, где происходит все самое важное и доступное не­многим: исходный материал – уран-238 – обогащается до состояния урана-235. Высокообогащенным считается материал с 20-процент­ным содержания урана-235.

На этом пороге государства, не обладающие ядерным оружием, должны остановиться, поскольку дальше – прямой путь к получению «начинки» для атомной бомбы.

Вообще изотопы урана-238 и 235 химически почти неразличимы, невелика разница и в их физических свойствах. Но переход от одной разновидности атома к другой невероятно сложный.

Первоначально из руды выделяют оксид урана – порошок желтого цвета, затем его превращают в газообразное вещество – гексафторид урана, и уже на этом уровне начинается его перерождение.

Известно несколько технологий обогащения. В прошлом применялся газодиффузионный метод прокачки гексафторида через мембраны. Это тяжкий труд, требующий огромного количества электроэнергии и специального оборудования.

Сейчас применяется центрифугирование – разделение изотопов урана под воздействием центробежной силы. Это уникальные, очень дорогостоящие высокие технологии, и они принадлежат странам – обладательницам «ноу-хау».

– Получается, мы не сможем иметь собственной фабрики по обогащению урана. Как говорят оппоненты, это и есть зависимость от держав «ядерного клуба», которым такие производства дозволены, и не исключена щекотливая ситуация, когда эти державы попадают под международные санкции…

– Да, и сейчас мы будем говорить о другом направлении в сфере ядерной безопасности. В Договор о нераспрост­ранении ядерного оружия государства, им обладающие, вступили еще в 1968 году, таким образом, взяв на себя обязательства не помогать другим странам в его производстве.

Ратифицировали Договор практически все государства мира. И это, на мой взгляд, было настоящим политическим чудом. Сегодня на такую солидарность вряд ли приходится рассчитывать.

На самом деле в международных договоренностях нет прямых запретов на обогащение урана, но в порядке интерпретации и развития договора возникли нормы, регулирующие вопросы ядерного нераспространения. К ним относится, например, создание многосторонних режимов экспортного контроля для предотвращения экс­порта «чувствительных» военных и секретных технологий.

Производители высокообогащенного урана и соответствующего оборудования участвуют в этих режимах, а их, в свою очередь, контролирует международное сообщество. Казахстан – участник некоторых из этих соглашений.

Что касается санкций и зависимос­ти от производителей топлива, я также не вижу повода для беспокойст­ва. У нас есть исходный материал – уран, Казахстан вместе с Россией участвует в работе Международного центра по обогащению урана в Ангарске, в Усть-Каменогорске под эгидой ­МАГАТЭ размещен Международный банк низкообогащенного урана. Оба учреждения как раз и созданы для гарантированных поставок низкообогащенного урана для ядерного топлива.

Более того, существует мировой рынок услуг по конверсии и обогащению урана, и Казахстан вполне в него интегрирован. Кстати, несмотря на санкции, США до сих пор закупают у России низкообогащенный уран для своих АЭС.

– Мы немного отвлеклись и пре­рвали путь урана к реактору, а это интересно. Расскажите, какие защитные меры применяются на этом этапе?

– Доставка ядерного топлива на АЭС также обеспечена комплексом мер безопасности. В виде небольших цилиндров диоксид урана помещается в тепловыделяющие элементы – герметичные капсулы из нержавеющей стали или циркония.

Оболочка ТВЭЛов (тепловыделяющих элементов) устойчива к температурам и коррозии. Объединенные в сборки, они попадают в реактор. Использованное топливо хранят в бассейнах с водяным затвором и по истечении определенного времени отправляют на переработку.

– Кстати, тема отработавшего топ­лива час­то возникает в связи с вопросами безопас­ности ядерной энергетики. Приходилось слышать о «горах ядерных отходов», которые мы якобы оставим в нагрузку следующим поколениям. Как к этому относиться?

– Как к одному из заблуждений. Ни о каких горах говорить не приходится. Производство электроэнергии на АЭС мощностью 1 000 мегаватт дает всего три кубомет­ра отходов в год. В сравнении с этим угольно-топливная электростанция такой же мощностью образует примерно 300 тысяч тонн золы и выбрасывает в атмосферу более шести миллионов тонн углекислого газа ежегодно.

Да и само отработанное топливо АЭС не рассматривается как отходы. Сейчас уже разработаны технологии его вторичного использования. За так называемым мокс-топливом (от англ. mixed-oxide fuel) – ядерным топливом, содержащим несколько видов оксидов делящихся материалов, и реакторами на быстрых нейтронах – будущее ядерной генерации.

– Признаюсь, меня настораживают совершенно невообразимые данные о некой абсолютной на­дежности современных АЭС. К примеру, говорят: вероятность аварии на реакторе – один случай на 10 миллионов лет... Но человечество эксплуатирует атом всего ничего, а уже столкнулось с тремя крупными ядерными катастрофами. Тогда откуда такая смелость в заверениях?

– Вероятно, она опирается на то, что уроки этих происшествий и других инцидентов на атомных станциях не прошли даром. Самый серьезной аварией из упомянутых трех можно считать взрыв реактора на Чернобыльской АЭС. Но эта станция, можно сказать, в современном понимании вообще не имела защиты.

Уран-графитовые – первые реакторы в атомной энергетике – создавались, чтобы продемонстрировать саму возможность возникновения управляемой цепной реакции. И если сейчас мы обсуждаем проекты станций поколений III и III+, то АЭС чернобыльского типа, на мой взгляд, не отнести и к первому. У нее не было даже защитного купола, кроме обычной крыши, которую сорвало взрывом.

Новые типы реакторов в нештатной ситуации имеют сложные системы экстренного реагирования, состоящие из пассивных и активных механизмов.

Пример активных – стержни для замедления цепной реакции, при аварии они автоматически опускаются в активную зону и глушат реактор.

Большинство мер безопасности исключают человеческий фактор, который сыграл плохую службу в Чернобыльской катастрофе. Современные реакторы имеют многослойную защитную оболочку из суперстойких материалов. А по опыту Фукусимы конструкция теперь снабжена еще и резервуарами-ловушками на случай прорыва расплава ядерного топлива.

Технологии эти давно отработаны и пошли в серию, что тоже гарантирует высокую степень надежности реакторов.