Что там с «Фукусимой»?


Фукусима
Спутниковый снимок «Фукусимы» 14 марта 2011 г., три дня после катастрофы.

Последние несколько дней в СМИ появляются статьи с громкими заголовками, призывающими «не прекращать панику» по поводу ситуации с японской АЭС «Фукусима-1». Сообщается о резком повышении уровня радиации на месте катастрофы. Что же происходит в Японии?

Источником сообщений в прессе служит заявление компании-оператора станции, Tokyo Electric Power Company (яп. 東京電力株式会社), которая занимается ликвидацией последствий аварии. В заявлении говорится о новых измерениях уровня радиации во втором реакторе станции, одном из трёх разрушенных.

Результаты пугающие — 530 Зв/ч.

Предыдущий максимум, зафиксированный в районе реактора со времени катастрофы в марте 2011 года, когда последствия цунами привели к аварии на АЭС — 73 Зв/ч. Для человека смертельная доза радиации — 4 Зв. (далее…)

Мировая энергетика. Часть II


Облик мировой энергетики постепенно меняется
Облик мировой энергетики постепенно меняется.

В предыдущей статье мы обсудили современное состояние мировой энергетики: какие источники первичной энергии существуют, каким образом, где и в каком количестве они используются. Выяснилось, что более 80% первичной энергии мы сегодня получаем из ископаемого топлива (то есть угля, нефти и природного газа), и более 85% — из невозобновляемых источников (то же, плюс атомная энергетика). На возобновляемые источники приходится менее 15% первичной энергии. При этом биоэнергетика, составляющая две трети всех возобновляемых источников и 10% общего потребления первичной энергии, по большей части присуща неиндустриальным обществам. Таким образом, современные технологии возобновляемой энергетики дают пока что не более 5% первичной энергии.

Понятие первичной энергии является ключевым для обсуждаемой темы; подробное описание этой концепции было приведено в предыдущей статье. Определение используемых здесь единиц измерения первичной энергии — миллионы тонн нефтяного эквивалента — можно найти там же.

Посмотрим теперь, какие существуют прогнозы в отношении мировой энергетики. Международное энергетическое агентство (МЭА), помимо ранее нами изученных данных по текущему состоянию мировой энергетики, готовит также и прогноз до 2040 года. (далее…)

Мировая энергетика. Часть I


Наша цивилизация основана на потреблении энергии. Не в последнюю очередь — электрической.
Наша цивилизация основана на потреблении энергии. Не в последнюю очередь — электрической.

Современная цивилизация существует в основном благодаря использованию огромного, по сравнению с более ранними временами, количества энергии в разнообразных машинах в широком смысле этого слова. Более того, потребление энергии человечества постоянно растёт. При этом энергия в годной к употреблению форме является ограниченным ресурсом, так что относительная доступность энергии оказывает серьёзное влияние на развитие как отдельных стран, так и цивилизации в целом.

Существует несколько организаций, ведущих регулярный статистический учёт производства и потребления энергии. В данной статье, в частности, используются данные Международного энергетического агентства (IEA). Выводы и прогнозы различных организаций часто цитируются, но при этом редко поясняется, каким образом и на каких принципах они строятся, что открывает простор для неверных интерпретаций. В данной статье мы постараемся исправить это упущение.

Первичная энергия

При учёте энергии возникает одна сложность — до потребления энергии в её конечной форме она проходит через цепочку преобразований, иногда довольно длинную. Электрочайник кипятит воду — происходит потребление энергии в форме тепла, преобразованной из энергии в форме электричества в сети. В свою очередь в эту форму энергия была преобразована из механической формы — энергии вращения турбин на электростанции, а та была получена из тепловой энергии пара, полученной путём сжигания какого-то топлива, то есть из потенциальной химической энергии. В таком, казалось бы, простом деле оказалось сразу пять этапов преобразования энергии; причём на каждом этапе часть энергии, конечно же, теряется, так что потребление энергии в конечной форме всегда существенно меньше, чем её производство. На каком этапе вести учёт? (далее…)

Чернобыльская катастрофа: 30 лет с нами


Строительство ЧАЭС
Строительство ЧАЭС.

«Любая работа становится привычной. Но нет-нет да и мелькнёт мысль о том, как много дано людям. Покорить атом. Заковать его. Заставить не разрушать, а созидать».
Из пропагандистского фильма о строительстве Чернобыльской АЭС.

В этом году мы сталкиваемся с двумя неприятными круглыми датами: 30 лет катастрофе на Чернобыльской АЭС и 5 лет катастрофе на АЭС Фукусима. Многими обе катастрофы воспринимаются как древняя история, трагические события, которые случились, но больше не актуальны. Однако верно обратное: Чернобыль и Фукусима всё ещё непосредственно важны для наших жизней. Поэтому ясная картина случившегося и картина меняющихся со временем последствий необходима каждому, кто хочет сделать информированные выводы о наследии крупнейших катастроф в атомной энергетике [8]. (далее…)

|

Экспериментально подтверждено существование плутония


Гленн Теодор Сиборг
Гленн Теодор Сиборг (1912—1999) вместе с сотрудниками в Беркли впервые синтезировал плутоний. Он руководил или был ключевым членом команд, получивших ещё восемь химических элементов. В его честь назван элемент сиборгий. Гленн Сиборг и Эдвин Макмиллан в 1951 году получили Нобелевскую премию за «изучение химии трансурановых элементов».

Плутоний (обозначается символом Pu; атомное число 94) — тяжёлый хрупкий радиоактивный металл, крайне редко встречающийся в природе. Он был получен в ходе экспериментов на 60-дюймовом циклотроне, которые проводили сотрудники Калифорнийского университета в Беркли, 14 декабря 1940 года. В ночь с 23 на 24 февраля 1941 года был проведён решающий эксперимент, подтвердивший существование нового химического элемента.

Название 94-му химическому элементу было предложено Артуром Валем и Гленном Сиборгом. Он назван в честь планеты Плутон по аналогии с 93-им химическим элементом — нептунием, эти элементы продолжают ряд актиноидов, следуя за ураном.

Плутоний — первый искусственный химический элемент, производство которого началось в промышленных масштабах сначала в США, затем в СССР. Произведено его немало — общее количество плутония, хранящегося в мире во всевозможных формах, оценивалось в 2003 г. в 1239 тонн.

Хотя для плутония нашлись и мирные задачи (например, он используется в качестве топлива в реакторах космических аппаратов), но основная сфера его применения — создание ядерного оружия. Плутониевой бомбой был заряд, взорванный над японским городом Нагасаки 9 августа 1945. Этот взрыв 6,2 кг плутония (21 килотонна в тротиловом эквиваленте) унёс жизни 74 тысяч человек моментально, ранено было около ста тысяч человек, многие раненые погибли в скором времени от лучевой болезни. «Мирный город Нагасаки» был одним из главных центров японской военной промышленности и кораблестроения, в нём располагались, в частности, сталелитейный и оружейный заводы Мицубиси, торпедный завод Мицубиси — Ураками.

Новосибирские инженеры нашли способ повысить мощность ядерных реакторов


Новосибирский завод химконцентратов (НЗХК) был основан 25 сентября 1948 года. Входит в корпорацию "ТВЭЛ", является одним из ведущих мировых производителей ядерного топлива для АЭС. По данным предприятия, около 6% ядерных реакторов мира работает на производимом им топливе. Кроме того, завод является единственным в России производителем металлического лития и его солей.
Новосибирский завод химконцентратов (НЗХК) был основан 25 сентября 1948 года. Входит в корпорацию «ТВЭЛ», является одним из ведущих мировых производителей ядерного топлива для АЭС. По данным предприятия, около 6% ядерных реакторов мира работает на производимом им топливе. Кроме того, завод является единственным в России производителем металлического лития и его солей.

Специалисты Новосибирского завода химконцентратов (НЗХК) разработали детали ядерного реактора, которые позволят увеличить мощность энергоблоков до 110%. НЗХК займётся производством новых изделий, как сообщили на предприятии.

Учёные разработали новые перемешивающие решётки для тепловыделяющих сборок (ТВС), которые содержат ядерное топливо и помещаются в активную зону реактора.

«Конструкция самой ТВС осталась без изменения за исключением четырёх дополнительных решёток. Это позволяет эффективнее использовать поток теплоносителя (воды), что увеличивает величину теплосъёма с элементов с ядерным топливом», — пояснили специалисты НЗХК.

По словам разработчиков, такая конструкция позволяет увеличить мощность энергоблоков до 107-110% по сравнению со 104%, на которых они работают сейчас. Кроме того, использование перемешивающих решёток позволит уменьшить механические нагрузки на конструкцию и повысит надёжность ТВС. (далее…)

В Германии построен крупнейший в мире термоядерный стелларатор


Wendelstein7-X
Звёзды шарообразны, но Wendelstein 7-X, как и все остальные реакторы термоядерного синтеза, тороидален («сферический» американский токамак NSTX, на самом деле, тоже тор, но с очень узким отверстием). Требование такой формы является следствием необходимости удерживать плазму при помощи магнитного поля и может быть объяснено теоремой о причёсывании сферического ежа (представьте, что векторы магнитного поля — это иголки). Тороидальная форма реактора позволяет получить своего рода замкнутую магнитную поверхность.

В Германии, в городе Грайфсвальд, начал работу экспериментальный термоядерный реактор-стелларатор Wendelstein 7-X. Строительство объекта велось под руководством специалистов Института физики плазмы Общества им. Макса Планка с 2005 года и обошлось более чем в миллиард евро (финансирование проекта проводилось на 33% Европейским союзом, Германией — на 60% и землёй Мекленбург-Передняя Померания — на 7%, также 7,5 млн долларов в проект вложили США). Эксперименты на стеллараторе планируют проводить уже в следующем году. Основной их задачей станет проверка эффективности подобной конфигурации реакторов для управления термоядерным синтезом. В перспективе это может привести к строительству термоядерной электростанции и продуктивному использованию энергии, аналогичной энергии звёзд.

Стелларатор (от латинского stella — звезда) — тип реактора для осуществления управляемого термоядерного синтеза. Изобретён Л. Спитцером в 1951 г. Это замкнутая магнитная ловушка для удержания высокотемпературной плазмы. Принципиальное отличие стелларатора от разработанного в СССР токамака заключается в том, что магнитное поле для удержания плазмы полностью создаётся внешними катушками, что, помимо прочего, позволяет использовать его в непрерывном режиме. Его силовые линии подвергаются т. н. вращательному преобразованию, в результате которого эти линии многократно обходят вдоль тора и образуют систему замкнутых вложенных друг в друга тороидальных магнитных поверхностей. Вращательное преобразование силовых линий может быть осуществлено как путём геометрической деформации тороидального соленоида (например, скручиванием его в «восьмёрку»), так и с помощью винтовых проводников, навитых на тор. Для создания такой конфигурации магнитного поля необходимо использовать катушки сложной формы, производство которых было вполне освоено далеко не сразу. Вследствие этого первые модели стеллараторов давали плазму с худшими параметрами, чем токамаки.

Реактор Wendelstein 7-X состоит из 70 сверхпроводящих катушек общим весом более 725 тонн. Катушки способны создавать магнитное поле, удерживающее плазму с температурой до ста миллионов градусов в течение, примерно, 30 минут. (далее…)

|

В Бельгии будет запущена система MYRRHA — гибрид подкритического реактора и протонного ускорителя


Эксперимент со свинцово-висмутовым теплоносителем, который будет использоваться в реакторе MYRRHA.
Эксперимент со свинцово-висмутовым теплоносителем, который будет использоваться в реакторе MYRRHA.

MYRRHA была разработана сотрудниками Французского национального центра ядерных исследований совместно с Бельгийским ядерным исследовательским центром (SCK-CEN). В целом в этом проекте, курируемом Еврокомиссией, принимают участие 12 лабораторий из различных стран Европы. Это гибридная энергетическая атомная система четвёртого поколения, представляющая собою подкритический реактор со свинцово-висмутовым теплоносителем, работающий в тандеме с ускорителем протонов.

Что такое подкритический реактор? Начнём издалека. Критическим состояние ядерной установки считается в том случае, когда цепная реакция деления является самоподдерживающейся, т.е. каждый акт деления ядра изотопа, использующегося в качестве ядерного топлива, вызывает не менее одного последующего деления. Под сверхкритическим состоянием понимается ситуация, когда реакция разрастается (как, например, в ядерных боеприпасах). Наконец, подкритическим называется состояние, когда ядерная реакция затухает и в конечном итоге прекращается. Реактор MYRRHA был бы подкритическим, если бы не ускоритель протонов на 600 МэВ, который будет бомбардировать топливную массу постоянным пучком ускоренных протонов и тем самым стимулировать деление ядер. (далее…)

|

По всему миру начнётся строительство множества АЭС четвёртого поколения


АЭС Охи в Японии.
По состоянию на 2014 год в мире эксплуатируется 436 энергетических реакторов (не считая исследовательских) общей мощностью 371923 ГВт. На снимке — АЭС Охи в Японии.

«БРЕСТ-ОД-300» на Белоярской АЭС и другие подобные исследовательские и опытно-демонстрационные модели к этому времени будут безаварийно работать около пяти-десяти лет, на них будет отработана и доведена до коммерчески применимого состояния группа технологий, условно объединяемая термином «реакторы IV поколения» (Gen IV), что подтолкнёт государства и коммерческие структуры, занимающиеся ядерной энергетикой, переходить к широкому внедрению таких реакторов.

Сама концепция реакторов четвёртого поколения исключает возможность возникновения беглых цепных реакций (как это было в Чернобыле), особенности цикла использования ядерного топлива уменьшают количество радиоактивных отходов, утилизация отходов становится более простой и экономичной. Всё это будет всячески подчёркиваться заинтересованными сторонами в публичном информационном пространстве и постепенно убедит массы населения (кроме обычного небольшого процента радикальных алармистов) в безопасности новых АЭС. Экономичность последних, позволяющая вырабатывать электричество дешевле, чем на ТЭЦ и ГЭС, сделает атомную энергетику по-настоящему коммерчески выгодной отраслью.

Особенно активно в строительство новых АЭС в начале 2030-х годов включатся Индия и Китай.

|

На Белоярской АЭС появится реактор четвертого поколения


Белоярская АЭС
Белоярская АЭС им. И. В. Курчатова расположена в городе Заречный, в Свердловской области, вторая промышленная атомная станция в стране (после Сибирской), единственная в России АЭС с разными типами реакторов на одной площадке.

К четвёртому поколению относят промышленные атомные реакторы, в основу концепции которых положены принцип замкнутого цикла с частичным рециклированием и принцип естественной безопасности.

Суть замкнутого цикла в том, что из топлива, отработавшего в реакторах на тепловых нейтронах, может быть наработано новое топливо с помощью реакторов на быстрых нейтронах. Смысл этого процесса — в сокращении количества ядерных отходов (при традиционном подходе к 2080-м годам их может накопится столько, что они станут серьёзной экологической угрозой для всей цивилизации).

Под «естественной безопасностью» подразумевается ядерная и радиационная безопасность за счёт последовательного отказа от любых технических решений, потенциально опасных проектными и запроектными авариями, и организации безопасности за счёт использования природных законов и свойств используемых материалов, что позволит достичь убедительно прогнозируемой безопасности. Предполагается, что реактор четвёртого поколения сможет работать на одной загрузке топлива не менее 15 лет.

На сегодняшний день основным разрабатываемым реактором замкнутого цикла на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем является проект «БРЕСТ-300». Разработка проекта реакторной установки «БРЕСТ-300» ведётся в НИКИЭТ имени Н. А. Доллежаля. Проект энергоблока для Белоярской АЭС на базе «БРЕСТ-300» разрабатывается в структурном подразделении госкорпорации «Росатом» — Физико-энергетическом институте им. А.И. Лейпунского. Технический проект должен быть завершён в 2014 году, в 2015 году проект должен пройти госэкспертизу, а в 2016 начнётся строительство. Предполагается, что к запуску реактор будет готов в 2020 году. Мощность реактора будет невысокой — всего 300 МВт (полное наименование проекта — «БРЕСТ-ОД-300», ОД — «опытный демонстрационный»). Дело в том, что на проекте отрабатывается и опробуется множество новых конструктивных решений, и делать это лучше на относительно небольшом и менее дорогом в реализации проекте. Кроме того, выбранная мощность (300 МВт) является минимально необходимой для получения коэффициента воспроизводства топлива в активной зоне, равного единице.

В случае успешности этого проекта будет ставиться вопрос о разработке реактора «БРЕСТ-1200» мощностью 1200 МВт.

|

Германия отказывается от ядерной энергии


Графенрайнфельд — атомная электростанция в Баварии, мощностью 1345 МВт.
Графенрайнфельд — атомная электростанция в Баварии, мощностью 1345 МВт.

После катастрофы на Фукусиме (Япония) некоторые государства начали пересматривать своё отношение к атомной энергетике. Германия в их числе.

Первоначально предполагалось, что немецкие атомные станции проработают до 2036 года. Однако затем этот план был скорректирован. Семь реакторов было остановлено в качестве теста в 2011 году. Эта операция помогла выявить проблемы, сопутствующие такой остановке, и начать поиск их решения. Оставшиеся АЭС будут остановлены и закрыты до 2022 года.

Возникший дефицит электроэнергии планируется восполнять за счёт более рационального использования электричества, производимого ТЭЦ, а также за счёт мер по увеличению энергоэффективности зданий и привлечения альтернативных источников энергии.

До 2011 года ядерная энергетика Германии производила около 16% электроэнергии в стране. В ней было занято более тридцати тысяч человек