Безопасность ядерной энергетики Ксенофонтов Александр Иванович канд физ-мат

Безопасность ядерной энергетики Ксенофонтов Александр Иванович канд. физ-мат. наук, доцент каф. «Радиационная физика, биофизика и экология» эл. почта: AIKsenofontov@mephi. ru

Основные даты и события 27 июня 1954 г. Обнинск 5 МВт(эл) 1956 г. Колдер-Холл (Англия) 45 МВт(эл) 1957 г. Шиппиндпорт (США) 67 МВт(эл) 1959 г. Атомоход «Ленин» ЯЭУ 44. 000 л. с. 1975 г. Атомоход «Арктика» 75. 000 л. с. 1978 г. Атомоход «Сибирь» 75. 000 л. с. 1980 г. Белоярская АЭС БН-600

Схема выработки электроэнергии

Схема активной зоны

Изотопы естественного урана Изотоп Содержание в природном уране, % Радиоактивность в природном уране Период полураспада U-238 99, 284 47, 9 4, 46 млрд лет U-235 0, 711 2, 3 704 млн лет U-234 0, 0055 49, 8 245 тыс. лет

Реакция деления ядер Осколки: 80% энергии

Типы ядерных реакторов Параметры ВВЭР РБМК Тепловыделитель 4, 5%-й уран 2, 8%-й уран Замедлитель Легкая вода Графит Активная зона Количество контуров Повышенное обогащение Низкообогащенный урана , 66 т или ОЯТ ВВЭР , 189 т Два Один Теплоноситель Легкая вода в обоих Легкая вода. Замедляющий контурах, одновременно эффект незначителен замедлитель Регулирование Регулирующие стержни из B-Zr сплава Перегрузки топлива 1 раз в 4 -6 месяцев. Каждый ТВЭЛ переставляется трижды Специальная машина перезагружает ТВЭЛы Наружный отражатель Металлический корпус Графитовая кладка

Типы реакторов и стоимость, ресурс (в единицах Q) Реакторы на тепловых нейтронах < 130 дол/кг U Реакторы на < 300 дол/кг U быстрых нейтронах запасы U в океане земная кора < 500 м Li < 60 дол/кг Термоядерные Li в океане реакторы D в океане 30 900 2, 5∙ 103 3, 4∙ 104 6, 7∙ 106 1, 8∙ 103 2, 65∙ 106 3, 8∙ 109

Доступность энергетических ресурсов

Число атомных блоков (2009 г. ) в 31 стране: 436 атомных блока Строятся: 44 атомных блока Вырабатываемая мощность, ГВт (эл) Общая мощность 2030 г. 2050 г. 370 500 1500 Россия 2015 г. 2030 г. 23, 2 +10 + 40

Количество атомных блоков по странам Страна Количество атомных блоков США 104 Франция 59 Япония 54 Англия 33 Россия 31 +10 (2015 г. )

Доля ядерной энергетики в производстве электричества по странам

Атомные станции России АЭС Кол-во блоков Годы ввода в эксплуатацию Годы вывода из эксплуатации Балаковская (ВВЭР-1000) 4 1985 -1993 2015 -2023 Белоярская (БН-600) 1 1980 2010 +15 Билибинская (ЭГП-6) 4 1974 -1976 2009 -2011 +15 Калининская (ВВЭР-1000) 3 1984 -2005 2014 -2035 Кольская (ВВЭР-440) 4 1973 -1981 2008 -2011 +15 Курская (РБМК-1000) 4 1976 -1985 2011 -2015 +15 Ленинградская (РБМК-1000) 4 1973 -1981 2008 -2011 +15 Ново-Воронежская (ВВЭР-440, 1000) 3 1971 -1980 2010 -2016 +20 Смоленская (РБМК-1000) 3 1982 -1990 2012 -2020 Волгодонская (ВВЭР-1000) 1 2002 2032

Структура ЯТЦ Предприятие Деятельность Добыча урановой руды Рудник Гидрометаллургический Механическая обработка руды дробление, измельчение. Выщелачивание, экстракция из завод растворов Очистки уранового сырья, прокаливание, Аффинажный завод получение очищенной U 3 O 8 Газодиффузионный завод Получение UF 6, центрифугирование, получение обогащенной UO 2 Завод по изготовлению Прессование, спекание, упаковка топлива в оболочку. Герметизация ТВЭЛа изготовление ТВЭЛов ТВС АЭС, мощность 1 ГВт(эл) Загрузка ТВС в активную зону, извлечение отработавших ТВС и их установка в хранилище Радиохимический завод Механическое разделение ТВС, растворение оболочек и топлива, экстракция урана и плутония из растворов, переработка отходов

Диоксид урана (UO 2) – топливные таблетки

ЯДЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ Экологические проблемы, накопленные в начальный период создания ядерного оружия, вынужденная отработка на ходу необходимых технологий, недостаточность внимания и знаний в вопросах радиационной безопасности и радиоэкологии Экологические последствия аварий и инцидентов для населения и персонала, а также окружающей среды за весь период функционирования ядерного комплекса СССР/России Экологические риски современных ядерных технологий в нормальном режиме эксплуатации в сравнении с другими техногенными экологическими рисками Оценка потенциальной экологической безопасности ядерных технологий в будущем с учетом перспектив широкомасштабного развития атомной энергетики. Место атомной энергетики в реализации стратегии устойчивого развития

Среднегодовые эффективные дозы персонала на стадиях ЯТЦ

Источники радиоактивного загрязнения при нормальной эксплуатации АЭС Продукты деления Продукты активации Активация продуктов коррозии происходит тепловыми нейтронами по реакции (n, ) и в отдельных случаях на железе, никеле, кобальте — быстрыми нейтронами. Миграция радионуклидов на АЭС Благородные газы (Ar, Xe, Kr), тритий, летучие (I, Cs) и нелетучие (Sr, Rb) вещества Радиоактивные отходы АЭС Газообразные отходы Жидкие радиоактивные отходы Твердые отходы

Этапы получения ядерной энергии 1. Добыча урана (тория) и изготовление свежего ядерного топлива извлечение природных радионуклидов из-под природных барьеров: основной риск связан с радоном и радием 2. Облучение ядерного топлива в ядерном реакторе, в процессе которого происходит генерация трех новых видов радионуклидов: искусственные актиниды, продукты деления, продукты активации. 3. Охлаждение облученного топлива и его переработка. Большая часть активности обусловлена ядрами с периодом полураспада от I до 30 лет 4. Охлаждение продуктов деления, продуктов активации и актинидов, которые не удалось вернуть в топливный цикл, перед окончательным захоронением. Большая часть активности обусловлена ядрами с периодом полураспада от 30 до 1000 лет 5. Окончательное захоронение продуктов деления, активации и актинидов или ОЯТ. Большая часть активности этих продуктов обусловлена ядрами с периодом полураспада больше 1000 лет.

Продукты активации в воздухе, в охлаждающей воде Замедлитель, теплоноситель Вода первого контура

Экологические преимущества ядерной энергетики ТЭС 3, 5 млн. т угля, 7000 т угля/сутки АЭС 1, 5 т обогащенного U (1000 т урановой руды), 80 кг урана/сутки 6 млн. т CO 2 в атмосферу Не выделяют 50 тыс. т SO 2, 30 тыс. т NOx 100 тыс. т золы 400 тыс. т шлака 400 т тяжелых металлов в золе Не образуются 2 т РАО (~50 м 3), из них несколько м 3 очень радиоактивны

Ежегодный выброс токсических веществ на ТЭС As 90 т B 300 т Hg 20 т V 70 т

Использование энергии на ТЭС и АЭС для мощности 1 ГВт (эл) Показатель АЭС ТЭС КПД 33% 40% Сброс тепла в водоём – охладитель 2 ГВт (67%) 1, 25 ГВт(45%) Сброс тепла в трубу 0% 0, 25 ГВт(15%) Эквивалентная ВВЭР: 2, 5 10 -8 Зв/год доза РБМК: 1, 2 10 -6 Зв/год 5, 3 10 -8 Зв/год

Накопление РАО ЯТЦ в России, млн. Ки 1998 г. Виды РАО высокосреднеактивные На конец 1998 г. всего высокосреднеактивные, активные всего Жидкие 50, 1 16, 1 66, 2 1080 830 1910 Твердые 0, 75 0, 0015 0, 75 308 0, 028 308 Всего 50, 8 16, 1 66, 9 1388 830 2220

Накопление, образование и переработка РАО в России

Зауральские радиоактивные аварии Событие Время Сброс в 1949– р. Теча 1956 ВУРС 1957 (Кыштым) Выброс из 1967 оз Карачай Радионуклидный состав, % 90 Sr 95 Zr 106 Ru 137 Cs 144 Ce 11, 6 13, 6 29, 9 12, 2 — Полная активность, ПБк 100 5, 4 24, 9 3, 7 0, 036 66 74 34 — — 48 18 0, 022

Распределение полной дозы в результате Чернобыльской аварии 52% Европейские страны 37% Территория быв СССР 10% Азия 1% Африка 0, 3% Северная и Южная Америка Полная ожидаемая эффективная доза более 1 млн чел. -Зв

Количеству инцидентов на территории бывшего СССР/России за 50 лет (на 2001 г. ) Классификация инцидентов Количество 1. Радиоизотоп -ные установки (всего) Количество пострадавших с клиническими симптомами (ОЛБ+МЛП) Общее в т. ч. с ОЛБ в т. ч. умерших 88 163 45 16 в т. ч. : Co-60 17 28 15 3 Cs-137 19 59 13 9 Ir-192 34 50 10 1 β-излучатели 8 14 5 3

Классифика-ция Количество пострадавших с инцидентов клиническими симптомами (ОЛБ+МЛП) Общее в т. ч. с ОЛБ в т. ч. умерших 2. Рентгеновские установки и ускорители (всего) 38 39 1 - В т. ч. рентгеновские установки 26 26 - - Ускорители электронов 9 10 1 - Ускорители протонов 3 3 - -

Классификация инцидентов Количество пострадавших с клиническими симптомами (ОЛБ+МЛП) Общее в т. ч. с ОЛБ в т. ч. умерших 3. Реакторные инциденты 34 83 73 13 В т. ч. потеря контроля над критичностью 16 42 42 10 Реакторные инциденты 18 41 31 3 4. Аварии на АПЛ 4 133 85 12 5. Другие инциденты 11 16 6 2

Классификация инцидентов Количество Итого без Чернобыльской аварии Чернобыльская авария ИТОГО Количество пострадавших с клиническими симптомами (ОЛБ+МЛП) Общее в т. ч. с ОЛБ в т. ч. умерших 175 434 210 43 1 134 28 176 568 344 71

Мониторинг и контроль загрязнения атмосферного воздуха

INES МЕЖДУНАРОДНАЯ ШКАЛА ЯДЕРНЫХ И РАДИАЦИОННЫХ СОБЫТИЙ

INES 7 6 5 4 3 2 1 0 МЕЖДУНАРОДНАЯ ШКАЛА ЯДЕРНЫХ И РАДИАЦИОННЫХ СОБЫТИЙ ЧЕРНОБЫЛЬ 1986 ВУРС 1957 Windnscale 1957; Three Mile Island 1979 Tokaimura 1999; Saint Laurent des Eaux 1980 Sellafield 2005 Atucha 2005; Cadarache 1993 Нарушения норм производственной деятельности

Обращение с РАО Проект Комплекс Юкка Маунтин Предыдущие расчеты (в долларах США) 17, 5 млрд (30 -летний расчет затрат на 1990 год в переводе на доллары 2000 года) Последние расчеты (в долларах США) 58 млрд (затраты на 100 лет, расчет в 2000 г. ). Подрядчики сказали, что суммы затрат были занижены на 3 млрд долларов, т. к. хранилище для отходов вряд ли откроется в 2010 году, как было намечено

Швеция определилась с выбором места, где в будущем начнется строительство колоссального подземного хранилища ядерных отходов

От атомной энергетики на сегодняшнем этапе требуется: продолжать работу по укреплению надёжности и безопасности АЭС заручиться поддержкой общественного мнения сохранять и развивать необходимые компетенции у специалистов отрасли искать пути эффективного обращения с ОЯТ и РАО продемонстрировать на практике возможность окончательного захоронения высокоактивных отходов совершенствовать способы и процедуры транспортировки топлива поддерживать доверие к способности атомной энергетики противостоять угрозам распространения создать необходимую инфраструктуру в странах, только начинающих развивать атомную энергетику; разрабатывать проекты реакторов, подходящие для конкретных стран; выйти в долгосрочной перспективе на эффективное использование ресурсов.

ВЫВОДЫ Энергетика – основа геоэкономического и геополитического позиционирования России в мире и развитие атомного энергопромышленного комплекса обеспечивает долговременные интересы страны l Инфраструктура, прежде всего производство электроэнергии – ключевая предпосылка сохранения темпов роста экономики страны. Целевая доля АЭС в производстве электроэнергии - 25% от общего объема генерации l Стратегический формат развития ядерноэнергетического комплекса России: ввод 40 ГВт внутри страны и сооружение 60 ГВт за рубежом в перспективе до 2030 г. , а также активное продвижение товаров и услуг ЯТЦ на внешнем рынке l

Сборка первого корпуса реактора ВВЭР-1200 Корпус ВВЭР-1200 для Ново-воронежской АЭС

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ! Эволюция как сопротивление энтропии