Физик ЮУрГУ объяснил, как будет работать Южно-Уральская атомная станция

Правительство РФ утвердило генеральную схему размещения объектов электроэнергетики. В 2038 году на севере Челябинской области планируется запустить первый блок атомной электростанции мощностью 1255 МВт (всего таких блоков планируется 2). Энергоблоки будут работать на быстрых нейтронах, подобная технология в России используется всего на одной АЭС – Белоярской. Начинать ли нам тревожиться, или, наоборот, успокоиться и закрыть «ядерный вопрос» раз и навсегда? Обсудили тему со старшим научным сотрудником лаборатории сенсорики, доцентом кафедры «Оптоинформатика» ЮУрГУ, кандидатом физико-математических наук Александром Герасимовым.

– Александр Михайлович, как вы считаете, изменилось ли отношение российского общества к атомной энергетике за последние 20 лет?

– С точки зрения старшего поколения синонимом атомной энергетики является слово «Чернобыль». На слуху и другое серьезное событие – авария на Фукусиме 2011 года. Это тоже подогрело негативную реакцию населения не только нашего, но и по всему миру.

Хотя, когда я задался целью и стал изучать вопрос – сколько было вообще ядерных инцидентов за время освоения этого вида энергии – оказалось, что их было не так много. МАГАТЭ выделяет 7 классов различных инцидентов, и самых серьезных аварий седьмого класса за 80 с лишним лет было всего две: это Фукусима и Чернобыль. Шестого класса была авария на Маяке, всем известная. А остальные инциденты с меньшими последствиями и, соответственно, меньшим классом опасности – 5, 4, 3, 2 и 1 – их всего около 20. Обращу внимание: всех реакторов, всех типов, которые плавали под водой, стояли на земле, летали в космос – всего около 20 эпизодов.

– А сколько сейчас в мире действующих атомных объектов?

– На данный момент в мире работает около двухсот АЭС и около 450 энергоблоков. За всю историю их было создано несколько тысяч штук, сюда входят и экспериментальные реакторы, которые функционировали в рамках университетов. Часть из них были разработаны как экспериментальные, часть оказалась неудачными и долго не проработали.

Лидерами по количеству реакторов являются США, Франция, Япония и Китай. Сейчас активно строится Китай и Индия, они промышленно активно развиваются, им все больше и больше энергии нужно. А вот Франции, которая в иные годы боле чем на 70% обеспечивала себя энергией за счет АЭС, наоборот энергоблоки в последнее время закрывает. В лидерах также Южная Корея и Россия. Южная Корея даже является, наверное, лидером по концентрации АЭС на душу населения.

– Сколько работающих атомных энергоблоков в России?

– Работающих атомных электростанций – 11, в среднем на каждой по два-три энергоблока. Росатом активно строит АЭС по всему миру, это, вообще говоря, лидер сейчас в мире. Мы строим в Турции, в Индии, Китае география очень широкая. Это одна из самых наукоемких и передовых отраслей строительства, которую можно сейчас в мире выделить.

– Атомная энергетика бурно развивается, а как решается проблема отработанного ядерного топлива? До сих пор у нас его закапывали и бетонировали. Продвинулась ли наука в этом вопросе?

– Конечно. Причем, тут мы опять-таки на передовом крае. И то, что у нас закапывали отработанное ядерное топливо в 90-е и 2000-е годы, сейчас можно обратить не в минус, а в плюс. Потому что Росатом является передовым разработчиком реакторов на быстрых нейтронах. Реактор на быстрых нейтронах – это часть так называемого замкнутого цикла отработки ядерного топлива.

Дело в том, что традиционные реакторы на тепловых нейтронах перерабатывали обогащенный уран, и результатом этой переработки был обедненный уран, в котором содержание нужного, скажем так, электростанции изотопа урана-235 было меньше, чем в природном уране, который, собственно, обогащали для этих электростанций.

И вот ввиду того, что там этого урана слишком мало, там в три раза меньше, чем в природной руде, их просто складировали, бетонировали.

Благодаря реакторам на быстрых нейтронах можно добиться того, что уран-238, который в подавляющем количестве содержится в урановой руде, и который не пригоден к реакторам предыдущего поколения на тепловых нейтронах, можно использовать как заготовку для ядерного топлива электростанций третьего вида, которые работают на плутонии-239.

Дело в том, что уран-238 при облучении нейтронами, которые есть в реакторе, эти нейтроны захватывает, трансмутирует в плутоний-239, который уже является топливом для другого класса электростанций. Соответственно, если рядом мы построим электростанцию на медленных тепловых нейтронах, которая работает на уране-235, электростанцию на быстрых нейтронах и третий энергоблок построим, который использует плутоний-239 как ядерное топливо, то мы с вами получаем цикл, который практически не производит никакого топлива, которое нужно было бы куда-то увозить и хоронить. Весь вопрос только в количестве и в том, чтобы подобрать соответствующие мощности этих трёх объектов, чтобы они друг друга кормили, грубо говоря.

– А вот Челябинская станция, которую будут строить к 2050 году, она как раз в эту цепочку вписывается?

– Пока эта схема реализована в единственном экземпляре в Сибири под Томском (Проект БРЕСТ замкнутого цикла). У нас будет построено два энергоблока на быстрых нейтронах. И топливо, которое захоранивалось на ПО «Маяк» годами, можно будет использовать для производства плутония на этом самом объекте. Собственно, расположение будущего объекта неслучайно - в поселке Метлино под Озерском, там же где и «МАЯК».

В 90-е, в начале 2000-х к нам шли поезда из Франции, люди протестовали, перекрывали железную дорогу, чтобы поезд с ядерными отходами не мог попасть. Сейчас часть этих захоронений может будет пустить в дело. Конечно, загружаться будет в основном отработанное топливо с других электростанций, которые сейчас активно функционируют, возможно, пойдет в дело и то, что уже пролежало какое-то время в земле. Это, на самом деле, характерно не только для ядерной техники. Во многом металлургия так работает. Веками складировали отходы, а потом технология развилась и выяснилось, что отходы – это, на самом деле еще богатая рудой порода, которую можно переработать, повторно извлечь.

– С точки зрения науки, чем может быть опасна атомная станция?

– Прежде чем ответить на этот вопрос, я еще раз напомню, что на атомных электростанциях по всему миру за всю историю, за 80 лет, было только два серьезных инцидента, которые классифицируются как авария высшей степени тяжести. Одна из которых произошла не по человеческой инициативе. Если авария на Чернобыльской АЭС полностью техногенная, то авария на Фукусиме вызвана землетрясением и цунами. Да, просчеты были в проектировке, в том, что дамба защитная не была рассчитана на волну цунами такой высоты, которая пришла в Японию. Но все-таки первой причиной была не человеческая халатность, а природное явление. Естественно, никто не застрахован, естественно, опасность всегда есть.

И в этой связи я всегда вспоминаю статистику в плане опасности транспортных средств. Самолет – это самое безопасное транспортное средство. Проблема в том, что когда самолет падает, то в подавляющем числе случаев погибают все люди, которые находятся на борту: экипаж, стюарды и пассажиры. С атомной электростанцией такая же история. Аварии редкие, крайне редкие, но последствия, как правило, могут быть долгоиграющими, тяжелыми. Помимо сиюминутного теплового взрыва, сопровождающегося скачком температуры и давления, и возможной гибелью персонала, также происходит выброс радиоактивного излучения, радиоактивной пыли, которая постепенно оседает и в зависимости от направления ветров разносится на большую территорию, попадает в почву и воду.

В Европе след от Чернобыльской аварии распространяется на Украину, Россию, Белоруссию, Польшу. У нас в области есть Восточно-Уральский радиоактивный след, он от Озерска идет на север в сторону Свердловской области, часть земель заражена в Челябинской и Свердловской областях, эти земли были изъяты из сельскохозяйственного оборота.

– В чем главное преимущество атомной энергетики?

– Небольшой поселок Метлино, где планируется строить Южно-Уральскую атомную электростанцию, получит большой импульс в развитии. Там появятся специалисты высокого класса, там появятся рабочие места, начиная от строительных разнорабочих, которые будут месить бетон и таскать песок, заканчивая должностями, на которых будут работать выпускники нашего вуза, например, аэрокосмического, архитектурно-строительного, и других направлений. Соответственно, подтянутся специалисты из соседнего Снежинска, там будет наукоград в миниатюре, потому что атомная электростанция невозможна без нескольких тысяч высококвалифицированных рабочих кадров.

Это преимущество долгоиграющее, и экономическое, и социальное, и так далее. Второе: дешёвая электроэнергия. Челябинск – регион, бедный гидрологическими ресурсами в плане электроэнергии. Мощную водную электростанцию на реке мы построить не можем ввиду отсутствия таковой реки (Миасс далеко не Енисей). Основная генерация электроэнергии в Челябинске – это наши четыре теплоэлектроцентрали ТЭЦ-1, ТЭЦ-2, ТЭЦ-3, ТЭЦ-4. Одна из них полностью угольная, три смешанные, угольно-газовые. И угольная часть является самой экологически вредной. Она по последствиям гораздо сильнее наносит вред человечеству, чем атомная электростанция.

Газовые турбины более экологичны в плане выбросов, но газа на Урале нет, его надо транспортировать по трубе. Трубу эту надо тянуть из Ямала, откуда-то из Ханты-Мансийского автономного округа, путь не близкий. Нефти у нас на Урале тоже нет. Так или иначе, любое сырье, на котором работают эти ТЭЦ - привозное.

А для того, чтобы на 50 лет загрузить атомную электростанцию, нужно привезти один раз вагон урана. Атомная электростанция в год тратит примерно тонну топлива, то есть обогащенного урана. Если сравнить с угольной станцией, то в 2 миллиона раз больше угля потребуется ТЭЦ для того, чтобы выработать такое же количество электроэнергии.

– А если наша атомная станция будет построена, то значит ли это, что эти четыре коптящих ТЭЦ прикроют, и у нас будет немного чище воздух в Челябинске?

– Я прикидывал, все четыре ТЭЦ, которые у нас работают, вырабатывают электроэнергии примерно столько же, сколько будут вырабатывать два энергоблока АЭС, когда их построят.

– Александр Михайлович, насколько продвинулась наука в изучении атомной энергии, и какие есть достижения? Может, какие-то такие факты интересные приведете?

– Да, я бы привел бы два примера. Росатом начал строительство плавучих электростанций. Первая такая атомная электростанция выполняет функцию резерва на Чукотке. В труднодоступных местах она может закрыть вопрос снабжения электроэнергией. Эти технологии пригодятся при освоении нашего Северного морского пути в ближайшее время. На мой взгляд, это «тактическое энергетическое оружие». Если есть где-то прибрежный регион, в котором проблема, то можно подогнать туда эту плавучую платформу и начать снабжать город или порт электроэнергией.

Второе важное направление, которое сейчас активно разрабатывается – развитие атомной энергетики малого класса в космосе. Но это совсем другая история, и мы поговорим о ней в следующий раз.