Проблемы атомной энергетики. Ядерный топливный цикл и проблема радиоактивных отходов

Термоядерная энергетика более безопасна по сравнению с ядерной энергетикой, основанной на делении тяжелых ядер. В термоядерном реакторе, в принципе, невозможно неконтролируемое ускорение процессов, приводящих к катастрофическим разрушениям. Намного ниже и радиационная опасность.

В 2001 году объединенными усилиями ученых разных стран была завершена разработка технического проекта первого в мире международного экспериментального термоядерного реактора. Планируется построить такой реактор на территории Франции в течение 9 лет. На его основе будут отрабатываться технологии для создания коммерческой термоядерной электростанции.

Одним из перспективных направлений развития энергетики является также разработка способов использования ядерной энергии для получения водорода – идеального топлива с экологической точки зрения. Реализация этой идеи предусматривает замену органического топлива водородом во многих сферах человеческой деятельности:

– в металлургии – для производства металлов из руды путем их восстановления;

– в химии – для синтеза аммиака и метана;

– на транспорте – в качестве авиационного и автомобильного топлива.

10.3 Ядерный топливный цикл и проблема радиоактивных отходов

Радиоактивные отходы – побочные продукты, образующиеся на всех стадиях получения, использования и регенерации ядерного топлива с содержанием радионуклидов выше установленных норм.

Весь процесс получения тепловой и электрической энергии за счет деления тяжелых атомных ядер – от разработки урановой руды до утилизации радиоактивных отходов – называют ядерным топливным циклом (ЯТЦ).

Схема ядерного топливного цикла на основе ²³⁵U. По оценке МАГАТЭ, обширные территории земного шара (не менее 12 млн. км²), которые расположены, главным образом, в развивающихся странах, перспективны с точки зрения обнаружения в них урана, и, возможно, в будущем они могут быть использованы для его добычи. Урановая руда содержит, как правило, от 0,1 до 3,0 % собственно урана. Согласно расчетам МАГАТЭ, производство урана в 2000 году составляло 35-55 тыс. тонн.

Переработка урановой руды включает:

– отделение пустой породы, не содержащей урана;

– извлечение урана из руды и получение уранового концентрата – определенного химического соединения урана, состав которого зависит от способа извлечения урана;

–очистка уранового концентрата от примесей. Выбор способа извлечения урана и очистки полученного соединения определяется составом руды.

В большинстве ядерных реакторов используется уран, в котором содержание делящегося радионуклида ²³⁵U гораздо выше (2-4 %), чем в природном уране (0,7 %), состоящем преимущественно из ²³⁸U.

На обогатительных заводах по разделению изотопов урана концентрация ²³⁵U увеличивается до необходимой величины.

Обогащенный уран поступает на завод по изготовлению тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов). ТВЭЛ является важнейшей частью ядерного реактора. С его помощью в ядерный реактор вводится ядерное топливо и отводится тепло от делящегося материала к теплоносителю. Чаще всего, уран поступает на завод в виде таблеток, спрессованных из порошка U0₂. При изготовлении ТВЭЛов эти таблетки помещают в специальную металлическую оболочку цилиндрической формы. В качестве оболочки используются материалы, которые слабо поглощают нейтроны, сохраняют механическую прочность и геометрические размеры изделия при воздействии высоких температур, нейтронного и мощного гамма-излучения. Полученные тепловыделяющие элементы могут быть объединены в пакеты, кассеты и т. д., содержащие десятки ТВЭЛов.

Заключительная часть ядерного топливного цикла включает:

– хранение отработанного топлива;

– транспортировку отработанного топлива от АЭС на радиохимические заводы для его переработки;

– переработку отработанного топлива с целью регенерации (восстановления);

– хранение и захоронение радиоактивных отходов.

Существующие технологии регенерации позволяют восстановить