Get Adobe Flash player
Сайт Анатолия Владимировича Краснянского

Концепция по обращению с отработавшим ядерным топливом Министерства Российской Федерации по атомной энергии. Популярное изложение. 1. Что такое ОЯТ? 2. Что полезного содержится в ОЯТ? 3. Почему же многие считают ОЯТ ядерными отходами?

24.12.2015 7:43      Просмотров: 1186      Комментариев: 0      Категория: Ядерные объекты и технологии

 

Концепция по обращению с отработавшим ядерным топливом Министерства Российской Федерации по атомной энергии

Популярное изложение

Популярное изложение. Минатом России – 2003 год. URL:  http://www.energoinform.org/normatives/conceptionminatom.aspx


ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ

1. Общая терминология

 

АЭС -атомная электрическая станция
ОЯТ -отработавшее ядерное топливо
БВ -бассейн выдержки ОЯТ
ЗЯТЦ -замкнутый ЯТЦ
РАО -радиоактивные отходы
РБ -радиационная безопасность
ХОЯТ, ХОТ -хранилище ОЯТ
ЯБ -ядерная безопасность
ЯТЦ -ядерный топливный цикл
ЯЭУ -ядерная энергетическая установка

 

2. Атомные реакторы

 

АМБ -реактор канального типа на тепловых нейтронах
БН -реактор на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем
ВВЭР -водо-водяной энергетический реактор
ИР -исследовательский реактор
КС -критический стенд
ПКС -подкритический стенд
РБМК -реактор большой мощности канальный
ЭГП -энергетический графитовый прямоточный реактор

 

3. Атомный флот

 

АЛ -атомный ледокол
АПЛ -атомная подводная лодка
НК -надводный корабль с ЯЭУ

 

4. Оборудование и элементы установок

 

МБК -металлобетонный контейнер
МОКС-топливо – смешанное многокомпонентное уран -плутониевое топливо
ОТВС -облученная тепловыделяющая сборка
ПЭЛ -поглощающий элемент
ТВЭЛ -тепловыделяющий элемент
ТК -транспортный контейнер
ТУК -транспортный упаковочный комплект

 

4. Предприятия

 

ГХК -Горно-химический комбинат (г. Железногорск Красноярского края)
РТ-1 -радиохимический завод (ПО "Маяк", г. Озерск Челябинской области)
РТ-2 -радиохимический завод на ГХК

 

Введение

Минатомом России подготовлена "Концепция по обращению с отработавшим ядерным топливом Министерства Российской Федерации по атомной энергии" (далее по тексту – Концепция), формулирующая экологически безопасную стратегию отечественной атомной отрасли в области заключительной стадии ядерного топливного цикла на ближайшие десятилетия до 2030 года.

Концепция основывается на ключевом и важнейшем положении, одобренной Правительством Российской Федерации "Стратегии развития атомной энергетики России в первой половине XXI века":

"Стратегическим направлением развития атомной энергетики Российской Федерации является замыкание ядерного топливного цикла, в результате которого должны обеспечиваться более полное использование природного ядерного сырья, а также искусственных делящихся материалов, образующихся при работе ядерных реакторов (плутония и других трансурановых элементов) и минимизация образования РАО от переработки ОЯТ. Ключевым звеном при реализации указанной стратегии является обращение с ОЯТ".

Более полное использование сырьевых ресурсов или ресурсосбережение, в настоящее время является одним из краеугольных камней промышленной политики во всех развитых странах, основой современной экономической и энергетической философии. Ресурсы вторичного сырья в ядерной энергетике как нигде велики, – в топливе ядерных реакторов после однократного использования сохраняется примерно 95% начального энергетического потенциала, что соответствует более чем миллиону тонн органического топлива на одну тонну ядерного. Разумеется, непосредственно умножать эту цифру на цену нефти совершенно бессмысленно, поскольку обращение с ядерными материалами в энергетике гораздо сложнее и дороже, чем использование органического топлива. Тем не менее, данный потенциал в настоящее время практически не используется, в некоторых странах его использование даже не планируется.

В сферу действия Концепции входят перерабатываемое (кондиционное и дефектное) и неперерабатываемое (с отложенным решением о переработке) ОЯТ энергетических, транспортных, исследовательских реакторов, критических и подкритических стендов, наземных стендовпрототипов судовых и космических ядерных энергетических установок, продукты переработки ОЯТ, отработавшие поглощающие элементы (ПЭЛ) в составе облученных тепловыделяющих сборок, а также радиоактивные отходы, образующиеся при обращении с ОЯТ.

1. Что такое ОЯТ?

Прежде всего, отметим, что устоявшаяся в российской технической литературе и воспринятая средствами массовой информации аббревиатура – "ОЯТ", допускает две близкие по смыслу расшифровки – "облученное ядерное топливо" и "отработавшее ядерное топливо". Действующими государственными стандартами регламентирована вторая из них, она и принята в тексте Концепции. Однако допустимо и оправдано использование термина "облученное ядерное топливо", лишенного оттенка завершенности и исчерпанности, поскольку при реализации замкнутого ядерного топливного цикла ОЯТ является источником плутония и невыгоревшего урана, которые в дальнейшем могут повторно использоваться для изготовления ядерного топлива.

ОЯТ - это ядерное топливо, извлеченное из реактора после облучения и признанное непригодным для дальнейшего использования в реакторе данного типа.

ОЯТ имеет форму тепловыделяющих сборок (ТВС), представляющих собой пучки тепловыделяющих элементов (твэлов), собранных в прочную конструкцию. Сам твэл – металлическая трубка, первоначально наполненная химическим соединением делящегося элемента (в настоящее время в подавляющем большинстве случаев это оксид урана) с возможными добавками различного назначения (топливная композиция). Физической формой топливной композиции является, чаще всего, керамическая таблетка. В процессе нейтронного облучения в самой топливной композиции и в конструкционных элементах ТВС происходит изменение и усложнение химического состава в результате ядерных превращений одних элементов в другие. Поэтому в массе ОЯТ в разных количествах содержатся практически все элементы таблицы Менделеева, при этом многие из образовавшихся ядер, радиоактивны.

Необходимо заметить, что, помимо твэлов, в состав ТВС могут входить и т.н. ПЭЛы -поглощающие элементы, регулирующие нейтронный поток. В тех случаях, когда они являются конструктивным элементом неразъемной сборки, с ними обращаются, как с частью ОЯТ.

Таким образом, ОЯТ является весьма ценным вторичным сырьем для получения компонентов ядерного топлива и целого ряда радиоактивных изотопов, используемых в медицине, сельском хозяйстве, промышленности.

Вместе с тем – ОЯТ является и потенциально опасным продуктом деятельности ядерной энергетики: именно в нем сосредоточено до 98% общей радиоактивности материалов, вовлеченных в сферу человеческой деятельности.

Переработка ОЯТ с целью извлечения полезных компонентов для их последующего использования является высокой технологией , освоенной в промышленном масштабе только лишь в нескольких ведущих ядерных державах, в число которых входит и Россия.

Типы ОЯТ весьма разнообразны, их сотни – топливо энергетических реакторов, промышленных реакторов по наработке оружейного плутония, транспортных (судовых) и исследовательских реакторов разного назначения. ОЯТ может различаться также по степени выгорания, времени хранения, техническому состоянию. Именно поэтому вопрос о способах обращения с ОЯТ и, в первую очередь, об экологической и экономической целесообразности, методах и сроках его переработки в каждом конкретном случае должен решаться с полным учетом всех его характеристик.

Необходимо подчеркнуть, что термин "топливо" по отношению к отдельной ТВС или нескольким ТВС, собранным в одном контейнере, является достаточно условным и, в определенном смысле, некорректным, вызывающим ошибочные ассоциации.

В отличие от обычного органического топлива, ядерное топливо может "гореть" с интенсивным энерговыделением, только если оно тесно собрано в критическую массу, а она для топлива энергетических реакторов составляет многие десятки тонн и никогда, с огромным запасом, не формируется ни в хранилищах, ни в транспортных контейнерах.

ОТВС после нескольких лет выдержки – это металлокерамические машиностроительные изделия, за счет радиоактивности выделяющие тепло с интенсивностью в несколько ватт на килограмм. Организация теплоотвода при таком уровне мощности никаких трудностей, разумеется, не представляет. ОЯТ не является ни взрывчатым, ни легковоспламеняющимся, ни просто горючим веществом, последствия любых мыслимых происшествий с ним могут носить только локальный характер в пределах нескольких десятков квадратных метров.

Общий объем ОЯТ накопленного в мире и в нашей стране весьма значителен.

В мире к началу 2002 года накоплено 270 тыс. тонн ОЯТ. Ожидаемое количество ОЯТ в России на АЭС и в хранилищах радиохимических заводов в 2002 году составит около 16 тыс. тонн, а его суммарная радиоактивность – порядка 6 млрд. Кюри. И этот объем неуклонно растет: в России прирост составляет около 850 тонн ежегодно, в мире 11-12 тыс. тонн. Но при этом необходимо отметить, что масса ежегодно накапливаемого ОЯТ на АЭС в мире не превышает долей процента от ежегодного прироста массы высокотоксичных отходов , и практически все ОЯТ изолировано от окружающей среды в надежных, компактных, хорошо контролируемых хранилищах.

Необходимо сказать о ситуации с ОЯТ в разных странах и регионах. В Красноярском крае в настоящее время сосредоточено три тысячи тонн ОЯТ. Много это или мало, что это значит? Для сравнения укажем, что такое же количество ОЯТ, три тысячи тонн, находится сейчас в американском штате Калифорния, территория которого в шесть раз меньше Красноярского края, а плотность населения в пятьдесят раз выше . Столько же ОЯТ в Швейцарии, ее территория в шестьдесят раз меньше, плотность населения выше в сто раз. У кого повернется язык назвать Калифорнию с ЛосАнджелесом, Голливудом, огромным курортным побережьем или Швейцарию – одну из самых ухоженных и чистых стран мира - "ядерной помойкой"? А по отношению к Красноярскому краю это словосочетание употребляется у нас постоянно.

В Приложении 1 приводятся более детальные данные об ОЯТ российских АЭС и реакторов.

2. Что полезного содержится в ОЯТ?

Наиболее распространенным в настоящее время типом ядерно-энергетических установок являются реакторы на тепловых нейтронах с двухконтурным водяным охлаждением, которые в России сокращенно называются ВВЭР, а за рубежом PWR. Свежее ядерное топливо, загружаемое в эти реакторы, содержит уран, обогащенный изотопом 235 до концентрации примерно 5% (в природном уране 0.71%). Обогащение – процесс трудоемкий и не дешевый. Поэтому любой уран с обогащением выше природного и стоит гораздо дороже природного. Если рыночная цена естественной смеси изотопов сейчас равна примерно тридцати долларам за килограмм окиси, то топливный уран ВВЭР стоит порядка тысячи долларов за килограмм.

Как уже говорилось, в результате нескольких лет интенсивного облучения нейтронами при работе реактора в топливе происходят ядерно-физические процессы, приводящие к радикальному усложнению его состава. Ядра урана последовательно поглощают нейтроны, при этом их масса увеличивается, а за счет бетараспада (внутреннего превращения нейтронов в протоны) увеличивается и заряд, они "ползут" к дальнему краю таблицы Менделеева, т.е. уран превращается в трансурановые элементы, важнейшими из которых являются нептуний, плутоний, америций и кюрий. Все они радиоактивны и служат родоначальниками длинных цепочек распада, приводящих, в конце концов, к стабильным металлам, главным образом к свинцу. Так формируется тяжелометаллическая фракция ОЯТ – от свинца до кюрия.

С другой стороны, значительная часть ядер урана и трансурановых элементов после поглощения очередного нейтрона испытывает деление на два "осколочных" ядра, которые в периодической таблице лежат в интервале от германия до эрбия с двумя пиками концентрации – один в районе элементов платиновой группы рутения, родия, палладия (легкие осколки), другой в области цезия, бария, редких земель (тяжелые осколки). Цирконий и другие конструкционные материалы топливных сборок (железо, хром, никель) поглощают нейтроны и "активируются", т.е. в них появляются радиоактивные нуклиды, испускающие бета -и гамма-излучение. В итоге образуется радиоактивная смесь сложнейшего элементного и изотопного состава. Но ее основой все еще является невыгоревший уран понизившегося обогащения (до 1% и менее). Именно урановая компонента категорически не позволяет относиться к ОЯТ как к безвозвратным вредным отходам – в нейто и сохраняется почти весь энергетический потенциал свежего топлива.

Использовать энергосодержание урана полностью можно только при многократном рециклировании. Этот процесс растянется на многие десятилетия. Но в ОЯТ есть и другие компоненты, которые могут быть востребованы значительно быстрее и поэтому представляют большой интерес для экономики ядерного топливного цикла (ЯТЦ). Прежде всего, речь идет о плутонии.

Если уран ОЯТ имеет невысокое обогащение, то основная компонента реакторного плутония (примерно 65%) это изотоп плутоний-239 – полный топливный аналог чистого урана-235. Этот плутоний ОЯТ соответствует урану более чем шестидесятипроцентного обогащения, а он стоит уже многие тысячи долларов за килограмм. И в каждой тонне ОЯТ такого продукта около десяти килограммов. Таким образом, с точки зрения, например, геолога ОЯТ это, прежде всего, уран – плутониевая руда с содержанием ключевых делящихся изотопов примерно в тысячу раз выше, чем в отечественной урановой руде, а ее добывать дорого и экологически очень хлопотно. Кроме того, ОЯТ – руда полиметаллическая, и по платиноидам тоже необыкновенно богатая, почти полпроцента, что по сегодняшним рыночным ценам составляет десятки тысяч долларов на тонну ОЯТ.

Осколочные родий и рутений содержат только относительно короткоживущие радиоизотопы, поэтому со временем они самоочищаются, становятся практически не радиоактивными и могут использоваться наряду с этими металлами, добытыми из природных источников, Следует отметить, что природные запасы родия весьма ограничены, поэтому техногенный родий, накопленный в ОЯТ, является важным стратегическим ресурсом этого элемента, его количество, накопленное в ОЯТ, близко к его полным природным запасам. Осколочный палладий содержит долгоживущий радиоизотоп палладий-107 с периодом полураспада в миллионы лет, поэтому техногенный палладий будет иметь невысокую, но постоянную радиоактивность, что позволит использовать его только внутри ядерной отрасли в контролируемых условиях. В институтах Минатома разработаны технологические процессы выделения и очистки техногенных платиновых металлов.

Не надо забывать про конструкционный цирконий, его на тонну ОЯТ около трехсот килограмм. Ориентировочные оценки дают стоимость вторичных металлов ОЯТ порядка двухсот пятидесяти тысяч долларов на тонну.

В Приложении 2 оценки стоимости актиноидов и редких металлов приведены более детально.

3. Почему же многие считают ОЯТ ядерными отходами?

Этот вопрос возникает сразу: если в ОЯТ так много ценного, отчего же большинство стран, развивающих ядерную энергетику, явно не хотят связываться с использованием своего ОЯТ? Перерабатывают его в заметных масштабах только четыре державы – Великобритания, Франция, Россия и Япония, первые три из них оказывают соответствующие услуги другим странам. Негативность, до недавнего времени, американской позиции определялась чисто политическими, а не техническими, экономическими или экологическими причинами, и в настоящее время эта позиция подвергается интенсивному пересмотру.

Ответ на поставленный вопрос прост: выделение ценных компонент из ОЯТ – высочайшая технология, разработка которой обошлась исключительно дорого и стала возможной только потому, что создавалась она как важнейшее из производств ядерно-оружейного комплекса. Это существеннейшая часть научно-технического, интеллектуального богатства ядерных держав. Начинать деятельность по переработке ОЯТ, готовить соответствующие кадры и научно-промышленную инфраструктуру с нуля сейчас очень сложно. Именно поэтому есть немало стран, которые готовы не просто отдать свое ОЯТ, но еще и заплатить за это, поскольку не знают, что с ним делать.

К тому же экономическая эффективность почти всегда – вопрос масштаба. Минимальная мощность завода по переработке, при которой он становится рентабельным – 1000 т в год. Такова производительность британского и французского предприятий. Наш завод РТ-2 планируется на 1500 г в год. Годовая выгрузка ОЯТ из типичного энергоблока – миллионника составляет примерно 25 т/год. Значит, коммерческий завод должен обслуживать минимум сорок блоков. Такие масштабы АЭ на сегодня имеются лишь в трех странах – США, Франции и Японии (в России пока – примерно половинная мощность, но полная мощность реакторов российского производства, работающих в нашей стране и за рубежом как раз на нужном уровне).

А всего в "ядерно-энергетическом клубе" сейчас около тридцати стран. Число их к середине века увеличится, возможно, до полусотни, но подавляющее большинство будет иметь АЭ скромных масштабов – в пределах десятка блоков. Так что лишь крупнейшие ядерные державы смогут развивать переработку ОЯТ и содержать соответствующую инфраструктуру. Число таких стран никогда существенно не превысит десятка, остальные будут вынуждены покупать их услуги, поскольку, начиная с середины века, рециклирование ядерного горючего станет одной из крупнейших отраслей энергетики.

Разумеется, играет свою роль и сложность соответствующих технологий, требующих очень высокого общего уровня технической культуры. Эту ситуацию полезно для наглядности сравнить с гражданской авиацией.

Авиалайнеры эксплуатируются компаниями более чем ста стран, а строят их только США, Россия и два международных европейских концерна. Эта ситуация еще долго не изменится. Примерно то же самое будет в ядерной энергетике – число стран, производящих ядерную технику и предоставляющих услуги по обращению с ядерными материалами всегда будет во много раз меньше числа стран-потребителей. И такую ситуацию нужно стараться сохранить. Крупнейшие ядерные державы, прежде всего ядерно-оружейные, должны согласованно контролировать все эти процессы, исходя из принципов нераспространения, и самую чувствительную их часть концентрировать на своей территории. Любые альтернативы опасны.

Важным и поучительным примером является разница в подходе к проблеме ОЯТ у четырех великих ядерных держав – США и России с одной стороны, Великобритании и Франции с другой. США и Советский Союз были пионерами разработки всех основных ядерных технологий, вложили в разработку огромные ресурсы, понесли при этом значительные потери – экономические, экологические и, к сожалению, человеческие – и довели процесс до полного промышленного освоения.

Англия и Франция начали эту работу позже, они шли по американским стопам и полностью использовали опыт США. Им удалось избежать всех основных драм и трагедий в этой области:

  • они не производили ядерных взрывов на своих территориях;
  • у них не было крупных аварий на радиохимических производствах;
  • у них не было аварий в хранилищах ядерных материалов;
  • они не теряли атомных подводных лодок;
  • у них не было катастрофических реакторных аварий за единственным исключением очень давнего пожара в Виндскейле, Великобритания, с ограниченными последствиями.

А в СССР и США все это было в крупных масштабах. В итоге сложилась парадоксаль-ная ситуация. Именно Франция и Великобритания пожинают сегодня плоды этих разрабо-ток, а Россия и США, пройдя трудный путь становления радиохимических технологий, фак-тически с рынка услуг по обращению с ОЯТ самоустранились как раз тогда, когда соответст-вующие производства стали экологически безопасными и экономически эффективными.

Английский завод "Торп" в Селлафилде целиком построен за счет авансовых платежей японских и европейских компаний, чье топливо он потом стал перерабатывать. На прибыль от переработки построены и хранилища ОЯТ. Завод перерабатывает 900 т ОЯТ в год, из них только 30% отечественного. Этот завод торжественно открывала королева Елизавета, а наш будущий завод РТ-2, который будет на тридцать-сорок лет моложе и заведомо совершеннее британского, заранее называют "ядерной помойкой".

Об экологической обстановке в районе этих предприятий можно судить по француз-скому заводу на мысе Аг в Нормандии. Этот край – жемчужина Северной Франции. Окрест-ности завода – молочная и яблочная житница страны, родина сидра и кальвадоса. Сам завод утопает в зелени пастбищ и садов – не декоративных, а продуктивных, фермерских. Никаких зон отчуждения и ограничений на производство сельхозпродукции там нет, угодья начина-ются сразу за оградой завода.

4. А ядерные отходы?

Разумеется, основной сложностью технологии переработки ОЯТ является необходимость постоянно оперировать с большими массами радиоактивных материалов, что после Чернобыля вызывает понятную реакцию.

Эту сторону вопроса нужно рассмотреть подробнее. Один из самых драматических аспектов всех дискуссий по обращению с ОЯТ: те, кто превращает его в пугало, практически никогда не опираются на достоверную и общедоступную информацию о его свойствах, предпочитая действовать с использованием словосочетания типа "ядерная помойка", "ядовитая пустыня", "атомная смерть". Так что следует поговорить о реальном, а не выдуманном ОЯТ, и об отходах его переработки.

Важнейшим преимуществом ядерной энергетики является огромная концентрация энергии в топливе – примерно в два миллиона раз выше, чем в органическом. Поэтому ничтожны по меркам огневой энергетики как объемы самого топлива – трейлер вместо сотни эшелонов – так и конечных отходов его переработки. Бывший президент Американского ядерного общества профессор Алан Уолтар подсчитал полный объем выделенных и компактированных отходов высокой активности, приходящийся на одного американца за семидесятилетнюю жизнь, если вся электроэнергетика США станет ядерной, а ОЯТ будет перерабатываться и рециклироваться. Получилось примерно триста кубических сантиметров – как маленькая баночка "Кока-колы". А токсичные химические, топливные и технологические отходы, выбрасываемые промышленностью развитых стран в биосферу, в пересчете на одного человека измеряются сотнями кубометров.

И основное, что нужно помнить о радиоактивных веществах: их активность (число распадов в единицу времени) со временем необратимо уменьшается по закону убывающей геометрической прогрессии и связана с периодом полураспада строгой обратной пропорциональностью. За десять периодов полураспада активность падает в тысячу раз. Поэтому самые активные вещества представляют собой поначалу высокую, но быстро уменьшающуюся опасность. В топливе, имеющем десяти -пятнадцатилетнюю выдержку, их не остается совсем.

Самыми проблемными являются изотопы, период полураспада которых сравним с продолжительностью человеческой жизни. В значительных количествах в ОЯТ присутствуют два таких изотопа – стронций-90 и цезий-137. Их содержание в ОЯТ составляет примерно три-четыре килограмма на тонну. Цезий и стронций необходимо выделять при любом сценарии переработки. Частично они используются и будут использоваться в медицине и промышленности для компактных источников излучения и энергии, но основная масса подлежит окончательной изоляции от окружающей среды, обязательно после длительного контролируемого хранения. Ни малейшей технической проблемы оно не представляет. И полный объем этой компоненты отходов, скажем, для двадцати тысяч тонн ОЯТ, т.е. для семидесяти тонн стронция и цезия, составит всего несколько десятков кубометров. Их можно включить в разработанные сейчас минералоподобные матрицы, похожие по свойствам на природный гранит, и обеспечивающие практически полную экологическую безопасность и, тем самым, фактически забыть о них.

Напомним, что в последние годы существования СССР полный ежегодный объем подземных горных выработок составлял около шестисот миллионов кубометров в самых разнообразных породах. И для различных нужд, в том числе оборонных, на основании отечественных технологий созданы подземелья большого объема и разной глубины залегания, устойчивые не только по отношению к любым природным факторам, но и к таким внешним воздействиям, как атомная бомбардировка. Так что за судьбу компактированных радиоактивных отходов можно не беспокоиться.

Противниками любых операций с ядерными материалами, особенно трансграничных, часто употребляется выражение "ядерная помойка".

В современной ядерной энергетике и промышленности, в том числе и в российской, никаких помоек в привычном смысле этого слова нет абсолютно и уже никогда ни при каких обстоятельствах не будет, в отличие практически от всех остальных отраслей экономики. Если бы химики, шахтеры, нефтяники, металлурги относились к своим отходам так же, как относится к своим ядерная энергетика, мы давно жили бы в хрустальном мире. Эффективность систем изоляции отходов от биосферы в ядерной энергетике в десятки и сотни тысяч раз выше, чем в других отраслях. Но сейчас во всех развитых странах и обычные помойки быстро исчезают, уступая место полигонам и заводам по эффективной переработке и рециклированию любых отходов.

Однако до сих пор и у нас, и в США реально существуют старые объекты, заслуживающие именно названия "ядерная помойка". Их возраст минимум 40-50 лет, они представляют реальную опасность, как раз на их ликвидацию в первую очередь и нацелена предлагаемая программа использования доходов от коммерческого использования ОЯТ, включая трансграничные операции с ним.

Характерный пример – территория нашего первого ядерного промышленного объекта – ПО "Маяк" в Челябинской области. Представим себе, что "зеленые" добились решающего успеха. Все палки в колеса вставлены, работа на "Маяке" стала невозможной, Минатом и Минобороны ушли с этой площадки, она стала головной болью только администрации Челябинской области. Это миллиард кюри (пятьсот чернобыльских порций долгоживущей активности), 500 тысяч тонн радиоактивного оборудования в приповерхностных могильниках и складах, включая цветные и даже драгоценные металлы. Что со всем этим будет?

А отечественное ОЯТ мы сейчас, будучи обречены на бездействие политикой бездумного запретительства, вынуждены держать под Москвой и Санкт-Петербургом, на курском и воронежском черноземе при наличии огромных слабо заселенных пространств, в том числе приполярных и заполярных.

Это означает, что при выходе на временной рубеж 2010 г. необходимо безотлагательно решить ряд проблем, появившихся за последние годы в области обращения с ОЯТ. Определяя стратегию развития ядерного комплекса страны до 2025-2030 гг. как планы подготовки к широкомасштабному развитию ядерной отрасли на основе сбалансированного применения реакторов на тепловых и быстрых нейтронах, целесообразно разбить этот интервал на две части.

Первый период до 2010 г. можно определить как время выработки решений по ключевым вопросам обращения с ОЯТ ядерной отрасли, последующие годы – как период реализации этих решений. Требуется предпринять срочные меры для обеспечения безопасного и экономически эффективного обращения с ОЯТ в рамках единой стратегической государственной политики развития ядерной энергетики, обеспечивающей безопасность и национальные интересы России в XXI веке.

5. О транспортировке ядерных материалов

Если есть крупномасштабная деятельность, которую можно считать абсолютно безопасной, то это именно перевозки ОЯТ. Невозможно назвать другую отрасль мировой экономики с многомиллиардными суммарными оборотами, которая демонстрировала бы сколько-нибудь похожие фактические показатели безопасности – ни одного случая с пострадавшими от радиации за все 50 лет операций. При транспорте газа, нефти и нефтепродуктов за тот же период во всем мире ужасной смертью погибли сотни тысяч людей, иногда по 400-500 человек в одном происшествии, вспомним башкирский взрыв. Позволительно спросить: какой логикой, арифметикой, да и какой моралью руководствуются те, кто на таком фоне запугивает население перевозками и хранением ОЯТ?

6. Что нужно сделать для реализации Концепции?

Программой работ по обращению с ОЯТ энергетических, транспортных и исследовательских ядерных установок, рассчитанной на подготовку реализации замкнутого топливного цикла в России предусматривается:

  • увеличение емкости действующего хранилища ОЯТ реакторов типа ВВЭР-1000 на ГХК до 9000 тонн;
  • строительство сухого хранилища ОЯТ реакторов ВВЭР-1000 и РБМК-1000 на ГХК емкостью 33000 тонн;
  • завершение строительства хранилища ОЯТ реакторов ВВЭР-1000 на ПО "Маяк" и создание дополнительных транспортных средств;
  • реконструкция действующего завода РТ-1 на ПО "Маяк" с целью предотвращения радиоактивных отходов низкой и средней активности в Теченский каскад и оз. Карачай и организация переработки ОЯТ реакторов ВВЭР-1000 со строительством хранилища энергети ческого плутония и подземной лаборатории для проведения исследований по безопасности захоронения отходов высокой активности от переработки ОЯТ;
  • строительство завода РТ-2 на ГХК с производством реакторного топлива из продуктов регенерации, а также комплекса по подземной изоляции отходов высокой активности.

7. Сколько это будет стоить и откуда брать деньги?

В соответствии с имеющимися проектными и предпроектными проработками для строительства всех перечисленных выше объектов, а также для проведения соответствующей программы НИОКР в ближайшие 20-25 лет потребуются инвестиции в сумме более 3,6 млрд. долл. США, в том числе на программу НИОКР – 170 млн. долл. США.

Ориентируясь на расчетные сроки пуска в эксплуатацию основных объектов обращения с ОЯТ, потребность в инвестиционных затратах на ближайший период до 2007 г. составит 1,1 млрд. долл. США.

Финансовое обеспечение работ по обращению с ОЯТ ориентировано на ограниченное бюджетное финансирование и максимально возможное использование собственных средств предприятий и других внебюджетных источников.

Бюджетное финансирование ограничено объемом экспериментальных и теоретических научно-исследовательских работ прикладного назначения.

К собственным источникам финансирования концепции относятся:

  • целевые инвестиционные средства в составе тарифа на электроэнергию АЭС и услуги эксплуатирующих организаций;
  • амортизационные отчисления предприятий по обращению с ОЯТ;
  • взносы участников реализации концепции в виде целевых отчислений от прибыли предприятий, заинтересованных в реализации мероприятий концепции;
  • отчислений во внебюджетный Фонд НИОКР Минатома РФ;
  • кредиты банков, средства фондов и общественных организаций;
  • средства зарубежных инвесторов, заинтересованных в реализации концепции (или ее мероприятий).

Реализация Концепции базируется на Программах, к которым относятся:

  • Федеральная целевая программа "Ядерная и радиационная безопасность России" на период 2000-2006 годы.
  • Федеральная целевая программа "Энергоэффективная экономика на 2002-2005 годы и на перспективу до 2010 года" в части подпрограммы "Безопасность и развитие атомной энергетики Российской Федерации на 2002-2005г.г. и на перспективу до 2010 года".
  • Президентская программа "Комплексная утилизация атомных подводных лодок и кораблей, выводимых из состава ВМФ, и судов с атомными энергетическими установками Минтранса России".

Важнейшим условием реализации Концепции является обеспечение финансирования затрат будущих периодов, в том числе затрат на обращение с ОЯТ и вывод из эксплуатации АЭС и других объектов. Финансирование этих затрат должно осуществляться за счет создания целевых накопительных фондов. Их формирование осуществляется решением Правительства Российской Федерации по соответствующим предложениям Минатома России. Иностранные инвесторы финансируют работы по реализации концепции на основе долевого участия в соответствии с законодательством.

10 июля 2001 г. Президент России В.В.Путин подписал пакет законов, позволяющих России расширить выход на международный рынок хранения и переработки ОЯТ на основе прочной законодательной базы, сформированной с учетом требований безопасности, нераспространения и экологии.

Принят Федеральный закон РФ "О специальных экологических программах реабилитации радиационно-загрязненных участков территории" и внесены дополнения в Федеральные законы РФ "Об охране окружающей природной среды" и "Об использовании атомной энергии", а также вступил в силу Указ Президента РФ "О специальной комиссии по вопросам ввоза на территорию Российской Федерации облученных тепловыделяющих сборок зарубежного производства".

В законах определены нормы, в соответствии с которыми следует обращаться с ОЯТ, поступающим в Россию на хранение и переработку. При этом устанавливается качественная разница между предметом импорта (ядерным сырьем) и РАО, ввоз и хранение которых на территории России категорически запрещены. Названные законы обеспечивают юридическую базу для создания и реализации специальных экологических программ реабилитации радиационно-загрязненных участков территории, нацеленных на снижение общего радиационного риска и улучшение экологической ситуации в тех регионах России, где это требуется. Возникает возможность получения дополнительных средств от хранения и переработки ОЯТ зарубежных АЭС. Накопленный мировой опыт показал высокую экономичность оказания услуг зарубежным АЭС по обращению с ОЯТ, особенно при их комплексном предоставлении: и по длительному хранению, и по переработке. Это даст дополнительные преимущества в плане поставок свежего ядерного топлива и возврата ОЯТ, усиливает позиции России при участии в тендерах на строительство АЭС.

Участие России в мировом рынке обращения с ОЯТ зарубежных АЭС позволит направить средства на выполнение федеральных и региональных социально-экономических и экологических программ. Федеральные и местные бюджеты получат средства в виде налогов и специальных отчислений. Именно выполнение услуг по обращению с ОЯТ уже на начальном этапе позволит получить не только средства, но и запас времени для того, чтобы усовершенствовать и существенно удешевить технологию обращения с ОЯТ, использовать научные кадры страны и их опыт.

Оценки рисков, связанных с оказанием услуг по обращению с зарубежным ОЯТ, показывают, что соотношение получаемой прибыли с сопутствующими рисками максимально, а сами риски в тысячи раз меньше тех, которые считаются приемлемыми в других видах производственной деятельности.

8. Порядок ввоза в Россию ОЯТ

Ввоз в Россию облученного ядерного топлива зарубежных АЭС будет регламентироваться специально разработанным порядком ввоза ОТВС (облученных тепловыделяющих сборок) зарубежных ядерных реакторов, отвечающий действующему законодательству и утверждаемый специальным Постановлением Правительства Российской Федерации.

В соответствии с принятыми законами и утвержденным Порядком будет реализован следующий финансово и технически "прозрачный" сценарий типового комплексного проекта по ввозу в Российскую Федерацию облученных тепловыделяющих сборок зарубежных ядерных реакторов на временное технологическое хранение и (или) переработку:

Между Правительством Российской Федерации и правительством страны-поставщика ОТВС заключается международный договор, регламентирующий базовые условия сотрудничества, права и обязательства сторон в области обращения с ОТВС.

В развитие договора специально уполномоченной правительством внешнеторговой организацией и иностранным контрагентом (энергокомпания или АЭС) готовится внешнеторговый контракт на реализацию услуг в области обращения с ОТВС. Исходя из условий контракта, организации, осуществляющие обращение с ОТВС разрабатывают техническую документацию , регламентирующую все этапы обращения с зафиксированным в проекте контракта количеством облученных тепловыделяющих сборок.

Одновременно Правительство Российской Федерации по согласованию с органами государственной власти субъектов Российской Федерации определяет соответствующую специальную экологическую программу , включающую перечень конкретных мероприятий, связанных с реабилитацией радиационно-загрязненных участков территорий, которые будут осуществлены за счет средств, полученных в результате выполнения контракта.

Единый комплексный проект, представляющий собой соответствующую техническую документацию и проект взаимосвязанной экологической программы, проходит государственные экспертизы, включая государственную экологическую экспертизу, которые дают заключения по экономическим, экологическим и техническим условиям реализации комплексного проекта. Именно на данном этапе обосновывается общее снижение радиационного риска. В случае положительных результатов экспертиз заключается внешнеторговый контракт.

Объем валютных поступлений по контракту и направления расходования полученных средств устанавливаются Федеральным законом о Федеральном бюджете Российской Федерации на очередной финансовый год .

В процессе реализации контракта валютные средства расходуются по следующим направлениям:

  • реализация специальных экологических программ;
  • отчисления в бюджеты субъектов Российской Федерации, где расположены предприятия по обращению с ОТВС;
  • текущие затраты предприятий и организаций по реализации контракта на услуги по обращению с ОТВС.

Отчет о доходах и расходах средств со специального целевого бюджетного фонда Минатома России предоставляется в Государственную Думу Российской Федерации и Правительство Российской Федерации . Проверка деятельности целевого бюджетного фонда осуществляется ежегодно Счетной палатой Российской Федерации.

Заключение

"Концепция по обращению с ОЯТ Минатома России" формулирует взвешенный разумный подход к решению реально не простой, но давно назревшей и вполне посильной для Министерства Российской Федерации по атомной энергии задачи. Этот подход в главном основан на методах, освоенных либо в полном промышленно-коммерческом, либо в опытно-демонстрационном масштабе, принципиальных технических и экономических трудностей или серьезных опасностей на этом пути не ожидается. Основным препятствием является активно отрицательное отношение определенной части населения и средств массовой информации к любой деятельности, включающей использование радиоактивных материалов. Это отношение выливается для отрасли – и для страны в целом – в реальные сложности и огромные лишние расходы, ведет к искусственно вызванному отставанию в одной из важнейших жизнеобеспечивающих отраслей – энергетике. По нашему убеждению, такая ситуация является следствием недостаточной информированности, а очень часто – дезинформированности общества в сочетании с огромной инерцией массы негативных эмоций, накопленных в послечернобыльский период, совпавший с глубоким экономическим и социальным кризисом. Истинное положение вещей в подавляющем большинстве случаев самым решительным образом отличается от укоренившейся в общественном сознании картины.

Если мы хотим видеть Россию самодостаточной великой страной, с которой считаются и которая может обеспечить себе любую безопасность, то нужно поддерживать и развивать атомную отрасль.

Приложение 1.

ОЯТ российских реакторов

ОЯТ реакторов ВВЭР-440

В России действуют 6 блоков реакторов ВВЭР-440 с годовым образованием ОЯТ 87 тонн. Для них по урану реализован замкнутый ЯТЦ: после выдержки в приреакторных бассейнах в течение 3-5 лет ОЯТ ВВЭР-440 вывозится на переработку на завод РТ-1.

Количество ОТВС, хранящихся на блоках, не превышает 20-25% от емкости бассейнов выдержки. В случае закрытия действующего радиохимического производства и прекращения приема ОЯТ, хранилища ОЯТ на АЭС будут полностью заполнены, а реакторы ВВЭР-440 через 4-5 года придется остановить. 21 блок ВВЭР-440 эксплуатируется в европейских странах. В последнее время ограничено поступление ОЯТ ВВЭР-440 из этих стран.

ОЯТ реакторов ВВЭР-1000

На 8 энергоблоках реакторов ВВЭР-1000 в России ежегодно образуется 190 тонн ОЯТ. За рубежом действуют 13 блоков ВВЭР-1000, ряд АЭС находится в стадии проектирования и строительства.

ВВЭР-1000 в настоящее время – самый успешный экспортный проект реактора в мире.

Для реакторов ВВЭР-1000 ЯТЦ в настоящее время не является замкнутым: ОЯТ после выдержки в течение 3-5 лет вывозится с АЭС в централизованное хранилище на ГХК (Железногорск под Красноярском), в настоящее время оно заполнено на 45%. Решение вопроса переработки ОЯТ принято в направлении модернизации завода РТ-1 и создания завода РТ-2.

В настоящее время на АЭС России находится 1660 ОТВС ВВЭР-1000 общей активностью 0,6 млрд. кюри; заполнение бассейнов выдержки составляет ~ 40% емкости.

ОЯТ реакторов РБМК

Ежегодно на 11 российских реакторах РБМК-1000 образуется 550 тонн ОЯТ (что соответствует 5000 ОТВС). Для реакторов РБМК реализуется открытый ЯТЦ: ОЯТ хранится на АЭС в водной среде в приреакторных бассейнах выдержки и отдельно стоящих ХОЯТ; переработка ОЯТ не производится. В настоящее время запланирован переход с мокрого на сухое (до 50 лет) хранение ОЯТ с учетом его категорирования.

Вместимость существующих хранилищ обеспечит работу блоков в течение 5 лет. Ныне на площадках АЭС хранится более 9000 тонн ОЯТ общей активностью 3,5 млрд. кюри. В настоящее время ОЯТ РБМК с АЭС не вывозится. Вывоз будет осуществлен после создания на АЭС узлов резки на два пучка ОТВС РБМК. После 2005г. запланирован прием топлива на сухое хранение на ГХК.

ОЯТ реактора БН-600 Белоярской АЭС

В реакторе БН-600 ежегодно образуется 6,2 тонны ОЯТ, которое после выдержки направляется на переработку на завод РТ-1, – для ОЯТ данного типа реализован замкнутый цикл по урану. В настоящее время в бассейнах выдержки хранится 66 тонн ОЯТ

ОЯТ реакторов АМБ Белоярской АЭС и ЭГП-6 Билибинской АЭС

Два реактора АМБ остановлены в 1989 г. ОЯТ выгружено из реакторов и в настоящее время хранится в чехлах в сухих пеналах (190 тонн ОЯТ в 5000 ОТВС) и в мокром хранилище ПО "Маяк" (76 тонн ОЯТ, 2200 ОТВС).

В качестве основного варианта принято решение о выгрузке всего ОЯТ АМБ из бассейнов выдержки и его дальнейшем сухом хранении, в связи с чем необходима разработка технологии перевода ОЯТ в безопасное состояние с обеспечением вывоза в ХОЯТ для долговременного хранения.

4 реактора ЭГП-6, согласно проекту, должны быть окончательно остановлены в 2004 г. (если не будет реализован вариант продления их эксплуатации, который сейчас обсуждается). Общая масса ОЯТ составляет 164 тонны (4600 ОТВС), негерметичных и дефектных ОТВС нет. Из имеющихся трех бассейнов два уже заполнены и переведены на сухое хранение топлива. Рассматривается возможность и целесообразность вывоза ОЯТ ЭГП в федеральное хранилище.

ОЯТ реакторов АПЛ, АЛ, НК, стендов-прототипов судовых и космических ЯЭУ

На начало 2002г. накоплено около 70 т ОЯТ транспортных ЯЭУ (с учетом дефектных сборок). Суммарная активность накопленного ОЯТ оценивается величиной 0,2 млрд. кюри. Из состава ВМФ выведено значительное число АПЛ, большая часть из которых находится на плаву с невыгруженными из реактора активными зонами. С 2002 г. ежегодная выгрузка ОЯТ из эксплуатируемых и выведенных из эксплуатации транспортных установок составит 15-20 тонн в год. Объем ОЯТ реакторов АЛ и НК составляет до 3% от количества ОЯТ АПЛ.

ОЯТ транспортных ЯЭУ направляется на ПО "Маяк" для радиохимической переработки. Дефектное топливо также планируется перерабатывать с предварительным размещением в пеналах. Имеется ОЯТ с топливной композицией U-Zr и U-Be, которое в настоящее время не подлежит приему на РТ-1 из-за отсутствия технологической линии по его переработке. В ближайшей перспективе (до 2007г.) необходимо принять решение о переработке ОЯТ с указанными композициями при реконструкции завода РТ-1. В России действуют 2 стенда-прототипа судовых ЯЭУ. ОЯТ стендов-прототипов хранится в БВ в количестве нескольких тонн. В России действовали 3 стенда-прототипа космических ЯЭУ; ОЯТ в количестве 500 кг хранится в сухих хранилищах стендов. Необходимо в ближайшей перспективе решить вопрос переработки этого типа ОЯТ.

ОЯТ исследовательских реакторов (ИР)

В России имеется 33 ИР, из которых действуют 18, на реконструкции 2, остальные выведены из эксплуатации; кроме того, существует несколько десятков критических и подкритических сборок. В последние годы ОЯТ как накапливалось во временных хранилищах исследовательских центров, так и перерабатывалось.

Вследствие большого разнообразия конструкций ТВЭЛ и ОТВС, различий топливных композиций и конструкционных материалов, для ОЯТ каждого ИР, КС и ПКС в срок до 2005 г. должно быть принято решение о выборе технологии переработки, долговременного хранения или захоронения.

Отработанные ПЭЛ в составе ОТВС

Отработанные ПЭЛ, входящие в состав ОТВС, хранятся, транспортируются и перерабатываются вместе с ОТВС того же реактора.

ПЭЛ, входящие в состав ОТВС реакторов ВВЭР-1000, подлежат переработке отдельно от ОТВС.

Приложение 2.

Стоимость актинидов и редких металлов, содержащихся в ОЯТ.

Приводимые ниже расчеты могут быть только ориентировочными по следующей основной причине – широкое промышленное использование методов полного извлечения металлического вторичного сырья из ОЯТ в любом случае начнется нескоро. Повышение эффективности, автоматизация и роботизация этих процессов могут существенно повлиять на стоимость основных операций. Может, как мы надеемся, повыситься и общественная приемлемость ядерных технологий, и в какой-то мере отпадут искусственные препоны, неоправданно повышающие стоимость. Могут существенно измениться цены на все энергетическое сырье – как органическое топливо, так и природный уран. Поэтому воспринимать приводимые ниже цифры можно только как прикидки.

Уран. Для получения урана с обогащением 1,2 % нужно затратить примерно 2 кг естественного урана и 1 ЕРР (единицу работы разделения). При стоимости естественного урана $ 30/кг и работы разделения $ 80/ЕРР это дает $ 140 за килограмм урана, экстрагированного из ОЯТ.

Плутоний. Оценить стоимость плутония по его энергетической ценности можно следующим образом. Ри-239 по топливным качествам не хуже U-235. Плутония, содержащегося в одной тонне ОЯТ, достаточно для изготовления примерно 150 кг смешанного уран-плутониевого топлива ВВЭР (МОКС-топлива) стандартного обогащения для замены уранового топлива. Цена килограмма урана с обогащением 4,4% складывается из цены 8 кг естественного урана (при обогащении отвального урана 0,2%) и 7,5 ЕРР. При ценах, использованных в предыдущем пункте, это дает $840/кг. Таким образом, урановая смесь такого же энергосодержания, как 150 кг МОХ, стоит $ 126000. Если предположить, что изготовление МОХ-топлива примерно на $ 300/кг дороже, чем уранового, то из полученной цены за 150 кг надо вычесть $ 45000. В итоге получается экономический эффект примерно $ 80 000 на тонну ОЯТ.

Платиноиды. Рыночная стоимость металлов платиновой группы испытывает значительные колебания. По данным последнего времени можно принять следующие цифры: рутений - $ 8/г; родий - $ 9/г; палладий - $ 12/г.

С учетом всего вышеизложенного можно принять оценку полной стоимости вторичных материалов, содержащихся в ОЯТ и допускающих регенерацию, приведенную в итоговой табл.3. Приведены удельные цифры на тонну тяжелого металла ОЯТ и полные в пересчете на 20 тыс. т ОЯТ. Вторичный цирконий не учтен, поскольку трудно оценить затраты на обращение с ним, и вклад его в итоговую сумму относительно невелик.

Таблица 1. Оценка стоимости вторичных материалов, содержащихся в ОЯТ и допускающих регенерацию.

Материал Масса на тонну ОЯТ, кг Цена, $/кг материала Цена, $ на ОЯТ тонну
Уран 950 140 133 000
Плутоний 10 8000 80000
Рутений 2,6 8000 20800
Родий 0,5 9000 4500
Палладий 1,6 12000 19200
ИТОГО 257 500

Прямой и убедительной демонстрацией экономических возможностей ОЯТ явился эксперимент в ГНЦ РФ "Научно-исследовательский институт атомных реакторов" (Димитровград). Твэлы из ОЯТ реакторов ВВЭР были поставлены на дополнительное облучение в петлю исследовательского реактора "МИР". В результате с них была снята энергия порядка 10 МВт суток/кг. При цене электроэнергии два цента за киловаттчас это соответствует пяти тысячам долларов на кг ОЯТ. Масштабный канадско-южнокорейский проект DUPIC предусматривает прямое использование ОЯТ ВВЭР (без переработки) в качестве свежего топлива тяжеловодных реакторов примерно с таким же дополнительным энерговыделением.

Материалы предоставлены
Управлением по взаимодействию с органами государственной власти
и информационной политике Минатома России (10 июля 2003 г.)

 

Ещё статьи:
Комментарии:
Нет комментариев

Оставить комментарий
Ваше имя
Комментарий
Код защиты

Copyright 2009-2015
При копировании материалов,
ссылка на сайт обязательна