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

Основные даты и события 27 июня 1954 г.г. Обнинск5 МВт(эл) 1956 г.Колдер-Холл (Англия)45 МВт(эл) 1957 г.Шиппиндпорт (США)67 МВт(эл) 1959 г.Атомоход «Ленин»ЯЭУ л.с г.Атомоход «Арктика» л.с г.Атомоход «Сибирь» л.с г.Белоярская АЭСБН-600

Схема выработки электроэнергии

Схема активной зоны

Изотопы естественного урана Изотоп Содержание в природном уране, % Радиоактивность в природном уране Период полураспада U-23899,28447,94,46 млрд лет U-2350,7112,3704 млн лет U-2340,005549,8245 тыс. лет

Реакция деления ядер Осколки: 80% энергии

Типы ядерных реакторов ПараметрыВВЭРРБМК Тепловыделитель4,5%-й уран2,8%-й уран Замедлитель Легкая вода Графит Активная зона Повышенное обогащение урана, 66 т Низкообогащенный уран или ОЯТ ВВЭР, 189 т Количество контуровДваОдин Теплоноситель Легкая вода в обоих контурах, одновременно замедлитель Легкая вода. Замедляющий эффект незначителен Регулирование Регулирующие стержни из B-Zr сплава Перегрузки топлива 1 раз в 4-6 месяцев. Каждый ТВЭЛ переставляется трижды Специальная машина перезагружает ТВЭЛы Наружный отражательМеталлический корпусГрафитовая кладка

Типы реакторов и стоимость, ресурс (в единицах Q) Реакторы на тепловых нейтронах < 130 дол/кг U30 Реакторы на быстрых нейтронах < 130 дол/кг U < 300 дол/кг U запасы U в океане земная кора < 500м 900 2, , ,710 6 Термоядерные реакторы Li < 60 дол/кг Li в океане D в океане 1, , ,810 9

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 г Россия 2015 г г. 23,

Количество атомных блоков по странам СтранаКоличество атомных блоков США104 Франция59 Япония54 Англия33 Россия (2015 г.)

Доля ядерной энергетики в производстве электричества по странам

Атомные станции России АЭСКол-во блоков Годы ввода в эксплуатацию Годы вывода из эксплуатации Балаковская (ВВЭР-1000) Белоярская (БН-600) Билибинская (ЭГП-6) Калининская (ВВЭР-1000) Кольская (ВВЭР-440) Курская (РБМК-1000) Ленинградская (РБМК-1000) Ново-Воронежская (ВВЭР-440, 1000) Смоленская (РБМК-1000) Волгодонская (ВВЭР-1000)

Структура ЯТЦ ПредприятиеДеятельность Рудник Добыча урановой руды Гидрометаллургический завод Механическая обработка руды дробление, измельчение. Выщелачивание, экстракция из растворов Аффинажный завод Очистки уранового сырья, прокаливание, получение очищенной U 3 O 8 Газодиффузионный завод Получение UF 6, центрифугирование, получение обогащенной UO 2 Завод по изготовлению ТВЭЛов Прессование, спекание, упаковка топлива в оболочку. Герметизация ТВЭЛа изготовление 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 Радиоактивные отходы АЭС Газообразные отходыЖидкие радиоактивные отходыТвердые отходы Благородные газы (Ar, Xe, Kr), тритий, летучие (I, Cs) и нелетучие (Sr, Rb) вещества

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 Вода первого контураЗамедлитель, теплоноситель

Экологические преимущества ядерной энергетики ТЭСАЭС 3,5 млн.т угля, 7000 т угля/сутки 1,5 т обогащенного U (1000 т урановой руды), 80 кг урана/сутки 6 млн. т CO 2 в атмосферуНе выделяют 50 тыс.т SO 2, 30 тыс.т NO x Не образуются 100 тыс.т золы 400 тыс.т шлака 400 т тяжелых металлов в золе 2 т РАО (~50 м 3 ), из них несколько м 3 очень радиоактивны

Ежегодный выброс токсических веществ на ТЭС As90 т B300 т Hg20 т V70 т

Использование энергии на ТЭС и АЭС для мощности 1 ГВт (эл) ПоказательАЭСТЭС КПД33%40% Сброс тепла в водоём – охладитель 2 ГВт (67%)1,25 ГВт(45%) Сброс тепла в трубу 0%0,25 ГВт(15%) Эквивалентная доза ВВЭР: 2, Зв/год РБМК: 1, Зв/год 5, Зв/год

Накопление РАО ЯТЦ в России, млн. Ки Виды РАО 1998г.На конец 1998г. высоко- активные средне- активные всего высоко- активные, средне- активные всего Жидкие50,116,166, Твердые0,750,00150,753080, Всего50,816,166,

Накопление, образование и переработка РАО в России

Зауральские радиоактивные аварии СобытиеВремя Радионуклидный состав, %Полная актив- ность, ПБк 90 Sr 95 Zr 106 Ru 137 Cs 144 Ce Сброс в р. Теча 1949– ,613,629,912,2100 ВУРС (Кыштым) 19575,424,93,70, Выброс из оз Карачай ,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.) Классифика- ция инцидентов КоличествоКоличество пострадавших с клиническими симптомами (ОЛБ+МЛП) Общеев т.ч. с ОЛБв т.ч. умерших 1. Радиоизотоп- ные установки (всего) в т.ч.: Co Cs Ir β-излучатели81453

Классифика- ция инцидентов КоличествоКоличество пострадавших с клиническими симптомами (ОЛБ+МЛП) Общеев т.ч. с ОЛБв т.ч. умерших 2. Рентгеновские установки и ускорители (всего) В т.ч. рентгеновские установки Ускорители электронов Ускорители протонов 33- -

Классификация инцидентов КоличествоКоличество пострадавших с клиническими симптомами (ОЛБ+МЛП) Общеев т.ч. с ОЛБв т.ч. умерших 3. Реакторные инциденты В т.ч. потеря контроля над критичностью Реакторные инциденты Аварии на АПЛ Другие инциденты111662

Классифика- ция инцидентов КоличествоКоличество пострадавших с клиническими симптомами (ОЛБ+МЛП) Общеев т.ч. с ОЛБв т.ч. умерших Итого без Чернобыльской аварии Чернобыльская авария ИТОГО

Мониторинг и контроль загрязнения атмосферного воздуха

INES INES МЕЖДУНАРОДНАЯ ШКАЛА ЯДЕРНЫХ И РАДИАЦИОННЫХ СОБЫТИЙ

7 ЧЕРНОБЫЛЬ ВУРС Windnscale 1957; Three Mile Island Tokaimura 1999; Saint Laurent des Eaux Sellafield Atucha 2005; Cadarache Нарушения норм производственной деятельности 0

Обращение с РАО Проект Предыдущие расчеты (в долларах США) Последние расчеты (в долларах США) Комплекс Юкка Маунтин 17,5 млрд (30-летний расчет затрат на 1990 год в переводе на доллары 2000 года) 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 геополи- тического позиционирования России в мире и развитие атомного энергопромышленного комплекса обеспечивает долговременные интересы страны Инфраструктура, прежде всего производство электроэнергии – ключевая предпосылка сохранения темпов роста экономики страны. Целевая доля АЭС в производстве электроэнергии - 25% от общего объема генерации Стратегический формат развития ядерно- энергетического 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

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

Эволюция как сопротивление энтропии СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!