Jadrové technológie XXI storočia. Jadrové technológie Programy jadrových zbraní
Encyklopedický YouTube
1 / 5
✪ Najnovšie technológie jadrového raketového motora 2016
✪ Prvý jadrový vesmírny motor na svete bol zmontovaný v Rusku.
✪ Atomic Horizons (26.3.2016): Technológie jadrovej bezpečnosti
✪ Jadrový reaktor namiesto srdca?
✪ Jadrová energia a technológie
titulky
fyzika
Atómové jadrá sa skladajú z dvoch typov nukleónov – protónov a neutrónov. Pohromade ich drží takzvaná silná interakcia. V tomto prípade väzbová energia každého nukleónu s ostatnými závisí od celkového počtu nukleónov v jadre, ako je znázornené na grafe vpravo. Graf ukazuje, že pre ľahké jadrá so zvyšujúcim sa počtom nukleónov väzbová energia rastie a pre ťažké jadrá klesá. Ak pridáte nukleóny k ľahkým jadrám alebo odstránite nukleóny z ťažkých atómov, tento rozdiel vo väzbovej energii sa uvoľní ako kinetická energia častíc uvoľnená v dôsledku týchto akcií. Kinetická energia (energia pohybu) častíc sa po zrážke častíc s atómami premieňa na tepelný pohyb atómov. Jadrová energia sa teda prejavuje vo forme tepla.
Zmena v zložení jadra sa nazýva jadrová premena alebo jadrová reakcia. Jadrová reakcia so zvýšením počtu nukleónov v jadre sa nazýva termonukleárna reakcia alebo jadrová fúzia. Jadrová reakcia s poklesom počtu nukleónov v jadre sa nazýva jadrový rozpad alebo jadrové štiepenie.
Jadrové štiepenie
Jadrové štiepenie môže byť spontánne (spontánne) alebo spôsobené vonkajšími vplyvmi (indukované).
Spontánne štiepenie
Moderná veda verí, že všetky chemické prvky ťažšie ako vodík boli syntetizované v dôsledku termonukleárnych reakcií vo vnútri hviezd. V závislosti od počtu protónov a neutrónov môže byť jadro stabilné alebo môže mať tendenciu sa spontánne rozdeliť na niekoľko častí. Po skončení života hviezd vytvorili stabilné atómy svet, ktorý poznáme, a nestabilné atómy sa postupne rozpadli skôr, ako vznikli stabilné. Na Zemi dodnes prežili v priemyselných množstvách iba dve takéto nestabilné látky ( rádioaktívne) chemické prvky – urán a tórium. Ďalšie nestabilné prvky sa vyrábajú umelo v urýchľovačoch alebo reaktoroch.
Reťazová reakcia
Niektoré ťažké jadrá sa ľahko pripájajú k vonkajšiemu voľnému neutrónu, stávajú sa nestabilnými a rozpadajú sa, pričom emitujú niekoľko nových voľných neutrónov. Tieto uvoľnené neutróny zase môžu vstúpiť do susedných jadier a tiež spôsobiť ich rozpad s uvoľnením ďalších voľných neutrónov. Tento proces sa nazýva reťazová reakcia. Pre vznik reťazovej reakcie je potrebné vytvoriť špecifické podmienky: sústrediť na jedno miesto dostatočne veľké množstvo látky schopnej reťazovej reakcie. Hustota a objem tejto látky musia byť dostatočné, aby voľné neutróny nemali čas opustiť látku a interagovať s jadrami s vysokou pravdepodobnosťou. Táto pravdepodobnosť je charakterizovaná multiplikačný faktor neutrónov. Keď objem, hustota a konfigurácia látky umožnia multiplikačnému faktoru neutrónov dosiahnuť jednotu, začne samoudržiavacia reťazová reakcia a hmotnosť štiepnej látky sa bude nazývať kritická hmotnosť. Prirodzene, každý rozpad v tomto reťazci vedie k uvoľneniu energie.
Ľudia sa naučili vykonávať reťazové reakcie v špeciálnych štruktúrach. V závislosti od požadovanej rýchlosti reťazovej reakcie a jej tvorby tepla sa tieto štruktúry nazývajú jadrové zbrane alebo jadrové reaktory. V jadrových zbraniach sa uskutočňuje lavínovitá nekontrolovaná reťazová reakcia s maximálnym dosiahnuteľným multiplikačným faktorom neutrónov, aby sa dosiahlo maximálne uvoľnenie energie skôr, ako dôjde k tepelnej deštrukcii konštrukcie. V jadrových reaktoroch sa snažia dosiahnuť stabilný tok neutrónov a uvoľňovanie tepla, aby reaktor plnil svoje úlohy a neskolaboval z nadmernej tepelnej záťaže. Tento proces sa nazýva riadená reťazová reakcia.
Riadená reťazová reakcia
V jadrových reaktoroch sú vytvorené podmienky pre riadená reťazová reakcia. Ako je zrejmé z významu reťazovej reakcie, jej rýchlosť môže byť riadená zmenou multiplikačného faktora neutrónov. Na tento účel môžete zmeniť rôzne konštrukčné parametre: hustotu štiepnej látky, energetické spektrum neutrónov, zaviesť látky, ktoré neutróny absorbujú, pridať neutróny z externých zdrojov atď.
Reťazová reakcia je však veľmi rýchly lavínovitý proces, je takmer nemožné ju priamo spoľahlivo riadiť. Pre riadenie reťazovej reakcie majú preto veľký význam oneskorené neutróny – neutróny vznikajúce pri samovoľnom rozpade nestabilných izotopov vznikajúcich v dôsledku primárnych rozpadov štiepneho materiálu. Čas od primárneho rozpadu po oneskorené neutróny sa pohybuje od milisekúnd po minúty a podiel oneskorených neutrónov na neutrónovej bilancii reaktora dosahuje niekoľko percent. Takéto časové hodnoty už umožňujú regulovať proces pomocou mechanických metód. Faktor násobenia neutrónov, berúc do úvahy oneskorené neutróny, sa nazýva efektívny multiplikačný faktor neutrónov a namiesto kritickej hmotnosti sa zaviedol koncept reaktivity jadrového reaktora.
Dynamiku riadenej reťazovej reakcie ovplyvňujú aj ďalšie štiepne produkty, z ktorých niektoré dokážu účinne absorbovať neutróny (tzv. neutrónové jedy). Akonáhle začne reťazová reakcia, hromadia sa v reaktore, čím sa znižuje efektívny multiplikačný faktor neutrónov a reaktivita reaktora. Po určitom čase nastane rovnováha v akumulácii a rozpade takýchto izotopov a reaktor sa dostane do stabilného režimu. Ak je reaktor odstavený, neutrónové jedy zostávajú v reaktore dlhú dobu, čo sťažuje opätovné spustenie. Charakteristická životnosť neutrónových jedov v rozpadovom reťazci uránu je až pol dňa. Neutrónové jedy bránia jadrovým reaktorom rýchlo meniť výkon.
Jadrová fúzia
Neutrónové spektrum
Rozloženie energií neutrónov v toku neutrónov sa zvyčajne nazýva neutrónové spektrum. Energia neutrónu určuje vzorec interakcie neutrónu s jadrom. Je obvyklé rozlišovať niekoľko rozsahov neutrónovej energie, z ktorých sú pre jadrové technológie významné:
- Tepelné neutróny. Nazývajú sa tak, pretože sú v energetickej rovnováhe s tepelnými vibráciami atómov a pri elastických interakciách na ne neprenášajú svoju energiu.
- Rezonančné neutróny. Nazývajú sa tak, pretože prierez interakcie niektorých izotopov s neutrónmi týchto energií má výrazné nepravidelnosti.
- Rýchle neutróny. Neutróny týchto energií sú zvyčajne produkované jadrovými reakciami.
Rýchle a oneskorené neutróny
Reťazová reakcia je veľmi rýchly proces. Životnosť jednej generácie neutrónov (to znamená priemerný čas od objavenia sa voľného neutrónu po jeho absorpciu ďalším atómom a zrodenie ďalších voľných neutrónov) je oveľa kratšia ako mikrosekunda. Takéto neutróny sa nazývajú promptné. Pri reťazovej reakcii s multiplikačným faktorom 1,1 sa po 6 μs počet promptných neutrónov a uvoľnená energia zvýši 10 26-krát. Nie je možné spoľahlivo zvládnuť taký rýchly proces. Preto majú oneskorené neutróny veľký význam pre riadenú reťazovú reakciu. Oneskorené neutróny vznikajú spontánnym rozpadom štiepnych fragmentov zostávajúcich po primárnych jadrových reakciách.
Veda o materiáloch
Izotopy
V okolitej prírode sa ľudia bežne stretávajú s vlastnosťami látok, ktoré určuje štruktúra elektronických obalov atómov. Napríklad sú to elektrónové obaly, ktoré sú úplne zodpovedné za chemické vlastnosti atómu. Preto pred jadrovou érou veda neoddeľovala látky podľa hmotnosti jadra, ale len podľa jeho elektrického náboja. S príchodom jadrovej technológie sa však ukázalo, že všetky dobre známe jednoduché chemické prvky majú veľa - niekedy desiatky - odrôd s rôznym počtom neutrónov v jadre, a teda úplne odlišnými jadrovými vlastnosťami. Tieto odrody sa začali nazývať izotopy chemických prvkov. Väčšina prirodzene sa vyskytujúcich chemických prvkov je zmesou niekoľkých rôznych izotopov.
Prevažná väčšina známych izotopov je nestabilná a v prírode sa nevyskytujú. Získavajú sa umelo na štúdium alebo použitie v jadrovej technológii. Separácia zmesí izotopov jedného chemického prvku, umelá výroba izotopov a štúdium vlastností týchto izotopov sú niektoré z hlavných úloh jadrovej technológie.
Štiepne materiály
Niektoré izotopy sú nestabilné a rozpadajú sa. K rozpadu však nedochádza hneď po syntéze izotopu, ale po určitom čase charakteristickom pre tento izotop, ktorý sa nazýva polčas rozpadu. Už z názvu je zrejmé, že ide o čas, počas ktorého sa rozpadne polovica existujúcich jadier nestabilného izotopu.
Nestabilné izotopy sa v prírode takmer vôbec nevyskytujú, keďže aj tie s najdlhším životom sa za miliardy rokov, ktoré uplynuli od syntézy látok okolo nás v termonukleárnej peci dávno vyhasnutej hviezdy, podarilo úplne rozpadnúť. Výnimky sú len tri: ide o dva izotopy uránu (urán-235 a urán-238) a jeden izotop tória – tórium-232. Okrem nich možno v prírode nájsť stopy ďalších nestabilných izotopov, ktoré vznikli v dôsledku prirodzených jadrových reakcií: rozpad týchto troch výnimiek a dopad kozmického žiarenia na horné vrstvy atmosféry.
Nestabilné izotopy sú základom takmer všetkých jadrových technológií.
Podpora reťazovej reakcie
Samostatne existuje skupina nestabilných izotopov, ktorá je veľmi dôležitá pre jadrovú technológiu a je schopná udržať jadrovú reťazovú reakciu. Na udržanie reťazovej reakcie musí izotop dobre absorbovať neutróny, po ktorých nasleduje rozpad, výsledkom čoho je vznik niekoľkých nových voľných neutrónov. Ľudstvo má neuveriteľné šťastie, že medzi nestabilnými izotopmi zachovanými v prírode v priemyselných množstvách bol jeden, ktorý podporuje reťazovú reakciu: urán-235.
Konštrukčné materiály
Príbeh
Otvorenie
Na začiatku dvadsiateho storočia Rutherford výrazne prispel k štúdiu ionizujúceho žiarenia a štruktúry atómov. Ernest Walton a John Cockroft dokázali po prvý raz rozdeliť jadro atómu.
Programy jadrových zbraní
Koncom 30-tych rokov dvadsiateho storočia si fyzici uvedomili možnosť vytvorenia výkonných zbraní založených na jadrovej reťazovej reakcii. To viedlo k vysokému záujmu vlády o jadrovú technológiu. Prvý rozsiahly štátny atómový program sa objavil v Nemecku v roku 1939 (pozri nemecký jadrový program). Vojna však skomplikovala zásobovanie programu a po porážke Nemecka v roku 1945 bol program bez výraznejších výsledkov uzavretý. V roku 1943 sa v USA začal rozsiahly program s kódovým označením Manhattan Project. V roku 1945 bola v rámci tohto programu vytvorená a otestovaná prvá jadrová bomba na svete. Jadrový výskum v ZSSR sa vykonáva od 20. rokov. V roku 1940 bol vyvinutý prvý sovietsky teoretický návrh jadrovej bomby. Vývoj jadrových zbraní v ZSSR je klasifikovaný od roku 1941. Prvá sovietska jadrová bomba bola testovaná v roku 1949.
Hlavným prínosom k uvoľneniu energie prvých jadrových zbraní bola štiepna reakcia. Napriek tomu bola fúzna reakcia použitá ako dodatočný zdroj neutrónov na zvýšenie množstva zreagovaného štiepneho materiálu. V roku 1952 v USA a 1953 v ZSSR boli testované konštrukcie, v ktorých väčšina uvoľnenej energie bola vytvorená fúznou reakciou. Takáto zbraň sa nazývala termonukleárna. V termonukleárnej munícii slúži štiepna reakcia na „zapálenie“ termonukleárnej reakcie bez toho, aby významne prispela k celkovej energii zbrane.
Jadrová energia
Prvé jadrové reaktory boli buď experimentálne alebo zbraňové, to znamená, že boli navrhnuté tak, aby z uránu vyrábali plutónium na zbrane. Teplo, ktoré vytvorili, sa uvoľnilo do okolia. Nízke prevádzkové výkony a malé teplotné rozdiely sťažovali efektívne využitie takéhoto nekvalitného tepla na prevádzku tradičných tepelných motorov. V roku 1951 bolo toto teplo prvýkrát použité na výrobu elektriny: v USA bola do chladiaceho okruhu experimentálneho reaktora inštalovaná parná turbína s elektrickým generátorom. V roku 1954 bola v ZSSR postavená prvá jadrová elektráreň, pôvodne určená na elektroenergetické účely.
technológie
Jadrová zbraň
Existuje mnoho spôsobov, ako ublížiť ľuďom pomocou jadrovej technológie. Štáty však prijali iba výbušné jadrové zbrane založené na reťazovej reakcii. Princíp činnosti takýchto zbraní je jednoduchý: je potrebné maximalizovať multiplikačný faktor neutrónov v reťazovej reakcii, aby čo najviac jadier reagovalo a uvoľnilo energiu skôr, ako sa štruktúra zbrane zničí generovaným teplom. Na to je potrebné buď zvýšiť hmotnosť štiepnej látky, alebo zvýšiť jej hustotu. Okrem toho sa to musí urobiť čo najrýchlejšie, inak sa pomalý nárast uvoľňovania energie roztopí a odparí štruktúru bez výbuchu. V súlade s tým boli vyvinuté dva prístupy k vybudovaniu jadrového výbušného zariadenia:
- Schéma s rastúcou hmotnosťou, takzvaná delová schéma. V hlavni delostreleckej zbrane boli nainštalované dva podkritické kusy štiepneho materiálu. Jeden kus bol upevnený na konci hlavne, druhý fungoval ako projektil. Výstrel spojil kusy dohromady, začala reťazová reakcia a došlo k explozívnemu uvoľneniu energie. Dosiahnuteľné rýchlosti približovania v takejto schéme boli obmedzené na niekoľko km/s.
- Schéma s rastúcou hustotou, takzvaná implozívna schéma. Na základe zvláštností metalurgie umelého izotopu plutónia. Plutónium je schopné vytvárať stabilné alotropické modifikácie, ktoré sa líšia hustotou. Rázová vlna prechádzajúca objemom kovu je schopná premeniť plutónium z nestabilnej modifikácie s nízkou hustotou na modifikáciu s vysokou hustotou. Táto vlastnosť umožnila preniesť plutónium z podkritického stavu s nízkou hustotou do superkritického stavu rýchlosťou šírenia rázovej vlny v kove. Na vytvorenie rázovej vlny použili konvenčné chemické výbušniny, ktoré umiestnili okolo zostavy plutónia tak, že explózia stlačila guľovú zostavu zo všetkých strán.
Obe schémy boli vytvorené a testované takmer súčasne, ale schéma implózie sa ukázala byť efektívnejšia a kompaktnejšia.
Zdroje neutrónov
Ďalším obmedzovačom uvoľňovania energie je rýchlosť nárastu počtu neutrónov v reťazovej reakcii. V podkritickom štiepnom materiáli dochádza k samovoľnému rozpadu atómov. Neutróny z týchto rozpadov sa stávajú prvými v reťazovej reakcii podobnej lavíni. Pre maximálne uvoľnenie energie je však výhodné najprv z látky odstrániť všetky neutróny, potom ju preniesť do superkritického stavu a až potom zaviesť do látky zápalné neutróny v maximálnom množstve. Aby sa to dosiahlo, vyberie sa štiepna látka s minimálnou kontamináciou voľnými neutrónmi zo spontánnych rozpadov a v momente prechodu do superkritického stavu sa pridajú neutróny z externých pulzných zdrojov neutrónov.
Zdroje ďalších neutrónov sú založené na rôznych fyzikálnych princípoch. Spočiatku sa rozšírili zdroje výbušnín založené na zmiešaní dvoch látok. Rádioaktívny izotop, zvyčajne polónium-210, bol zmiešaný s izotopom berýlia. Alfa žiarenie z polónia spôsobilo jadrovú reakciu berýlia s uvoľňovaním neutrónov. Následne ich nahradili zdroje na báze miniatúrnych urýchľovačov, na ktorých terčoch prebiehala jadrová fúzna reakcia s výťažkom neutrónov.
Okrem zapaľovacích neutrónových zdrojov sa ukázalo ako výhodné zaviesť do okruhu ďalšie zdroje, ktoré sa spúšťajú začiatkom reťazovej reakcie. Takéto zdroje boli postavené na základe syntéznych reakcií ľahkých prvkov. Ampulky obsahujúce látky ako lítium-6-deuterid boli inštalované v dutine v strede plutóniovej jadrovej zostavy. Prúdy neutrónov a gama lúčov z vyvíjajúcej sa reťazovej reakcie zahriali ampulku na teploty termonukleárnej fúzie a plazma výbuchu ampulku stlačila, čím pomohla teplote s tlakom. Začala sa fúzna reakcia, ktorá dodala ďalšie neutróny pre reťazovú štiepnu reakciu.
Termonukleárne zbrane
Neutrónové zdroje založené na fúznej reakcii boli samy o sebe významným zdrojom tepla. Veľkosť dutiny v strede zostavy plutónia však nemohla pojať veľa materiálu na syntézu a ak by bola umiestnená mimo štiepneho jadra plutónia, nebolo by možné dosiahnuť teplotné a tlakové podmienky potrebné na syntézu. Bolo potrebné obklopiť látku na syntézu dodatočným plášťom, ktorý by pri vnímaní energie jadrového výbuchu poskytol šokovú kompresiu. Vyrobili veľkú ampulku z uránu-235 a nainštalovali ju vedľa jadrovej nálože. Silné neutrónové toky z reťazovej reakcie spôsobia lavínu štiepenia atómov uránu v ampulke. Napriek podkritickej konštrukcii uránovej ampulky, celkový účinok gama lúčov a neutrónov z reťazovej reakcie pilotného jadrového výbuchu a vlastného štiepenia jadier ampulky vytvorí podmienky pre fúziu vo vnútri ampulky. Teraz sa ukázalo, že veľkosť ampulky so substanciou na fúziu je prakticky neobmedzená a príspevok uvoľnenej energie z jadrovej fúzie mnohonásobne prevýšil uvoľnenie energie pri zápalnom jadrovom výbuchu. Takéto zbrane sa začali nazývať termonukleárne.
.Jadrová elektráreň
Srdcom jadrovej elektrárne je jadrový reaktor - zariadenie, v ktorom prebieha riadená reťazová reakcia štiepenia ťažkých jadier. Energia jadrových reakcií sa uvoľňuje vo forme kinetickej energie štiepnych úlomkov a v dôsledku elastických zrážok týchto úlomkov s inými atómami sa mení na teplo.
Palivový cyklus
Je známy iba jeden prírodný izotop, ktorý je schopný reťazovej reakcie – urán-235. Jeho priemyselné zásoby sú malé. Preto už dnes inžinieri hľadajú spôsoby, ako vyrobiť lacné umelé izotopy podporujúce reťazovú reakciu. Najsľubnejšie je plutónium, vyrábané z bežného izotopu uránu-238 zachytením neutrónu bez štiepenia. Je ľahké ho vyrábať v rovnakých energetických reaktoroch ako vedľajší produkt. Za určitých podmienok je možná situácia, keď výroba umelého štiepneho materiálu úplne pokryje potreby existujúcich jadrových elektrární. V tomto prípade hovoria o uzavretom palivovom cykle, ktorý si nevyžaduje prísun štiepneho materiálu z prírodného zdroja.
Jadrový odpad
Vyhoreté jadrové palivo (VJP) a konštrukčné materiály reaktorov s indukovanou rádioaktivitou sú silnými zdrojmi nebezpečného ionizujúceho žiarenia. Technológie na prácu s nimi sa intenzívne zdokonaľujú v smere minimalizácie množstva skládkovaného odpadu a skrátenia doby jeho nebezpečnosti. VJP je tiež zdrojom cenných rádioaktívnych izotopov pre priemysel a medicínu. Prepracovanie VJP je nevyhnutným krokom pri uzatváraní palivového cyklu.
Jadrová bezpečnosť
Použitie v medicíne
V medicíne sa na výskum alebo terapiu bežne používajú rôzne nestabilné prvky.
Reaktory 3. generácie sa nazývajú „pokročilé reaktory“. V Japonsku už fungujú tri takéto reaktory a ďalšie sú vo vývoji alebo výstavbe. Vo vývoji je asi dvadsať rôznych typov reaktorov tejto generácie. Väčšina z nich sú „evolučné“ modely vyvinuté na základe reaktorov druhej generácie so zmenami vykonanými na základe inovatívnych prístupov. Podľa Svetovej jadrovej asociácie sa generácia 3 vyznačuje nasledujúcimi bodmi: Štandardizovaná konštrukcia pre každý typ reaktora umožňuje urýchliť licenčné konanie, znížiť náklady na fixný majetok a dĺžku stavebných prác. Zjednodušený a robustnejší dizajn, vďaka čomu sa s nimi ľahšie manipuluje a sú menej náchylné na poruchy počas prevádzky. Vysoká dostupnosť a dlhšia životnosť - približne šesťdesiat rokov. Zníženie možnosti havárií s roztavením aktívnej zóny Minimálny dopad na životné prostredie. Hlboké vyhorenie paliva na zníženie spotreby paliva a výrobného odpadu.
Základné jadrové technológie Jadrové technológie sú technológie založené na výskyte jadrových reakcií, ako aj technológie zamerané na zmenu vlastností a spracovanie materiálov obsahujúcich rádioaktívne prvky alebo prvky, na ktorých dochádza k jadrovým reakciám Technológie jadrovej energie: - Technológie jadrových reaktorov využívajúce tepelné neutróny -Technológie jadrových reaktorov s rýchlymi neutrónmi -Technológie vysokoteplotných a ultravysokoteplotných jadrových reaktorov
Jadrovo-chemické technológie: - technológie jadrových surovín a jadrového paliva - technológie materiálov jadrovej technológie Jadrové technológie izotopového obohacovania a výroby monoizotopových a vysoko čistých látok: - technológie plynovej difúzie - odstredivé technológie - laserové technológie Jadrové medicínske technológie
Rast populácie a globálnej spotreby energie vo svete, akútny nedostatok energie, ktorý sa bude len zvyšovať, keď sa prírodné zdroje budú vyčerpávať a dopyt po nej bude rásť rýchlejšie; Zvyšujúca sa konkurencia o obmedzené a nerovnomerne rozdelené zdroje fosílnych palív; zhoršenie komplexu environmentálnych problémov a zvýšenie environmentálnych obmedzení; rastúca závislosť od nestabilnej situácie v regiónoch krajín vyvážajúcich ropu a postupné zvyšovanie cien uhľovodíkov; Ustanovenia, ktoré sú nemenné pre tvorbu prognóz v oblasti budúcich scenárov:
Rastúci rozdiel v úrovni spotreby energie najbohatších a najchudobnejších krajín, rozdiel v úrovni spotreby energie rôznych krajín, vytvárajúci potenciál pre sociálny konflikt; tvrdá konkurencia medzi dodávateľmi technológií pre jadrové elektrárne; potreba rozšíriť rozsah aplikácie jadrových technológií a rozsiahle energetické využitie jadrových reaktorov pre výrobné oblasti; potreba uskutočniť štrukturálne zmeny a reformy v drsných podmienkach trhového hospodárstva atď. Ustanovenia, ktoré sú neotrasiteľné pre tvorbu prognóz v oblasti budúcich scenárov:
Podiely krajín na globálnych emisiách CO 2 USA - 24,6 % Čína - 13 % Rusko - 6,4 % Japonsko - 5 % India - 4 % Nemecko - 3,8 %. Jadrová elektráreň s elektrickým výkonom 1 GW ušetrí ročne 7 miliónov ton emisií CO 2 v porovnaní s tepelnými elektrárňami na uhlie a 3,2 milióna ton emisií CO 2 v porovnaní s tepelnými elektrárňami spaľujúcimi plyn.
Jadrový vývoj Na celom svete je v prevádzke približne 440 komerčných jadrových reaktorov. Väčšina z nich sa nachádza v Európe a USA, Japonsku, Rusku, Južnej Kórei, Kanade, Indii, Ukrajine a Číne. MAAE odhaduje, že do 15 rokov bude online spustených najmenej 60 ďalších reaktorov. Napriek rôznorodosti typov a veľkostí existujú len štyri hlavné kategórie reaktorov: Generácia 1 - reaktory tejto generácie boli vyvinuté v 50. a 60. rokoch 20. storočia a ide o upravené a zväčšené jadrové reaktory pre vojenské účely, určené na pohon ponoriek resp. na výrobu plutónia Generácia 2 – do tejto klasifikácie patrí veľká väčšina reaktorov v komerčnej prevádzke. Reaktory 3. generácie – reaktory tejto kategórie sa v súčasnosti spúšťajú do prevádzky v niektorých krajinách, najmä v Japonsku. Generácia 4 – zahŕňa reaktory, ktoré sú vo fáze vývoja a ktorých zavedenie sa plánuje o niekoľko rokov.
Jadrový vývoj Reaktory 3. generácie sa nazývajú „pokročilé reaktory“. V Japonsku už fungujú tri takéto reaktory a ďalšie sú vo vývoji alebo výstavbe. Vo vývoji je asi dvadsať rôznych typov reaktorov tejto generácie. Väčšina z nich sú „evolučné“ modely vyvinuté na základe reaktorov druhej generácie so zmenami vykonanými na základe inovatívnych prístupov. Podľa Svetovej jadrovej asociácie sa generácia 3 vyznačuje nasledujúcimi bodmi: Štandardizovaná konštrukcia pre každý typ reaktora umožňuje urýchliť licenčné konanie, znížiť náklady na fixný majetok a dĺžku stavebných prác. Zjednodušený a robustnejší dizajn, vďaka čomu sa s nimi ľahšie manipuluje a sú menej náchylné na poruchy počas prevádzky. Vysoká dostupnosť a dlhšia životnosť - približne šesťdesiat rokov. Zníženie možnosti havárií s roztavením aktívnej zóny Minimálny dopad na životné prostredie. Hlboké vyhorenie paliva na zníženie spotreby paliva a výrobného odpadu. Generácia 3
Jadrové reaktory tretej generácie Európsky tlakovodný reaktor (EPR) EPR je model vyvinutý z francúzskeho N4 a nemeckého KONVOI, návrhov druhej generácie zadaných vo Francúzsku a Nemecku. Modulárny reaktor s guľovým lôžkom (PBMR) PBMR je vysokoteplotný plynom chladený reaktor (HTGR). Tlakovodný reaktor K dispozícii sú nasledujúce typy veľkých reaktorov: APWR (vyvinutý Mitsubishi a Westinghouse), APWR+ (japonský Mitsubishi), EPR (francúzsky Framatome ANP), AP-1000 (americký Westinghouse), KSNP+ a APR-1400 (kórejský spoločnosti) a CNP-1000 (China National Nuclear Corporation). V Rusku spoločnosti Atomenergoproekt a Gidropress vyvinuli vylepšený VVER-1200.
Koncepcie reaktora vybrané pre 4. generáciu GFR – Plynom chladený rýchly reaktor LFRolovom chladený rýchly reaktor MSR – Reaktor s roztavenou soľou: Uránové palivo sa taví v soli fluoridu sodného, ktorá cirkuluje cez grafitové kanály aktívnej zóny. Teplo vznikajúce v roztavenej soli je odvádzané do sekundárneho okruhu Sodíkom chladený rýchly reaktor VHTR - Ultravysokoteplotný reaktor: Výkon reaktora 600 MW, jadro chladené héliom, grafitový moderátor. Je považovaný za najsľubnejší a najsľubnejší systém zameraný na výrobu vodíka. Očakáva sa, že výroba energie VHTR bude vysoko efektívna.
Vedecký výskum je základom pre činnosť a rozvoj jadrového priemyslu Všetky praktické činnosti jadrovej energetiky sú založené na výsledkoch základného a aplikovaného výskumu vlastností látok Základný výskum: základné vlastnosti a štruktúra hmoty, nové zdroje energie na úroveň fundamentálnych interakcií Výskum a kontrola vlastností materiálov - Náuka o radiačných materiáloch, tvorba konštrukčných ocelí, zliatin a kompozitných materiálov odolných voči korózii, žiaruvzdornosti, žiareniu
Vedecký výskum je základom pre činnosť a rozvoj jadrového priemyslu Dizajn, dizajn, technológia. Tvorba prístrojov, zariadení, automatizácia, diagnostika, riadenie (všeobecná, stredná a jemná technika, výroba prístrojov) Modelovanie procesov. Vývoj matematických modelov, výpočtových metód a algoritmov. Vývoj paralelných výpočtových metód na vykonávanie neutronických, termodynamických, mechanických, chemických a iných výpočtových štúdií pomocou superpočítačov
AE v strednodobom horizonte Očakáva sa, že svet zdvojnásobí kapacitu jadrovej energie do roku 2030. Očakávané zvýšenie kapacity jadrovej energie možno dosiahnuť na základe ďalšieho rozvoja technológií reaktorov s tepelnými neutrónmi a otvoreného cyklu jadrového paliva Hlavné problémy moderného jadrového elektrárne súvisia s akumuláciou vyhoreného jadrového paliva (toto nie je rádioaktívny odpad!) a rizikom šírenia vo svete citlivých technológií jadrového palivového cyklu a jadrových materiálov
Úlohy na vytvorenie technologickej základne pre veľké jadrové elektrárne Vývoj a implementácia množivých reaktorov rýchlych neutrónov v jadrových elektrárňach Úplné uzavretie jadrového palivového cyklu v jadrových elektrárňach pre všetky štiepne materiály Organizácia siete medzinárodného jadrového paliva a energie centrá na poskytovanie celého radu služieb v oblasti jadrového palivového cyklu Vývoj a implementácia reaktorov v jadrových elektrárňach pre priemyselné zásobovanie teplom, výrobu vodíka, odsoľovanie vody a iné účely Implementácia optimálnej schémy recyklácie vysoko rádiotoxických minoritných aktinoidov v jadrovej energetike rastliny
VÝROBA A APLIKÁCIA VODÍKA Pri oxidácii metánu na niklovom katalyzátore sú možné tieto hlavné reakcie: CH 4 + H 2 O CO + ZH 2 – 206 kJ CH 4 + CO 2 2 CO + 2H 2 – 248 kJ CH 4 + 0,5 O 2 CO + 2H kJ CO + H 2 O CO 2 + N kJ Vysokoteplotná konverzia sa uskutočňuje v neprítomnosti katalyzátorov pri teplotách °C a tlakoch do 3035 kgf/cm 2 alebo 33,5 Mn/m 2 ; v tomto prípade nastáva takmer úplná oxidácia metánu a iných uhľovodíkov kyslíkom na CO a H 2. CO a H 2 sa ľahko oddelia.
VÝROBA A APLIKÁCIA VODÍKA Redukcia železa z rudy: 3CO + Fe 2 O 3 2Fe + 3CO 2 Vodík je schopný redukovať mnohé kovy z ich oxidov (napríklad železo (Fe), nikel (Ni), olovo (Pb), volfrám (W), meď (Cu) atď.). Takže pri zahriatí na teplotu °C a vyššiu sa železo (Fe) redukuje vodíkom z ktoréhokoľvek z jeho oxidov, napríklad: Fe203 + 3H2 = 2Fe + 3H20
Záver Napriek všetkým problémom zostáva Rusko veľkou „jadrovou“ veľmocou, a to tak z hľadiska vojenskej sily, ako aj z hľadiska potenciálu ekonomického rozvoja (jadrové technológie v ruskej ekonomike). Jadrový štít je garantom nezávislej hospodárskej politiky Ruska a stability na celom svete. Voľba jadrového priemyslu ako motora ekonomiky najprv umožní pozdvihnúť strojárstvo, výrobu nástrojov, automatizáciu a elektroniku atď. na slušnú úroveň, počas ktorej dôjde k prirodzenému prechodu od kvantity ku kvalite.
Už viac ako 70 rokov jadrový priemysel pracuje pre vlasť. A dnes nastal čas uvedomiť si, že jadrová technológia nie sú len zbrane a nielen elektrina, ale sú to nové príležitosti na riešenie celého radu problémov, ktoré ovplyvňujú ľudí.
Samozrejme, jadrový priemysel našej krajiny úspešne vybudovala generácia víťazov - víťazov Veľkej vlasteneckej vojny v rokoch 1941-1945. A teraz Rosatom spoľahlivo podporuje ruský jadrový štít.
Je známe, že Igor Vasilyevič Kurčatov už v prvej fáze realizácie domáceho atómového projektu pri práci na vývoji zbraní začal premýšľať o rozšírenom využití atómovej energie na mierové účely. Na zemi, v podzemí, na vode, pod morom, vo vzduchu a vo vesmíre – jadrové a radiačné technológie teraz fungujú všade. Dnes špecialisti v domácom jadrovom priemysle naďalej pracujú a prinášajú prospech krajine a premýšľajú o tom, ako implementovať svoj nový vývoj v moderných podmienkach nahrádzania dovozu.
A je dôležité hovoriť presne o tomto - mierovom smere práce domácich jadrových vedcov, o ktorom sa vie pomerne málo.
Počas posledných desaťročí naši fyzici, náš priemysel a naši lekári nazhromaždili potrebný potenciál na uskutočnenie prelomov v efektívnom využívaní jadrovej technológie v najdôležitejších oblastiach ľudského života.
Technológie a vývoj vytvorený našimi jadrovými vedcami sa široko používajú v rôznych oblastiach a oblastiach. Ide o medicínu, poľnohospodárstvo, potravinárstvo. Napríklad na zvýšenie produktivity existuje špeciálna predsejbová úprava osiva, na zvýšenie trvanlivosti pšenice sa používajú technológie spracovania obilia. To všetko vytvárajú naši špecialisti a vychádza z domáceho vývoja.
Alebo napríklad nové korenie a iné koreniny, produkty, ktoré sú často náchylné na rôzne infekcie, sa k nám dovážajú zo zahraničia, z južných krajín. Jadrová technológia umožňuje ničiť všetky takéto baktérie a potravinové choroby. Ale, bohužiaľ, tu sa nepoužívajú.
Radiačná terapia sa považuje za jednu z najúčinnejších pri liečbe onkológie. Naši vedci sa však neustále posúvajú vpred a teraz boli vyvinuté najnovšie technológie na zvýšenie miery vyliečenia pre pacientov. Stojí však za zmienku, že napriek prítomnosti vyspelých technológií takéto centrá fungujú len v niekoľkých mestách v krajine.
Zdalo by sa, že vedci majú potenciál, existuje vývoj, ale dnes je proces zavádzania unikátnych jadrových technológií stále dosť pomalý.
Predtým sme patrili medzi tých, čo dobiehali, zameriavali sme sa predovšetkým na západné krajiny, nakupovali sme od nich izotopy a vybavenie. Za posledné desaťročie sa situácia dramaticky zmenila. Na realizáciu tohto vývoja už máme dostatočné kapacity.
Ak však existujú úspechy na papieri, čo nám dnes bráni v ich realizácii?
Tu možno môžeme poukázať na zložitý byrokratický mechanizmus vykonávania takýchto rozhodnutí. V skutočnosti sme teraz pripravení poskytnúť úplne nový vysokokvalitný formát na využitie jadrových technológií v mnohých oblastiach. Ale, bohužiaľ, sa to deje veľmi pomaly.
Dá sa s istotou povedať, že zákonodarcovia, vývojári, predstavitelia regionálnych a federálnych orgánov sú pripravení pracovať v tomto smere na svojej úrovni. Ale v praxi sa ukazuje, že neexistuje konsenzus, žiadne spoločné rozhodnutie a program na zavádzanie a implementáciu jadrových technológií.
Príkladom je mesto Obninsk, prvé vedecké mesto, kde nedávno začalo fungovať moderné centrum protónovej terapie. V Moskve je druhý. Ale čo celé Rusko? Tu je dôležité vyzvať regionálne orgány, aby sa aktívne zapojili do dialógu medzi developermi a federálnym centrom.
Opäť môžeme konštatovať, že priemysel sa rozvíja, technológie sú žiadané, ale zatiaľ nie je dostatočne konsolidované úsilie o implementáciu tohto vývoja v živote.
Našou hlavnou úlohou je teraz zhromaždiť predstaviteľov všetkých úrovní vlády, vedcov, vývojárov pre jednotný a produktívny dialóg. Je zrejmé, že je potrebné vytvoriť moderné centrá jadrovej technológie v rôznych priemyselných odvetviach, otvoriť širokú diskusiu a naučiť sa, ako organizovať medzirezortnú interakciu v prospech našich občanov.
Gennadij Sklyar, člen výboru Štátnej dumy pre energetiku.
Napriek rôznorodosti a rozdielom v scenároch budúceho energetického vývoja existuje množstvo ustanovení, ktoré sú neotrasiteľné pre predpovede v tejto oblasti:
- rast populácie a globálnej spotreby energie vo svete;
- Zvyšujúca sa konkurencia o obmedzené a nerovnomerne rozdelené zdroje fosílnych palív;
- rastúca závislosť od nestabilnej situácie v oblastiach krajín vyvážajúcich ropu;
- zvýšenie environmentálnych obmedzení;
- rastúci rozdiel v spotrebe energie medzi najbohatšími a najchudobnejšími krajinami.
Za týchto podmienok sa zvyšuje úloha jadrovej energie (SV) ako stabilizačného faktora v energetickom a spoločensko-politickom rozvoji.
Napriek všetkým problémom zostáva „jadrové“ Rusko veľmocou tak z hľadiska vojenskej sily, ako aj z hľadiska ekonomického rozvoja (jadrové technológie v ruskej ekonomike).
Práve ruský prezident vystúpil v OSN na Miléniovom summite (september 2000) s iniciatívou zabezpečiť energetickú stabilitu rozvoja založeného na jadrových technológiách. Táto iniciatíva sa ukázala ako mimoriadne aktuálna a našla podporu svetového spoločenstva: štyri rezolúcie Generálnej konferencie MAAE a dve rezolúcie Valného zhromaždenia OSN vítajú iniciatívu ruského prezidenta ako splnenie ašpirácií rozvojových krajín a ako spôsob harmonizovať vzťahy medzi priemyselnými krajinami a rozvojovými krajinami.
Iniciatíva prezidenta Ruskej federácie je politická akcia, nie technický projekt. Svetové spoločenstvo to teda akceptovalo a odrazilo sa to v medzinárodnom projekte MAAE INPRO - o vývoji inovatívnej koncepcie jadrových elektrární a jadrového palivového cyklu (NFC), s vylúčením použitia „najcitlivejších“ materiálov a technológií. v globálnom energetickom sektore – „bezplatné“ plutónium a vysoko obohatený urán a otváranie zásadne nových perspektív pre život svetu“ (september 2000).
Realizácia medzinárodného projektu INPRO umožnila zjednotiť úsilie expertov z 21 členských krajín MAAE a vypracovať požiadavky a kritériá pre rozvoj jadrových elektrární, jadrových elektrární a jadrového palivového cyklu.
Dôraz na obsah prezidentových návrhov ako politickej iniciatívy umožnil „zdravšie“ ovzdušie MAAE, západnými krajinami považovanej za organizáciu s policajnými funkciami, orientujúc MAAE na rolu svetového fóra na diskusiu. miesto jadrovej energie vo svete, a najmä pre rozvojové krajiny - v súlade s iniciatívou prezidenta. Iniciatíva prezidenta Ruskej federácie navyše predpokladá transfer novej inovatívnej jadrovej technológie jadrových elektrární a cyklov jadrového paliva novej generácii vedcov a inžinierov – ako odkaz našich vedomostí a skúseností. Nový program MAAE v oblasti „uchovávania znalostí“ je zameraný na uchovávanie vedomostí a skúseností v najpokrokovejšej a pre budúci rozvoj kľúčovej (dnes nie žiadanej) oblasti jadrovej energetiky – rýchlych neutrónových reaktoroch v uzavretom jadrovom palivovom cykle.
Uchovávanie a prenos poznatkov novej generácii sa prekrýva s úlohou globálnej spolupráce v oblasti jadrovej energetiky: „Západ – Východ“ a „Sever – Juh“; prenášať poznatky v čase aj v priestore – do nových regiónov (predovšetkým do rozvojových krajín, kde žije 4/5 populácie planéty a využíva sa menej ako 1/25 kapacity jadrovej energie).
To bol dôvod na predloženie iniciatívy na vytvorenie Medzinárodnej jadrovej univerzity (z iniciatívy MAAE, podporovanej Svetovou jadrovou asociáciou (WNA) a Svetovou asociáciou prevádzkovateľov jadrových zbraní (WANO)) - logický vývoj iniciatív prezidenta Ruskej federácie.
V praktickej realizácii programu rozvoja jadrovej energetiky v krajine a pri realizácii našich technických projektov na medzinárodnom trhu sa však čoraz zreteľnejšie prejavujú negatívne trendy. Prvý zvon už odznel: prehra tendra vo Fínsku, čo pre špecialistov znamená praktickú stratu šancí na uplatnenie sa na trhu nielen v Európe, ale (z rovnakých dôvodov ako vo Fínsku) aj pokles šance na úspech v nasledujúcich desaťročiach v Číne, ako aj v iných ázijských krajinách. Navyše v blízkej budúcnosti bude situácia na medzinárodnom trhu oveľa menej priaznivá z nasledujúcich dôvodov:
- vyraďovanie energetických blokov JE, ktorým Rosatom (koncern TVEL) dodáva palivo (JE Ignalina, niekoľko blokov Kozloduja atď.);
- vstup do Európskej únie východoeurópskych krajín - vlastníkov jadrových elektrární s reaktormi typu VVER;
- ukončenie dodávok jadrového paliva do Spojených štátov na základe zmluvy HEU-LEU po roku 2013;
- uvedenie do prevádzky závodu s odstredivkovou technológiou v USA po roku 2006;
- vytváranie nadnárodných korporácií v jadrovom sektore (koncentrácia zdrojov, znižovanie nákladov);
- implementácia nových konkurencieschopných projektov jadrových elektrární vyvinutých USA (AR-1000,
- HTGR) a ďalšie krajiny (EPR).
Okrem toho existuje množstvo vnútorných ťažkostí, ktoré komplikujú rozvoj jadrového priemyslu (spolu s nedostatkom investičných prostriedkov):
- vyraďovanie jadrových elektrární z prevádzky po skončení ich životnosti;
- zatvorenie troch priemyselných reaktorov v Železnogorsku a Seversku;
- zníženie zásob lacných uránových surovín nahromadených v predchádzajúcich rokoch;
- obmedzenia práv štátnych unitárnych podnikov;
- nedokonalá investičná a tarifná politika.
Aj pri maximálnom možnom využití vlastných zdrojov koncernov (v súlade s ruskou energetickou stratégiou) bude príspevok jadrových elektrární k energetickej bilancii krajiny veľmi skromný, napriek obrovskému technologickému a personálnemu potenciálu „jadrovej“ veľmoci. .
Situácia sa v poslednom období výrazne zhoršila v dôsledku reformy ruského jadrového komplexu a transformácie mocného vládneho orgánu Minatom na agentúru Rosatom. V počiatočnom štádiu úspešného rozvoja jadrového obranného a energetického komplexu bola úloha štátu rozhodujúca vo všetkých ohľadoch: organizačnej, finančnej a vedeckej, pretože tento komplex určoval suverénnu moc krajiny a budúce hospodárstvo. Špecialistom je zrejmé, že jadrový štít krajiny a globálne jadrové technológie sú dve strany jedného vedeckého a technologického komplexu. Bez nákladovo efektívneho mierového využívania jadrovej technológie „jadrový štít“ buď zrúti ruskú ekonomiku, alebo sa stane „štítom“, ktorý nezabezpečuje úplnú bezpečnosť krajiny.
Zároveň sa ukázalo, že hlavný mechanizmus a základ ruskej suverenity – jadrový komplex – je mimo sféry priameho vplyvu hlavy štátu – prezidenta Ruska.
V dôsledku toho nejednoznačnosť skutočnej stratégie jadrovej energie vedie k strate kontinuity medzi generáciami. Rusko, najvyspelejšia krajina vo vývoji rýchlych neutrónových reaktorov a v oblasti vyššieho jadrového vzdelávania, teda v súčasnosti nemá národný program na uchovávanie jadrových znalostí a skúseností, rovnako ako nemá národný program účasti na Svetová jadrová univerzita.
ĎALŠÍ VÝVOJ JADROVEJ ENERGIE
Ďalší efektívny rozvoj jadrových technológií vzhľadom na ich osobitnú „citlivosť“ nie je možný bez úzkej medzinárodnej spolupráce. Zároveň je veľmi dôležité správne identifikovať tú technologickú a „trhovú“ medzeru, kde má domáci vývoj stále prednosť.
Na svetovom trhu tradičnej jadrovej energie dôjde v blízkej budúcnosti k ďalšej expanzii európskeho energetického reaktora (EPR), ktorý vyhral tender vo Fínsku, ako aj amerického reaktora AR-1000 a ázijského (kórejského a japonského) reaktora.
Nedostatok dokončeného technického návrhu a neistota s načasovaním referenčnej demonštrácie novej generácie VVER (VVER-1500), ako aj nedostatok „štandardného“, plne dokončeného projektu VVER-1000, robí Rusko v pozícii zahraničný trh tradičných energetických jednotiek zraniteľný. Pre výber akčného programu je potrebné v prvom rade vykonať porovnávaciu analýzu hlavných ukazovateľov domácich projektov VVER-1000 a VVER-1500 s ich západnými konkurentmi v čase realizácie.
V týchto podmienkach, s prihliadnutím na zmluvné záväzky v Číne a Indii, je potrebné sústrediť prostriedky na dobudovanie a predvedenie pre domáci a zahraničný trh štandardného konkurencieschopného VVER-1000 a realizáciu technického návrhu VVER-1500 porovnateľného v r. podmienky plnenia do EPR.
Trh (domáci a vonkajší) pre inovatívne malé jadrové elektrárne by mohol byť pre Rusko potenciálne priaznivý. Rozsiahle domáce skúsenosti s vývojom a výstavbou jadrových elektrární pre námornú flotilu a flotilu ľadoborcov (viac ako 500 jadrových reaktorov) a jedinečnosť domácich jadrových elektrární na báze vody, vody a tekutého kovu (Pb-Bi) spolu s potenciálny obrovský energetický trh rozvojových krajín robí z tejto oblasti prioritu pre domáce a zahraničné trhy. Rusko je ideálnym testovacím miestom na demonštráciu harmonického rozvoja tradičných jadrových elektrární (s blokmi VVER-1000) a inovatívneho vývoja malých jadrových elektrární (elektrina, odsoľovanie, vykurovanie). Zároveň sa dá preukázať skôr možnosť lízingu dodávky „produktu“ (jadrovej elektrárne, paliva), ako technológie, čo je jedna z možností riešenia problému „nešírenia“.
Rozhodujúce tu môže byť vytvorenie malých prenosných jadrových elektrární (napríklad plávajúcich) s dobou nepretržitej prevádzky (bez preťaženia počas celej doby prevádzky) ~ 10–20 rokov.
Úloha rýchlych neutrónových reaktorov pre budúci rozvoj jadrovej energetiky ako základu riešenia problému zásobovania palivom s využitím uzavretých palivových cyklov urán-plutónium a tórium-urán je všeobecne uznávaná.
Dôležitá je úloha vývoja a implementácie novej generácie množivých reaktorov na rýchle neutrónové jadrové palivo a nových metód prepracovania jadrového paliva na uzavretie cyklu jadrového paliva a vyriešenie problému prakticky neobmedzenej dodávky paliva pre jadrovú energetiku. Uznávaná pokročilá úroveň technológie rýchlych reaktorov v Rusku, jedinej krajine prevádzkujúcej komerčný reaktor tohto typu, v kombinácii so skúsenosťami s prepracovaním jadrového paliva, umožní Rusku z dlhodobého hľadiska získať úlohu jedného z lídrov v globálnej jadrovej energetike. , ktorá poskytuje služby v oblasti výroby a prepracovania jadrového paliva mnohým krajinám po celom svete a súčasne znižuje riziko šírenia jadrových zbraní, a to aj prostredníctvom energetického využitia plutónia „na zbrane“.
Nevyhnutnou a povinnou podmienkou na vyriešenie tohto problému je predovšetkým vývoj úplne uzavretého jadrového palivového cyklu, ktorý si bude vyžadovať pomerne vážne investície do:
- komplex na výrobu plutóniového paliva pre rýchle reaktory a paliva MOX pre reaktory VVER;
- komplex na spracovanie plutóniového paliva;
- komplex na výrobu a spracovanie tóriového paliva.
Otázka výstavby jadrovej elektrárne s BN-800 je v súčasnosti ťažko riešiteľná. Stavba si vyžaduje veľa nákladov. Nasledujúce sú uvedené ako argumenty v prospech potreby rýchlej konštrukcie BN-800:
- spracovanie uránovo-plutóniového paliva;
- energetické využitie „nadbytočného“ plutónia na zbrane;
- zachovanie vedomostí a skúseností pri vývoji rýchlych reaktorov v Rusku.
Zároveň špecifické kapitálové investície a náklady na dodanú elektrinu pre BN-800 výrazne prevyšujú jadrové elektrárne s reaktormi VVER.
Navyše sa zdá byť nákladné realizovať celý komplex výroby na uzavretie palivového cyklu a použiť ho len pre jeden BN-800.
Je nemožné plne realizovať výhody jadrovej energie bez jej účasti na výrobe umelého kvapalného paliva pre dopravu a iné priemyselné aplikácie. Vytvorenie jadrových elektrární s vysokoteplotnými héliovými reaktormi je spôsob využitia jadrovej energie na výrobu vodíka a jej široké využitie v ére vodíkovej ekonomiky. Na dosiahnutie tohto cieľa je potrebné dokončiť vývoj projektu a vytvoriť demonštračnú jednotku pre vývoj vysokoteplotných héliom chladených reaktorov schopných generovať teplo pri teplotách do 1000 °C, na výrobu elektriny s vysokým účinnosť v cykle plynovej turbíny a na dodávku vysokoteplotného tepla a elektriny do procesov výroby vodíka, ako aj technologických procesov odsoľovania vody, chemického priemyslu, rafinácie ropy, hutníctva a iných priemyselných odvetví.
Väčšina analytikov uznáva, že inovačné výzvy jadrovej energie sa musia riešiť v priebehu nasledujúcich dvoch desaťročí, aby sa zabezpečilo komerčné zavedenie nových technológií v tridsiatych rokoch tohto storočia.
Preto dnes čelíme naliehavej potrebe vyvinúť a implementovať technologické inovácie, ktoré zabezpečia dlhodobý a rozsiahly rozvoj jadrovej energie krajiny, jadrové technológie, ktoré zabezpečia realizáciu ich historickej úlohy v budúcnosti Ruska. Riešenie tohto problému je nemožné samostatne. Vyžaduje sa aktívna spolupráca s celosvetovou jadrovou komunitou. Toto svetové spoločenstvo však ukazuje svoj úmysel nechať nás na strane jadrovej cesty.
Vývoj inovatívnych jadrových technológií je náročná a kapitálovo náročná úloha. Jeho riešenie je nad sily jednej krajiny. Vo svetovom spoločenstve preto vzniká spolupráca pri vývoji inovatívnych jadrových technológií – tak na medzivládnej úrovni, ako aj na úrovni priemyselných podnikov. Svedčí o tom
vo vzťahu k Dohode o vývoji systémov jadrovej energie novej generácie podpísanej 28. februára 2005 USA, Anglickom, Francúzskom, Japonskom a Kanadou: rýchly héliový reaktor; rýchly sodíkový reaktor; rýchly olovený reaktor; reaktor na roztavenú soľ; ľahkovodný reaktor s nadkritickými parametrami; ultravysokoteplotný reaktor. Rusko, ktoré má jedinečné skúsenosti s niektorými z týchto technológií, sa na tomto partnerstve nezúčastňuje. Čo je toto: dočasná exkomunikácia alebo stabilné postavenie našich západných partnerov?
POTREBNÉ OPATRENIA
V palivovo-energetickom komplexe krajiny je potrebná aktívna politika štátu zameraná na zabezpečenie urýchleného rozvoja jadrovej technológie: s koncentráciou úsilia a finančných prostriedkov na zvýšenie štátnej podpory v investičnej politike a v inovatívnych projektoch jadrovej energetiky.
Je potrebné vytvoriť finančné a ekonomické mechanizmy na podporu a stimuláciu inovačných aktivít v oblasti jadrovej energetiky.
Je zrejmé, že trh bez dodatočných opatrení vládnej regulácie nevedie ekonomiku krajiny na high-tech vývojovú trajektóriu a jadrová energetika a cyklus jadrového paliva sú jednou z oblastí štrukturálneho posunu v ekonomike krajiny a prelomu. technológie 21. storočia.
Ako nevyhnutné sa javí obnova efektívnych korporátnych väzieb v reťazci „veda – projekt – priemysel“ na základe ekonomických metód a zároveň posilnenie úlohy vedúcich štátnych vedeckých centier, ktoré sú a budú „kolektívnymi odborníkmi“ garantujúcimi kompetenciu rozhodovania štátnych štruktúr v oblasti jadrovej technológie.
Je potrebné uprednostniť inovatívne projekty (aj s aktívnou účasťou ruských expertov na medzinárodnom projekte MAAE INPRO), sústrediť úsilie (finančné a organizačné) na technológie a úspechy, ktoré môžu Rusku poskytnúť dôstojné miesto na medzinárodnom trhu s jadrovými technológiami. a rozšíriť exportné možnosti krajiny. Na vývoj jadrových systémov novej generácie je potrebné nadviazať medzinárodnú spoluprácu.
Je potrebné zabezpečiť akumuláciu, uchovávanie a prenos poznatkov a skúseností v jadrovej oblasti s aktívnym zapojením výskumníkov v jadrovom priemysle prostredníctvom ekonomických (finančných a pod.) a organizačných stimulov pre študentov, postgraduálnych študentov a prilákaním vedúcich inžinierov, výskumníkov a vedcov pre prácu na „vedúcich“ jadrových univerzitách a katedrách krajiny: MEPhI, OIATE, MVTU, MPEI, MIPT, MAI, MSU atď. možno dosiahnuť vypracovaním, schválením a implementáciou „národného programu“ v tejto oblasti, vytvorením znalostného a technologického centra Ruského jadrového centra (integrované vedecké a vzdelávacie centrum).
ZÁVER
Dlhodobé záujmy ruskej energetiky a národnej bezpečnosti, ako aj trvalo udržateľného rozvoja krajiny si vyžadujú zvýšenie podielu jadrovej energie na výrobe elektriny, vodíka, priemyselného a domáceho tepla. Rozsiahle technologické skúsenosti a vedecko-technický potenciál nahromadený za 50 rokov jadrovej energie v krajine umožňujú Rusku za vhodných podmienok a inovačnej politiky dostať sa do „jadrového popredia“ a stať sa jedným z lídrov budúcej jadrovej éry. svojich ľudí, ako aj popredným dodávateľom jadrových technológií, zariadení, znalostí a skúseností do rozvojových krajín.
