Атомная энергетика

«Атомная энергия» перенаправляется сюда. Чтобы узнать о фильме, см. «Атомная энергия» (фильм) .

Чтобы узнать о странах, обладающих силой или способностью создавать ядерное оружие, см. Список государств, обладающих ядерным оружием .

в Атомная электростанция Лейбштадт Швейцарии.

Рост мирового производства атомной энергии

Ядерная энергетика – это использование ядерных реакций для производства электроэнергии . Ядерную энергию можно получить в результате ядерного деления , ядерного распада и ядерного синтеза реакций подавляющее большинство электроэнергии на атомной энергетике производится путем ядерного деления урана . В настоящее время и плутония на атомных электростанциях . Процессы ядерного распада используются в нишевых приложениях, таких как радиоизотопные термоэлектрические генераторы в некоторых космических зондах, таких как «Вояджер-2» . Производство электроэнергии за счет термоядерной энергии остается в центре внимания международных исследований.

На большинстве АЭС используются тепловые реакторы с обогащенным ураном в прямоточном топливном цикле . Топливо удаляется, когда процент атомов, поглощающих нейтроны, становится настолько большим, что цепная реакция больше не может поддерживаться, обычно через три года. Затем его охлаждают в течение нескольких лет в бассейнах отработавшего топлива на территории площадки , а затем перемещают на долговременное хранение. Отработанное топливо, хотя и небольшое по объему, представляет собой высокоактивные отходы . Хотя его радиоактивность снижается в геометрической прогрессии, его необходимо изолировать от биосферы на сотни тысяч лет, хотя новые технологии (например, быстрые реакторы ) могут значительно снизить это. Поскольку отработавшее топливо по-прежнему в основном представляет собой расщепляющийся материал, некоторые страны (например, Франция и Россия ) перерабатывают свое отработавшее топливо путем извлечения делящихся и воспроизводящих элементов для изготовления нового топлива, хотя этот процесс дороже, чем производство нового топлива из добытого урана . Все реакторы выделяют некоторое количество плутония-239 , который содержится в отработавшем топливе, и поскольку Pu-239 является предпочтительным материалом для ядерного оружия , переработка рассматривается как риск распространения оружия .

Первая атомная электростанция была построена в 1950-х годах. Глобальная установленная ядерная мощность выросла до 100   ГВт в конце 1970-х годов, а затем увеличилась в 1980-е годы, достигнув 300   ГВт к 1990 году. Авария на Три-Майл-Айленде в 1979 году в США и Чернобыльская катастрофа 1986 года в Советском Союзе привели к ужесточению регулирования. и общественная оппозиция атомным электростанциям. Эти факторы, наряду с высокой стоимостью строительства, привели к тому, что к 2022 году мировая установленная мощность увеличится   390 до только ГВт . второй по величине низкоуглеродный источник энергии после гидроэлектроэнергии . По состоянию на август 2023 г. насчитывается в мире 410 гражданских реакторов деления общей мощностью 369   ГВт, 57 строятся и 102 планируются, общей мощностью 59   ГВт и 96   ГВт соответственно. Соединенные Штаты обладают крупнейшим парком ядерных реакторов, производящих почти 800   ТВтч низкоуглеродной электроэнергии в год при среднем коэффициенте мощности 92%. Средний мировой коэффициент мощности составляет 89%. Большинство новых строящихся реакторов относятся к реакторам третьего поколения в Азии.

Сторонники утверждают, что ядерная энергетика является безопасным и устойчивым источником энергии, который снижает выбросы углекислого газа . Это связано с тем, что производство ядерной энергии вызывает один из самых низких уровней смертности на единицу произведенной энергии по сравнению с другими источниками энергии. Уголь , нефть , природный газ и гидроэлектроэнергия стали причиной большего количества смертей на единицу энергии из-за загрязнения воздуха и несчастных случаев . Атомные электростанции также не выделяют парниковых газов и приводят к меньшим выбросам углерода в течение жизненного цикла, чем обычные «возобновляемые источники энергии». Радиационная опасность, связанная с ядерной энергетикой, является основной мотивацией антиядерного движения , которое утверждает, что ядерная энергетика представляет множество угроз для людей и окружающей среды, ссылаясь на возможность таких аварий, как ядерная катастрофа на Фукусиме в Японии в 2011 году, и слишком дорого/медленно в развертывании по сравнению с альтернативными устойчивыми источниками энергии.

История

Основная статья: История атомной энергетики

Происхождение

Первые лампочки, когда-либо зажженные электричеством, вырабатываемым ядерной энергией на EBR-1 в Аргоннской национальной лаборатории , Запад, 20 декабря 1951 года.

Открытие ядерного деления произошло в 1938 году после более чем четырех десятилетий работы в области науки о радиоактивности и разработки новой ядерной физики , описывающей компоненты атомов . Вскоре после открытия процесса деления стало понятно, что делящееся ядро ​​может вызывать дальнейшие деления ядер, вызывая тем самым самоподдерживающуюся цепную реакцию. Как только это было экспериментально подтверждено в 1939 году, ученые многих стран обратились к своим правительствам с петициями о поддержке исследований ядерного деления, как раз на пороге Второй мировой войны , для разработки ядерного оружия .

В Соединенных Штатах эти исследовательские усилия привели к созданию первого искусственного ядерного реактора « Чикаго Пайл-1» под стадионом Стэгг Филд в Чикагском университете , который достиг критичности 2 декабря 1942 года. Разработка реактора была завершена. часть Манхэттенского проекта — усилий союзников по созданию атомной бомбы во время Второй мировой войны. Это привело к строительству более крупных одноцелевых производственных реакторов для производства оружейного плутония для использования в первом ядерном оружии. Соединенные Штаты испытали первое ядерное оружие в июле 1945 года, испытание «Тринити» , а атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки месяц спустя произошли .

Церемония спуска на воду военного корабля США «Наутилус» , январь 1954 года. В 1958 году он станет первым судном, достигшим Северного полюса .

в Атомная электростанция Колдер-Холл Великобритании, первая в мире коммерческая атомная электростанция.

Несмотря на военный характер первых ядерных устройств, 1940-е и 1950-е годы характеризовались сильным оптимизмом в отношении потенциала ядерной энергетики для обеспечения дешевой и бесконечной энергии. Электричество было впервые получено с помощью ядерного реактора 20 декабря 1951 года на EBR-I экспериментальной станции недалеко от Арко, штат Айдахо , который первоначально выдавал около 100   кВт . В 1953 году американский президент Дуайт Эйзенхауэр произнес свою речь « Атом для мира » в Организации Объединенных Наций , подчеркнув необходимость быстрого развития «мирного» использования ядерной энергии. За этим последовал Закон об атомной энергии 1954 года , который позволил быстро рассекретить реакторную технологию США и стимулировал развитие частного сектора.

Первое производство электроэнергии

Первой организацией, которая начала практическое развитие ядерной энергетики, был ВМС США с реактором S1W, предназначенным для приведения в движение подводных лодок и авианосцев . Первая атомная подводная лодка « Наутилус » вышла в море в январе 1954 года. Реактор S1W представлял собой реактор с водой под давлением . Эта конструкция была выбрана потому, что она была проще, компактнее и проще в эксплуатации по сравнению с альтернативными конструкциями и, следовательно, более подходила для использования на подводных лодках. Это решение приведет к тому, что PWR станет предпочтительным реактором также для производства электроэнергии, что окажет долгосрочное влияние на гражданский рынок электроэнергии в ближайшие годы.

27 июня 1954 года Обнинская атомная электростанция в СССР стала первой в мире атомной электростанцией, производящей электроэнергию для энергосистемы , производя около 5 мегаватт электроэнергии. Первая в мире коммерческая атомная электростанция Колдер-Холл в Виндскейле, Англия, была подключена к национальной энергосистеме 27 августа 1956 года. Как и ряд других реакторов поколения I , эта станция преследовала двойную цель: производство электроэнергии и плутония-239. последний - для зарождающейся программы создания ядерного оружия в Великобритании .

Расширение и первое противостояние

Общая мировая установленная ядерная мощность первоначально росла относительно быстро: с менее чем 1 гигаватта (ГВт) в 1960 году до 100   ГВт в конце 1970-х годов. В 1970-е и 1980-е годы растущие экономические издержки (связанные с увеличением сроков строительства, в основном из-за изменений в законодательстве и судебных разбирательств групп давления) а падение цен на ископаемое топливо сделало строившиеся тогда атомные электростанции менее привлекательными. В 1980-х годах в США и 1990-х годах в Европе из-за плоского роста электросетей и либерализации электроэнергетики добавление новых крупных генераторов энергии с базовой нагрузкой стало экономически непривлекательным.

оказал Нефтяной кризис 1973 года значительное влияние на такие страны, как Франция и Япония , которые в большей степени полагались на нефть для производства электроэнергии, чтобы инвестировать в атомную энергетику. Франция построит 25 атомных электростанций в течение следующих 15 лет. а по состоянию на 2019 год 71% электроэнергии во Франции было произведено с помощью атомной энергии, что является самым высоким процентом среди всех стран мира.

Некоторая местная оппозиция ядерной энергетике возникла в Соединенных Штатах в начале 1960-х годов. В конце 1960-х годов некоторые члены научного сообщества начали выражать резкую обеспокоенность. Эти антиядерные проблемы связаны с ядерными авариями , распространением ядерного оружия , ядерным терроризмом и захоронением радиоактивных отходов . В начале 1970-х годов прошли крупные протесты по поводу строительства атомной электростанции в Виле , Германия. Проект был отменен в 1975 году. Антиядерный успех в Уиле вдохновил сопротивление ядерной энергетике в других частях Европы и Северной Америки.

К середине 1970-х годов антиядерная активность приобрела более широкую привлекательность и влияние, и ядерная энергетика стала предметом серьезного общественного протеста. В некоторых странах ядерно-энергетический конфликт «достиг беспрецедентной интенсивности в истории технологических противоречий». Возросшая враждебность общества к атомной энергетике привела к более длительному процессу получения лицензий, большему количеству правил и ужесточению требований к оборудованию для обеспечения безопасности, что сделало новое строительство намного дороже. В Соединенных Штатах более 120 предложений по легководным реакторам были в конечном итоге отменены. а строительство новых реакторов остановилось. Авария 1979 года на Три-Майл-Айленде, без человеческих жертв, сыграла важную роль в сокращении количества новых заводов во многих странах.

Чернобыль и Возрождение

Город Припять - Чернобыльская АЭС и арка Нового безопасного конфайнмента Чернобыльской АЭС. , заброшенный с 1986 года, вдалеке

Олкилуото 3 строится в 2009 году. Это был первый реактор EPR , модернизированной конструкции PWR, строительство которого началось.

В 1980-е годы в среднем каждые 17 дней запускался один новый ядерный реактор. К концу десятилетия мировая установленная ядерная мощность достигла 300   ГВт. С конца 1980-х годов прирост новых мощностей значительно замедлился: в 2005 году установленная атомная мощность достигла 366   ГВт.

1986 года Чернобыльская катастрофа в СССР , связанная с реактором РБМК , изменила развитие атомной энергетики и привела к большему вниманию к соблюдению международных стандартов безопасности и регулирования. Это считается самой страшной ядерной катастрофой в истории как по общему количеству жертв (56 прямых смертей), так и в финансовом отношении (ликвидация последствий аварии), стоимость которой оценивается в 18   миллиардов   рублей (68 миллиардов долларов США   в 2019 году с поправкой на инфляцию). Международная организация по повышению осведомленности о безопасности и профессиональному развитию операторов ядерных установок, Всемирная ассоциация операторов атомной энергетики (ВАО АЭС), была создана в результате чернобыльской аварии 1986 года. Чернобыльская катастрофа сыграла большую роль в сокращении количества новых строек АЭС в последующие годы. Под влиянием этих событий Италия проголосовала против ядерной энергетики на референдуме 1987 года. став первой страной, которая полностью отказалась от атомной энергетики в 1990 году.

В начале 2000-х годов атомную энергетику ожидал ядерный ренессанс , увеличение строительства новых реакторов из-за опасений по поводу выбросов углекислого газа . В этот период началось строительство новых реакторов III поколения , таких как EPR .

• 
  Чистое производство электроэнергии по источникам и рост с 1980 года. Что касается энергии, произведенной в период с 1980 по 2010 год, вклад ядерного деления рос быстрее всего.
• 
  Производство электроэнергии во Франции , демонстрирующее переход к атомной энергетике.

    термоископаемое

    гидроэлектростанция

    ядерный

    Другие возобновляемые источники энергии
• 
  В конце 1980-х годов темпы строительства новых реакторов практически остановились. Увеличение коэффициента мощности существующих реакторов было главным образом ответственным за продолжающееся увеличение производства электроэнергии в этот период.
• 
  Тенденции производства электроэнергии в ведущих странах-производителях (Наш мир в данных)

Фукусима, Япония

Производство атомной энергии (ТВтч) и действующие ядерные реакторы с 1997 г.

Перспективы ядерного ренессанса были отложены еще одной ядерной аварией. в 2011 году Авария на АЭС Фукусима-1 была вызвана землетрясением и цунами Тохоку , одним из крупнейших землетрясений, когда-либо зарегистрированных. На АЭС Фукусима-1 произошло три аварии активной зоны из-за отказа системы аварийного охлаждения из-за отсутствия электроснабжения. Это привело к самой серьезной ядерной аварии со времен Чернобыльской катастрофы.

Авария вызвала пересмотр политики ядерной безопасности и ядерной энергетики во многих странах. Германия одобрила планы закрыть все свои реакторы к 2022 году, а многие другие страны пересмотрели свои ядерно-энергетические программы. После катастрофы Япония остановила все свои атомные реакторы, некоторые из них навсегда, а в 2015 году начала постепенный процесс перезапуска оставшихся 40 реакторов после проверок безопасности и на основе пересмотренных критериев эксплуатации и одобрения общественности.

В 2022 году правительство Японии под руководством премьер-министра Фумио Кисиды заявило, что после катастрофы 2011 года должны быть вновь открыты еще 10 атомных электростанций. Кисида также выступает за исследования и строительство новых, более безопасных атомных электростанций, чтобы защитить японских потребителей от колебаний цен на рынке ископаемого топлива и сократить выбросы парниковых газов в Японии. Кисида намерен сделать Японию важным экспортером ядерной энергии и технологий в развивающиеся страны мира.

Текущие перспективы

К 2015 году перспективы МАГАТЭ в области ядерной энергетики стали более многообещающими, поскольку было признано значение низкоуглеродной генерации для смягчения последствий изменения климата . По состоянию на 2015 год Глобальная тенденция заключалась в том, что ввод в эксплуатацию новых атомных электростанций уравновешивался количеством выводимых из эксплуатации старых АЭС. В 2016 году Управление энергетической информации США прогнозировало в своем «базовом сценарии», что мировое производство ядерной энергии увеличится с 2344 тераватт-часов (ТВтч) в 2012 году до 4500   ТВтч в 2040 году. Ожидалось, что большая часть прогнозируемого увеличения произойдет в Азии. По состоянию на 2018 год планировалось построить более 150 ядерных реакторов, в том числе 50 строящихся. В январе 2019 года в Китае действовало 45 реакторов, 13 строилось и планировалось построить еще 43, что сделало бы страну крупнейшим в мире производителем ядерной электроэнергии. Сообщается, что по состоянию на 2021 год в стадии строительства находится 17 реакторов. Китай построил значительно меньше реакторов, чем первоначально планировалось. В 2019 году доля электроэнергии, полученной за счет атомной энергетики, составила 5%. наблюдатели предупреждают, что, наряду с рисками, меняющаяся экономика производства энергии может привести к тому, что новые атомные электростанции «утратят смысл в мире, который склоняется к более дешевой и надежной возобновляемой энергии».

В октябре 2021 года кабинет министров Японии утвердил новый План производства электроэнергии до 2030 года, подготовленный Агентством природных ресурсов и энергетики (ANRE) и консультативным комитетом после консультаций с общественностью. Ядерная цель на 2030 год требует перезапуска еще десяти реакторов. Премьер-министр Фумио Кисида в июле 2022 года объявил, что стране следует рассмотреть возможность строительства современных реакторов и продления лицензий на эксплуатацию на срок более 60 лет.

По состоянию на 2022 год, когда мировые цены на нефть и газ будут расти, а Германия перезапустит свои угольные электростанции, чтобы справиться с потерей российского газа, который ей необходим для дополнения своего Energiewende , многие другие страны объявили об амбициозных планах по оживлению стареющих ядерных генерирующих мощностей за счет новых инвестиций. Президент Франции Эммануэль Макрон объявил о своем намерении построить шесть новых реакторов в ближайшие десятилетия, поставив атомную энергетику в центр стремления Франции к углеродной нейтральности к 2050 году. Между тем, в Соединенных Штатах Министерство энергетики в сотрудничестве с коммерческими организациями TerraPower и X-energy планирует построить к 2027 году два различных усовершенствованных ядерных реактора, а также планирует дальнейшие планы по внедрению ядерной энергии в свою долгосрочную зеленую энергетику и энергетику. цели безопасности.

Электростанции

Анимация реактора с водой под давлением работающего

Количество гражданских реакторов по производству электроэнергии по типам по состоянию на 2014 г.

  PWR   БВР   ГКЛ   военнопленный   КОРРУПЦИЯ   ФБР

Основные статьи: Атомная электростанция и Ядерный реактор

Смотрите также: Список коммерческих ядерных реакторов и Список атомных электростанций.

Атомные электростанции — это тепловые электростанции , которые вырабатывают электроэнергию, используя тепловую энергию, выделяющуюся в результате ядерного деления . Атомная электростанция деления обычно состоит из: ядерного реактора , в котором происходят ядерные реакции, выделяющие тепло; система охлаждения, отводящая тепло изнутри реактора; паровая турбина , преобразующая тепло в механическую энергию ; электрический генератор , преобразующий механическую энергию в электрическую.

Когда нейтрон попадает в ядро ​​атома урана-235 или плутония , он может разделить ядро ​​на два меньших ядра, что представляет собой реакцию ядерного деления. Реакция высвобождает энергию и нейтроны. Высвободившиеся нейтроны могут поразить другие ядра урана или плутония, вызывая новые реакции деления, в результате которых выделяется больше энергии и больше нейтронов. Это называется цепной реакцией . В большинстве коммерческих реакторов скорость реакции сдерживается регулирующими стержнями , поглощающими лишние нейтроны. Управляемость ядерных реакторов зависит от того, что небольшая часть нейтронов, образующихся при делении, задерживается . Временная задержка между делением и высвобождением нейтронов замедляет изменения скорости реакции и дает время для перемещения стержней управления для регулировки скорости реакции.

Топливный цикл

Ядерный топливный цикл начинается, когда уран добывается, обогащается и перерабатывается в ядерное топливо (1), которое доставляется на атомную электростанцию . После использования отработавшее топливо доставляется на перерабатывающий завод (2) или в окончательное хранилище (3). При ядерной переработке 95% отработанного топлива потенциально может быть переработано и возвращено для использования на электростанции (4).

Основные статьи: Ядерный топливный цикл и Интегрированная информационная система ядерного топливного цикла

Жизненный цикл ядерного топлива начинается с добычи урана . Затем урановую руду преобразуют в компактную форму рудного концентрата , известную как желтый кек (U ₃ O ₈ ), для облегчения транспортировки. Реакторы деления обычно нуждаются в уране-235 , делящемся изотопе урана . Концентрация урана-235 в природном уране невелика (около 0,7%). Некоторые реакторы могут использовать этот природный уран в качестве топлива, в зависимости от их нейтронной экономики . Эти реакторы обычно имеют графитовые или тяжеловодные замедлители. Для легководных реакторов, наиболее распространенного типа реакторов, эта концентрация слишком мала, и ее необходимо увеличить с помощью процесса, называемого обогащением урана . В гражданских легководных реакторах уран обычно обогащают до 3,5–5% урана-235. Затем уран обычно преобразуют в оксид урана (UO ₂ ), керамику, которую затем спекают под давлением в топливные таблетки, стопка которых образует топливные стержни надлежащего состава и геометрии для конкретного реактора.

Через некоторое время в реакторе топливо будет иметь уменьшенное количество делящегося материала и увеличенное количество продуктов деления, пока его использование не станет нецелесообразным. На этом этапе отработавшее топливо будет перемещено в бассейн с отработанным топливом , который обеспечивает охлаждение теплового тепла и защиту от ионизирующего излучения. Через несколько месяцев или лет отработавшее топливо становится достаточно радиоактивно и термически холодным, чтобы его можно было переместить в сухие контейнеры для хранения или переработать.

Ресурсы урана

Основные статьи: Рынок урана , Добыча урана и Развитие энергетики § Ядерная энергия

Пропорции изотопов урана-238 (синий) и урана-235 (красный), обнаруженные в природном и обогащенном уране различного назначения. В легководных реакторах используется уран, обогащенный 3–5%, а в реакторах CANDU — природный уран.

Уран — довольно распространенный элемент в земной коре: он примерно так же распространен, как олово или германий , и примерно в 40 раз чаще, чем серебро . Уран присутствует в следовых концентрациях в большинстве горных пород, грязи и океанской воды, но, как правило, экономически выгодно извлекается только там, где он присутствует в относительно высоких концентрациях. Добыча урана может осуществляться подземным, открытым способом или с выщелачиванием на месте . Все большее число шахт с самой высокой производительностью приходится на удаленные подземные разработки, такие как урановый рудник МакАртур-Ривер в Канаде, на который приходится 13% мирового производства. По состоянию на 2011 год известных мировых ресурсов урана, экономически извлекаемых при произвольной предельной цене в 130 долларов США за кг, было достаточно, чтобы хватило на 70–100 лет. В 2007 году ОЭСР оценила 670 лет экономически извлекаемого урана в общих традиционных ресурсах и фосфатных рудах, исходя из текущих темпов использования.

Легководные реакторы относительно неэффективно используют ядерное топливо, в основном используя только очень редкий изотоп урана-235. Ядерная переработка может сделать эти отходы пригодными для повторного использования, а новые реакторы также обеспечивают более эффективное использование имеющихся ресурсов, чем старые. При чистом топливном цикле реактора на быстрых нейтронах с выгоранием всего урана и актинидов (которые в настоящее время составляют наиболее опасные вещества в ядерных отходах) общий запас урана в обычных ресурсах и фосфатной руды оценивается в 160 000 лет по цене 60–100 долларов США/кг. Однако переработка обходится дорого, возможно, опасна и может быть использована для производства ядерного оружия. Один анализ показал, что цены на уран могут вырасти на два порядка в период между 2035 и 2100 годами и что ближе к концу века может возникнуть дефицит. Исследование, проведенное в 2017 году исследователями из Массачусетского технологического института и WHOI, показало, что «при нынешних темпах потребления мировые традиционные запасы земного урана (примерно 7,6 миллиона тонн) могут быть истощены чуть более чем через столетие». Ограниченные поставки урана-235 могут препятствовать существенному расширению нынешних ядерных технологий. Хотя изучаются различные способы снижения зависимости от таких ресурсов, Считается, что новые ядерные технологии не могут быть доступны вовремя для целей смягчения последствий изменения климата или конкуренции с альтернативами возобновляемых источников энергии, а также являются более дорогими и требуют дорогостоящих исследований и разработок. Исследование показало, что нет уверенности в том, что выявленные ресурсы будут освоены достаточно быстро, чтобы обеспечить бесперебойные поставки топлива на расширяющиеся ядерные объекты. а различные формы добычи полезных ископаемых могут быть оспорены экологическими барьерами, затратами и требованиями к земле. Исследователи также сообщают о значительной импортозависимости ядерной энергетики.

Существуют также нетрадиционные ресурсы урана. Уран естественным образом присутствует в морской воде в концентрации около 3 микрограммов на литр. при этом 4,4 миллиарда тонн урана считаются присутствующими в морской воде в любой момент времени. В 2014 году было высказано предположение, что производство ядерного топлива из морской воды будет экономически конкурентоспособным, если этот процесс будет реализован в больших масштабах. Как и ископаемое топливо, в геологических временных масштабах уран, добываемый в промышленных масштабах из морской воды, будет пополняться как за счет речной эрозии горных пород, так и за счет естественного процесса растворения урана с поверхности дна океана, оба из которых поддерживают равновесие растворимости морской воды. концентрация на стабильном уровне. Некоторые комментаторы утверждают, что это усиливает аргументы в пользу того, что ядерную энергетику следует считать возобновляемой энергией .

Напрасно тратить

Основная статья: Ядерные отходы

Типичный состав топлива из диоксида урана до и примерно через три года в прямоточном ядерном топливном цикле LWR .

При нормальной работе атомных электростанций и объектов образуются радиоактивные отходы или ядерные отходы. Этот вид отходов также образуется при выводе из эксплуатации электростанций. Существует две широкие категории ядерных отходов: низкоактивные отходы и высокоактивные отходы. Первый имеет низкую радиоактивность и включает в себя загрязненные предметы, такие как одежда, которая представляет ограниченную угрозу. Высокоактивные отходы – это, главным образом, отработавшее топливо ядерных реакторов, которое очень радиоактивно и должно быть охлаждено, а затем безопасно захоронено или переработано.

Высокоактивные отходы

Основные статьи: Высокоактивные отходы и отработанное ядерное топливо.

Активность отработанного топлива UOx по сравнению с активностью природной урановой руды с течением времени

Суда-хранилища сухих контейнеров для хранения отработавших ядерных топливных сборок

Наиболее важным потоком отходов атомных энергетических реакторов является отработанное ядерное топливо , которое считается высокоактивными отходами . Для легководных реакторов (LWR) отработанное топливо обычно состоит из 95% урана, 4% продуктов деления и около 1% трансурановых актинидов (в основном плутония , нептуния и америция ). Продукты деления ответственны за основную часть кратковременной радиоактивности, тогда как плутоний и другие трансураны ответственны за основную часть долговременной радиоактивности.

Высокоактивные отходы (ВАО) должны храниться изолированно от биосферы с достаточной защитой, чтобы ограничить радиационное воздействие. После извлечения из реакторов отработанные топливные пучки хранятся в течение шести-десяти лет в бассейнах отработавшего топлива , которые обеспечивают охлаждение и защиту от радиации. После этого топливо достаточно остыло, чтобы его можно было безопасно переместить в сухие бочки . Радиоактивность со временем уменьшается по экспоненте, так что через 100 лет она уменьшится на 99,5%. Более интенсивно радиоактивные короткоживущие продукты деления (SLFP) распадаются на стабильные элементы примерно за 300 лет, а примерно через 100 000 лет отработанное топливо становится менее радиоактивным, чем природная урановая руда.

Обычно предлагаемые методы изоляции отходов LLFP от биосферы включают разделение и трансмутацию , обработка Synroc или глубокое геологическое хранение.

Реакторы на тепловых нейтронах , составляющие в настоящее время большую часть мирового парка, не могут сжигать реакторный плутоний , образующийся при работе реактора. Это ограничивает срок службы ядерного топлива несколькими годами. В некоторых странах, например в США, отработавшее топливо полностью классифицируется как ядерные отходы. В других странах, таких как Франция, его в основном перерабатывают для производства частично переработанного топлива, известного как смешанное оксидное топливо или МОКС . Для отработавшего топлива, не подвергающегося переработке, наиболее опасными изотопами являются среднеживущие трансурановые элементы , во главе которых стоит реакторный плутоний (период полураспада 24 000 лет). Некоторые предлагаемые конструкции реакторов, такие как встроенный быстрый реактор и реакторы на расплавах солей , могут использовать в качестве топлива плутоний и другие актиниды из отработавшего топлива легководных реакторов благодаря их деления быстрому спектру . Это предлагает потенциально более привлекательную альтернативу глубокому геологическому захоронению.

Ториевый топливный цикл приводит к образованию аналогичных продуктов деления, хотя и создает гораздо меньшую долю трансурановых элементов в результате захвата нейтронов внутри реактора. Отработанное ториевое топливо, хотя обращаться с ним сложнее, чем с отработанным урановым топливом, может представлять несколько меньший риск распространения.

Низкоактивные отходы

Основная статья: Низкоактивные отходы

Атомная промышленность также производит большой объем низкоактивных отходов с низкой радиоактивностью в виде загрязненных предметов, таких как одежда, ручные инструменты, смолы для очистки воды и (после вывода из эксплуатации) материалов, из которых построен сам реактор. Низкоактивные отходы можно хранить на месте до тех пор, пока уровень радиации не станет достаточно низким, чтобы их можно было утилизировать как обычные отходы, или их можно отправить на полигон низкоактивных отходов.

Отходы по сравнению с другими видами

См. Также: Радиоактивные отходы § Радиоактивный материал природного происхождения.

В странах с ядерной энергетикой радиоактивные отходы составляют менее 1% от общего количества промышленных токсичных отходов, большая часть которых остается опасной в течение длительного периода времени. В целом, ядерная энергетика производит гораздо меньше отходов по объему, чем электростанции, работающие на ископаемом топливе. В частности, угольные электростанции производят большое количество токсичной и умеренно радиоактивной золы в результате концентрации природных радиоактивных материалов в угле. В отчете Национальной лаборатории Ок-Риджа за 2008 год сделан вывод о том, что угольная энергетика фактически приводит к выбросу большего количества радиоактивности в окружающую среду, чем при эксплуатации атомной энергетики, и что эффективный эквивалент дозы для населения от радиации от угольных электростанций в 100 раз превышает эквивалент дозы от эксплуатации атомных электростанций. Хотя угольная зола гораздо менее радиоактивна по весу, чем отработанное ядерное топливо, угольная зола образуется в гораздо больших количествах на единицу произведенной энергии. Он также выбрасывается непосредственно в окружающую среду в виде летучей золы , тогда как атомные станции используют экранирование для защиты окружающей среды от радиоактивных материалов.

Объем ядерных отходов невелик по сравнению с производимой энергией. Например, на атомной электростанции Янки-Роу , которая за время эксплуатации выработала 44 миллиарда киловатт-часов электроэнергии, полный запас отработавшего топлива содержится в шестнадцати контейнерах. Подсчитано, что для производства пожизненного запаса энергии для человека при западном уровне жизни (приблизительно 3   ГВтч ) потребуется порядка банки из- под газировки низкообогащенного урана , что приведет к аналогичному объему отработанного топлива. генерируется.

Утилизация отходов

См. Также: Список технологий переработки радиоактивных отходов.

Контейнеры для ядерных отходов , созданные Соединенными Штатами во время холодной войны, хранятся под землей на экспериментальной установке по изоляции отходов (WIPP) в Нью-Мексико . Объект рассматривается как потенциальная демонстрация хранения отработавшего топлива гражданских реакторов.

После промежуточного хранения в бассейне отработанного топлива пучки отработанных тепловыделяющих сборок типичной атомной электростанции часто хранятся на площадке в резервуарах для хранения в сухих контейнерах. В настоящее время отходы в основном хранятся на отдельных реакторных площадках, и в более чем 430 местах по всему миру продолжают накапливаться радиоактивные материалы.

Утилизация ядерных отходов часто считается наиболее политически вызывающим разногласия аспектом жизненного цикла атомной электростанции. Отсутствие перемещения ядерных отходов в природных ядерных реакторах возрастом 2 миллиарда лет в Окло , Габон, называют «сегодняшним источником важной информации». Эксперты предполагают, что централизованные подземные хранилища, которые хорошо управляются, охраняются и контролируются, были бы огромным шагом вперед. Существует «международный консенсус о целесообразности хранения ядерных отходов в глубоких геологических хранилищах ». С появлением новых технологий другие методы, в том числе заглубление горизонтальных скважин в геологически неактивные зоны. были предложены и

Большая часть упаковки отходов, мелкомасштабная экспериментальная химическая переработка топлива и очистка радиофармацевтических препаратов проводятся в горячих камерах с дистанционным управлением .

Специально построенных подземных хранилищ высокоактивных отходов промышленного масштаба не существует. Однако в Финляндии хранилище отработавшего ядерного топлива Онкало по атомной электростанции Олкилуото состоянию на 2015 год строилось.

переработка

Основная статья: Ядерная переработка

См. также: Соглашение об управлении и утилизации плутония.

Большинство реакторов на тепловых нейтронах работают по прямоточному ядерному топливному циклу , главным образом из-за низкой цены на свежий уран. Однако многие реакторы также заправляются переработанными расщепляющимися материалами, которые остаются в отработавшем ядерном топливе. Наиболее распространенным расщепляющимся материалом, который перерабатывается, является плутоний реакторного качества (RGPu), извлекаемый из отработавшего топлива. Его смешивают с оксидом урана и перерабатывают в смешанное оксидное или МОКС-топливо . Поскольку тепловые LWR остаются наиболее распространенным реактором в мире, этот тип переработки является наиболее распространенным. Считается, что это повысит устойчивость ядерного топливного цикла, уменьшит привлекательность отработанного топлива для кражи и уменьшит объем высокоактивных ядерных отходов. Отработанное МОКС-топливо, как правило, не может быть переработано для использования в реакторах на тепловых нейтронах. Эта проблема не затрагивает реакторы на быстрых нейтронах , которые поэтому являются предпочтительными для достижения полного энергетического потенциала исходного урана.

Основным компонентом отработавшего топлива LWR является слабообогащенный уран . Его можно переработать в переработанный уран (RepU), который можно использовать в быстром реакторе, использовать непосредственно в качестве топлива в реакторах CANDU или повторно обогатить для другого цикла через LWR. Повторное обогащение переработанного урана распространено во Франции и России. Переработанный уран также безопаснее с точки зрения потенциала ядерного распространения.

Переработка потенциально может восстановить до 95% уранового и плутониевого топлива в отработавшем ядерном топливе, а также снизить долговременную радиоактивность оставшихся отходов. Однако переработка вызывает политические споры из-за возможности ядерного распространения и различных представлений о повышении уязвимости перед ядерным терроризмом . Переработка также приводит к более высокой стоимости топлива по сравнению с прямоточным топливным циклом. Хотя переработка уменьшает объем высокоактивных отходов, она не уменьшает количество продуктов деления , которые являются основными причинами остаточного тепловыделения и радиоактивности в течение первых нескольких столетий вне реактора. Таким образом, переработанные отходы по-прежнему требуют почти идентичного обращения в течение первых нескольких сотен лет.

Переработка гражданского топлива энергетических реакторов в настоящее время осуществляется во Франции, Великобритании, России, Японии и Индии. В США отработавшее ядерное топливо в настоящее время не перерабатывается. Завод по переработке в Ла-Аге во Франции работает на коммерческой основе с 1976 года и по состоянию на 2010 год отвечает за половину мировой переработки. Он производит МОХ-топливо из отработанного топлива, полученного из нескольких стран. По состоянию на 2015 год было переработано более 32 000 тонн отработавшего топлива, большая часть из Франции, 17% из Германии и 9% из Японии.

Разведение

Ядерные топливные сборки проверяются перед входом в реактор с водой под давлением в США.

Основные статьи: Реактор-размножитель и ядерная энергетика, предложенная в качестве возобновляемой энергии

Разведение — это процесс преобразования неделящегося материала в делящийся материал, который можно использовать в качестве ядерного топлива. Неделящийся материал, который можно использовать для этого процесса, называется воспроизводящим материалом и составляет подавляющее большинство нынешних ядерных отходов. Этот процесс размножения происходит естественным путем в реакторах-размножителях . В отличие от легководных реакторов на тепловых нейтронах, в которых используется уран-235 (0,7% всего природного урана), в реакторах-размножителях на быстрых нейтронах используется уран-238 (99,3% всего природного урана) или торий. Ряд топливных циклов и комбинаций реакторов-размножителей считаются устойчивыми или возобновляемыми источниками энергии. В 2006 году было подсчитано, что благодаря добыче морской воды, вероятно, будут запасы урана на пять миллиардов лет для использования в реакторах-размножителях.

Технология размножения использовалась в нескольких реакторах, но по состоянию на 2006 год высокая стоимость безопасной переработки топлива требует цены на уран более 200 долларов США за кг, прежде чем она станет экономически оправданной. Реакторы-размножители, однако, разрабатываются с учетом их способности сжигать все актиниды (наиболее активные и опасные компоненты) в существующем запасе ядерных отходов, а также производить энергию и создавать дополнительные количества топлива для большего количества реакторов посредством процесса воспроизводства. По состоянию на 2017 год в России действуют два бридера, производящие коммерческую электроэнергию: реактор БН-600 и реактор БН-800 . Реактор -размножитель «Феникс» во Франции был остановлен в 2009 году после 36 лет эксплуатации. И Китай, и Индия строят реакторы-размножители. Индийский прототип реактора на быстрых нейтронах мощностью 500 МВт находится на этапе ввода в эксплуатацию. с планами построить еще.

Другой альтернативой размножителям быстрых нейтронов являются реакторы-размножители тепловых нейтронов, в которых используется уран-233, полученный из тория в ториевом топливном цикле . Торий примерно в 3,5 раза чаще встречается в земной коре, чем уран, и имеет другие географические характеристики. Трехэтапная программа ядерной энергетики Индии предполагает использование ториевого топливного цикла на третьем этапе, поскольку она имеет большие запасы тория, но мало урана.

Вывод из эксплуатации

Основная статья: Вывод из эксплуатации ядерного оружия

Вывод из эксплуатации — это процесс демонтажа ядерной установки до такой степени, что она больше не требует мер радиационной защиты. возвращение объекта и его частей на достаточно безопасный уровень, чтобы их можно было использовать для других целей. Из-за присутствия радиоактивных материалов вывод из эксплуатации ядерных объектов представляет собой технические и экономические проблемы. Затраты на вывод из эксплуатации обычно распределяются на весь срок эксплуатации установки и сохраняются в фонде вывода из эксплуатации.

Производство

Дополнительная информация: Ядерная энергетика по странам и список ядерных реакторов.

Доля производства электроэнергии на АЭС, 2022 г.

Состояние ядерной энергетики в мире (нажмите, чтобы увидеть легенду)

в 2021 году Производство электроэнергии в мире по источникам. Общая выработка составила 28 петаватт-часов .

  Уголь (36%)

  Природный газ (23%)

  Гидро (15%)

  Ядерная (10%)

  Ветер (7%)

  Солнечная (4%)

  Другое (5%)

В 2019 году гражданская атомная энергетика обеспечила 2586 тераватт-часов (ТВтч) электроэнергии, что эквивалентно примерно 10% мирового производства электроэнергии , и была вторым по величине источником энергии с низким уровнем выбросов углекислого газа после гидроэлектроэнергии . Поскольку на электроэнергию приходится около 25% мирового потребления энергии , вклад ядерной энергетики в мировую энергетику в 2011 году составил около 2,5%. Это немного больше, чем совокупное мировое производство электроэнергии из энергии ветра, солнца, биомассы и геотермальной энергии, которые вместе обеспечили 2% мирового конечного потребления энергии в 2014 году. Доля ядерной энергетики в мировом производстве электроэнергии упала с 16,5% в 1997 году, во многом потому, что экономика ядерной энергетики стала более сложной.

По состоянию на март 2022 г. имеется В мире 439 гражданских реакторов деления общей электрической мощностью 392 гигаватт (ГВт). Также ведется строительство 56 атомных энергетических реакторов и запланировано строительство 96 реакторов общей мощностью 62   ГВт и 96   ГВт соответственно. Соединенные Штаты обладают крупнейшим парком ядерных реакторов, вырабатывающих более 800   ТВтч в год при среднем коэффициенте мощности 92%. Большинство строящихся реакторов представляют собой реакторы третьего поколения в Азии.

Региональные различия в использовании ядерной энергии значительны. Соединенные Штаты производят больше всего ядерной энергии в мире: ядерная энергетика обеспечивает 20% потребляемой ими электроэнергии, а Франция производит самый высокий процент своей электроэнергии из ядерных реакторов — 71% в 2019 году. В Европейском Союзе атомная энергетика обеспечивает 26% электроэнергии по состоянию на 2018 год. Атомная энергетика является крупнейшим источником низкоуглеродной электроэнергии в США. и на его долю приходится две трети Европейского Союза . низкоуглеродной электроэнергии Политика в области ядерной энергетики различается в разных странах Европейского Союза, а в некоторых странах, таких как Австрия, Эстония , Ирландия и Италия , нет действующих атомных электростанций.

Кроме того, в эксплуатации находилось около 140 военно-морских кораблей, использующих ядерные силовые установки и примерно 180 реакторов. К ним относятся военные и некоторые гражданские суда, например, атомные ледоколы .

Продолжаются международные исследования дополнительных видов использования технологического тепла, таких как производство водорода (в поддержку водородной экономики ), опреснение морской воды и использование в системах централизованного теплоснабжения .

Экономика

Основные статьи: Экономика атомных электростанций , Список компаний атомного сектора и стоимость электроэнергии по источникам.

Экономика новых атомных электростанций является спорным вопросом, и от выбора источников энергии зависят многомиллиардные инвестиции. Атомные электростанции обычно требуют высоких капитальных затрат на строительство станции. По этой причине сравнение с другими методами производства электроэнергии сильно зависит от предположений о сроках строительства и капитальном финансировании атомных электростанций. Затраты на топливо составляют около 30 процентов эксплуатационных расходов, а цены зависят от рынка.

Высокая стоимость строительства является одной из самых больших проблем для АЭС. Стоимость новой   электростанции мощностью 1100 МВт оценивается от 6 до 9 миллиардов долларов США. Тенденции затрат на атомную энергию демонстрируют большие различия в зависимости от страны, конструкции, темпов строительства и уровня знаний в области опыта. Единственными двумя странами, по которым доступны данные, в которых затраты снизились в 2000-х годах, были Индия и Южная Корея.

Анализ экономики ядерной энергетики должен также учитывать, кто несет риски будущих неопределенностей. По состоянию на 2010 год все действующие атомные электростанции были построены государственными или регулируемыми электроэнергетическими монополиями. С тех пор многие страны либерализовали рынок электроэнергии , где эти риски, а также риск появления более дешевых конкурентов до того, как будут возмещены капитальные затраты, несут поставщики и операторы электростанций, а не потребители, что приводит к существенно иной оценке экономики новой атомной энергетики. растения.

приведенная стоимость электроэнергии (LCOE) от новой атомной электростанции оценивается в 69  Согласно анализу Международного энергетического агентства и ОЭСР Агентства по ядерной энергии , долларов США/МВтч. Это представляет собой среднюю смету затрат на строительство n-ной атомной электростанции, строительство которой будет завершено в 2025 году, со ставкой дисконтирования 7%. Ядерная энергетика оказалась наименее затратным вариантом среди диспетчерских технологий . Переменные возобновляемые источники энергии могут генерировать более дешевую электроэнергию: средняя стоимость береговой ветровой энергии оценивается в 50 долларов   США за МВтч, а солнечной энергии в коммунальном масштабе — в 56   долларов США за МВтч. При предполагаемой стоимости выбросов CO ₂ в 30   долларов США/тонну электроэнергия из угля (88   долларов США/МВтч) и газа (71   доллар США/МВтч) обходится дороже, чем низкоуглеродные технологии. Электроэнергия от долгосрочной эксплуатации атомных электростанций с продлением срока службы оказалась наименее затратным вариантом - 32   доллара США/МВтч.

Меры по смягчению последствий глобального потепления , такие как налог на выбросы углерода или торговля выбросами углекислого газа , могут способствовать экономике ядерной энергетики. Экстремальные погодные явления, в том числе явления, усугубляющиеся изменением климата, в небольшой степени снижают надежность всех источников энергии, включая ядерную энергию, в зависимости от местоположения.

Новые небольшие модульные реакторы , например, разработанные NuScale Power , направлены на снижение инвестиционных затрат на новое строительство за счет уменьшения размеров реакторов и их модульности, чтобы их можно было строить на заводе.

Некоторые конструкции на ранних этапах имели значительную положительную экономику, например CANDU , который реализовал гораздо более высокий коэффициент мощности и надежность по сравнению с легководными реакторами второго поколения до 1990-х годов.

Атомные электростанции, хотя и способны поддерживать некоторую сетевую нагрузку , обычно эксплуатируются максимально долго, чтобы поддерживать как можно более низкую стоимость вырабатываемой электроэнергии, поставляя в основном электроэнергию для базовой нагрузки . Благодаря конструкции реактора с перегрузкой топлива в режиме онлайн, PHWR (частью которых является конструкция CANDU) продолжают удерживать многие мировые рекорды по самому продолжительному непрерывному производству электроэнергии, часто более 800 дней. Конкретный рекорд по состоянию на 2019 год принадлежит PHWR на АЭС Кайга , который непрерывно вырабатывает электроэнергию в течение 962 дней.

Затраты, не учитываемые в расчетах LCOE, включают средства на исследования и разработки, а также стихийные бедствия (катастрофа на Фукусиме, по оценкам, обойдется налогоплательщикам в ≈ 187 миллиардов долларов). Было обнаружено, что в некоторых случаях правительства заставляли «потребителей платить авансом за потенциальный перерасход средств». или субсидировать нерентабельную ядерную энергетику или быть обязанным это сделать. Атомные операторы обязаны платить за утилизацию отходов в Европейском Союзе. Сообщается, что в США 40 лет назад Конгресс решил, что ответственность за хранение радиоактивных отходов будет нести нация, а не частные компании, а расходы будут оплачивать налогоплательщики. В докладе о мировых ядерных отходах за 2019 год установлено, что «даже в странах, где принцип «загрязнитель платит», является юридическим требованием, он применяется не полностью», и отмечается случай с немецким объектом глубокого геологического захоронения Ассе II , где извлечение больших количеств За отходы должны платить налогоплательщики. Аналогичным образом, часть затрат на другие виды энергии, включая ископаемое топливо и возобновляемые источники энергии, покрывается государством.

Использование в космосе

Многоцелевой радиоизотопный термоэлектрический генератор (MMRTG), используемый в нескольких космических миссиях, таких как Curiosity. марсоход

Основная статья: Ядерная энергетика в космосе

Наиболее распространенным применением ядерной энергии в космосе является использование радиоизотопных термоэлектрических генераторов , которые используют радиоактивный распад для выработки энергии. Эти генераторы энергии имеют относительно небольшие размеры (несколько кВт) и в основном используются для питания космических миссий и экспериментов в течение длительных периодов времени, когда солнечная энергия недоступна в достаточном количестве, например, в космическом зонде «Вояджер-2» . Несколько космических аппаратов были запущены с использованием ядерных реакторов : 34 реактора относятся к советской серии РОРСАТ и один - американский SNAP-10A .

И деление , и термоядерный синтез кажутся многообещающими для применения в космических двигателях , обеспечивая более высокие скорости полета с меньшей реакционной массой .

Безопасность

См. Также: Ядерная безопасность и защита и Система безопасности ядерного реактора.

Уровень смертности от загрязнения воздуха и несчастных случаев, связанных с производством энергии, измеряется количеством смертей в прошлом на тераватт-часы (ТВтч)

Атомные электростанции имеют три уникальные характеристики, которые влияют на их безопасность по сравнению с другими электростанциями. Во-первых, высокорадиоактивные материалы в ядерном реакторе присутствуют . Их выброс в окружающую среду может быть опасным. Во-вторых, продукты деления , составляющие большую часть высокорадиоактивных веществ в реакторе, продолжают выделять значительное количество остаточного тепла деления цепной реакции даже после остановки . Если тепло невозможно отвести от реактора, топливные стержни могут перегреться и выпустить радиоактивные материалы. В-третьих, в некоторых конструкциях реакторов возможна авария с критичностью (резкое увеличение мощности реактора), если цепную реакцию невозможно контролировать. Эти три характеристики необходимо учитывать при проектировании ядерных реакторов.

Все современные реакторы спроектированы таким образом, что неконтролируемое увеличение мощности реактора предотвращается естественными механизмами обратной связи - концепцией, известной как отрицательный пустотный коэффициент реактивности. Если температура или количество пара в реакторе увеличивается, скорость деления по своей сути снижается. Цепную реакцию также можно остановить вручную, вставив стержни управления в активную зону реактора. Системы аварийного охлаждения активной зоны (САОЗ) могут отводить остаточное тепло из реактора в случае выхода из строя обычных систем охлаждения. В случае выхода из строя САОЗ многочисленные физические барьеры ограничивают выброс радиоактивных материалов в окружающую среду даже в случае аварии. Последним физическим барьером является большое здание содержания .

При уровне смертности 0,03 на ТВтч ядерная энергетика является вторым самым безопасным источником энергии на единицу произведенной энергии после солнечной энергии с точки зрения смертности, если учитывать исторический послужной список. Энергия, производимая углем, нефтью, природным газом и гидроэнергетикой, стала причиной большего количества смертей на единицу произведенной энергии из-за загрязнения воздуха и аварий на энергетике . Это обнаруживается при сравнении немедленных смертей от других источников энергии с немедленными и скрытыми или прогнозируемыми косвенными смертями от рака в результате аварий на атомной энергетике. При сравнении прямых и косвенных смертей (включая смертельные случаи в результате добычи полезных ископаемых и загрязнения воздуха) от ядерной энергетики и ископаемого топлива, Подсчитано, что использование ядерной энергии предотвратило около 1,84 миллиона смертей от загрязнения воздуха в период с 1971 по 2009 год за счет сокращения доли энергии, которая в противном случае производилась бы за счет ископаемого топлива. Было подсчитано, что после ядерной катастрофы на Фукусиме в 2011 году, если бы Япония никогда не перешла на ядерную энергетику, аварии и загрязнение от угольных или газовых электростанций привели бы к большему количеству потерянных лет жизни.

Серьезные последствия ядерных аварий зачастую напрямую связаны не с радиационным воздействием, а скорее с социальными и психологическими последствиями. Эвакуация и длительное перемещение пострадавшего населения создали проблемы для многих людей, особенно пожилых людей и пациентов больниц. Принудительная эвакуация после ядерной аварии может привести к социальной изоляции, тревоге, депрессии, психосоматическим медицинским проблемам, безрассудному поведению и самоубийству. Комплексное исследование последствий чернобыльской катастрофы, проведенное в 2005 году, пришло к выводу, что последствия аварии для психического здоровья являются крупнейшей проблемой общественного здравоохранения, вызванной аварией. Франк Н. фон Хиппель , американский ученый, заметил, что непропорциональный страх перед ионизирующей радиацией ( радиофобия ) может иметь долгосрочные психологические последствия для населения загрязненных территорий после катастрофы на Фукусиме.

Несчастные случаи

После ядерной катастрофы на Фукусиме-1 в мире в 2011 году, крупнейшей ядерной аварии с 1986 года, 50 000 домохозяйств были вынуждены покинуть свои дома из-за утечки радиации в воздух, почву и море. Радиационные проверки привели к запрету некоторых поставок овощей и рыбы.

реактора Остаточное тепло как доля полной мощности после остановки реактора с использованием двух разных корреляций. Для отвода остаточного тепла реакторам необходимо охлаждение после остановки реакций деления. Потеря способности отводить остаточное тепло стала причиной аварии на Фукусиме .

См. также: Энергетические аварии , Ядерные и радиационные аварии и инциденты , Списки ядерных катастроф и радиоактивных происшествий.

несколько серьезных ядерных и радиационных аварий Произошло . Тяжесть ядерных аварий обычно классифицируется с использованием Международной шкалы ядерных событий (ИНЕС), введенной Международным агентством по атомной энергии (МАГАТЭ). Шкала ранжирует аномальные события или аварии по шкале от 0 (отклонение от нормальной эксплуатации, не представляющее риска для безопасности) до 7 (крупная авария с широкомасштабными последствиями). В гражданской атомной энергетике произошло три аварии уровня 5 и выше, две из которых — авария на Чернобыльской АЭС и авария на Фукусиме — относятся к уровню 7.

Первыми крупными ядерными авариями были Кыштымская катастрофа в Советском Союзе и пожар в Уиндскейле в Великобритании, произошедшие в 1957 году. Первая крупная авария на ядерном реакторе в США произошла в 1961 году на SL-1 , армии США экспериментальном объекте . Атомный энергетический реактор в Национальной лаборатории Айдахо . Неконтролируемая цепная реакция привела к паровому взрыву , в результате которого погибли три члена экипажа и произошла авария . Еще одна серьезная авария произошла в 1968 году, когда в одном из двух реакторов с жидкометаллическим теплоносителем на борту советской подводной лодки К-27 произошел отказ твэла с выбросом газообразных продуктов деления в окружающий воздух, в результате чего погибли 9 членов экипажа и 83 ранения.

Авария на АЭС «Фукусима-дайити» была вызвана землетрясением и цунами в Тохоку в 2011 году . Авария не привела к гибели людей, связанных с радиацией, но привела к радиоактивному загрязнению прилегающих территорий. сложная операция по очистке обойдется в десятки миллиардов долларов в течение 40 или более лет. Ожидается, что Авария на Три-Майл-Айленде в 1979 году представляла собой аварию меньшего масштаба, оцененную по уровню 5 INES. В результате аварии не было прямых или косвенных смертей.

Последствия ядерных аварий являются спорными. По словам Бенджамина К. Совакула , аварии на энергетике деления занимают первое место среди источников энергии с точки зрения их общей экономической стоимости, составляя 41% всего материального ущерба, связанного с энергетическими авариями. Другой анализ показал, что с углем, нефтью, сжиженным нефтяным газом аварии и гидроэлектростанциями (в первую очередь из-за катастрофы на плотине Баньцяо ) привели к более серьезным экономическим последствиям, чем аварии на атомной энергетике. В исследовании сравниваются латентные случаи смерти от рака, связанные с ядерной энергетикой, с немедленными смертями от других источников энергии на единицу произведенной энергии, и не учитываются раковые заболевания, связанные с ископаемым топливом, и другие косвенные смерти, вызванные использованием потребления ископаемого топлива в его «серьезной аварии» ( авария с более чем пятью погибшими) классификация. Авария на Чернобыльской АЭС в 1986 году привела к гибели около 50 человек от прямых и косвенных последствий, а также к временным серьезным травмам в результате острого лучевого синдрома . Прогнозируемая в будущем смертность от увеличения заболеваемости раком оценивается в 4000 человек в ближайшие десятилетия. Однако затраты большие и продолжают расти.

Ядерная энергетика работает в рамках системы страхования , которая ограничивает или структурирует ответственность за аварии в соответствии с национальными и международными конвенциями. Часто утверждают, что этот потенциальный дефицит ответственности представляет собой внешние издержки, не включенные в стоимость ядерной электроэнергии. эта стоимость невелика и составляет около 0,1% от приведенной стоимости электроэнергии . Согласно исследованию Бюджетного управления Конгресса США, Эти сверхнормативные расходы на страхование для наихудших сценариев характерны не только для ядерной энергетики. Гидроэлектростанции также не полностью застрахованы от таких катастрофических событий, как прорыв плотин . Например, обрушение плотины Баньцяо привело к гибели примерно от 30 000 до 200 000 человек, а 11 миллионов человек лишились своих домов. Поскольку частные страховщики основывают страховые премии по страхованию плотин на ограниченных сценариях, страхование от крупных стихийных бедствий в этом секторе также обеспечивается государством.

Нападения и диверсии

Основные статьи: Уязвимость атомных электростанций для атак , Ядерный терроризм и Ядерная безопасность в Соединенных Штатах.

Террористы могут атаковать атомные электростанции в попытке вызвать радиоактивное загрязнение населения. Комиссия США по терактам 11 сентября заявила, что атомные электростанции были потенциальными целями, первоначально рассматриваемыми для терактов 11 сентября 2001 года . реактора Атака на бассейн отработанного топлива также может быть серьезной, поскольку эти бассейны менее защищены, чем активная зона реактора. Выброс радиоактивности может привести к тысячам краткосрочных смертей и большему числу долгосрочных смертельных случаев.

В США Комиссия по ядерному регулированию проводит учения «Сила на силу» (FOF) на всех площадках АЭС не реже одного раза в три года. В Соединенных Штатах заводы окружены двойным рядом высоких заборов, которые контролируются электроникой. Территорию завода патрулирует значительный отряд вооруженной охраны.

Инсайдерский саботаж также представляет собой угрозу, поскольку инсайдеры могут наблюдать и обходить меры безопасности. Успешные инсайдерские преступления зависели от наблюдательности преступников и знания уязвимостей безопасности. В 1971 году пожар нанес ущерб энергетическому центру Индиан-Пойнт в Нью-Йорке на сумму 5–10 миллионов долларов . Поджигателем оказался рабочий по обслуживанию завода.

Распространение

Дополнительная информация: Распространение ядерного оружия.

См. также: Соглашение об управлении и утилизации плутония.

США и СССР /России Запасы ядерного оружия , 1945–2006 гг. Программа « Мегатонны в мегаватты» была основной движущей силой резкого сокращения количества ядерного оружия во всем мире после окончания «холодной войны».

Ракетный крейсер USS Monterey (CG 61) получает топливо в море (FAS) с авианосца типа «Нимиц» USS George Washington (CVN 73).

Распространение ядерного оружия — это распространение ядерного оружия , расщепляющихся материалов и ядерных технологий, связанных с оружием, в государства, которые еще не обладают ядерным оружием. Многие технологии и материалы, связанные с созданием ядерной энергетической программы, имеют возможность двойного использования, поскольку их также можно использовать для производства ядерного оружия. По этой причине ядерная энергетика представляет собой риск распространения.

Ядерная энергетическая программа может стать путем, ведущим к созданию ядерного оружия. Примером этого является обеспокоенность по поводу ядерной программы Ирана . Перепрофилирование гражданской атомной промышленности в военные цели было бы нарушением Договора о нераспространении ядерного оружия , которого придерживаются 190 стран. По состоянию на апрель 2012 года в тридцати одной стране есть гражданские атомные электростанции. из которых девять обладают ядерным оружием . Подавляющее большинство этих ядерных держав произвели оружие раньше коммерческих атомных электростанций.

Фундаментальной целью глобальной безопасности является минимизация рисков ядерного распространения, связанных с расширением ядерной энергетики. Глобальное партнерство в области ядерной энергии представляло собой международную попытку создать распределительную сеть, в которой развивающиеся страны, нуждающиеся в энергии, будут получать ядерное топливо по сниженной цене в обмен на согласие этой страны отказаться от собственной разработки программы обогащения урана. Базирующийся во Франции Eurodif / Европейский консорциум по газодиффузионному обогащению урана представляет собой программу, которая успешно реализовала эту концепцию, при этом Испания и другие страны, не имеющие объектов по обогащению, покупают долю топлива, произведенного на контролируемом Францией предприятии по обогащению урана, но без передачи технологии. . Иран был одним из первых участников с 1974 года и остается акционером Eurodif через Sofidif .

В докладе Организации Объединенных Наций за 2009 год говорилось, что:

Возрождение интереса к ядерной энергетике может привести к распространению во всем мире технологий обогащения урана и переработки отработавшего топлива, которые представляют очевидный риск распространения, поскольку эти технологии могут производить расщепляющиеся материалы, которые можно непосредственно использовать в ядерном оружии.

С другой стороны, энергетические реакторы могут также сократить арсеналы ядерного оружия, когда ядерные материалы военного назначения перерабатываются для использования в качестве топлива на атомных электростанциях. Программа «Мегатонны в мегаватты» на сегодняшний день считается самой успешной программой нераспространения ядерного оружия . До 2005 года в рамках программы было переработано высокообогащенного оружейного урана на сумму 8 миллиардов долларов в низкообогащенный уран, пригодный в качестве ядерного топлива для коммерческих реакторов деления, путем разбавления его природным ураном . Это соответствует ликвидации 10 000 единиц ядерного оружия. В течение примерно двух десятилетий этот материал производил почти 10 процентов всей электроэнергии, потребляемой в Соединенных Штатах, или около половины всей ядерной электроэнергии в США, при этом в общей сложности было произведено около 7000   ТВт-ч электроэнергии. В общей сложности эта сделка, по оценкам, обошлась в 17 миллиардов долларов, что является «выгодной сделкой для американских налогоплательщиков», а Россия получила от этой сделки прибыль в 12 миллиардов долларов. Столь необходимая прибыль для российской атомной отрасли, которая после краха советской экономики столкнулась с трудностями в оплате содержания и безопасности высокообогащенного урана и боеголовок Российской Федерации. Сторонники борьбы с ядерным оружием назвали программу «Мегатонны в мегаватты» крупным успехом, поскольку она во многом стала движущей силой резкого сокращения количества ядерного оружия во всем мире после окончания «холодной войны». Однако без увеличения количества ядерных реакторов и увеличения спроса на расщепляющееся топливо стоимость демонтажа и смешивания отговорила Россию от продолжения разоружения. По состоянию на 2013 год Россия, похоже, не заинтересована в продлении программы.

Воздействие на окружающую среду

Основная статья: Воздействие атомной энергетики на окружающую среду

, Атомная электростанция Иката реактор с водой под давлением , который охлаждается с помощью теплообменника вторичного теплоносителя с большим объемом воды, альтернативный подход к охлаждению больших градирен.

Являясь низкоуглеродным источником энергии с относительно небольшими требованиями к землепользованию, ядерная энергия может оказывать положительное воздействие на окружающую среду. Это также требует постоянной подачи значительного количества воды и влияет на окружающую среду в результате добычи и переработки полезных ископаемых. Его самое большое потенциальное негативное воздействие на окружающую среду может быть связано с трансгенерационными рисками распространения ядерного оружия, которые могут увеличить риски его применения в будущем, рисками проблем, связанных с обращением с радиоактивными отходами, такими как загрязнение подземных вод, рисками аварий и риски различных форм нападений на места хранения отходов или предприятия по переработке и электростанции. Однако в основном это всего лишь риски, поскольку исторически на атомных электростанциях было лишь несколько аварий с известными относительно существенными последствиями для окружающей среды.

Выбросы углерода

См. Также: Выбросы парниковых газов в течение жизненного цикла источников энергии.

Дополнительная информация: § Историческое влияние на выбросы углерода.

Выбросы парниковых газов в течение жизненного цикла технологий электроснабжения, медианные значения, рассчитанные IPCC

Атомная энергетика является одним из ведущих низкоуглеродных методов производства электроэнергии , а с точки зрения общего объема выбросов парниковых газов за жизненный цикл на единицу произведенной энергии ее значения сопоставимы или ниже, чем у возобновляемых источников энергии . Анализ об углеродном следе литературы , проведенный Межправительственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК) в 2014 году, показал, что воплощенная в течение жизненного цикла общая интенсивность выбросов ядерной энергетики имеет медианное значение 12   г CO ₂ экв / кВтч , что является самым низким среди всех коммерческие с базовой нагрузкой . источники энергии Это контрастирует с углем и природным газом с содержанием 820 и 490 г CO ₂ экв/кВтч. Согласно отчету, по состоянию на 2021 год ядерные реакторы во всем мире помогли избежать выбросов 72 миллиардов тонн углекислого газа с 1970 года по сравнению с производством электроэнергии на угле.

Радиация

Средняя доза естественного фонового излучения во всем мире составляет 2,4 миллизиверта в год (мЗв/год). Она колеблется от 1   до 13   мЗв/год, в основном в зависимости от геологии места. По данным Организации Объединенных Наций ( НКДАР ООН ), регулярная эксплуатация атомных электростанций, включая ядерный топливный цикл, увеличивает это количество на 0,0002   мЗв/год облучения населения в среднем по миру. Средняя доза действующих АЭС для местного населения вокруг них составляет менее 0,0001   мЗв/год. Для сравнения, средняя доза для тех, кто живет в пределах 50 миль (80 км) от угольной электростанции , более чем в три раза превышает эту дозу и составляет 0,0003   мЗв/год.

Чернобыльская авария привела к тому, что наиболее пострадавшее население и мужчины-восстановители получили среднюю начальную дозу от 50 до 100   мЗв в течение нескольких часов или недель, в то время как оставшееся глобальное наследие худшей аварии на атомной электростанции со средним уровнем облучения составляет 0,002   мЗв/год и постоянно увеличивается. падает с затухающей скоростью, от первоначального максимума 0,04   мЗв на человека, среднего по всему населению Северного полушария в год аварии в 1986 году.

Дебаты

Основная статья: Дебаты о ядерной энергетике

См. Также: Политика ядерной энергии , Проядерное движение и Антиядерное движение.

Сравнение цен на энергию ядерного деления и других источников с течением времени. За это время на сборочных линиях массового производства были построены тысячи ветряных турбин и аналогичных устройств, что привело к экономии за счет масштаба. Хотя атомная энергия остается заказной, многие первые в своем роде установки были построены в указанные сроки, и ни одна из них не находится в серийном производстве. Наш мир в данных отмечает, что эти затраты являются средними по миру , в то время как два проекта, которые привели к росту цен на ядерную энергию, были в США. В организации признают, что медианная стоимость самого экспортируемого и производимого в 2010-х годах объекта атомной энергетики - южнокорейского APR1400 - оставалась «постоянной», в том числе при экспорте.
LCOE — это показатель средней чистой текущей стоимости производства электроэнергии электростанцией в течение ее срока службы. Как показатель, он остается спорным, поскольку срок службы устройств является не независимым, а прогнозом производителя, а не продемонстрированным долголетием.

Дебаты по ядерной энергетике касаются разногласий, которые окружают размещение и использование ядерных реакторов деления для производства электроэнергии из ядерного топлива в гражданских целях.

Сторонники ядерной энергии рассматривают ее как устойчивый источник энергии , который снижает выбросы углекислого газа и повышает энергетическую безопасность за счет уменьшения зависимости от других источников энергии, которые также являются экологически безопасными. часто зависит от импорта. Например, сторонники отмечают, что ежегодно электроэнергия, вырабатываемая на атомной энергии, сокращает выбросы углекислого газа на 470 миллионов метрических тонн, которые в противном случае были бы получены из ископаемого топлива. Кроме того, сравнительно небольшое количество отходов, которые действительно создает ядерная энергия, безопасно утилизируется на крупных предприятиях по производству ядерной энергии или перепрофилируется/перерабатывается для других видов использования энергии. М. Кинг Хабберт , популяризировавший концепцию пика добычи нефти , рассматривал нефть как ресурс, который скоро иссякнет, и считал ядерную энергию его заменой. Сторонники также заявляют, что нынешнее количество ядерных отходов невелико и может быть уменьшено с помощью новейших технологий и новых реакторов, и что показатели эксплуатационной безопасности электричества ядерного деления с точки зрения смертности до сих пор «не имеют себе равных». Хареча и Хансен подсчитали, что «глобальная ядерная энергетика предотвратила в среднем 1,84 миллиона смертей, связанных с загрязнением воздуха, и 64 гигатонны выбросов парниковых газов (ПГ) в эквиваленте CO ₂ (GtCO ₂ -eq), которые могли бы возникнуть в результате сжигания ископаемого топлива». и, если это будет продолжаться, к 2050 году можно будет предотвратить до 7 миллионов смертей и   240 ГтCO _{2 -экв.} выбросов в размере

Сторонники также обращают внимание на альтернативные издержки использования других форм электроэнергии. Например, по оценкам Агентства по охране окружающей среды, уголь убивает 30 000 человек в год. в результате воздействия на окружающую среду, а в результате чернобыльской катастрофы погибло 60 человек. Реальным примером воздействия, представленным сторонниками, является увеличение выбросов углекислого газа на 650 000 тонн за два месяца после закрытия атомной электростанции «Вермонт Янки».

Оппоненты считают, что ядерная энергетика представляет множество угроз для здоровья людей и окружающей среды. такие как риск распространения ядерного оружия, долгосрочное безопасное обращение с отходами и терроризм в будущем. Они также утверждают, что атомные электростанции представляют собой сложную систему, в которой многое может пойти не так и пойти не так. Ущерб от чернобыльской катастрофы по состоянию на 2019 год составляет ≈68 миллиардов долларов и продолжает расти. По оценкам, катастрофа на Фукусиме обойдется налогоплательщикам примерно в 187 миллиардов долларов. а обращение с радиоактивными отходами, по оценкам, к 2050 году обойдется операторам атомной энергетики Европейского Союза примерно в 250 миллиардов долларов. Однако в странах, которые уже используют ядерную энергию, если не рассматривать возможность переработки, промежуточные затраты на утилизацию ядерных отходов могут быть относительно фиксированными в определенных, но неизвестных пределах. «поскольку основная часть этих затрат приходится на эксплуатацию промежуточного хранилища».

Критики считают, что одним из самых больших недостатков строительства новых атомных электростанций являются большие затраты на строительство и эксплуатацию по сравнению с альтернативами устойчивых источников энергии. Дальнейшие затраты включают текущие исследования и разработки, дорогостоящую переработку в тех случаях, когда она практикуется. и вывод из эксплуатации. Сторонники отмечают, что сосредоточение внимания на приведенной стоимости энергии (LCOE), однако, игнорирует надбавку к стоимости, связанную с круглосуточной диспетчеризацией электроэнергии, а также стоимость систем хранения и резервного копирования, необходимых для интеграции переменных источников энергии в надежную электрическую сеть. «Таким образом, ядерная энергия остается управляемой низкоуглеродной технологией с самыми низкими ожидаемыми затратами в 2025 году. Только крупные гидрохранилища могут обеспечить аналогичный вклад при сопоставимых затратах, но по-прежнему сильно зависят от природных богатств отдельных стран».

Антиядерный протест возле центра захоронения ядерных отходов в Горлебене на севере Германии.

В целом, многие оппоненты считают, что ядерная энергия не может внести значимый вклад в смягчение последствий изменения климата. В целом они считают, что это слишком опасно, слишком дорого, требует слишком много времени для развертывания и является препятствием на пути к переходу к устойчивому развитию и углеродной нейтральности. эффективно отвлекает конкуренция за ресурсы (т.е. человеческие, финансовые, временные, инфраструктурные и экспертные) для внедрения и развития альтернативных, устойчивых энергетических систем . технологий (например, для ветра, океана и солнечной энергии) – включая, например, плавучие солнечные батареи – а также способы управления их прерывистостью, помимо базовой ядерной нагрузки генерация, такая как диспетчеризованная генерация , диверсификация возобновляемых источников энергии, суперсети , гибкий спрос и поставка энергии, регулирование интеллектуальных сетей и хранение энергии технологии).

Тем не менее, продолжаются исследования и дебаты по поводу стоимости новой ядерной энергии, особенно в регионах, где трудно обеспечить, в том числе, сезонное хранение энергии, и которые стремятся к поэтапному отказу от ископаемого топлива в пользу низкоуглеродной энергетики быстрее, чем в среднем по миру. Некоторые считают, что финансовые затраты на переход к европейской энергетической системе, 100% основанной на возобновляемых источниках энергии, которая полностью отказалась от ядерной энергии, могут быть более дорогостоящими к 2050 году, исходя из нынешних технологий (т.е. без учета потенциальных достижений, например, в области зеленого водорода , возможностей передачи и гибкости, способов для сокращения потребностей в энергии, геотермальной энергии и термоядерной энергии), когда сеть простирается только по Европе. Аргументы экономики и безопасности используются обеими сторонами дебатов.

Сравнение с возобновляемыми источниками энергии

См. Также: Дебаты о возобновляемых источниках энергии.

Замедление глобального потепления требует перехода к низкоуглеродной экономике , главным образом за счет сжигания гораздо меньшего количества ископаемого топлива . Ограничение глобального потепления 1,5   °C технически возможно, если с 2019 года не будут построены новые электростанции, работающие на ископаемом топливе. Это вызвало значительный интерес и споры в определении наилучшего пути для быстрой замены ископаемого топлива в глобальной энергетической структуре . с интенсивными академическими дебатами. Иногда МЭА говорит, что страны, не имеющие атомной энергии, должны развивать ее, а также возобновляемые источники энергии.

Общий мировой объем поставок первичной энергии составил 162 494 ТВтч (или 13 792 млн т н.э. ) по видам топлива в 2017 году (МЭА, 2019).

  Нефть (32%)

  Уголь/Торф/Сланец (27,1%)

  Природный газ (22,2%)

  Биотопливо и отходы (9,5%)

  Ядерная (4,9%)

  Гидро (2,5%)

  Прочие ( Возобновляемые источники энергии ) (1,8%)

Некоторые исследования показывают, что теоретически возможно обеспечить большую часть мирового производства энергии новыми возобновляемыми источниками. Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) заявила, что если бы правительства оказали поддержку, к 2050 году на возобновляемые источники энергии могло бы приходиться около 80% мирового потребления энергии. В то время как в развитых странах отсутствует экономически целесообразная география для новой гидроэнергетики, и все географически подходящие территории в значительной степени уже эксплуатируются. некоторые сторонники ветровой и солнечной энергии утверждают, что одни только эти ресурсы могут устранить необходимость в ядерной энергетике.

Ядерная энергетика сравнима, а в некоторых случаях ниже, чем многие возобновляемые источники энергии, с точки зрения количества потерянных в прошлом жизней на единицу поставленной электроэнергии. В зависимости от технологий переработки возобновляемых источников энергии ядерные реакторы могут производить гораздо меньший объем отходов, хотя и гораздо более токсичных, дорогих в обращении и более долговечных. Атомную станцию ​​также необходимо разобрать и вывезти, а большую часть разобранной АЭС необходимо хранить как низкоактивные ядерные отходы в течение нескольких десятилетий. Утилизация и управление широким спектром радиоактивных отходов, которых по состоянию на 2018 год насчитывается более четверти миллиона тонн, могут нанести будущий ущерб и затраты по всему миру на протяжении сотен тысяч лет или в течение сотен тысяч лет. – возможно, более миллиона лет, из-за таких проблем, как утечка, вредоносное извлечение, уязвимость к атакам (в том числе повторной обработки) и электростанции ), загрязнение подземных вод, радиация и утечка на поверхность земли, утечка рассола или бактериальная коррозия. Объединенный исследовательский центр Европейской комиссии установил, что по состоянию на 2021 год необходимые технологии для геологического захоронения ядерных отходов уже доступны и могут быть развернуты. В 2020 году эксперты по коррозии отметили, что откладывание решения проблемы хранения «никому не пойдет на пользу». Выделенный плутоний и обогащенный уран могут быть использованы для ядерного оружия , которое – даже при нынешнем централизованном контроле (например, на государственном уровне) и уровне распространенности – считается сложным и существенным глобальным риском , имеющим существенные будущие последствия для здоровья и жизни людей. , цивилизация и окружающая среда.

Скорость перехода и необходимые инвестиции

Анализ, проведенный в 2015 году профессором Барри В. Бруком и его коллегами, показал, что ядерная энергия может полностью вытеснить ископаемое топливо из электрической сети в течение 10 лет. Этот вывод был основан на исторически скромных и доказанных темпах добавления ядерной энергии во Франции и Швеции во время их строительных программ в 1980-х годах. В аналогичном анализе Брук ранее определил, что 50% всей мировой энергии , включая транспортное синтетическое топливо и т. д., может быть произведено примерно в течение 30 лет, если глобальные темпы строительства ядерных реакторов будут идентичны исторически доказанным темпам установки, рассчитанным в ГВт в год. на единицу мирового ВВП (ГВт/год/$). Это контрастирует с концептуальными исследованиями систем 100% возобновляемой энергетики , которые потребуют на порядок более дорогостоящих глобальных инвестиций в год, что не имеет исторического прецедента. Для этих сценариев использования возобновляемых источников энергии также потребуется гораздо больше земель, отведенных для проектов по наземной ветроэнергетике и солнечной энергии. Брук отмечает, что «основные ограничения ядерного деления не связаны с техническими, экономическими или топливными проблемами, а вместо этого связаны со сложными проблемами общественного признания, финансовой и политической инерцией, а также неадекватной критической оценкой реальных ограничений, с которыми сталкивается [другая сторона] ] низкоуглеродные альтернативы».

Научные данные показывают, что — если предположить уровни выбросов 2021 года — у человечества есть только углеродный бюджет, эквивалентный 11 годам выбросов, оставшихся для ограничения потепления 1,5   °C. в то время как строительство новых ядерных реакторов в 2018–2020 годах занимало в среднем 7,2–10,9 лет, существенно дольше, чем, наряду с другими мерами, расширение масштабов внедрения ветровой и солнечной энергии – особенно для новых типов реакторов – а также является более рискованным, часто отсроченным и более зависимым от государственной поддержки. Исследователи предупредили, что новые ядерные технологии, которые разрабатывались десятилетиями, меньше проходят испытания, имеют более высокий риск распространения , имеют больше новых проблем с безопасностью, часто далеки от коммерциализации и более дороги. – не доступны вовремя. Критики ядерной энергии часто выступают только против энергии ядерного деления, но не против ядерного синтеза; однако термоядерная энергия вряд ли получит коммерческое распространение до 2050 года.

Землепользование

Средняя площадь территории, используемой атомными электростанциями США на 1   ГВт установленной мощности, составляет 1,3 квадратных мили (3,4 км2) . ² ). Для производства того же количества электроэнергии в год (с учетом коэффициента мощности ) от солнечных фотоэлектрических станций потребуется около 60 квадратных миль (160 км²). ² ), а от ветряной электростанции около 310 квадратных миль (800 км ² ). В эту сумму не включены земли, необходимые для соответствующих линий электропередачи, водоснабжения, железнодорожных линий, добычи и переработки ядерного топлива, а также для захоронения отходов.

Исследовать

Усовершенствованные конструкции реакторов деления

Основная статья: Реактор поколения IV

Текущие реакторы деления, действующие во всем мире, представляют собой системы второго или третьего поколения , при этом большинство систем первого поколения уже выведены из эксплуатации. Исследования усовершенствованных типов реакторов поколения IV были официально начаты Международным форумом «Поколение IV» (GIF) на основе восьми технологических целей, в том числе улучшения экономики, безопасности, устойчивости с точки зрения распространения, использования природных ресурсов и способности потреблять существующие ядерные отходы при производстве электричество. Большинство этих реакторов существенно отличаются от ныне действующих легководных реакторов и, как ожидается, будут доступны для коммерческого строительства после 2030 года.

Гибридный синтез-деление

Основная статья: Гибрид ядерного синтеза-деления

Гибридная ядерная энергетика — это предлагаемый способ производства энергии за счет сочетания процессов ядерного синтеза и деления. Эта концепция возникла в 1950-х годах и кратко защищалась Гансом Бете в 1970-х годах, но в значительной степени оставалась неисследованной до возрождения интереса в 2009 году из-за задержек в реализации чистого термоядерного синтеза. Когда будет построена термоядерная электростанция длительного действия, она потенциально сможет извлекать всю энергию деления, оставшуюся в отработавшем топливе деления, сокращая объем ядерных отходов на порядки и, что более важно, устраняя все актиниды, присутствующие в топливе. отработавшее топливо, вещества, вызывающие обеспокоенность по поводу безопасности.

Слияние

Схема ИТЭР во Франции токамака строящегося

Основные статьи: Ядерный синтез и термоядерная энергия

Реакции ядерного синтеза потенциально могут быть более безопасными и производить меньше радиоактивных отходов, чем деление. Эти реакции кажутся потенциально жизнеспособными, хотя технически довольно сложными и еще не созданы в масштабах, которые можно было бы использовать на работающей электростанции. Энергия термоядерного синтеза находится в стадии теоретических и экспериментальных исследований с 1950-х годов. Исследования ядерного синтеза продолжаются, но термоядерная энергия вряд ли получит коммерческое распространение до 2050 года.

Существует несколько экспериментальных термоядерных реакторов и установок. Самый крупный и амбициозный международный проект ядерного синтеза, реализуемый в настоящее время, — это ИТЭР , большой токамак , строящийся во Франции. Планируется, что ИТЭР проложит путь к коммерческой термоядерной энергетике, продемонстрировав самоподдерживающиеся реакции ядерного синтеза с положительным выигрышем в энергии. Строительство установки ИТЭР началось в 2007 году, но проект столкнулся со многими задержками и перерасходом бюджета. Ожидается, что объект начнет работу не раньше 2027 года, то есть на 11 лет позже, чем первоначально предполагалось. вариант коммерческой термоядерной электростанции DEMO . Был предложен Есть также предложения по созданию электростанции, основанной на другом подходе к термоядерному синтезу - электростанции инерционного термоядерного синтеза .

Первоначально считалось, что производство электроэнергии с помощью термоядерного синтеза вполне достижимо, как и энергия ядерного деления. Однако экстремальные требования к непрерывным реакциям и сдерживанию плазмы привели к тому, что прогнозы были продлены на несколько десятилетий. В 2020 году, спустя более 80 лет после первых попыток , коммерциализация производства термоядерной энергии считалась маловероятной до 2050 года.

Чтобы улучшить и ускорить развитие термоядерной энергетики, Министерство энергетики США (DOE) выделило в 2023 году 46 миллионов долларов США восьми компаниям, включая Commonwealth Fusion Systems и Tokamak Energy Inc. десятилетие.

См. также

• Атомная батарея
• Ядерная энергетика по странам
• Дебаты о ядерном оружии
• Проядерное движение
• Ядерная энергетика на основе тория
• Дебаты о добыче урана
• Мировое потребление энергии

Дальнейшее чтение

См. Также: Список книг по ядерной проблематике и Список фильмов по ядерной проблематике.

• Информационные буклеты AEC Atom, обе серии: «Понимание атома» и «Мир атома». Архивировано 7 января 2019 г. в Wayback Machine . В общей сложности 75 буклетов, опубликованных Комиссией по атомной энергии США (AEC) в 1960-х и 1970-х годах. Созданные учеными, в совокупности эти буклеты отражают историю ядерной науки и ее приложений того времени.
• Армстронг, Роберт С., Кэтрин Вольфрам, Роберт Гросс, Натан С. Льюис и М.В. Рамана и др. Границы энергии. Архивировано 23 мая 2016 г. в Wayback Machine , Nature Energy , Том 1, 11 января 2016 г.
• Браун, Кейт (2013). Плутопия: ядерные семьи, атомные города и великие советские и американские плутониевые катастрофы , Oxford University Press.
• Кларфилд, Джеральд Х. и Вицек, Уильям М. (1984). Ядерная Америка: военная и гражданская ядерная энергия в Соединенных Штатах, 1940–1980 гг. , Harper & Row.
• Кук, Стефани (2009). В смертных руках: поучительная история ядерного века , Black Inc.
• Крейвенс, Гвинет (2007). Сила, которая спасет мир: правда о ядерной энергии . Нью-Йорк: Кнопф. ISBN  978-0-307-26656-9 .
• Эллиотт, Дэвид (2007). Ядерный или нет? Есть ли место ядерной энергии в устойчивом энергетическом будущем? , Пэлгрейв.
• Фергюсон, Чарльз Д. (2007). Ядерная энергетика: баланс выгод и рисков, Совет по международным отношениям .
• Гарвин, Ричард Л. и Чарпак, Жорж (2001) Мегаватты и мегатонны: поворотный момент в ядерном веке?, Кнопф.
• Хербст, Алан М. и Джордж Хопли (2007). Ядерная энергетика сегодня: почему пришло время для самого непонятого источника энергии в мире , Уайли.
• Махаффи, Джеймс (2015). Атомные аварии: история ядерных катастроф и катастроф: от гор Озарк до Фукусимы . Книги Пегаса. ISBN  978-1-60598-680-7 .
• Орескес, Наоми , «Нарушение технообещаний: у нас недостаточно времени, чтобы ядерная энергия спасла нас от климатического кризиса », Scientific American , vol. 326, нет. 2 (февраль 2022 г.), с. 74.
• Шнайдер, Майкл , Стив Томас , Энтони Фроггатт , Дуг Коплоу (2016). Отчет о состоянии мировой атомной промышленности : Состояние мировой атомной промышленности по состоянию на 1 января 2016 года .
• Уокер, Дж. Сэмюэл (1992). Удерживание атома: ядерное регулирование в меняющейся окружающей среде, 1993–1971 гг. , Беркли, Калифорния: University of California Press.
• Уэрт, Спенсер Р. Рост ядерного страха . Кембридж, Массачусетс: Издательство Гарвардского университета, 2012. ISBN   0-674-05233-1 .

Внешние ссылки

• Управление энергетической информации США. Архивировано 8 июля 2011 г. в Wayback Machine.
• Калькулятор стоимости ядерного топливного цикла. Архивировано 11 июля 2022 г. на Wayback Machine.