Атомная энергия

Атомная электростанция Leibstadt мощностью 1200 МВт в Швейцарии. Реактор с кипящей воды (Р), расположенный внутри купола ограничена цилиндрической конструкции, является ничтожным по размеру его охлаждение башни . Станция вырабатывает в среднем 25 миллионов киловатт-часов в день, что достаточно для снабжения энергией города размером с Бостон . ^[1]

Palo Verde генерирующая станция Ядерное , крупнейший в Соединенных Штатах с 3 водо - водяными реакторами (РВД), находится в пустыне штата Аризона . Он использует сточные воды из городов в качестве охлаждающей воды в 9 приземистых градирнях с механической тягой. ^{[2] [3]} Его общий запас отработавшего топлива , произведенный с 1986 года, содержится в баллонах для хранения сухих контейнеров, расположенных между искусственным водоемом и электрораспределительной станцией .

Корабли с ядерными двигателями США: (сверху вниз) крейсеры USS  Bainbridge , USS  Long Beach и USS  Enterprise , первый авианосец с ядерной установкой . Снимок сделан в 1964 году во время рекордного плавания в 26 540 морских миль (49 152 км) вокруг света за 65 дней без дозаправки. Члены экипажа изложив Эйнштейна «с масс-энергетической эквивалентности формулы Е = тс ² на полетной палубе .

Производство электроэнергии в гражданском мире по источникам. Всего около 23 816 ТВтч . ^[4]

Ядерная энергия - это использование ядерных реакций, которые высвобождают ядерную энергию для выработки тепла, которое затем чаще всего используется в паровых турбинах для производства электроэнергии на атомной электростанции . Ядерная энергия может быть получена в результате ядерных реакций деления , ядерного распада и ядерного синтеза . В настоящее время подавляющее большинство электроэнергии ядерной энергетики производится путем ядерного деления урана и плутония . Процессы ядерного распада используются в нишевых приложениях, таких как радиоизотопные термоэлектрические генераторы в некоторых космических зондах, таких какВояджер-2 . Производство электроэнергии из термоядерного синтеза остается в центре внимания международных исследований. В этой статье в основном рассматривается энергия ядерного деления для производства электроэнергии.

В 2019 году гражданская ядерная энергетика обеспечила 2586 тераватт-часов (ТВтч) электроэнергии, что эквивалентно примерно 10% мирового производства электроэнергии , и была вторым по величине источником энергии с низким содержанием углерода после гидроэлектроэнергии . ^{[5] [6]} По состоянию на январь 2021 года в мире ^{[Обновить]}насчитывалось 442 гражданских реактора деления с общей электрической мощностью 392 гигаватт (ГВт). Также в стадии строительства находится 53 ядерных энергетических реактора и запланировано 98 реакторов общей мощностью 60 ГВт и 103 ГВт соответственно. ^[7]Соединенные Штаты имеют самый большой парк ядерных реакторов, вырабатывающих более 800 ТВтч электроэнергии с нулевым выбросом в год при среднем коэффициенте мощности 92%. ^[8] Большинство строящихся реакторов - это реакторы поколения III в Азии. ^[9]

Атомная энергетика имеет один из самых низких уровней смертности на единицу произведенной энергии по сравнению с другими источниками энергии. Уголь, нефть, природный газ и гидроэлектроэнергия вызвали больше смертельных случаев на единицу энергии из-за загрязнения воздуха и аварий . ^[10] С момента коммерциализации в 1970-х годах ядерная энергетика предотвратила около 1,84 миллиона смертей, связанных с загрязнением воздуха, и выброса около 64 миллиардов тонн эквивалента углекислого газа , которые в противном случае были бы результатом сжигания ископаемого топлива . ^[11]

Аварии на атомных электростанциях включают чернобыльскую катастрофу в Советском Союзе в 1986 году, ядерную катастрофу на Фукусима-дайити в Японии в 2011 году и более сдержанную аварию на Три-Майл-Айленде в США в 1979 году.

Идут споры о ядерной энергетике . Сторонники, такие как Всемирная ядерная ассоциация и Защитники ядерной энергии , утверждают, что ядерная энергия является безопасным и устойчивым источником энергии, который снижает выбросы углерода . Противники ядерной энергетики , такие как Гринпис и NIRS , утверждают, что ядерная энергетика представляет множество угроз для людей и окружающей среды.

История

Происхождение

В 1932 году физик Эрнест Резерфорд обнаружил, что когда атомы лития «расщепляются» протонами протонного ускорителя, высвобождается огромное количество энергии в соответствии с принципом эквивалентности массы и энергии . Однако он и другие пионеры ядерной физики Нильс Бор и Альберт Эйнштейн считали маловероятным использование силы атома для практических целей в ближайшем будущем. ^[12] В том же году докторант Резерфорда Джеймс Чедвик открыл нейтрон . ^[13] Эксперименты по бомбардировке материалов нейтронами привели Фредерика и Ирен Жолио-Кюри к открытиюиндуцированной радиоактивности в 1934 году, что позволило создать радий -подобных элементов. ^[14] Дальнейшая работа Энрико Ферми в 1930-х годах была сосредоточена на использовании медленных нейтронов для повышения эффективности наведенной радиоактивности. Эксперименты по бомбардировке урана нейтронами привели Ферми к мысли, что он создал новый трансурановый элемент , получивший название гесперий . ^[15]

В 1938 году немецкие химики Отто Ган ^[16] и Штрассман , наряду с австрийским физиком Л. Мейтнер ^[17] и племянник Мейтнер, в Отто Роберт Фриш , ^[18] , проведенные эксперименты с продуктами нейтронов облученного урана, как средство дальнейшего расследование заявлений Ферми. Они определили, что относительно крошечный нейтрон разделил ядро ​​массивных атомов урана на две примерно равные части, что противоречит Ферми. ^[15] Это был чрезвычайно неожиданный результат; все другие формы ядерного распада включали лишь небольшие изменения массы ядра, тогда как этот процесс, получивший название «деление» как ссылка на биологию- привел к полному разрыву ядра. Многие ученые, включая Лео Сциларда , который был одним из первых, признали, что если в результате реакции деления будут высвобождаться дополнительные нейтроны, может возникнуть самоподдерживающаяся цепная ядерная реакция . ^{[19] [20]} Как только это было экспериментально подтверждено и объявлено Фредериком Жолио-Кюри в 1939 году, ученые во многих странах (включая США, Великобританию, Францию, Германию и Советский Союз) обратились к своим правительствам с просьбой поддержать исследования ядерного деления, как раз на пороге Второй мировой войны , для разработки ядерного оружия . ^[21]

Первый ядерный реактор

В Соединенных Штатах, куда эмигрировали Ферми и Силард, открытие цепной ядерной реакции привело к созданию первого искусственного реактора, исследовательского реактора, известного как Chicago Pile-1 , который достиг критичности 2 декабря 1942 года. Разработка реактора была частью Манхэттенского проекта , усилий союзников по созданию атомных бомб во время Второй мировой войны. Это привело к созданию более крупных одноцелевых промышленных реакторов , таких как X-10 Pile , для производства оружейного плутония для использования в первом ядерном оружии. Соединенные Штаты испытали первое ядерное оружие в июле 1945 г.Испытание Тринити с атомными бомбардировками Хиросимы и Нагасаки через месяц.

В августе 1945 года был выпущен первый широко распространенный отчет об атомной энергии - карманный справочник «Атомный век» . В нем обсуждалось мирное использование ядерной энергии в будущем и было показано будущее, в котором ископаемое топливо не будет использоваться. Нобелевский лауреат Гленн Сиборг , который позже возглавил Комиссию по атомной энергии США , заявил, что «появятся челноки Земля-Луна с ядерными двигателями, искусственные сердца с ядерными двигателями, бассейны с плутониевым подогревом для дайверов с аквалангом и многое другое». ^[24]

В том же месяце, с окончанием войны, Сиборг и другие будут подавать сотни изначально классифицированных патентов , ^[20] в первую очередь Юджин Вигнер и Alvin Вайнберга Патент «S # 2736696, на концептуальном реактора на легкой воде (LWR) , который будет позже стал основным реактором для военно-морских силовых установок США, а позже занял большую часть коммерческого рынка деления электроэнергии. ^[25]

Соединенное Королевство, Канада ^[26] и СССР приступили к исследованиям и развитию ядерной энергетики в течение конца 1940-х - начала 1950-х годов.

Электроэнергия была впервые произведена на ядерном реакторе 20 декабря 1951 года на экспериментальной станции EBR-I недалеко от Арко, штат Айдахо , которая первоначально произвела около 100  кВт . ^{[27] [28]} В 1953 году президент США Дуайт Эйзенхауэр выступил в Организации Объединенных Наций со своей речью « Атом для мира », подчеркнув необходимость быстрого развития «мирного» использования ядерной энергии. За этим последовал Закон об атомной энергии 1954 года, который позволил быстро рассекретить технологию реакторов в США и стимулировал развитие частного сектора.

Ранние годы

Первой организацией, разработавшей ядерную энергетику, был ВМС США с реактором S1W для создания двигателей подводных лодок и авианосцев . Первая атомная подводная лодка, USS  Nautilus , была выведена в море в январе 1954 года. ^{[30] [31]} На траекторию проектирования гражданского реактора сильно повлиял адмирал Хайман Г. Риковер , который вместе с Вайнбергом в качестве близкого советника выбрал корабль. Конструкция реактора PWR / воды под давлением в виде реактора мощностью 10 МВтдля Nautilus - решение, которое приведет к тому, что PWR получит обязательство правительства развивать, инженерное лидерство, которое окажет долгосрочное влияние на гражданский рынок электроэнергии в ближайшие годы. ^[32] ВМС США Ядерное Propulsion проектирование и эксплуатация сообщества , под стиль Риковера внимательного управления сохраняет постоянную запись нулевых аварий реакторов (определяется как неконтролируемый выброс продуктов деления в окружающую среду в результате повреждения активной зоны реактора). ^{[33] [34]} с флотом атомных кораблей ВМС США, насчитывающим около 80 судов по состоянию на 2018 год. ^[35]

27 июня 1954 года , в СССР «сек Обнинска атомная электростанции , основанная на том, что бы стать основой для РБОК конструкции реактора, стала первой в мире атомной электростанции для выработки электроэнергии для энергосистемы , производя около 5 мегаватт электроэнергии . ^[36]

17 июля 1955 года реактор BORAX III , прототип более поздних реакторов с кипящей водой , стал первым, кто вырабатывал электричество для всего города Арко, штат Айдахо . ^[37] Видеозапись демонстрации подачи электроэнергии мощностью около 2 мегаватт (2 МВт) была представлена Организации Объединенных Наций , ^[38] где на «Первой Женевской конференции», крупнейшем в мире собрании ученых и инженеров , встретились, чтобы изучить технологию в том году. В 1957 году ЕВРАТОМ был запущен вместе с Европейским экономическим сообществом (последнее теперь Европейский Союз). В том же году был запущенМеждународное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ).

Первая в мире «коммерческая атомная электростанция», Колдер-Холл в Виндскейле, Англия, была открыта в 1956 году с начальной мощностью 50 МВт на реактор (всего 200 МВт) ^{[43] [44],} это была первая из парка двойное назначение MAGNOX реакторы, хотя официально с кодовым названием Пиппа (Сжатый ворс Производство питание и плутоний) в UKAEA , чтобы обозначить двойную коммерческую и военную роль завода. ^[45]

Программа ядерной энергетики армии США официально началась в 1954 году. Под ее руководством установка SM-1 мощностью 2 мегаватта в Форт-Белвуар , штат Вирджиния , была первой в Соединенных Штатах, которая поставляла электроэнергию в промышленных мощностях в коммерческую сеть ( VEPCO ). в апреле 1957 г. ^[46]

Первой коммерческой ядерной станцией, введенной в эксплуатацию в Соединенных Штатах, стал реактор Шиппорт мощностью 60 МВт ( Пенсильвания ) в декабре 1957 года ^[47].

SL-1 мощностью 3 МВт представлял собой экспериментальный ядерный энергетический реактор армии США на Национальной испытательной станции реакторов в Национальной лаборатории штата Айдахо . Он был создан на основе конструкции реактора с кипящей водой (BWR) на основе Borax, и он впервые достиг критичности работы и подключения к сети в 1958 году. По неизвестным причинам в 1961 году техник удалил стержень управления примерно на 22 дюйма дальше, чем предписанные 4 дюйма. Это привело к паровому взрыву, в результате которого погибли три члена экипажа и произошла авария . ^{[48] [49]} Событие в конечном итоге было оценено на 4 балла по семиуровневой шкале INES .

В службе с 1963 года и работает в качестве экспериментального испытательного стенда для последующего подводного Альфа-класса флота, один из двух жидкометаллическим теплоносителем на борту советской подводной лодки  К-27 , прошел элемент отказа топлива аварии в 1968 году, с излучением газообразных продуктов деления в окружающий воздух, в результате чего 9 членов экипажа погибли и 83 получили ранения. ^[50]

Развитие и раннее противодействие ядерной энергии

•   PWR: 277 (63,2%)
•   BWR: 80 (18,3%)
•   ГКЛ: 15 (3,4%)
•   PHWR: 49 (11,2%)
•   LWGR: 15 (3,4%)
•   FBR: 2 (0,5%)

Количество гражданских реакторов, вырабатывающих электроэнергию, по типам (конец 2014 г.): 277 реакторов с водой под давлением , 80 реакторов с кипящей водой , 15 реакторов с газовым охлаждением , 49 реакторов с тяжелой водой под давлением ( CANDU ), 15 реакторов LWGR (РБМК) и 2 реактора на быстрых нейтронах . ^[51]

Общая установленная мощность АЭС в мире первоначально росла относительно быстро: с менее 1 гигаватта (ГВт) в 1960 году до 100 ГВт в конце 1970-х годов и 300 ГВт в конце 1980-х годов. С конца 1980-х годов мировая мощность росла намного медленнее, достигнув 366 ГВт в 2005 году. Примерно с 1970 по 1990 год в стадии строительства находилось более 50 ГВт мощностей (пиковая мощность составляла более 150 ГВт в конце 1970-х и начале 1980-х годов) - в 2005 году. , планировалось около 25 ГВт новой мощности. Более двух третей всех атомных станций, заказанных после января 1970 года, в конечном итоге были отменены. ^[30] В период с 1975 по 1980 год в США было закрыто 63 ядерных блока . ^[52]

В 1972 Alvin Weinberg, соавтор легкой конструкции реактора вода (наиболее распространенный ядерных реакторов сегодня) был уволен с работы в Oak Ridge National Laboratory по администрации Никсона , «по крайней мере частично» над поднятием озабоченность по поводу безопасность и мудрость все более масштабного увеличения его конструкции, особенно выше номинальной мощности ~ 500 МВт _эл. , поскольку в сценарии аварии с потерей теплоносителя тепловыделение, генерируемое такими большими компактными твердотопливными активными зонами, считалось невозможным. возможности пассивного / естественного конвекционного охлаждения для предотвращения быстрого расплавления твэлов и, как следствие, образования потенциально далеко идущих продуктов деленияплюмаж. Рассматривая LWR, хорошо подходящий в море для подводных лодок и военно-морского флота, Вайнберг не продемонстрировал полной поддержки его использования коммунальными предприятиями на суше на выходной мощности, в которой они были заинтересованы по причинам масштаба поставок , и хотел бы запросить большую долю. из AEC финансирования исследований эволюционировать его команду продемонстрировала, ^[53] расплавленные соли Реактор Эксперимент , дизайн с большей присущей безопасностью в этом случае и с , что предусмотрен большим потенциалом экономического роста на рынке крупной гражданского производства электроэнергии. ^{[54] [55] [56]}

Аналогично экспериментам безопасности реактора ранее буры, проведенные Арагонской национальной лаборатории , ^[57] в 1976 Idaho National Laboratory началась тестовая программа сосредоточена на LWR реакторах при различных сценариях аварий, с целью понимания прогрессию событий и смягчения мер , необходимых , чтобы ответить к отказу одной или нескольких разрозненных систем, при этом большая часть избыточного резервного оборудования безопасности и ядерные нормы основаны на этой серии исследований разрушающих испытаний . ^[58]

В течение 1970-х и 1980-х годов рост экономических затрат (связанных с увеличенным сроком строительства, в основном из-за изменений в законодательстве и судебных разбирательств между группами давления) ^[59] и падение цен на ископаемое топливо сделали атомные электростанции, строящиеся в то время, менее привлекательными. В 1980-х годах в США и 1990-х годах в Европе постоянный рост электрических сетей и либерализация электроэнергетики также сделали добавление новых крупных генераторов энергии базовой нагрузки экономически непривлекательным.

1973 нефтяной кризис оказал значительное влияние на страны, такие как Франция и Япония, которые полагались в большей степени на нефть для электрогенерации (39% ^[60] и 73% соответственно) , чтобы инвестировать в атомную энергетику. ^[61] Французский план, известный как план Мессмера, предусматривал полную независимость от нефти, предусматривающий строительство 80 реакторов к 1985 г. и 170 к 2000 г. ^[62] Франция построит 25 электростанций деления , установив в основном 56 реакторов. Реакторы проекта PWR в течение следующих 15 лет, хотя и раньше, чем 100 реакторов, первоначально запланированных в 1973 году, на 1990-е годы. ^{[63] [64]}В 2019 году 71% электроэнергии во Франции вырабатывали 58 реакторов, что является самым высоким показателем среди всех стран мира. ^[65]

Некоторая местная оппозиция ядерной энергии возникла в США в начале 1960-х годов, начиная с предложенной в 1958 году станции Бодега-Бэй в Калифорнии, что вызвало конфликт с местными жителями, и к 1964 году от этой концепции в конечном итоге отказались. ^[66] В конце 1960-х некоторые члены научного сообщества начали выражать серьезные опасения. ^[67] Эти антиядерные проблемы связаны с ядерными авариями , распространением ядерного оружия , ядерным терроризмом и удалением радиоактивных отходов . ^[68] В начале 1970-х годов были большие протесты против строительства атомной электростанции в Вилле., Германия. Проект был отменен в 1975 году, так как антиядерный успех в Wyhl вдохновил противников ядерной энергетики в других частях Европы и Северной Америки. ^{[69] [70]} К середине 1970-х годов антиядерный активизм приобрел более широкую привлекательность и влияние, и ядерная энергетика стала предметом большого общественного протеста. ^{[71] [72]} В некоторых странах конфликт вокруг ядерной энергетики «достиг интенсивности, беспрецедентной в истории технологических противоречий». ^{[73] [74]} В мае 1979 года около 70 000 человек, включая тогдашнего губернатора Калифорнии Джерри Брауна , приняли участие в марше против ядерной энергетики в Вашингтоне, округ Колумбия. ^[75] Группы, ^{выступающие} против ядерной энергии. возникла в каждой стране, где была ядерная энергетическая программа.

В глобальном масштабе в течение 1980-х годов один новый ядерный реактор запускался в среднем каждые 17 дней. ^[76]

Правила, цены и несчастные случаи

В начале 1970-х годов возросшая враждебность общества к ядерной энергетике в Соединенных Штатах вынудила Комиссию по атомной энергии Соединенных Штатов, а затем и Комиссию по ядерному регулированию удлинить процесс получения лицензий, ужесточить технические правила и повысить требования к оборудованию для обеспечения безопасности. ^{[77] [78]} Наряду с относительно небольшим увеличением общего количества стали, трубопроводов, кабелей и бетона на единицу установленной паспортной мощности , более заметные изменения регулирующих открытых общественных слушаний-Цикл ответов на выдачу разрешений на строительство имел эффект того, что когда-то было начальными 16 месяцами для начала проекта до заливки первого бетона в 1967 году, увеличившись до 32 месяцев в 1972 году и, наконец, до 54 месяцев в 1980 году, что в конечном итоге увеличилось в четыре раза. цена энергетических реакторов. ^{[79] [80]}

Количество предложений по коммунальным предприятиям в США для атомных электростанций, достигнув 52 в 1974 году, упало до 12 в 1976 году и так и не восстановилось ^[81], в значительной степени из-за судебной стратегии группы давления, инициировавшей судебные иски против каждого предложенного строительства в США. , удерживая частные коммунальные предприятия в суде в течение многих лет, одна из которых была рассмотрена в Верховном суде в 1978 году . ^[82] Поскольку разрешение на строительство атомной станции в США в конечном итоге заняло больше времени, чем в любой другой индустриальной стране, коммунальные предприятия столкнулись с угрозой выплаты процентов по крупным строительным ссудам, в то время как антиядерное движение использовало правовую систему для создания задержек, все больше делало жизнеспособность финансирования строительства менее определенным. ^[81] К концу 1970-х стало ясно, что ядерная энергетика не будет расти так резко, как когда-то считалось.

Более 120 предложений реакторов в Соединенных Штатах были в конечном итоге отменены ^[83], а строительство новых реакторов было приостановлено. В статье на обложке журнала Forbes от 11 февраля 1985 г. комментировался общий провал ядерно-энергетической программы США, утверждая, что это «считается крупнейшей управленческой катастрофой в истории бизнеса». ^[84]

По мнению некоторых комментаторов, авария 1979 года на Три-Майл-Айленде (TMI) сыграла важную роль в сокращении количества новых заводов во многих других странах. ^[67] Согласно NRC , TMI была самой серьезной аварией в «истории эксплуатации коммерческой атомной электростанции США, даже несмотря на то, что она не привела к гибели или травмам рабочих станции или членов близлежащего населения». ^[85] Регулирующая неопределенность и задержки в конечном итоге привели к эскалации долгов, связанных со строительством, что привело к банкротству основного владельца коммунального предприятия Сибрука, компании общественного обслуживания Нью-Гэмпшира . ^[86] В то время это было четвертое по величине банкротствов корпоративной истории Соединенных Штатов. ^[87]

Среди американских инженеров увеличение затрат в результате внедрения нормативных изменений, вызванных аварией с TMI, составило, когда в конечном итоге доработка была завершена, лишь несколько процентов от общих затрат на строительство новых реакторов, в первую очередь связанных с предотвращением отключения систем безопасности. Наиболее значительным инженерным результатом аварии TMI стало признание того, что необходима лучшая подготовка операторов и что существующая система аварийного охлаждения активной зоны реакторов PWR работает лучше в реальной аварийной ситуации, чем обычно заявляли члены антиядерного движения. ^{[77] [88]}

И без того замедляющиеся темпы строительства новых зданий наряду с остановкой в ​​1980-х годах двух существующих демонстрационных атомных электростанций в долине Теннесси , США, когда они не могли экономически соответствовать новым ужесточенным стандартам NRC, перевели производство электроэнергии на использование угля. растения. ^[89] В 1977 году, после первого нефтяного шока, президент США Джимми Картер выступил с речью, в которой назвал энергетический кризис « моральным эквивалентом войны » и явно поддержал ядерную энергетику. Однако ядерная энергетика не могла конкурировать с дешевой нефтью и газом, особенно после того, как общественное сопротивление и нормативные препятствия сделали новую ядерную энергетику слишком дорогой. ^[90]

В 2006 году организация Brookings Institution , занимающаяся государственной политикой, заявила, что новые ядерные блоки не были построены в Соединенных Штатах из-за слабого спроса на электроэнергию, потенциального перерасхода средств на ядерные реакторы из-за проблем с регулированием и связанных с этим задержек строительства. ^[91]

В 1982 году , среди фоне продолжающихся протестов , направленных на строительство первого промышленного масштаба нейтронах реактора во Франции, более позднее член швейцарской партии Зеленых выпустили пять РПГ-7 гранатометов по - прежнему в стадии строительства защитной оболочки здания в Суперфеникса реактор. Две гранаты попали и нанесли незначительные повреждения железобетонной внешней оболочке. Такого размаха протесты достигли впервые. После исследования поверхностных повреждений прототип реактора-размножителя на быстрых нейтронах был запущен и проработал более десяти лет. ^[92]

По мнению некоторых комментаторов, чернобыльская катастрофа 1986 года сыграла важную роль в сокращении количества новых построек АЭС во многих других странах: ^[67] В отличие от аварии на Три-Майл-Айленде, гораздо более серьезная авария на Чернобыльской АЭС не привела к увеличению нормативов или технических изменений. затрагивает западные реакторы; потому что конструкция РБМК , в которой отсутствуют элементы безопасности, такие как «надежные» защитные сооружения , использовалась только в Советском Союзе. ^[93]Сегодня в эксплуатации находится более 10 реакторов РБМК. Однако были внесены изменения как в сами реакторы РБМК (использование более безопасного обогащения урана), так и в систему управления (предотвращение выхода из строя систем безопасности), среди прочего, чтобы снизить вероятность подобной аварии. ^[94] Россия в настоящее время в значительной степени полагается, строит и экспортирует вариант реактора PWR, ВВЭР , который сегодня используется более 20 .

Международная организация по повышению осведомленности в вопросах безопасности и профессионального развития операторов ядерных установок, Всемирная ассоциация операторов ядерной энергетики (ВАО АЭС), была создана в результате аварии на Чернобыльской АЭС 1986 года. Организация была создана с намерением распространять и развивать культуру, технологии и сообщество ядерной безопасности там, где раньше царила атмосфера секретности времен холодной войны .

Многие страны, включая Австрию (1978 г.), Швецию (1980 г.) и Италию (1987 г.) (находящиеся под влиянием Чернобыля), проголосовали на референдумах против или отказа от ядерной энергетики.

Ядерный ренессанс

В начале 2000-х годов атомная промышленность ожидала возрождения ядерной энергетики, увеличения строительства новых реакторов из-за опасений по поводу выбросов углекислого газа. ^[96] Однако в 2009 году Петтери Тииппана, директор подразделения атомных электростанций STUK , сказал BBC, что было трудно реализовать проект реактора поколения III в срок, потому что строители не привыкли работать в соответствии со строгими стандартами, необходимыми для ядерной энергетики. строительных площадок, поскольку за последние годы было построено так мало новых реакторов. ^[97]

В 2018 году исследование MIT Energy Initiative о будущем ядерной энергетики пришло к выводу, что вместе с сильным предложением о том, что правительство должно оказать финансовую поддержку разработке и демонстрации ядерных технологий нового поколения IV, для начала всемирного возрождения, необходима глобальная стандартизация правил. с переходом к серийному производству стандартизированных единиц, аналогичных другим сложным инженерным областям самолетов и авиации. В настоящее время для каждой страны характерно требование изготовления на заказизменения в конструкции для удовлетворения требований различных национальных регулирующих органов, часто в интересах отечественных инженерных фирм. Далее в отчете отмечается, что наиболее рентабельные проекты были построены с несколькими (до шести) реакторами на площадке с использованием стандартизированной конструкции, с одними и теми же поставщиками компонентов и строительными бригадами, работающими над каждым блоком в непрерывном рабочем потоке. ^[98]

Ядерная катастрофа на Фукусима-дайити

После землетрясения в Тохоку 11 марта 2011 года, одного из крупнейших когда-либо зарегистрированных землетрясений и последующего цунами у побережья Японии, на АЭС Фукусима-дайити произошло три обрушения активной зоны из-за отказа системы аварийного охлаждения из-за отсутствия электроснабжения. . Это привело к самой серьезной ядерной аварии со времен Чернобыльской катастрофы.

Авария на АЭС «Фукусима-дайити» вызвала пересмотр политики в области ядерной безопасности и ядерной энергии во многих странах ^[99] и вызвала у некоторых комментаторов вопросы о будущем возрождения. ^{[100] [96]} Германия одобрила планы по закрытию всех своих реакторов к 2022 году. Итальянские планы ядерной энергетики ^[101] закончились, когда Италия запретила производство, но не потребление, ядерной электроэнергии на референдуме в июне 2011 года. ^{[102] [99]} Китай, Швейцария, Израиль, Малайзия, Таиланд, Великобритания и Филиппины пересмотрели свои ядерно-энергетические программы. ^{[103] [104] [105] [106]}

В 2011 году Международное энергетическое агентство вдвое снизило свою предварительную оценку новых генерирующих мощностей, которые должны быть построены к 2035 году. ^{[107] [108] В} 2012 году производство ядерной энергии было самым большим за всю историю падения по сравнению с аналогичным периодом прошлого года, при этом мировые атомные электростанции произвели 2 346 ТВт-ч. электроэнергии, что на 7% меньше, чем в 2011 году. Это было вызвано, прежде всего, отключением большинства японских реакторов в том году и окончательным закрытием восьми реакторов в Германии. ^[109]

Постфукусима

Авария на АЭС «Фукусима-дайити» вызвала споры о важности аварии и ее влиянии на будущее атомной энергетики. Кризис побудил страны, обладающие ядерной энергетикой, пересмотреть безопасность своего парка реакторов и пересмотреть скорость и масштабы планируемого расширения ядерной энергетики. ^[110] В 2011 году журнал The Economist высказал мнение, что ядерная энергетика «выглядит опасной, непопулярной, дорогой и рискованной», и предложил поэтапный отказ от ядерной энергетики . ^[111] Джеффри Сакс, директор Института Земли , не согласился с утверждением, что борьба с изменением климата потребует расширения ядерной энергетики. ^[112] Инвестиционные банки также критиковали атомную энергетику вскоре после аварии. ^{[113] [114]}

В 2011 году немецкий машиностроительный гигант Siemens заявил, что полностью уйдет из атомной отрасли в ответ на аварию на Фукусиме. ^{[115] [116]} В 2017 году компания Siemens установила «веху» в поставке первой части аддитивного производства для атомной электростанции на АЭС Кршко в Словении , что она считает «прорывом в отрасли». ^[117]

Associated Press и Reuters сообщили в 2011 году предложение о том , что безопасность и выживание молодого Онагава АЭС , ближайший реакторной установки в эпицентре и на побережье, показать , что это возможно для ядерных установок , чтобы выдержать самые большие стихийные бедствия. АЭС Онагава также показала, что ядерная энергетика может сохранить доверие общества: выжившие жители города Онагава нашли убежище в спортзале ядерного объекта после разрушения их города. ^{[118] [119]}

После инспекции МАГАТЭ в 2012 году агентство заявило, что «структурные элементы ЯЭС [Онагава] (атомной электростанции) были в значительной степени неповрежденными, учитывая силу землетрясения, а также продолжительность и размер этого сильного землетрясения». ^{[120] [121]}

В феврале 2012 года NRC США одобрила строительство 2 реакторов на электростанции Vogtle , что является первым одобрением за 30 лет. ^{[122] [123]}

Хареча и Хансен подсчитали, что «мировая ядерная энергетика предотвратила в среднем 1,84 миллиона смертей, связанных с загрязнением воздуха, и 64 гигатонны выбросов парниковых газов ( ГтСО ₂ -экв. ), Эквивалентных CO _{2, которые были бы} вызваны сжиганием ископаемого топлива». и, если будет продолжаться, это может предотвратить до 7 миллионов смертей и выбросы 240 ГтCO ₂ -экв. к 2050 году. ^[11]

В августе 2015 года, после 4 лет почти нулевого производства электроэнергии делением, Япония начала перезапуск своих ядерных реакторов после завершения повышения безопасности , начиная с Сендайской АЭС . ^[124]

К 2015 году перспективы МАГАТЭ в области ядерной энергетики стали более многообещающими. «Ядерная энергетика является критическим элементом в ограничении выбросов парниковых газов», - отметило агентство, и «перспективы ядерной энергетики остаются положительными в среднесрочной и долгосрочной перспективе, несмотря на негативные последствия в некоторых странах после аварии на [Фукусима-Дайичи]. авария ... это по-прежнему второй по величине источник низкоуглеродной электроэнергии в мире. 72 реактора, строящиеся в начале прошлого года, были самыми высокими за 25 лет ». ^[125] По состоянию на 2015 год ^{[Обновить]}, глобальная тенденция заключалась в том, что ввод в эксплуатацию новых атомных электростанций уравновешивался количеством выводимых из эксплуатации старых станций. ^[126] В 2015 году Китай завершил восемь новых сетевых подключений. ^{[127] [128]}

В 2016 году, БН-800 с натриевым охлаждением реактора на быстрых нейтронах в России, началось коммерческое производство электроэнергии, в то время как планы для БН-1200 были первоначально задуманы будущее быстрой программы реактора в России ждет результаты от МБИР, строящегося мульти-цикла Исследовательский центр для тестирования химически более инертных свинцовых, свинцово- висмутовых и газовых теплоносителей , он также будет работать на переработанном МОКС-топливе (смешанном оксиде урана и плутония). Пирохимическая обработка на месте, установка с замкнутым топливным циклом, планируется для рециркуляции отработавшего топлива / «отходов» и снижения потребности в росте добычи и разведки урана. В 2017 году началась реализация программы производства реактора с объекта, открытого для сотрудничества в рамках «Международного проекта по инновационным ядерным реакторам и топливному циклу», он имеет график строительства, который включает начало эксплуатации в 2020 году. Как и планировалось, это будет самый мощный исследовательский реактор в мире. ^[129]

В 2015 году правительство Японии взяло на себя обязательство перезапустить свой парк из 40 реакторов к 2030 году после повышения уровня безопасности и завершить строительство АЭС Ома поколения III . ^[130]

Это будет означать, что к 2030 году примерно 20% электроэнергии будет приходиться на ядерную энергетику. По состоянию на 2018 год некоторые реакторы возобновили коммерческую эксплуатацию после инспекций и модернизации с новыми правилами. ^[131] В то время как Южная Корея имеет крупную атомную энергетику , новое правительство в 2017 году, под влиянием громкого антиядерного движения ^[132], обязалось остановить ядерные разработки после завершения строительства объектов, которые в настоящее время строятся. ^{[133] [134] [135]}

Банкротство Westinghouse в марте 2017 года из-за убытков в размере 9 миллиардов долларов США из-за остановки строительства АЭС Вирджил С. Саммер в США считается преимуществом для восточных компаний с точки зрения будущего экспорта и проектирования ядерного топлива и реакторов. . ^[136]

В 2016 году Управление энергетической информации США прогнозировало для своего «базового сценария», что мировая выработка ядерной энергии вырастет с 2344 тераватт-часов (ТВтч) в 2012 году до 4500 ТВтч в 2040 году. Большая часть прогнозируемого роста ожидается в Азии. ^[137] По состоянию на 2018 год запланировано строительство более 150 ядерных реакторов, 50 из которых находятся в стадии строительства. ^[138] В январе 2019 года в Китае было 45 действующих реакторов, 13 строились и планируется построить еще 43, что сделает его крупнейшим в мире производителем ядерной электроэнергии. ^[139]

Будущее

Атомная энергетика с нулевым уровнем выбросов является важной частью усилий по смягчению последствий изменения климата . Согласно сценарию устойчивого развития МЭА к 2030 году ядерная энергетика и CCUS генерировали бы 3900 ТВтч во всем мире, в то время как ветровая и солнечная энергия - 8100 ТВтч с целью достижения чистого нуля CO.
2выбросы к 2070 году. ^[141] Для достижения этой цели в среднем в год следовало добавлять 15 ГВт ядерной энергии. ^[142] По состоянию на 2019 год строительство новых атомных электростанций составляло более 60 ГВт, в основном в Китае, России, Корее, Индии и ОАЭ. ^[142] Многие страны мира рассматривают Малые модульные реакторы с одной в России подключены к сети в 2020 году.

Страны, в которых хотя бы одна атомная электростанция находится на этапе планирования, включают Аргентину, Бразилию, Болгарию, Чешскую Республику, Египет, Финляндию, Венгрию, Индию, Казахстан, Польшу, Саудовскую Аравию и Узбекистан. ^[142]

Будущее ядерной энергетики сильно различается от страны к стране в зависимости от политики правительства. Некоторые страны, в первую очередь Германия, приняли политику отказа от ядерной энергетики . В то же время некоторые азиатские страны, такие как Китай ^[139] и Индия, ^[143] , взяли на себя обязательства по быстрому расширению ядерной энергетики. В других странах, таких как Соединенное Королевство ^[144] и США, ядерная энергетика должна стать частью энергобаланса вместе с возобновляемыми источниками энергии.

Ядерная энергия может быть одним из решений для обеспечения чистой энергии, а также обратить вспять влияние ископаемого топлива на наш климат. ^[145] Эти установки будут улавливать углекислый газ и создавать чистый источник энергии с нулевыми выбросами, что делает процесс отрицательным. Ученые предполагают, что 1,8 миллиона жизней уже были спасены за счет замены источников ископаемого топлива ядерной энергией. ^[146]

Продление срока службы растений

По состоянию на 2019 год ^{[Обновить]}стоимость продления срока службы электростанции конкурентоспособна по сравнению с другими технологиями производства электроэнергии, включая новые солнечные и ветровые проекты. ^[6] В США лицензии почти на половину действующих ядерных реакторов были продлены до 60 лет. ^[149] NRC США и Министерство энергетики США инициировали исследования в области устойчивости легководных реакторов, которые, как ожидается, приведут к разрешению продления лицензий на реакторы более чем на 60 лет, при условии, что безопасность может быть сохранена, для повышения энергетической безопасности и сохранения низких энергий. источники образования углерода. Ведутся исследования ядерных реакторов, которые могут прослужить 100 лет, известных как Centurion Reactors . ^[150]

По состоянию на 2020 год ряд американских атомных электростанций был допущен Комиссией по ядерному регулированию к эксплуатации до 80 лет. ^[8]

Атомная электростанция

Подобно тому, как многие традиционные тепловые электростанции вырабатывают электричество, используя тепловую энергию, выделяемую при сжигании ископаемого топлива , атомные электростанции преобразуют энергию, выделяемую ядром атома в результате ядерного деления, которое происходит в ядерном реакторе. Когда нейтрон попадает в ядро урана-235 или плутонияатом, он может разделить ядро ​​на два меньших ядра. Реакция называется делением ядра. Реакция деления высвобождает энергию и нейтроны. Высвободившиеся нейтроны могут поражать другие ядра урана или плутония, вызывая новые реакции деления, которые высвобождают больше энергии и нейтронов. Это называется цепной реакцией . Скорость реакции контролируется регулирующими стержнями, которые поглощают лишние нейтроны. Управляемость ядерных реакторов зависит от того, что небольшая часть нейтронов в результате деления задерживается . Задержка между делением и высвобождением нейтронов замедляет изменения скорости реакции и дает время для перемещения управляющих стержней для регулировки скорости реакции. ^{[151] [152]}

Атомная электростанция деления обычно состоит из ядерного реактора , в котором происходят ядерные реакции с выделением тепла; система охлаждения, отводящая тепло изнутри реактора; паровая турбина , который преобразует тепло в механическую энергию ; электрический генератор , который преобразует механическую энергию в электрическую энергию. ^[151]

Жизненный цикл ядерного топлива

Жизненный цикл ядерного топлива начинается с добычи урана , которая может быть подземной, открытой или подземной добычей с выщелачиванием , все большее количество шахт с самой высокой производительностью представляют собой удаленные подземные операции, такие как урановый рудник МакАртур в Канаде, что само по себе составляет 13% мирового производства. Урановые руды , в настоящее время не зависит от рудного тела , то, как разделяются вместе с другими горнорудным, превращает в компактную рудном концентрате форму, известной в случае урана в качестве « Йелловчака » (U ₃ O ₈ ) для облегчения транспортировки .

В реакторах, которые могут поддерживать нейтронную экономию с использованием графитовых или тяжелых водных замедлителей, топливом реактора может быть этот природный уран при восстановлении до гораздо более плотной формы черного керамического оксида (UO ₂ ). Для легководных реакторов, топливо для которых требует дальнейшего изотопного рафинирования, желтый кек превращается в единственную подходящую одноатомную молекулу урана, то есть в газ с температурой чуть выше комнатной, гексафторид урана , который затем направляют на газовое обогащение . В гражданских легководных реакторах уран обычно обогащается до 3-5% урана-235 , а затем обычно превращается обратно в черный порошкообразный керамический оксид урана (UO ₂), которые затем спекаются под давлением в топливные таблетки, стопка которых формирует топливные стержни надлежащего состава и геометрии для конкретного реактора, в котором требуется топливо.

В современных легководных реакторах топливные стержни обычно проводят 3 рабочих цикла (около 6 лет) внутри реактора, как правило, до тех пор, пока не будет расщеплено около 3% урана. После этого они будут перемещены в бассейн с отработавшим топливом, который обеспечивает охлаждение теплового тепла и защиту от ионизирующего излучения. В зависимости от эффективности выгорания примерно через 5 лет в бассейне с отработавшим топливом отработавшее топливо становится достаточно радиоактивно и термически охлажденным, чтобы его можно было обрабатывать, и его можно переместить в контейнеры для сухого хранения или переработать.

Обычные топливные ресурсы

Уран - довольно распространенный элемент в земной коре: он примерно так же распространен, как олово или германий , и примерно в 40 раз чаще, чем серебро. ^[153] Уран присутствует в следовых концентрациях в большинстве горных пород, грязи и океанской воде, но обычно экономично извлекается только там, где он присутствует в высоких концентрациях. По состоянию на 2011 год известных мировых запасов урана, экономически извлекаемых при произвольном потолке цены в 130 долларов США за килограмм, хватило на от 70 до 100 лет. ^{[154] [155] [156]}

В красной книге ОЭСР 2011 года говорится, что обычные ресурсы урана выросли на 12,5% с 2008 года из-за увеличения разведки, и это увеличение приведет к более чем столетнему запасу урана, если уровень использования останется на уровне 2011 года. ^{[157] [158] [ требуется страница ]} В 2007 году ОЭСР оценила экономически извлекаемый уран в 670 лет в общих традиционных ресурсах и фосфатных рудах, исходя из текущих показателей использования. ^[159]

Легководные реакторы относительно неэффективно используют ядерное топливо, в основном расщепляя только очень редкий изотоп урана-235. ^[160] Ядерная переработка может сделать эти отходы многоразовыми. ^[160] Новые поколения реакторов III и добиться более эффективного использования имеющихся ресурсов , чем реакторы поколения II , которые составляют подавляющее большинство реакторов по всему миру. ^[160] С чистым топливным циклом быстрого реактора с выгоранием всего урана и актинидов (которые в настоящее время составляют наиболее опасные вещества в ядерных отходах.), общие традиционные ресурсы урана и фосфатной руды оцениваются в 160 000 лет по цене 60–100 долларов США за кг. ^[161]

Нетрадиционные ресурсы урана

Существуют также нетрадиционные ресурсы урана. Уран естественным образом присутствует в морской воде в концентрации около 3 микрограммов на литр ^{[162] [163] [164] [165] [166],} при этом считается, что в морской воде в любое время присутствует 4,5 миллиарда тонн урана. В 2012 году было подсчитано, что этот источник топлива может быть извлечен в 10 раз дороже, чем уран в настоящее время. ^[167]

В 2014 году, благодаря успехам, достигнутым в эффективности добычи урана из морской воды, было высказано предположение, что производство топлива для легководных реакторов из морской воды будет экономически конкурентоспособным, если этот процесс будет внедряться в больших масштабах. ^[168] Уран, добытый в промышленных масштабах из морской воды, будет постоянно 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 концентрации морской воды на стабильном уровне. уровень. ^[166] Некоторые комментаторы утверждали, что это укрепляет аргументы в пользу того, что ядерная энергия может рассматриваться как возобновляемая энергия . ^[169]

Разведение

В отличие от легководных реакторов, 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 и / или возобновляемыми источниками энергии. ^{[170] [171]} В 2006 году было подсчитано, что при добыче морской воды уран-238, вероятно, использовался в реакторах-размножителях на пять миллиардов лет. ^[172]

Технология размножения использовалась в нескольких реакторах, но высокая стоимость безопасной переработки топлива на уровне технологий 2006 года требует, чтобы цена на уран превышала 200 долларов США за кг, прежде чем она станет экономически оправданной. ^[173] Реакторы-размножители, тем не менее, разрабатываются, поскольку они могут сжигать все актиниды из имеющегося в настоящее время инвентаря ядерных отходов, а также производить электроэнергию и создавать дополнительные количества топлива для большего числа реакторов посредством процесса воспроизводства. ^{[174] [175]}

В 2017 г., есть два селекционеров , производящие коммерческие мощности, реактора БН-600 и реактор БН-800 , как в России. ^[176] БН-600 мощностью 600 МВт был построен в 1980 году в Белоярске и должен производить электроэнергию до 2025 года. ^[176] БН-800 является обновленной версией БН-600 и начал работу. в 2014 г. ^[176] Phénix заводчик реактор во Франции был выключен в 2009 году после 36 лет работы. ^[176]

И Китай, и Индия строят реакторы-размножители. Индийский прототип быстрого реактора-размножителя мощностью 500 МВт ( эл.) Находится на этапе ввода в эксплуатацию ^[177], и в планах его строительство еще больше. ^[178]

Другой альтернативой реакторам на быстрых нейтронах являются реакторы-размножители на тепловом топливе, в которых в качестве топлива деления в ториевом топливном цикле используется уран-233, полученный из тория . ^[179] Торий примерно в 3,5 раза чаще встречается в земной коре, чем уран, и имеет другие географические характеристики. ^[179] Это увеличило бы общую практическую базу расщепляющихся ресурсов на 450%. ^[179] Трехэтапная ядерно-энергетическая программа Индии предусматривает использование ториевого топливного цикла на третьей стадии, поскольку у нее большие запасы тория, но мало урана. ^[179]

Ядерные отходы

Самый важный поток отходов ядерных энергетических реакторов - это отработанное ядерное топливо . Из LWR он обычно состоит из 95% урана, 4% продуктов деления в результате реакций ядерного деления, генерирующих энергию, а также примерно 1% трансурановых актинидов (в основном плутония реакторного качества , нептуния и америция ) ^{[182] в} результате неизбежных событий захвата нейтронов . Плутоний и другие трансурановые соединения ответственны за основную часть долговременной радиоактивности, тогда как продукты деления ответственны за основную часть кратковременной радиоактивности. ^[183]

Высокоактивные радиоактивные отходы

Высокоактивные радиоактивные отходы / отработанное топливо, образующиеся при производстве энергии, требуют обработки, обращения и изоляции от окружающей среды. Технические проблемы при выполнении этого значительны, из-за чрезвычайно длительных периодов, некоторые особенно склонные к сублимации , умеренно радиоактивные отходы , остаются потенциально опасными для живых организмов, а именно долгоживущие продукты деления , технеций-99 (период полураспада 220 000 лет) и йод-129 (период полураспада 15,7 миллиона лет) ^[190], который доминирует в потоке отходов по радиоактивности после более интенсивно радиоактивных короткоживущих продуктов деления (SLFP) ^[184]распались на стабильные элементы, что занимает около 300 лет. Чтобы успешно изолировать отходы LLFP от биосферы , обычно предлагается либо разделение и трансмутация , ^{[184] [191],} либо какой-либо вариант синрокосмической обработки и глубокого геологического хранения. ^{[192] [193] [194] [195]}

В то время как в США отработанное топливо в настоящее время полностью классифицируется на федеральном уровне как ядерные отходы и обрабатывается аналогичным образом ^[196], в других странах оно в значительной степени перерабатывается для производства частично переработанного топлива, известного как смешанное оксидное топливо или МОКС- топливо . Что касается отработавшего топлива, которое не подвергается переработке, наиболее опасными изотопами являются трансурановые элементы со средней продолжительностью жизни , в числе которых плутоний реакторного качества (период полураспада 24 000 лет). ^[197]

Некоторые предлагаемые конструкции реакторов, такие как американский интегральный реактор на быстрых нейтронах и реактор на расплавленных солях, могут более полно использовать или выгорать отработавшее реакторное плутониевое топливо и другие второстепенные актиниды, образующиеся в легководных реакторах, как и в соответствии с разработанным спектром быстрого деления , эти элементы с большей вероятностью будут делиться и вместо них производить вышеупомянутые продукты деления. Это предлагает потенциально более привлекательную альтернативу глубокому геологическому захоронению. ^{[198] [199] [200]}

В ториевом топливном цикле приводит аналогичные продукты деления, хотя создает гораздо меньшую долю трансурановых элементов от нейтронного захвата событий в реакторе. Следовательно, отработавшее ториевое топливо, являющееся истинным топливом делящегося урана-233 , несколько менее опасно с точки зрения радиотоксичности и безопасности. ^[201]

Низкоактивные радиоактивные отходы

Ядерная промышленность также производит большой объем низкоактивных радиоактивных отходов в виде загрязненных предметов, таких как одежда, ручные инструменты, смолы для очистки воды и (после вывода из эксплуатации) материалы, из которых построен сам реактор. Отходы с низким уровнем активности могут храниться 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 место захоронения низкоактивных отходов. ^[202]

Отходы относительно других видов

В странах с ядерной энергетикой радиоактивные отходы составляют менее 1% от общего количества промышленных токсичных отходов, многие из которых остаются опасными в течение длительного времени. ^[160] В целом ядерная энергетика производит гораздо меньше отходов по объему, чем электростанции, работающие на ископаемом топливе. ^[203] Установки по сжиганию угля особенно известны тем, что производят большое количество токсичного и умеренно радиоактивного пепла из-за концентрации в угле металлов природного происхождения и умеренно радиоактивных материалов . ^[204] В отчете Национальной лаборатории Ок-Ридж за 2008 г. сделан вывод о том, что угольная энергия на самом деле приводит к большему выбросу радиоактивности в окружающую среду, чем при эксплуатации ядерной энергетики, и что эффективная доза для населенияэквивалент или доза для населения от излучения угольных электростанций в 100 раз больше, чем от эксплуатации атомных станций. ^[205] Хотя угольная зола намного менее радиоактивна, чем отработанное ядерное топливо в расчете на массу, угольная зола производится в гораздо больших количествах на единицу произведенной энергии, и она выбрасывается непосредственно в окружающую среду в виде летучей золы , в то время как атомные станции использовать экранирование для защиты окружающей среды от радиоактивных материалов, например, в емкостях для хранения сухих контейнеров . ^[206]

Утилизация отходов

Удаление ядерных отходов часто считается наиболее политически вызывающим разногласие аспектом жизненного цикла ядерной энергетической установки. ^[207] В настоящее время отходы в основном хранятся на площадках отдельных реакторов, и по всему миру существует более 430 мест, где радиоактивный материал продолжает накапливаться. Некоторые эксперты предполагают, что централизованные подземные хранилища, которые хорошо управляются, охраняются и контролируются, были бы значительным улучшением. ^[207] Существует «международный консенсус в отношении целесообразности хранения ядерных отходов в глубоких геологических хранилищах » ^[208] с отсутствием движения ядерных отходов в естественных ядерных реакторах деления, которым 2 миллиарда лет в Окло ,Габон называют «источником важной информации сегодня». ^{[209] [210]}

Специально построенных подземных хранилищ высокоактивных отходов промышленного масштаба не существует. ^{[208] [211] [212] [213]} Тем не менее, в Финляндии ONKALO отработавшего ядерного хранилища топлива в Олкилуото АЭС находится в стадии строительства, в 2015 году ^[214] изоляции отходов опытно - экспериментальный завод (WIPP) в Нью - Мексико имеет с 1999 года принимает ядерные отходы из производственных реакторов, но, как следует из названия, является исследовательским и опытно-конструкторским центром. В 2014 г. произошла утечка радиации из-за нарушения правил использования химически активной упаковки ^[215]привлекло новое внимание к необходимости управления контролем качества, а также некоторые первоначальные призывы к дополнительным исследованиям и разработкам в области альтернативных методов захоронения радиоактивных отходов и отработавшего топлива. ^[216] В 2017 году объект был официально открыт после трех лет расследования и очистки, а возобновление работы нового хранилища состоялось позже в том же году. ^[217]

Закон США о политике в области ядерных отходов , фонд, который ранее получал 750 миллионов долларов в виде комиссионных доходов каждый год от объединенных ядерно-электроэнергетических компаний, имел неизрасходованный остаток в размере 44,5 миллиарда долларов на конец 2017 финансового года, когда суд постановил, что федеральное правительство прекратит вывод средств из фонда до тех пор, пока он не предоставит место назначения для коммерческого отработавшего топлива коммунальных предприятий. ^[218]

Утилизация горизонтальных буровых скважин описывает предложения по бурению более одного километра по вертикали и двух километров по горизонтали в земной коре с целью захоронения высокоактивных форм отходов, таких как отработанное ядерное топливо , цезий-137 или стронций-90 . После установки и периода извлечения ^{[ требуется пояснение ]} буровые скважины будут засыпаны и загерметизированы. ^{[219] [220]}

Переработка

Большинство тепловых реакторов работают по однократному топливному циклу , в основном из-за низкой цены на свежий уран, хотя многие реакторы также работают на переработанных делящихся материалах, которые остаются в отработавшем ядерном топливе. Наиболее распространенным перерабатываемым делящимся материалом является плутоний реакторного качества ( RGPu ), который извлекается из отработавшего топлива, смешивается с оксидом урана и превращается в смешанное оксидное или МОКС-топливо . Первые конструкции LWR, сертифицированные для работы на полной активной зоне МОКС-топлива, ABWR и System 80 , начали появляться в 1990-х годах. ^{[227] [228]} Возможность вторичной переработки отработавшего топлива ограничена нежелательнымивопросы нейтронной экономии при использовании МОКС-топлива второго поколения в тепловых реакторах. Эти проблемы не влияют на быстрые реакторы , которые поэтому предпочтительны для достижения полного энергетического потенциала исходного урана. ^{[229] [230]} Единственная коммерческая демонстрация дважды переработанного топлива с высоким выгоранием на сегодняшний день произошла в быстром реакторе Феникс . ^[231]

Поскольку тепловые реакторы LWR остаются наиболее распространенными реакторами во всем мире, наиболее типичной формой коммерческой рециркуляции отработавшего топлива является однократная рециркуляция плутония в качестве МОКС-топлива, как это делается во Франции, где считается, что это повышает устойчивость ядерного топливного цикла. , снизить привлекательность отработавшего топлива для хищения и уменьшить объем высокоактивных ядерных отходов. ^[232] Переработка гражданского топлива энергетических реакторов в настоящее время также осуществляется в Великобритании, России, Японии и Индии.

Основным компонентом отработавшего топлива из наиболее распространенных легководных реакторов является уран, который немного более обогащен, чем природный уран, который может быть переработан, хотя для этого существует меньший стимул. Большая часть этого «регенерированного урана» ^[233], иногда называемого регенерированным ураном , остается на хранении. Однако его можно использовать в быстром реакторе, использовать непосредственно в качестве топлива в реакторах CANDU или повторно обогащать для другого цикла с помощью LWR . Прямое использование рекуперированного урана в качестве топлива для реактора CANDU было впервые продемонстрировано в Куишане, Китай . ^[234] Первая перезагрузка повторно обогащенного урана для топлива коммерческого LWR произошла в 1994 году на 4-м блоке Cruas, Франция .^{[235] [236]} Повторное обогащение переработанного урана распространено во Франции и России. ^[237] Когда переработанный уран, а именно уран-236 , является частью топлива LWR, он генерирует поток отработавшего топлива и изотопов плутония с большей внутренней самозащитой, чем однократный топливный цикл. ^{[238] [239] [240]}

В то время как переработка предлагает потенциальное извлечение до 95% оставшегося уранового и плутониевого топлива в отработавшем ядерном топливе и снижение долгосрочной радиоактивности в оставшихся отходах. Переработка вызывала политические споры из-за потенциальной возможности способствовать распространению ядерного оружия и различных представлений о повышении уязвимости перед ядерным терроризмом, а также из-за более высокой стоимости топлива по сравнению с прямоточным топливным циклом. ^{[229] [241]} Точно так же, хотя переработка снижает объем высокоактивных отходов, она не уменьшает количество продуктов деления.это основные генерирующие остаточное тепло и радиоактивные вещества в течение первых нескольких столетий за пределами реактора, таким образом, все еще требующие почти идентичного расстояния между контейнерами в течение первых нескольких сотен лет в пределах предлагаемых объектов по изоляции геологических отходов. Однако большая часть оппозиции проекту Юкка-Маунтин и аналогичным ему, в первую очередь, сосредоточена не вокруг продуктов деления, а озабоченности по поводу «плутониевых рудников», которые помещают в подземелье необработанное отработавшее топливо. ^{[242] [243]}

В США отработанное ядерное топливо в настоящее время не перерабатывается. ^[237] Основная рекомендация Комиссии Голубой ленты по ядерному будущему Америки заключалась в том, что «Соединенные Штаты должны взять на себя ... одну или несколько постоянных глубинных геологических установок для безопасного захоронения отработавшего топлива и высокоактивных ядерных отходов». ^[244]

Перерабатывающий завод в Ла-Гааге во Франции коммерчески эксплуатируется с 1976 года и отвечает за половину переработки в мире по состоянию на 2010 год. ^[245] Производство МОКС-топлива из отработавшего топлива, полученного из Франции, Японии, Германии, Бельгии, Швейцарии, Италии, Испании и других стран. Нидерланды, причем часть отработавшего топлива, не подлежащая переработке, в конечном итоге была отправлена ​​обратно стране-пользователю. По состоянию на 2015 год было переработано более 32 000 тонн отработавшего топлива, в основном из Франции, 17% из Германии и 9% из Японии. ^[246]Когда-то являвшаяся источником критики со стороны Гринпис, в последнее время организация прекратила попытки критиковать объект по техническим причинам, добившись успеха в выполнении процесса без серьезных инцидентов, которые часто случались на других подобных объектах по всему миру. В прошлом антиядерное движение утверждало, что переработка технически или экономически невыполнима. ^[247] Установка, связанная с PUREX, часто считающаяся собственностью COEX , ^[248] разработанная Areva , является основным долгосрочным обязательством КНР с намерением поставить к 2030 году китайские реакторы с экономически изолированным и местным переработанным топливом. . ^{[249] [250]}

Снятие с эксплуатации атомной станции

Финансовые затраты на каждую атомную электростанцию ​​сохраняются в течение некоторого времени после того, как объект завершил выработку последней полезной электроэнергии. После того, как ядерные реакторы и установки по обогащению урана перестают быть экономически рентабельными, они обычно выводятся из эксплуатации, возвращая установку и ее части на достаточно безопасный уровень, чтобы их можно было использовать для других целей, например, для получения статуса нового месторождения . После периода охлаждения, который может длиться десятилетия, материалы активной зоны реактора разбираются и разрезаются на мелкие кусочки, которые затем упаковываются в контейнеры для временного хранения или экспериментов по трансмутации .

В Соединенных Штатах по закону требуется Закон о политике в области ядерных отходов и Целевой фонд для снятия с эксплуатации ядерных объектов, при этом коммунальные предприятия вносят от 0,1 до 0,2 цента / кВтч во время операций для финансирования будущего вывода из эксплуатации. Они должны регулярно отчитываться перед Комиссией по ядерному регулированию (КЯР) о состоянии своих фондов снятия с эксплуатации. Уже собрано около 70% общей сметной стоимости вывода из эксплуатации всех ядерных реакторов США (исходя из средней стоимости в 320 миллионов долларов на паротурбинную установку реактора). ^[251]

В США в 2011 году было 13 реакторов, которые были полностью остановлены и находятся на некоторой стадии вывода из эксплуатации. ^[252] С Connecticut Yankee атомной электростанции и электростанции Yankee Rowe Ядерное с завершением процесса в 2006-2007 годах, после прекращения коммерческого производства электроэнергии около 1992 г. большинство 15 лет, был использован , чтобы позволить станции для естественного охлаждения вниз самостоятельно, что делает процесс ручной разборки безопаснее и дешевле. Снятие с эксплуатации ядерных объектов, на которых произошла серьезная авария, является наиболее дорогостоящим и трудоемким.

Установленная мощность и выработка электроэнергии

Ядерные электростанции деления, за исключением доли ядерных ядерных реакторов деления , обеспечили 11% мировой электроэнергии в 2012 году ^{[254], что} несколько меньше, чем вырабатываемая гидроэлектростанциями на 16%. Поскольку на электроэнергию приходится около 25% энергии, потребляемой человечеством, а большая часть остальной энергии приходится на секторы, зависящие от ископаемого топлива, такие как транспорт, производство и отопление домов, вклад ядерного деления в глобальное конечное потребление энергии составляет около 2,5%. ^[255] Это немного больше, чем совокупное мировое производство электроэнергии за счет энергии ветра, солнца, биомассы и геотермальной энергии, которое в совокупности обеспечило 2% мирового конечного потребления энергии в 2014 году.^[256]

Кроме того, в эксплуатации находилось около 140 военно-морских судов, использующих ядерные силовые установки , на которых было установлено около 180 реакторов. ^{[257] [258]}

Доля ядерной энергетики в мировом производстве электроэнергии упала с 16,5% в 1997 году до примерно 10% в 2017 году, во многом из-за того, что экономика ядерной энергетики стала более сложной. ^[259]

Региональные различия в использовании ядерной энергии велики. Соединенные Штаты производят больше всего ядерной энергии в мире, при этом ядерная энергия обеспечивает 20% потребляемой электроэнергии, а Франция производит самый высокий процент своей электроэнергии с помощью ядерных реакторов - 71% по состоянию на 2019 год. ^[65] В Европе Союз в целом ядерной энергетики обеспечивает 26% электроэнергии по состоянию на 2018 год ^[260] Ядерная энергетика является крупнейшим источником низкоуглеродной электроэнергии в Соединенных Штатах, ^[261] и составляет две трети из Европейского союза с» низкоуглеродное электричество. ^[262] Политика в отношении ядерной энергии различается в разных странах Европейского Союза, и некоторые, например, Австрия,В Эстонии , Ирландии и Италии нет действующих атомных электростанций.

Многие военные и некоторые гражданские (например, атомные ледоколы ) корабли используют ядерную морскую двигательную установку . ^[263] Несколько космических аппаратов были запущены с использованием ядерных реакторов : 33 реактора принадлежат к советской серии RORSAT и один был американским SNAP-10A .

Продолжаются международные исследования дополнительного использования технологического тепла, такого как производство водорода (в поддержку водородной экономики ), для опреснения морской воды и для использования в системах централизованного теплоснабжения . ^[264]

Использование в космосе

И деление, и синтез кажутся многообещающими для применения в космических двигательных установках , обеспечивая более высокие скорости полета при меньшей реакционной массе . Это связано с гораздо более высокой плотностью энергии ядерных реакций: примерно на 7 порядков (в 10 000 000 раз) более энергичными, чем химические реакции, которые приводят в действие ракеты нынешнего поколения.

Радиоактивный распад использовался в относительно небольших масштабах (несколько кВт), в основном, для обеспечения энергии космических полетов и экспериментов с использованием радиоизотопных термоэлектрических генераторов, таких как те, которые были разработаны в Национальной лаборатории Айдахо .

Экономика

Экономика новых атомных электростанций - спорная тема, поскольку существуют разные точки зрения на эту тему, а многомиллиардные инвестиции зависят от выбора источника энергии. Атомные электростанции обычно имеют высокие капитальные затраты на строительство станции, но низкие затраты на топливо.

Одним из наиболее заметных недостатков ядерной энергии как решения проблемы изменения климата является высокая стоимость строительства атомных электростанций. Компании, планирующие построить новые атомные станции, оценивают стоимость станции мощностью 1100 МВт от 6 до 9 миллиардов долларов. ^[265] Исследовательский институт Energy Impact Center в Вашингтоне, округ Колумбия, ^[266] и частная компания NuScale Power в Орегоне ^[267] работают над тем, чтобы сделать атомные станции более доступными для населения и снизить выбросы углерода в нашей стране. Атмосфера.

Сравнение с другими методами производства электроэнергии сильно зависит от предположений о сроках строительства и капитального финансирования атомных станций, а также будущих затрат на ископаемое топливо и возобновляемые источники энергии, а также на решения по хранению энергии для прерывистых источников энергии. С другой стороны, меры по смягчению последствий глобального потепления , такие как налог на выбросы углерода или торговля выбросами углерода , могут способствовать экономике ядерной энергетики. ^{[268] [269]}

Анализ экономики ядерной энергетики должен также учитывать, кто несет риски будущих неопределенностей. На сегодняшний день все действующие атомные электростанции были разработаны государственными или регулируемыми электроэнергетическими монополиями ^[270]. Многие страны в настоящее время либерализовали рынок электроэнергии, где эти риски и риск появления более дешевых конкурентов до возмещения капитальных затрат ложатся на поставщики и операторы станций, а не потребители, что приводит к существенно разным оценкам экономики новых атомных электростанций. ^[271]

Атомные электростанции, хотя и способны поддерживать некоторую сетевую нагрузку , обычно работают в максимально возможной степени, чтобы снизить стоимость вырабатываемой электроэнергии на минимально возможном уровне, поставляя в основном электроэнергию при базовой нагрузке . ^[272]

Рецензируемый экспертный анализ имеющихся тенденций в стоимости ядерной энергетики с момента ее создания показывает большое несоответствие по странам, проектам, темпам строительства и знанию опыта. Двумя странами, по которым были доступны данные, которые производили реакторы по более низкой цене, чем предыдущие объекты в 2000-х годах, были Индия и Южная Корея. ^[273] В истории энергетики гражданских реакторов некоторые конструкции давали значительную раннюю положительную экономику по сравнению с конкурентами, такими как CANDU , которые обеспечивали гораздо более высокий коэффициент мощности и надежность по сравнению с легководными реакторами поколения II примерно до 1990-х годов. ^[274]В то время LWR в Соединенных Штатах начали использовать более высокое обогащение, что позволило увеличить время работы без остановок. Конструкция CANDU позволила Канаде отказаться от установок по обогащению урана. Благодаря конструкции реактора с перегрузкой в ​​режиме онлайн, более крупный набор реакторов PHWR , частью которых является конструкция CANDU, продолжает удерживать многие мировые рекорды по самой продолжительной непрерывной выработке электроэнергии без остановок, обычно около 800 дней и более, прежде чем профилактические проверки. ^[275] Конкретный рекорд по состоянию на 2019 год принадлежит PHWR на АЭС Кайга , непрерывно вырабатывающей электроэнергию в течение 962 дней. ^[276]

Парк PHWR в Индии, согласно анализу MV Ramana , был построен, заправлен и продолжает работать, по цене, близкой к цене индийских угольных электростанций ^[277]. По состоянию на 2015 год только финансируемые и построенные из местных источников OPR-1000 в Южной Корее. флот, были укомплектованы по аналогичной цене. ^[273]

Ожидалось, что ядерная катастрофа на АЭС «Фукусима-дайити» увеличит расходы на эксплуатацию и новые электростанции LWR из-за возросших требований к обращению с отработавшим топливом на площадке и повышенных проектных угроз. ^{[278] [279]}

Согласно анализу Международного энергетического агентства и Агентства по ядерной энергии ОЭСР, приведенная стоимость электроэнергии от новой атомной электростанции оценивается в 69 долларов США за МВт-ч . Это представляет собой среднюю оценку затрат на строительство энной в своем роде атомной электростанции, строительство которой будет завершено в 2025 году, со ставкой дисконтирования 7%. Ядерная энергия оказалась наименее затратным вариантом среди диспетчерских технологий . Однако переменные возобновляемые источники энергии могут производить более дешевую электроэнергию. Средняя стоимость ветроэнергетики на суше оценивалась в 50 долларов США / МВтч, а солнечной энергии в коммунальном масштабе - 56 долларов США / МВтч. При предполагаемой стоимости выбросов CO 2При цене 30 долларов США за тонну энергия из угля (88 долларов США за МВтч) и газа (71 доллар США за МВтч) обходится дороже, чем низкоуглеродные технологии. Электроэнергия от длительной эксплуатации атомных электростанций путем продления срока службы была признана наименее затратным вариантом - 32 доллара США / МВтч. ^[280]

Несчастные случаи, нападения и безопасность

Ядерные реакторы обладают тремя уникальными характеристиками, которые влияют на их безопасность по сравнению с другими электростанциями. Во-первых, в ядерном реакторе присутствуют сильно радиоактивные материалы . Их выброс в окружающую среду может быть опасным. Во-вторых, продукты деления , которые составляют большую часть сильно радиоактивных веществ в реакторе, продолжают выделять значительное количество остаточного тепла даже после прекращения цепной реакции деления . Если тепло не может быть отведено от реактора, топливные стержни могут перегреться и выбросить радиоактивные материалы. В-третьих, авария критичности(быстрое увеличение мощности реактора) возможно в некоторых конструкциях реакторов, если цепную реакцию невозможно контролировать. Эти три характеристики необходимо учитывать при проектировании ядерных реакторов. ^[281]

Все современные реакторы спроектированы таким образом, что неконтролируемое увеличение мощности реактора предотвращается естественными механизмами обратной связи: если температура или количество пара в реакторе увеличивается, скорость деления по своей природе уменьшается за счет проектирования с отрицательным пустотным коэффициентом реактивности. Цепную реакцию также можно остановить вручную, вставив регулирующие стержни в активную зону реактора. Системы аварийного охлаждения активной зоны (САОЗ) могут отводить остаточное тепло из реактора в случае выхода из строя обычных систем охлаждения. ^[282] Если САОЗ выходит из строя, множественные физические барьеры ограничивают выброс радиоактивных материалов в окружающую среду даже в случае аварии. Последний физический барьер - это большое здание содержания .^[281] Приблизительно 120 реакторов ^[283], таких как все реакторы в Швейцарии до аварии на Фукусиме и все реакторы в Японии после аварии на Фукусиме, имеютв конструкции защитной оболочки системы вентиляции с фильтрами, которые предназначены для сброса давления в защитной оболочке во время аварии. за счет выпуска газов в окружающую среду с сохранением большей части продуктов деления в фильтрующих конструкциях. ^[284]

Атомная энергетика с уровнем смертности 0,07 на ТВтч остается самым безопасным источником энергии на единицу энергии по сравнению с другими источниками энергии. ^[285]

Несчастные случаи

Произошли серьезные ядерные и радиационные аварии . Степень тяжести ядерных аварий обычно классифицируется с использованием Международной шкалы ядерных событий (INES), введенной Международным агентством по атомной энергии (МАГАТЭ). Шкала ранжирует аномальные события или аварии по шкале от 0 (отклонение от нормальной работы, не представляющее опасности для безопасности) до 7 (крупная авария с широко распространенными последствиями). В гражданской атомной энергетике произошло 3 аварии уровня 5 и выше, две из которых, авария на Чернобыльской АЭС и авария на Фукусиме , относятся к уровню 7.

В результате аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году около 50 человек погибли от прямого и косвенного воздействия, а также получили серьезные временные травмы . ^[288] Прогнозируемый в будущем рост смертности от рака обычно оценивается примерно в 4000 в ближайшие десятилетия. ^{[289] [290] [291]} В будущих крупных исследованиях, вероятно, будет обнаружено большее количество поддающихся рутинному лечению рака щитовидной железы , который считается единственным типом причинного рака. ^[292]

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 ликвидация последствий катастрофы на Фукусиме займет 40 или более лет и, как ожидается, будет стоить десятки миллиардов долларов. ^{[293] [294]} Three Mile Island аварии в 1979 году был меньше масштаб аварии, рассчитан на уровне INES 5. Там не было никаких прямых или косвенных смертей , вызванных аварией. ^[295]

По словам Бенджамина К. Совакула, энергетические аварии деления занимают первое место среди источников энергии с точки зрения их общей экономической стоимости, составляя 41 процент от всего имущественного ущерба, связанного с энергетическими авариями. ^[296] Другой анализ, представленный в международном журнале Human and Ecological Risk Assessment, показал, что аварии на угле, нефти, сжиженном углеводородном газе и гидроэлектростанции (в первую очередь из-за прорыва плотины Баньцяо ) привели к большим экономическим последствиям, чем аварии на атомной электростанции. ^[297] Сравнение ядерного в латентных случаях смерти от рака, таких как рак с другими источниками энергии немедленныхколичество смертей на единицу произведенной энергии (ГВэйр). Это исследование не включает рак, связанный с ископаемым топливом, и другие косвенные смерти, вызванные использованием ископаемого топлива, в его «тяжелую аварию», аварию с более чем 5 смертельными исходами, классификацию.

Ядерная энергетика работает в рамках системы страхования, которая ограничивает или структурирует ответственность за несчастные случаи в соответствии с Парижской конвенцией об ответственности перед третьей стороной в ядерной области , Дополнительной Брюссельской конвенцией, Венской конвенцией о гражданской ответственности за ядерный ущерб ^[298] и Законом Прайса-Андерсона в Соединенные Штаты. Часто утверждают, что этот потенциальный дефицит ответственности представляет собой внешние затраты, не включенные в стоимость ядерной электроэнергии; но стоимость небольшая и составляет около 0,1% от нормированной стоимости электроэнергии , согласно исследованию CBO. ^[299] Эти затраты, выходящие за рамки обычного страхования для наихудших сценариев, характерны не только для ядерной энергетики, посколькугидроэлектростанции также не полностью застрахованы от катастрофического события, такого как катастрофа плотины Баньцяо , когда 11 миллионов человек потеряли свои дома и от 30 000 до 200 000 человек погибли, или крупных разрушений плотины в целом. Поскольку частные страховщики основывают премии по страхованию плотин на ограниченных сценариях, страхование крупных стихийных бедствий в этом секторе также предоставляется государством. ^[300]

Безопасность

Что касается количества потерянных жизней на единицу произведенной энергии, ядерная энергетика вызвала меньше аварийных смертей на единицу произведенной энергии, чем все другие основные источники выработки энергии. Энергия, произведенная из угля, нефти, природного газа и гидроэнергетики , вызвала больше смертей на единицу произведенной энергии из-за загрязнения воздуха и энергетических аварий . Это обнаруживается при сравнении немедленных смертей от других источников энергии как с непосредственными смертельными случаями, связанными с ядерной энергетикой, в результате аварий ^{[301], так} и с учетом скрытых или прогнозируемых косвенных смертей от рака в результате аварий на атомной энергетике . ^[302]Когда сравниваются совокупные непосредственные и косвенные смертельные случаи от ядерной энергетики и всех видов ископаемого топлива, включая смертельные случаи в результате разработки необходимых природных ресурсов для производства электроэнергии и загрязнения воздуха ^[10], использование ядерной энергии было рассчитано как предотвращение около 1,8 миллиона смертей в период с 1971 по 2009 год из-за сокращения доли энергии, которая в противном случае была бы произведена за счет ископаемого топлива, и, по прогнозам, эта тенденция будет продолжаться. ^{[303] [11]} После ядерной катастрофы на Фукусиме в 2011 году было подсчитано, что, если бы Япония никогда не приняла ядерную энергетику, аварии и загрязнение от угольных или газовых электростанций привели бы к большему количеству потерянных лет жизни. ^[304]

Принудительная эвакуация после ядерной аварии может привести к социальной изоляции, тревоге, депрессии, психосоматическим медицинским проблемам, безрассудному поведению и даже к самоубийству. Таков исход Чернобыльской ядерной катастрофы 1986 года на Украине. Всестороннее исследование 2005 года пришло к выводу, что «воздействие Чернобыля на психическое здоровье является самой большой проблемой общественного здравоохранения, вызванной аварией на сегодняшний день». ^[305] Фрэнк Н. фон Хиппель , американский ученый, прокомментировал ядерную катастрофу на Фукусиме в 2011 году, заявив, что непропорциональная радиофобия или «боязнь ионизирующего излучения могут иметь долгосрочные психологические последствия для значительной части населения загрязненных территорий. районы ". ^[306] Отчет за 2015 год в Lancetобъяснил, что серьезные последствия ядерных аварий часто не напрямую связаны с радиационным облучением, а скорее с социальными и психологическими последствиями. Эвакуация и долгосрочное перемещение пострадавшего населения создали проблемы для многих людей, особенно для пожилых людей и пациентов больниц. ^[307] В январе 2015 года количество эвакуированных с Фукусимы составляло около 119 000 человек по сравнению с пиком в 164 000 человек в июне 2012 года. ^[308]

Атаки и саботаж

Террористы могут нацеливаться на атомные электростанции , пытаясь вызвать радиоактивное заражение в сообществе. Комиссия США по терактам 11 сентября заявила, что атомные электростанции были потенциальными целями, которые изначально рассматривались для атак 11 сентября 2001 года . Атака на бассейн отработавшего топлива реактора также может быть серьезной, поскольку эти бассейны менее защищены, чем активная зона реактора. Выброс радиоактивности может привести к тысячам смертей в ближайшем будущем и большему количеству смертей в долгосрочной перспективе. ^[309]

В Соединенных Штатах СРН проводит учения «Force on Force» (FOF) на всех площадках атомных электростанций не реже одного раза в три года. ^[309] В США растения окружены двойным рядом высоких заборов, за которыми ведется электронное наблюдение. Территорию завода патрулирует значительный отряд вооруженной охраны. ^[310]

Инсайдерский саботаж также представляет собой угрозу, потому что инсайдеры могут наблюдать за мерами безопасности и обходить их. Успешные инсайдерские преступления зависели от наблюдения преступников и знания уязвимостей системы безопасности. ^[311] В 1971 году в результате пожара Энергетическому центру Индиан-Пойнт в Нью-Йорке был нанесен ущерб на сумму 5–10 миллионов долларов . ^[312] Поджигателем оказался рабочий, обслуживающий завод. ^[313] Некоторые зарубежные реакторы также сообщали о различных уровнях саботажа со стороны рабочих. ^{[314] [ ненадежный источник? ]}

Ядерное распространение

Многие технологии и материалы, связанные с созданием ядерно-энергетической программы, имеют возможность двойного использования, поскольку они могут быть использованы для создания ядерного оружия, если страна решит это сделать. Когда это происходит, ядерная энергетическая программа может стать маршрутом, ведущим к ядерному оружию, или публичным приложением к «секретной» оружейной программе. Обеспокоенность по поводу ядерной деятельности Ирана - тому подтверждение . ^[317]

По состоянию на апрель 2012 года тридцать одна страна имела гражданские атомные электростанции ^[318], из которых девять имели ядерное оружие , при этом подавляющее большинство этих ядерных держав сначала производили оружие, до того, как были произведены коммерческие электростанции, работающие на делении ядерного оружия . Более того, перенацеливание гражданской ядерной промышленности на военные цели было бы нарушением Договора о нераспространении , которого придерживаются 190 стран.

Фундаментальная цель глобальной безопасности - минимизировать риски ядерного распространения, связанные с расширением ядерной энергетики. ^[317] Глобальное партнерство по ядерной энергии было международные усилия , чтобы создать дистрибьюторскую сеть , в которой развивающиеся страны, нуждающиеся в энергии будут получать ядерное топливо по льготной цене, в обмен на этот народ , согласившись отказаться от своих собственных коренных развиваются из обогащения урана программа. Расположенный во Франции консорциум по обогащению урана Eurodif / European Gaseous Diffusion - программа, успешно реализовавшая эту концепцию совместно с Испанией.и другие страны, не имеющие установок по обогащению, покупают долю топлива, произведенного на контролируемой Франции установке по обогащению, но без передачи технологии. ^[319] Иран был одним из первых участников с 1974 года и остается акционером Eurodif через Sofidif .

В отчете Организации Объединенных Наций за 2009 год говорится:

Возрождение интереса к ядерной энергетике может привести к распространению во всем мире технологий обогащения урана и переработки отработавшего топлива, которые представляют очевидные риски распространения, поскольку эти технологии могут производить расщепляющиеся материалы, которые могут быть непосредственно использованы в ядерном оружии. ^[320]

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. В Мегатоннах в мегаватты программу , детище Томаса Нефф из MIT , ^{[321] [322]} является наиболее успешным нераспространение программы на сегодняшний день. ^[315] До 2005 года программа «Мегатонны в мегаватты» перерабатывала высокообогащенный оружейный уран на сумму 8 миллиардов долларов в низкообогащенный уран, пригодный в качестве ядерного топлива для коммерческих реакторов деления, путем разбавления его природным ураном . Это соответствует уничтожению 10 000 единиц ядерного оружия. ^[323]В течение примерно двух десятилетий этот материал производил почти 10 процентов всей электроэнергии, потребляемой в Соединенных Штатах (примерно половину всей произведенной ядерной электроэнергии в США), при этом в общей сложности было произведено около 7 триллионов киловатт-часов электроэнергии. ^[324] Энергии достаточно, чтобы запитать всю электрическую сеть Соединенных Штатов примерно на два года. ^[321] В общей сложности это было оценено в 17 миллиардов долларов, «сделка для налогоплательщиков США», при этом Россия получила прибыль в 12 миллиардов долларов от сделки. ^[324] столь нужная прибыль для российской атомной отрасли надзора , который после развала советской экономики, испытывала трудности с оплатой содержания и безопасности высокообогащенного урана и боеголовок в Российской Федерации. ^[321]

Программа «Мегатонны в мегаватты» была провозглашена крупным успехом сторонников антиядерного оружия, поскольку она во многом стала движущей силой резкого сокращения количества ядерного оружия во всем мире после окончания холодной войны. ^[315] Однако без увеличения количества ядерных реакторов и повышения спроса на делящееся топливо стоимость демонтажа и разбавления отговорила Россию от продолжения их разоружения. По состоянию на 2013 год Россия, похоже, не заинтересована в продлении программы. ^[325]

Воздействие на окружающую среду

Выбросы углерода

Атомная энергетика является одним из ведущих методов производства электроэнергии с низким уровнем выбросов углерода , и с точки зрения общих выбросов парниковых газов в течение жизненного цикла на единицу произведенной энергии имеет значения выбросов, сравнимые или меньшие, чем у возобновляемых источников энергии . ^{[327] [328]} Анализ литературы по углеродному следу 2014 года, проведенный Межправительственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК), показал, что воплощенная общая интенсивность выбросов в течение жизненного цикла электроэнергии деления имеет среднее значение 12 г CO.
2экв / кВтч , что является самым низким из всех коммерческих источников энергии базовой нагрузки . ^{[326] [329]} Это контрастирует с углем и природным газом при 820 и 490 г CO.
2экв / кВтч. ^{[326] [329]} С начала коммерциализации в 1970-х годах ядерная энергетика предотвратила выброс около 64 миллиардов тонн эквивалента углекислого газа , который в противном случае был бы результатом сжигания ископаемого топлива на тепловых электростанциях . ^[11]

Радиация

Разница в поглощенной человеком естественной фоновой радиации составляет в среднем 2,4  мЗв / год в глобальном масштабе, но часто колеблется от 1 до 13 мЗв / год, в основном в зависимости от геологии, в которой живет человек. ^[330] По данным Организации Объединенных Наций ( НКДАР ООН ), регулярные операции АЭС / АЭС, включая ядерный топливный цикл, увеличивают эту сумму до 0,0002 миллизиверта (мЗв) в год облучения населения в среднем в мире. ^[330] Средняя доза от действующих АЭС для местного населения вокруг них составляет менее 0,0001 мЗв / год. ^[330] Средняя доза для людей, живущих в пределах 50 миль отугольная электростанция превышает эту дозу в три раза, 0,0003 мЗв / год. ^[331]

По данным отчета за 2008 год, Чернобыль привел к тому, что наиболее пострадавшее окружающее население и мужской персонал, занимающийся восстановлением, получили в среднем первоначальные от 50 до 100 мЗв в течение нескольких часов или недель, в то время как оставшееся глобальное наследие худшей аварии на АЭС в среднем составляет 0,002 мЗв / год и непрерывно снижается с уменьшающейся скоростью с начального максимума 0,04 мЗв на человека, усредненного по всему населению Северного полушария в год аварии в 1986 году. ^[330]

Возобновляемая энергия и атомная энергетика

Замедление глобального потепления требует перехода к низкоуглеродной экономике , в основном за счет сжигания гораздо меньшего количества ископаемого топлива . Ограничение глобального потепления до 1,5 ° C технически возможно, если с 2019 г. не будут построены новые электростанции, работающие на ископаемом топливе. ^[332] Это вызвало значительный интерес и споры при определении наилучшего пути для быстрой замены ископаемого топлива в глобальном энергетическом балансе. , ^{[333] [334]} с интенсивными академическими дебатами. ^{[335] [336]} Иногда МЭА говорит, что страны без ядерной энергетики должны развивать ее, а также свои возобновляемые источники энергии. ^[337]

В развитых странах отсутствует экономически обоснованная география для новой гидроэнергетики, при этом все географически подходящие области в значительной степени уже эксплуатируются. ^[341] Сторонники ветровой и солнечной энергии утверждают, что одни только эти ресурсы могут устранить потребность в ядерной энергии. ^{[336] [342]}

Некоторые аналитики утверждают, что традиционные возобновляемые источники энергии, ветер и солнце, не обеспечивают масштабируемости, необходимой для крупномасштабной декарбонизации электрической сети, в основном из-за соображений , связанных с прерывистостью . ^{[349] [350] [351]} Наряду с другими комментаторами, которые подвергли сомнению связи между антиядерным движением и индустрией ископаемого топлива. ^{[352] [353] [354] [355]} В поддержку оценки эти комментаторы указывают на расширение угольной электростанции Липпендорф в Германии и открытие в 2015 году большой угольной электростанции мощностью 1730 МВт в г. Moorburg, единственная в своем роде установка по сжиганию угля, которая начала работу в Западной Европе в 2010-х годах. ^{[356] [357] [358]} Германия, вероятно, не выполнит поставленную на 2020 год цель по сокращению выбросов. ^[359]

Некоторые исследования показывают, что теоретически возможно покрыть большую часть мирового производства энергии за счет новых возобновляемых источников. Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) сказал , что если правительства поддерживали, поставки возобновляемых источников энергии может составить около 80% потребления энергии в мире к 2050 году ^[360]

Анализ, проведенный в 2015 году профессором и заведующим кафедрой экологической устойчивости Барри У. Бруком и его коллегами по теме полной замены ископаемого топлива из мировых электрических сетей, показал, что при исторически скромных и проверенных темпах, с которыми ядерная энергия была Добавив и заменив ископаемое топливо во Франции и Швеции во время строительных программ каждой страны в 1980-х годах, ядерная энергия могла полностью вытеснить или полностью исключить ископаемое топливо из электрической сети в течение 10 лет, "позволяя миру соблюдать самые строгие требования к парниковым эффектам. цели по снижению газового воздействия ». ^{[361] [362]}

В аналогичном анализе Брук ранее определил, что 50% всей мировой энергии , то есть не только электричества, но и синтетического топлива для транспорта и т. Д., Может быть произведено в течение примерно 30 лет, если глобальная скорость ядерного деления будет идентична каждой из этих уже подтвержденные в стране показатели установки в единицах установленной паспортной мощности , ГВт в год, на единицу мирового ВВП (ГВт / год / $). ^[363] Это контрастирует с концептуальными исследованиями мира 100% возобновляемых источников энергии , которые потребуют на порядок более дорогостоящих глобальных инвестиций в год, что не имеет исторических прецедентов, ^[364]наряду с гораздо большей территорией, которую нужно было бы посвятить ветровым, волновым и солнечным проектам, и внутренним предположением, что человечество будет использовать меньше, а не больше энергии в будущем. ^{[363] [364] [365]} Как отмечает Брук, «основные ограничения ядерного деления не являются техническими, экономическими или связанными с топливом, а вместо этого связаны со сложными проблемами общественного признания, финансовой и политической инерции и неадекватной критической оценки. реальных ограничений, с которыми сталкиваются [другие] низкоуглеродные альтернативы ». ^[363]

В некоторых местах, которые стремятся постепенно отказаться от ископаемого топлива в пользу низкоуглеродной энергии , например, в Великобритании , трудно обеспечить сезонное хранение энергии, поэтому использование возобновляемых источников энергии более 60% электроэнергии может быть дорогостоящим. По состоянию на 2019 год ^{[Обновить]}вопрос о том, будут ли межсистемные соединения или новая ядерная энергия дороже, чем использование возобновляемых источников энергии более 60%, все еще исследуется и обсуждается. ^[366] Старые британские ядерные реакторы с газовым охлаждением не способны уравновесить спрос, ветер и солнце, но новые реакторы с водяным охлаждением на острове должны обладать такой же гибкостью, что и электростанции на ископаемом топливе. ^{[ сомнительно - обсудить ]} По данным оператора с 2025 г.Британская электросеть может работать без выбросов углерода , используя только возобновляемые источники энергии и атомную энергию . ^[367] Однако на самом деле поставка электроэнергии в сеть только за счет ядерных и возобновляемых источников энергии может осуществляться вместе со взаимосвязанными странами, такими как Франция в случае Великобритании. ^[368]

Ядерная энергия сопоставима, а в некоторых случаях ниже, чем у многих возобновляемых источников энергии, с точки зрения количества потерянных жизней на единицу поставленной электроэнергии. ^{[10] [301] [369]} Однако, в отличие от возобновляемых источников энергии, традиционные конструкции ядерных реакторов производят меньший объем производственных и эксплуатационных отходов, в первую очередь, сильно радиоактивного отработавшего топлива, которое необходимо хранить или перерабатывать. ^[370] Атомная установка также должна быть разобрана и удалена, и большая часть разобранной атомной станции должна храниться как низкоактивные ядерные отходы в течение нескольких десятилетий. ^[371]

В рамках проведенной ЕС оценки прогресса в сокращении выбросов парниковых газов на душу населения в 2018 году Франция и Швеция , обе с большой долей ядерной энергетики, были единственными двумя крупными промышленно развитыми странами в ЕС, получившими положительную оценку, как и все остальные страны. оценка от «плохо» до «очень плохо». ^[372]

В анализе, проведенном Массачусетским технологическим институтом за 2018 год, утверждалось, что для обеспечения большей рентабельности по мере приближения к глубокой декарбонизации электроэнергетические системы должны объединять базовые низкоуглеродные ресурсы, такие как ядерная, с возобновляемыми источниками энергии, хранением и реагированием на спрос. ^[373]

Атомным электростанциям требуется примерно один квадратный километр земли на один типичный реактор. ^{[374] [375] [376]} Экологи и экологи начали ставить под сомнение глобальных предложений возобновляемого энергии расширения, так как они выступают против часто противоречивое использование некогда лесистая земля , чтобы расположить системы возобновляемых источников энергии. ^[377] Семьдесят пять ученых-экологов подписали письмо, ^[378] предлагающее более эффективную политику по смягчению последствий изменения климата, включая восстановление лесов на этой земле, предложенной для производства возобновляемой энергии, до ее прежнего естественного ландшафта., С помощью местных деревьев , которые ранее населяли его, в тандеме с нижним землепользованием след ядерной энергии, в качестве пути для обеспечения как приверженность сокращению выбросов углерода и добиться успеха с ландшафтными Rewilding программ , которые являются частью глобальной родной инициативы по защите видов и повторной интродукции . ^{[379] [380] [381]}

Эти ученые утверждают, что обязательства правительства по увеличению использования возобновляемых источников энергии при одновременном принятии обязательств по расширению областей биологического сохранения - это два конкурирующих результата землепользования, которые противоречат друг другу и все чаще вступают в конфликт. Поскольку существующие охраняемые природные территории в настоящее время считаются недостаточными для защиты биоразнообразия, «конфликт за пространство между производством энергии и средой обитания останется одним из ключевых будущих вопросов сохранения, которые необходимо решить». ^{[379] [380]}

Историческое чистое влияние на выбросы углерода и конкуренцию с возобновляемыми источниками энергии

Научный анализ 123 стран за 25 лет, опубликованный в 2020 году, пришел к выводу, что внедрение возобновляемых источников энергии, как правило, связано со значительно более низкими выбросами углерода, в то время как более крупномасштабные национальные приложения для энергии деления ядер - нет. Напряженность между этими двумя национальными стратегиями развития энергетики может снизить их эффективность с точки зрения смягчения последствий изменения климата из-за таких факторов, как различные требования к инфраструктуре и отрицательная связь между масштабами национальных ядерных и возобновляемых источников энергии. ^{[382] [383] [384]}Однако анализ тех же данных другой группой ученых пришел к другому выводу: «И ядерная энергия, и возобновляемые источники энергии связаны с более низкими выбросами CO ₂ на душу населения с эффектами аналогичной величины». ^[385] Выделение обществом ресурсов на усилия, связанные с производством ядерной энергии, может конкурировать с распределением ресурсов на исследования, разработки, строительство, расширение и совершенствование технологий и структур, связанных с возобновляемыми источниками энергии ^{[382] [386] [387] [388] [389 ] ] [390] [391]} , такие как энергетические сетки система, энергосбережение технологии и методы эффективного использование энергии, энергоэффективность , хранение энергии , балансировка нагрузки , устойчивый дизайн , новые технологии возобновляемых источников энергии, такие как водородная экономика, и интеллектуальные сети .

Дебаты о ядерной энергии

Дебаты по ядерной энергетике касаются споров ^{[392] [393] [72],} которые окружали развертывание и использование ядерных реакторов деления для выработки электроэнергии из ядерного топлива в гражданских целях. Пик дебатов о ядерной энергии пришелся на 1970-1980-е годы, когда в некоторых странах они «достигли невиданной в истории технологических споров интенсивности». ^{[73] [394] [ необходима страница ]}

Сторонники ядерной энергетики рассматривают ее как устойчивый источник энергии, который снижает выбросы углерода и повышает энергетическую безопасность за счет уменьшения зависимости от импортируемых источников энергии. ^{[395] [396] [397]} М. Кинг Хабберт , который популяризировал концепцию пика добычи нефти , рассматривал нефть как ресурс, который может иссякнуть, и рассматривал ядерную энергию как замену. ^[398] Сторонники также утверждают, что в настоящее время количество ядерных отходов невелико и может быть уменьшено с помощью новейших технологий новых реакторов, и что эксплуатационная безопасность электроэнергии деления не имеет себе равных. ^[59]

Противники полагают, что ядерная энергетика представляет множество угроз для людей и окружающей среды ^{[399] [400],} таких как риск распространения ядерного оружия и терроризма. ^{[401] [402]} Они также утверждают, что реакторы - это сложные машины, в которых многие вещи могут пойти не так, как надо. ^{[403] [404]} В прошлые годы они также утверждали, что, когда рассматриваются все энергоемкие этапы цепочки ядерного топлива , от добычи урана до вывода из эксплуатации ядерной энергетики, ядерная энергия не является ни низкоуглеродным, ни экономичным источником электроэнергии. ^{[405] [406] [407]}

Обе стороны дискуссии используют аргументы в пользу экономики и безопасности .

Исследование

Усовершенствованные конструкции реакторов деления

Текущие реакторы деления, эксплуатируемые во всем мире, представляют собой системы второго или третьего поколения , при этом большинство систем первого поколения уже выведены из эксплуатации. Международным форумом «Поколение IV» (GIF) было официально начато исследование усовершенствованных типов реакторов поколения IV, основанных на восьми технологических целях, включая улучшение экономики, безопасности, устойчивости к нераспространению, использования природных ресурсов и способности потреблять существующие ядерные отходы при производстве электричество. Большинство этих реакторов значительно отличаются от действующих в настоящее время легководных реакторов, и ожидается, что они будут доступны для коммерческого строительства после 2030 года. ^[408]

Гибридный ядерный синтез-деление

Гибридная ядерная энергетика - это предлагаемый способ получения энергии за счет сочетания процессов ядерного синтеза и деления. Эта концепция восходит к 1950-м годам и кратко отстаивалась Гансом Бете в 1970-е годы, но в значительной степени оставалась неизведанной до возрождения интереса в 2009 году из-за задержек в реализации чистого синтеза. Когда построена устойчивая ядерная термоядерная электростанция, у нее есть потенциал для извлечения всей энергии деления, остающейся в отработавшем топливе деления, уменьшения объема ядерных отходов на порядки и, что более важно, удаления всех актинидов, присутствующих в отработанное топливо, вещества, вызывающие беспокойство по поводу безопасности ^[409]

Термоядерная реакция

Реакции ядерного синтеза могут быть более безопасными и производить меньше радиоактивных отходов, чем деление. ^{[410] [411]} Эти реакции кажутся потенциально жизнеспособными, хотя технически довольно сложными и еще предстоит создать в масштабе, который можно было бы использовать на работающей электростанции. С 1950-х годов термоядерная энергия изучается теоретически и экспериментально.

Существует несколько экспериментальных термоядерных реакторов и установок. Самый крупный и амбициозный международный проект по термоядерному синтезу, реализуемый в настоящее время, - это ИТЭР , большой токамак, строящийся во Франции. Планируется, что ИТЭР проложит путь к коммерческой термоядерной энергии, продемонстрировав самоподдерживающиеся реакции ядерного синтеза с положительным приростом энергии. Строительство объекта ИТЭР началось в 2007 году, но проект столкнулся с многочисленными задержками и перерасходом бюджета. В настоящее время ожидается, что установка начнет работать не раньше 2027–11 лет после того, как первоначально предполагалось. ^[412] Была предложена следующая коммерческая термоядерная электростанция DEMO . ^{[413] [414]}Есть также предложения для электростанции, основанной на другом подходе термоядерного синтеза, а именно на инерциальной термоядерной электростанции .

Первоначально считалось, что производство электроэнергии с помощью термоядерного синтеза легко достижимо, как и энергия деления. Однако экстремальные требования к непрерывным реакциям и удержанию плазмы привели к увеличению прогнозов на несколько десятилетий. В 2010 году, более чем через 60 лет после первых попыток, коммерческое производство электроэнергии считалось маловероятным до 2050 года ^[413].

Смотрите также

Рекомендации