Замкнутый топливный цикл как условие жизнеспособности ядерной энергетики

Вопрос репроцессинга и утилизации урана и плутония – это предмет жарких споров последних десятилетий во многих странах. Несколько стран, – включая США, Великобританию, Францию, Индию, Японию, Россию и другие, – уже разработали технологии для репроцессинга и утилизации. Особая группа стран, включая Индию, избрали политику устойчивого развития, решив использовать репроцессинг и утилизацию отработанного топлива. Эти страны стали следовать такой политике не только из-за обеспокоенности ограниченными запасами урана, но также и потому, что они видят в репроцессинге и утилизации наилучший способ достижения длительной жизнеспособности атомной промышленности.

В самом деле, для таких стран как Индия и Китай широкое распространение ядерной энергии не может стать устойчивым без репроцессинга и переработки. Запасы урана у этих стран ограничены. В ближайшее время торий вряд ли сможет стать ценным ресурсом для производства энергии. Держать большие объемы высокоактивных отходов в хранилищах нецелесообразно. В других странах, например, во Франции, имеются программы репроцессинга и утилизации ядерных отходов, а Россия работает над пирометаллургической обработкой для производства уран-плутонивого смешанного оксидного топлива для своего реактора БОР-60.

Многие критики репроцессинга считают, что мировые запасы урана являются адекватными и поэтому закрытие топливного цикла не является насущной необходимостью. Это недальновидная точка зрения. Запасы урана, доступные на Земле, – будь то в земной коре или в водах океанов, – конечны, и поэтому энергия деления не возобновляема. Единственная тема для обсуждения в этом вопросе – каковы запасы урана и как долго они продлятся. «Красная книга» запасов урана, изданная Международным агентством по атомной энергетике и Агентством по ядерной энергии, показывает, что на 2013 год доступные мировые запасы урана составляли около 7,6 миллиона метрических тонн, – что при сегодняшней интенсивности потребления хватит на 150 лет. Однако потребление неминуемо увеличится, поскольку все больше стран обращается к ядерной энергии для удовлетворения своих энергетических запросов.

Если не принимать во внимание те источники урана, которые могут быть найдены в будущем, а также будущие темпы роста ядерной энергетики, можно заключить, что энергия расщепления на основе урана при любых сценариях не может продлиться более, чем несколько веков. А это не так уж много – если измерять его относительно сроков, в пределах которых человечество предполагает просуществовать. Мы, авторы, полагаем, что сегодняшнее поколение несет ответственность перед поколениями будущего и не должно истощать мировые запасы урана. Это значит, что уран не следует списывать в качестве отходов после того, как был использовать всего лишь один процент его энергетического потенциала, – как это происходит сейчас. Напротив, следует использовать репроцессинг и переработку с тем, чтобы для производства энергии расщепления использовалось 75% урана (или больше). По сравнению с однократным использованием урана, репроцессинг и переработка обладают потенциалом в 50 раз увеличить срок, в течение которого человечество может получать энергию расщепления из урановых источников.

Некоторые страны, – а особенно Индия, Франция, Россия и Китай, – пришли к выводу, что для их будущих ядерных программ важными станут реакторы на быстрых нейтронах (которые для выработки электроэнергии могут использовать плутоний и обедненный уран, производимые в термических реакторах). Из шести концепций по инновационным системам атомной энергетики, разработанных на Международном форуме «Поколение-4» (совместно организованным правительствами 13 государств), четыре имеют отношение к реакторам на быстрых нейтронах. Несмотря на это, все еще продолжают возникать аргументы против репроцессинга и переработки.

К таким аргументам относятся – помимо заявлений о том, что запасы урана останутся адекватными в обозримом будущем, – предполагаемая незрелость технологий, возможная высокая цена и опасность распространения ядерного оружия. Однако технологии, имеющие отношение к изготовлению и утилизации реакторного топлива разработаны в достаточно большом объеме (хотя только в отдельных странах). Франция и Индия – пройдя через длительный процесс научно-исследовательских работ, при стабильной государственной политике и успешном внедрении усовершенствованных станций, – продемонстрировали безопасность, зрелость и приемлемую стоимость репроцессинга и утилизации плутония. В то же самое время в схему топливного цикла легко встраивается защита от использования плутония в военных целях. Возможно спроектировать такие схемы разделения, где уран и плутоний воссоздаются вместе из облученного ядерного топлива, – при этом не производя чистого плутония, причины озабоченности в свете распространения ядерного оружия. Пирометаллургическая обработка, которая глубоко изучалась в США и России, достигает меньшей степени деконтаминации продуктов расщепления, чем водные процессы, основанные на методе «PUREX» (аббревиатура от “Plutonium URanium EXtraction” – «выделение урана и плутония»), который был основой ядерной индустрии до сего дня. Таким образом может быть достигнута имманентная защита от распространения ядерного оружия. Опасность распространения ядерного оружия более не может служить убеждающим фактором для использования однократного топливного цикла.

Вопрос отходов. Работа с ядерными отходами является единственной гранью ядерной энергетики, на которой особо концентрирует внимание широкая общественность. Однократный топливный цикл представляет собой в этом отношении две серьезные проблемы. Прежде всего потому, что такой цикл подразумевает утилизацию урана и плутония после всего лишь однократного использования, в результате чего накапливается огромный объем отходов. Это вызывает увеличивающийся спрос на специальные хранилища и требует нецелесообразно долгого времени, в течение которого за ними необходимо наблюдать, – а такой ход вещей, скорее всего, никогда не понравится общественности. Во-вторых, свои ядерные мощности строит значительное количество стран, но у большинства из них нет своих географически подходящих площадок для хранения облученного топлива. Кому, таким образом, придется нести бремя заботы об отработанном топливе, которое будут производить все эти новые ядерные станции?

При расчете различных подходов к топливному циклу необходимо принимать во внимание все вышеупомянутые моменты. Обычно сравнивают стоимость переработки со стоимостью однократного топливного цикла, предполагая, что цена урана не изменится. Но даже при условии, что цена урана останется стабильной в течение столетий, – что представляется сомнительным, – все равно необходимо принимать во внимание более высокую стоимость обслуживания отходов однократного топливного цикла. Также нельзя упускать из вида дополнительный вред окружающей среде, связанный с огромным количеством требований по горным разработкам при использовании однократного топливного цикла. Если же перерабатывать уран и плутоний, то относительно одной единицы произведенной электроэнергии потребуется добыча меньшего количества урана. Такой целостный подход к вопросу стоимости демонстрирует, что репроцессинг не является исключительно дорогим делом, как это часто изображается, но является вполне конкурентоспособным.