ТОМСКАЯ ОБЛАСТЬ
Город СЕВЕРСК
Средняя школа №
84
«МОКС-ТОПЛИВО – ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ БУДУЩЕЕ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА»
АНАЛИТИЧЕСКИЙ ПРОЕКТ
Номинация:
«Тайны атомного ядра и материи.
Применение достижений ядерной науки, техники и технологий»
Выполнил учащийся 10 «А» класса
Физико-математического профиля
НИКИЕНКО АЛЕКСЕЙ
Руководитель проекта
Учитель физики
и информатики
РЫБИНА Л.Н.
Контактные телефоны 8-23-99-62-87
E- mail- rybina_liliya@mail.ru (Рыбина)
Регистрационный номер - 02034
СЕВЕРСК
2005
Содержание
1. Введение в общие
аспекты МОКС-топлива
Что такое МОКС……………………………………………………………………...3
1.1 Плутоний –
рукотворный элемент………………………………………………...3
1.2 Оружейный и
реакторный плутоний...……………………………………………3
1.3 Двойной характер
использования плутония..……………………………………4
1.4 Токсичность
плутония..……………………………………………………………4
1.5 Мокс-топливо………………………………………………………………………5
2. Использование МОКС-топлива в легководных реакторах……………………….6
2.1 Топливный цикл с
участием МОКС и связанные с ним проблемы…………….6
2.2
Сохранность...………………………………………………………………………7
2.3
Безопасность..………………………………………………………………………7
3. Значение МОКС-топлива в меняющемся мире……………………………………7
3.1 Конец "холодной
войны" и проблема избыточного плутония………………….7
3.2 Основные принципы
проекта МОМ.……………………………………………..8
3.3 Роль политики в
отношении плутония в меняющемся мире……………………9
4. Применение МОКС в
качестве ядерного топлива: проблемы безопасности…..10
5. Чем привлекательно МОКС-топливо для потенциальных изготовителей ядерного
оружия………………………………………………………………………11
5.1 Применение
реакторного плутония в ядерном оружии..………………………11
5.2 Устройство атомной
бомбы……………………………………………………...12
5.3 Ядерный терроризм………………………………………………………………13
6. Проблемы безопасности
использования МОКС в ЛВР…………………………15
6.1 Изготовление МОКС и
его физико-химические свойства.…………………….15
6.2 Ядерные
характеристики МОКС-топлива………………………………………16
6.3 Радиологические
свойства……………………………………………………….17
7. Социальные и
юридические аспекты использования МОКС-топлива
МОКС и
общество…………………………………………………………………….17
7.1 Плутоний – цель и
средство напугать общество………………………………..17
Выводы………………………………………………………………………………...18
Список
литературы……………………………………………………………………20
Введение в
общие, экологические и медицинские аспекты МОКС-топлива
Что такое МОКС?
Плутоний –
рукотворный элемент
Плутоний, элемент с атомным номером 94, был впервые получен
в феврале 1941 года группой Гленна Сиборга в Калифорнийском университете в
опытах по облучению урана ядрами дейтерия. Плутоний является трансурановым
элементом - его атомный номер больше, чем у урана, самого тяжелого из
обнаруженных в природе элементов с атомным номером 92. Имя "Уран"
носит одна из планет Солнечной системы, поэтому синтезированные искусственно
элементы с атомными номерами 93 и 94 получили имена нептуний и плутоний - по
названиям планет, расположенных за планетой Уран. Вскоре после этого открытия
было обнаружено, что изотоп плутония может распадаться, и поэтому дальнейшие
исследования этого элемента проводились исключительно в рамках секретного
Манхэттенского проекта, целью которого было массовое производство плутония для
использования в атомных бомбах. Горькая ирония заключается в совпадении имени
этого элемента, который через четыре года после его открытия превратил город
Нагасаки в ад, и имени владыки подземного царства Плутона.
Известны 15 изотопов плутония с массовыми
числами от 232 до 246, но наиболее важен из них 239Pu с периодом полураспада 24 000 лет, способный к делению. Именно он был использован в бомбе, сброшенной на Нагасаки,
и он также может сжигаться в реакторах для производства энергии.
239Pu возникает в ходе работы обычного энергетического
реактора на урановом топливе в результате захвата нейтрона ядром 238U. Формула этой реакции, происходящей в два этапа,
следующая:
238U + n = 239U
->(b-распад с периодом 23,5 мин) 239Np ® (b-распад с периодом 2,35 дней) 239Pu
Эта реакция идет параллельно с основным рабочим процессом -
делением ядер 235U, при котором
выделяется тепловая энергия. Содержание 235U
в природном уране составляет всего 0,7%, поэтому для того чтобы его можно было
использовать в качестве топлива в легководных реакторах (основном типе
энергетических реакторов), естественный уран обогащают, доводя содержание 235U до примерно 3%. Остальные 97%
приходятся на 238U. За один год работы
типичного ЛВР мощностью 1000 МВт образуется около 200 кг плутония, из которых около 150 кг
составляет 239Pu.
Часть ядер 239Pu
превращается в другие изотопы плутония (240Pu, 241Pu, 242Pu) в результате реакций с захватом нейтронов. Небольшие
количества изотопа 238U образуются
непосредственно из урана. Как и 235U,
239Pu способен делится в результате
захвата нейтрона по формуле
239Pu + n = продукты деления.
Оружейный и реакторный
плутоний
Таким образом, при работе атомного уранового реактора в его
топливных стержнях накапливаются различные изотопы плутония. Их количества
зависят от степени выгорания уранового топлива. Лишь два из этих пяти изотопов
плутония, 239Pu и 241Pu, являются расщепляющимися (делящимися), т.е. способными
к расщеплению в результате захвата тепловых (медленных) нейтронов, и в принципе
пригодны для использования в качестве реакторного топлива. Поэтому, если речь
идет о возможности использования плутония в качестве реакторного топлива, важно
знать только количество 239Pu и 241Pu, обозначаемое Puf от слов Pu (плутоний) и fissile
(делящийся). Полное же количество всех изотопов плутония обозначается Put от
слова total (полный, общий, итоговый).
Для ядерного же оружия желательно иметь практически чистый 239Pu, поскольку
изотопы 240Pu и 238Pu самопроизвольно испускают нейтроны, которые могут
вызвать т. н. «предначальное воспламенение», а это приведет к существенно
меньшей силе взрыва атомной бомбы. Поэтому принято классифицировать плутоний по
"качеству" в соответствии с его изотопным составом.
Хотя предначальное воспламенение уменьшает мощность взрыва
ядерного взрывного устройства, изготовленного из реакторного плутония, можно
утверждать, что мощность взрыва сравнительно простого взрывного устройства из
реакторного плутония, подобного бомбе, взорванной в Нагасаки, будет равно
примерно одной или нескольким килотоннам, даже если предначальное воспламенение
произойдет в наименее благоприятный момент. В Японии и некоторых европейских
странах сторонники плутония продолжают утверждать, что из-за предначального
воспламенения реакторный плутоний практически не может быть использован в
ядерном оружии, и что поэтому плутониевые программы в этих странах, основанные
на выделении и использовании реакторного плутония, следует рассматривать
исключительно как «мирные». Однако это мнение противоречит фактам, признанным
международной научной общественностью. В докладе американской Национальной
Академии наук, выпущенном в 1994 году и посвященном утилизации ядерных
оружейных материалов, утверждается, что «плутоний практически любого изотопного
состава может быть использован в ядерном оружии».
Двойной (военно-гражданский)
характер использования плутония
Поскольку плутоний любого состава может быть применен в
ядерном оружии, любая программа использования плутония в мирных целях создает
условия для его использования в военных целях. Реакторный плутоний может быть
использован как непосредственно в примитивном ядерном взрывном устройстве, так
и в качестве топлива для реактора на быстрых нейтронах, в бланкете которого
можно будет производить военный плутоний сверхвысокого качества.
Применимость плутония для военных целей определяется не
только возможностью его использования в ядерном оружии, но двойным
военно-гражданским характером всей технологической схемы использования
плутония. Полномасштабная гражданская плутониевая программа должна включать
производство плутония в реакторе, выделение его на перерабатывающем предприятии
и изготовление топливных стержней. При наличии соответствующего политического
решения эти мощности могут быть переориентированы на военные цели. Даже если
государство не стремится к созданию ядерного оружия и его плутониевая программа
находится под строгим международным контролем, сам факт наличия запасов
плутония и мощностей по его переработке может породить подозрения в других
(соседних) странах и заставить их развивать свои плутониевые программы, которые
вполне могут иметь военный характер. В случае с Японией именно так и может
получиться в будущем.
Таким образом, двойственный характер плутониевых программ
порождает ряд проблем международного характера и проблем безопасности, которые
должны быть приняты во внимание при анализе любой программы утилизации
плутония.
Токсичность плутония
Плутоний известен как один из самых токсичных элементов.
Большинство изотопов плутония являются a-излучателями. Испускаемые им высокоэнергетические a-частицы (энергия
более 5 мегаэлектронвольт) имеют высокую ионизирующую способность и очень
опасны для живых организмов. a-излучающий плутоний особенно опасен при попадании внутрь
человеческого организма, в то время как a-излучение от внешнего источника
обычно не представляет опасности ввиду короткого пробега a-частиц.
Другой причиной высокой опасности плутония является его
способность в течение длительного времени удерживаться в организме, куда он
может попасть при вдыхании или через желудочно-кишечный тракт. При вдыхании
плутониевой пыли часть плутония достигает легких (в зависимости от размера
пылевых частиц), где некоторая его часть всасывается в кровь и переносится ею в
различные органы. Плутоний оседает в основном в печени и костной ткани, и в
меньшей степени - в репродуктивных органах. Небольшая часть плутония, попавшего
внутрь организма через желудочно-кишечный тракт, также попадет через кровь в
эти же органы. Попавший в них плутоний будет оставаться там в течение многих
лет, подвергая соответствующие органы a-облучению. Постоянное a-облучение в малых дозах может вызвать рак и генетические
повреждения.
Типичный реакторный плутоний в 8-10 раз токсичнее, чем 239Pu - один грамм оксида реакторного плутония соответствует
годовому пределу поступления через органы дыхания для 40 миллионов человек.
Отметим далее, что значения ПДУ для
простых граждан (годовой предел дозы 1 мЗв) в 50 раз меньше, чем для занятых в атомной промышленности (годовой
предел дозы 50 мЗв). Следовательно,
предельно допустимое количество плутония, поступающее через органы дыхания, для
обычного гражданина равно одной миллиардной грамма (0,000000001 г). Таким
образом, даже суб-микрограммы плутония представляют угрозу здоровью рабочих на
предприятиях атомной промышленности, а для населения плутоний опасен уже на
уровне нанограммов. Облучение от внешнего плутониевого источника также может
представлять опасность для занятых в атомной промышленности, поскольку плутоний
содержит значительные количества изотопов, испускающих g-лучи и нейтроны.
МОКС-топливо
Поскольку и реакторный плутоний, и плутоний более высоких
сортов является смесью делящихся изотопов, он в принципе пригоден для
использования в качестве реакторного топлива. Обычно плутоний используется в
этом качестве в виде смеси диоксида плутония PuO2 с диоксидом урана
UO2. Эта смесь оксидов (PuO2+UO2), называемая МОКС-топливом, обычно используется в двух типах реакторов -
в реакторах на быстрых нейтронах (БН) и в легководных реакторах (ЛВР).
Реактор на БН может вырабатывать плутоний в результате
захвата нейтронов ядрами 238U, находящегося в
активной зоне реактора и в окружающем ее бланкете, в то время как плутоний (МОКС-топливо с 20-30% плутония) "горит" в активной
зоне. Такой реактор называют размножителем или бридером, поскольку он
вырабатывает больше плутония, чем потребляет. Смысл бридера в том, что он
повышает эффективность использования ресурсов урана в целых 60 раз, и он
позволяет преобразовать ранее остававшийся без применения 238U в плутоний и одновременно вырабатывать полезную мощность.
Из-за этих заманчивых перспектив реактор на БН стал с самого начала развития
атомной промышленности ее "голубой мечтой", почти «вечным
двигателем».
Но, увы - реальность оказалась больше похожа на кошмар, чем
на прекрасный сон. Чтобы размножение было возможным, реакция деления в реакторе
на БН поддерживается быстрыми (высокоэнергетическими) нейтронами, в отличие от
ЛВР, которые работают на тепловых нейтронах. Поскольку нет возможности
использовать замедляющий охладитель, приходится охлаждать активную зону
реактора на БН расплавом щелочного металла, который имеет высокую химическую активность
и реагирует со взрывом с воздухом и водой.
Отметим далее, что размножение плутония происходит
не так быстро, как хотелось бы: время удвоения, то есть время, за которое один
бридер создает достаточно плутония для загрузки другого такого же реактора (40
лет), значительно превышает время жизни первого реактора (не более 30 лет). Это
указывает на другую ключевую проблему бридера: в конечном итоге для его
эксплуатации должна быть создана система, включающая множество этапов, в том
числе выделение плутония, загрузка топлива в реакторы, переработка
отработавшего топлива и бланкета.
Эти и другие технические трудности бридеров стали причиной
неэкономичности их использования, и оба эти недостатка - технические сложности
и высокие стоимостные показатели - привели к тому, что США и все
западноевропейские страны свернули свои бридерные программы. Япония, которая в
одно время считалась настроенной наиболее серьезно на использование бридеров,
теперь готова последовать примеру этих стран или по
крайней мере подвергнуть свою бридерную программу существенному пересмотру
(этому также способствовала авария на прототипном бридере в Монжу в декабре
1995 года).
Другой способ использования МОКС-топлива
- сжигание его в энергетических легководных реакторах (ЛВР). Обычно МОКС с
содержанием плутония от 5 до 8% используется в реакторах с водой под давлением
(международная аббревиатура - PWR) и в реакторах на кипящей воде (международная аббревиатура - BWR) - двух основных типах реакторов. Существующие в настоящее время ЛВР разрабатывались для сжигания в
них низкообогащенного оксида урана, и переход на МОКС-топливо создает ряд
проблем. Однако представители
атомной промышленности верят, что замена в активной зоне таких реакторов одной
трети уранового топлива на МОКС
не создает дополнительных проблем с точки зрения безопасности, и это
осуществляется в некоторых немецких, французских, бельгийских и швейцарских
ЛВР. В Японии тоже существуют далеко идущие планы использования МОКС в ЛВР.
Кроме того, предполагается изготавливать МОКС из оружейного плутония, а затем
сжигать его в ЛВР, что рассматривается некоторыми экспертами (особенно в США)
как эффективный способ уничтожения плутония, извлекаемого из ядерных боеголовок
в процессе разоружения России и США.
Использование МОКС-топлива в легководных реакторах
Топливный цикл с участием МОКС и связанные с
ним проблемы
В топливном цикле ЛВР можно выделить два основных потока:
входной поток, начинающийся с добычи урана и заканчивающийся загрузкой
низкообогащенного урана в активную зону реактора, и выходной поток,
начинающийся выгрузкой ОЯТ и заканчивающийся захоронением радиоактивных
отходов.
Оба потока - и входной, и выходной - являются потоками
радиоактивных материалов и, следовательно, представляют опасность с точки
зрения сохранности этих материалов и защиты окружающей среды. Если урановое
топливо не перерабатывается, оно после извлечения из реактора сначала
складируется на некоторое время, а затем захороняется в геологических
могильниках.
Этот процесс является одним из наиболее сложных и
вызывающих наибольшие разногласия этапов атомной технологии, поскольку он
включает в себя перевозку, хранение и захоронение высокоактивных материалов.
Топливный цикл с участием МОКС (т. н. "замкнутый
топливный цикл") гораздо более сложен. Отработавшее топливо перевозится с
реактора на перерабатывающее предприятие, где из него выделяют плутоний,
который затем поступает на предприятие по изготовлению МОКС-топлива.
Изготовленные там топливные стержни с МОКС перевозятся к реактору и загружаются
в него. После отработки эти стержни снова могут быть подвергнуты переработке. МОКС-топливо содержит много плутония и других трансурановых
элементов по сравнению с обычным отработавшим топливом ЛВР, поэтому даже если
отработавшее МОКС-топливо не перерабатывается (наиболее вероятный случай), его
перевозка, хранение и последующее захоронение создают основания для
беспокойства в связи с проблемами сохранности, защиты окружающей среды, и
экономическими соображениями. Если же отработавшее МОКС-топливо
перерабатывается (т. н. множественное рециклирование плутония), оно снова
пройдет по этому кругу, причем с каждым следующим циклом оно будет представлять
собой все более сложные смеси различных радионуклидов.
Сохранность
Проблемы сохранности включают в себя вопросы физической
защиты материалов, пригодных для изготовления оружия, и предотвращения их
утечки с предприятий атомной промышленности. Сюда же относятся политические
аспекты использования МОКС (проблема нераспространения).
Безопасность
Проблемы безопасности включают в себя защиту окружающей
среды, а также жизни и здоровья людей. Проблемы безопасности возникают как в
связи с работой предприятий атомной промышленности, так и при транспортировке
делящихся материалов. Обеспечение безопасности включает в себя два основных
момента: недопущение аварий и защита работающих на предприятиях атомной
промышленности.
Значение МОКС-топлива
в меняющемся мире
Конец "холодной
войны" и проблема избыточного плутония
С окончанием холодной войны вероятность ядерной войны
мирового масштаба значительно уменьшилась. Но при этом мир столкнулся с новой
угрозой - распространения ядерных материалов и ущерба окружающей среде от
увеличивающихся объемов расщепляющихся материалов, которые высвобождаются в
процессе демонтажа ядерного оружия России и США.
Утилизация расщепляющихся материалов из десятков тысяч
демонтируемых боеголовок стала проблемой первостепенной важности для всего
человечества. Один из этих материалов (плутоний) создает гораздо более
серьезные проблемы, чем другой (высокообогащенный уран). Высокообогащенный уран
можно легко превратить в низкообогащенный (малопригодный для изготовления
оружия) путем смешивания его с природным ураном, после чего его можно
использовать как обычное реакторное топливо. Однако нет возможности поступить
аналогичным образом с плутонием, поскольку любая смесь изотопов плутония может
быть использована для изготовления атомной бомбы.
Департамент энергетики США недавно заявил о своем решении
избрать так называемый «двойной путь» утилизации оружейного плутония, в рамках
которого две трети американского оружейного плутония могут быть переведены в МОКС-топливо для коммерческих реакторов на тепловых
нейтронах. Это решение, однако, не означает, что открыта дорога для
коммерциализации оружейного плутония. Переоценка ценностей, последовавшая за
прекращением холодной войны, повлияла и на наши представления о ценности
запасов плутония. Теперь такие запасы все чаще рассматриваются не как ценность,
а как проблема. В отчете НАН 1994 года сказано:
«Итак, с точки зрения экономики излишки оружейного плутония
являются скорее обузой, чем ценностью. При любом выборе способа его утилизации
этот процесс принесет нам скорее убытки, чем прибыль».
Занявшись проблемой избыточного оружейного плутония, мы не
должны забывать о том, что эта же проблема существует и для запасов реакторного
плутония. На очередном ежегодном съезде Форума Атомной Промышленности Японии
заместитель генерального директора МАГАТЭ Уильям Диркс заявил:
«Даже если игнорировать делящиеся материалы из снимаемых с
вооружения боеголовок, избыток делящегося плутония, выделенного в рамках мирных
атомных программ, создает серьезную политическую проблему и угрозу безопасности
во всем мире. Поступление плутония за счет выделения из ОЯТ и, возможно, за
счет демонтажа ядерных вооружений будет в обозримом будущем многократно
превосходить способность промышленности задействовать его в рамках мирных
коммерческих программ».
Проблема избыточного плутония становится все более серьезной
в Японии и в тех западноевропейских странах (Франции и Великобритании), где,
несмотря на многочисленные аргументы против и
оппозицию переработке, продолжается переработка ОЯТ. Огромное
количество выделенного плутония уже накоплено в европейских центрах по
переработке ОЯТ - на мысе Ля Аг во Франции и в Селлафилде в Великобритании: в
конце 1996 года во Франции (преимущественно на мысе Ля Аг) находилось 43,6
тонны плутония, а в Селлафилде к 31 марта 1995 года было накоплено 44,0 тонны
плутония. Значительная часть запасов плутония во Франции предназначена
для Японии и Германии, которые пользуются услугами Франции для переработки ОЯТ
своих реакторов.
У Японии также существуют большие запасы избыточного
плутония. Согласно складским данным на конец 1995 года, предоставленных
правительством Японии, общий запас плутония составлял 16 тонн, из которых 14,7
тонны хранились на предприятиях по переработке отработавшего топлива и по
производству МОКС-топлива. Поскольку не предполагалось
использовать этот плутоний в ближайшее время, его можно рассматривать как
избыточный. Из этих 14,7 тонн плутония 1,42 тонны хранятся в Великобритании, и
9,96 тонны - во Франции. Если переработка ОЯТ в Европе и
Японии (в Токаи, а затем в Роккашо) будет развиваться в соответствии с намеченными
планами, а научно-исследовательские и конструкторские работы по РБН и УТР
помимо реакторов в Йо-йо и Фуген будут неопределенно откладываться, а также
существенно отодвинутся сроки использования МОКС-топлива в ЛВР, то, как
показывает расчет, избыток плутония превысит 30 метрических тонн к 2000 году
и 70 тонн к 2010 году, даже если МОКС-топливо будет
частично использоваться.
Использование МОКС в ЛВР нужно для сокращения запасов
плутония, а переработка отработавшего топлива нужна, чтобы обеспечить ЛВР достаточным
количеством МОКС. Вроде все логично, но вот каков итог: запасы плутония не
только не уменьшаются, а возрастают, поскольку переработка дает больше
плутония, чем потребляется в ЛВР.
Основные принципы проекта МОМ
В середине семидесятых годов США планировали
широкомасштабное использование МОКС в ЛВР, и Комиссия по ядерному регулированию
детально исследовала возможное влияние этого на окружающую среду. При Картере
эти планы были отвергнуты по соображениям нераспространения ядерного оружия, и
с тех пор этот вопрос практически не исследовался. Теперь, 20 лет спустя, активно обсуждается перспектива
использования МОКС для утилизации излишков оружейного плутония, но мало
внимания уделяется вопросу о том, как это может повлиять на программы мирного
использования плутония в мировом масштабе. Программа INFCE (International
Niclear Fuel Cycle Evaluation), начатая в октябре 1978 года по предложению
президента США Джимми Картера и закончившаяся в феврале 1980 года, была в
основном направлена на сравнение различных вариантов топливного цикла, но, в
общем, не касалась проблемы влияния использования МОКС на окружающую среду. С
тех пор высказывались мнения в пользу применения МОКС в ЛВР в Европе, но они
касались лишь отдельных технических аспектов производства и применения МОКС и
поэтому мало способствовали осознанию населением социальных последствий МОКС-варианта.
Было много хорошо аргументированных выступлений (в основном
независимых ученых) против утилизации плутония. Некоторые из них, подобно
нашему проекту, содержат оценку воздействия на окружающую среду, но ни одно из
этих выступлений не учитывало всех сложностей проблемы и не было специально
посвящено использованию МОКС-топлива в ЛВР. Кроме
того, с окончанием холодной войны часть использованной в них аргументации
устарела. Нет необходимости говорить о том, что для здорового общества
совершенно необходим независимый анализ крупных научно-технических и
промышленных программ. Это особенно справедливо в случае программы
использования МОКС-топлива, которая имеет далеко
идущие социальные, политические, экологические и медицинские последствия.
Независимый от интересов промышленности и министерств анализ совершенно
необходим для того, чтобы общественность могла сформировать правильное мнение
по этой проблеме. Демократическое правительство должно способствовать созданию
независимых групп для проведения альтернативных исследований и помогать им в их
работе, но зачастую этого не происходит. В некоторых странах парламенты
помогают донести до сведения общества результаты независимых исследований.
Местные власти, например правительства штатов, также
оказывают большую поддержку независимой экспертизе проектов центрального
правительства. Но в Японии, в отличие от других стран, власти разных уровней
практически никак не помогают проведению независимых исследований.
Роль политики в отношении
плутония в меняющемся мире
В конце двадцатого века, века науки и технологии (и, прежде
всего, ядерной технологии), человечество столкнулось с рядом невиданных и
непредвиденных трудностей глобального масштаба. Наиболее насущными проблемами
являются следующие:
1) ухудшение качества окружающей среды за счет загрязнения
вредными отходами, в том числе радиоактивными и озоноразрушающими материалами;
2) изменение климата в результате поступления парниковых
газов в атмосферу;
3) глобальный экологический кризис в форме опустынивания и
утраты биоразнообразия;
4) угроза ядерной войны и новых аварий, подобных Чернобыльской,
в условиях продолжающейся военной и коммерческой ядерной деятельности.
С целью исправления положения были приняты сотни
соглашений, деклараций, планов действий и обычных договоров об охране
окружающей среды, посвященных проблемам кислотных дождей, загрязнения океана,
исчезновения видов, торговли опасными отходами и сбережения природы Антарктики.
Многие из них были приняты под эгидой ООН. И, тем не менее, несмотря на все эти
усилия, состояние природных экосистем резко ухудшилось в течение нескольких десятков
лет, прошедших с момента основания ООН, и темп
негативных изменений не уменьшается. Конечно, оценка международных усилий по
охране окружающей среды выходит за рамки настоящего проекта, но мы считаем, что
очень важно анализировать допущенные в прошлом ошибки и вырабатывать принципы,
которые позволили бы избегать таких ошибок в будущем.
В основу исследования проблемы МОКС-топлива
положены следующие глобальные этические принципы:
·
Избавление человечества от страха ядерной войны или катастрофы в
результате использования атомных технологий;
·
Справедливость по отношению к будущим поколениям;
·
Приоритет интересов глобальной окружающей среды и прав человека
перед национальными индустриальными интересами;
·
Сохранение природных ресурсов и экологических систем;
·
Решения по перечисленным проблемам должны приниматься только с
участием международной общественности.
Применение
МОКС в качестве ядерного топлива: проблемы безопасности
С
окончанием периода «холодной войны» угроза начала мировой войны с применением
ядерного оружия уменьшилась почти до нуля. Ее место заняла опасность
распространения ядерного оружия и применения его ранее не обладавшими им
государствами или группами, что может произойти в случае, если в их руки
попадет высокообогащенный уран или плутоний.
В настоящее
время основная угроза безопасности в связи с ядерным оружием возникает из-за
распространения его на страны, ранее им не обладавшие. Пока лишь семь
государств обладают ядерным оружием. Это Китай, Франция, Россия, США,
Великобритания, Индия и Пакистан.
На
данный момент США располагают 9500 ядерных боеголовок, Россия - примерно 10500.
Если разрабатываемые в настоящее время соглашения о сокращении вооружений
вступят в силу, Россия и США уменьшат свои ядерные арсеналы до
примерно 5000 с каждой стороны к 2003 году. Но даже
после столь значительного сокращения эти две страны будут обладать весьма
внушительными запасами ядерного оружия.
Великобритания
располагает 400 ядерных боеголовок; Франция примерно 500; Китай, вероятно,
около 400; Индия около 40; Пакистан примерно 7. Можно также
предполагать, что Иран, Израиль и Северная Корея стремятся к созданию ядерного
оружия.
Тем не
менее, маловероятно, что какой-либо стране удастся войти в клуб ядерный держав
в течение ближайших 10-15 лет. В течение этого периода произойдет широкое
распространение атомных технологий, ориентированных на мирное применение (но
которые можно использовать для развития военных программ). Одновременно будет
происходить распространение технологии создания баллистических ракет. Опасное
сочетание! Когда это произойдет (а можно опасаться, что это случится примерно
через 10-15 лет), распространение ядерного оружия может пойти быстрыми темпами.
Сейчас
значительное внимание уделяется деятельности ядерных держав по модернизации их
ядерных вооружений («вертикальная гонка вооружений»). Однако не следует
недооценивать опасности, которые таит в себе попадание ядерного оружия в
распоряжение государств, ранее его не имевших («горизонтальная гонка
вооружений»), поскольку это создает угрозу применения ядерного оружия в будущих
локальных конфликтах.
Обретение
какой-либо державой статуса ядерной будет дестабилизировать обстановку в
соответствующем регионе. Более того, одна лишь возможность такого обретения
наносит ущерб безопасности, заставляя страны-соседи
напрягать силы, чтобы не отстать от лидера. Например, если Япония начнет
работать над созданием ядерного оружия, Северная и Южная Кореи будут склонны
сделать то же, а Китай, вероятно, займется наращиванием ядерных арсеналов.
Кажется
маловероятным, что правительства будут принимать политические решения о
создании ядерного оружия в ближайшее время, зато риск попадания ядерного оружия
в руки террористов все возрастает. Эта опасность уже стала более актуальной,
чем угроза мировой ядерной войны, по крайней мере, в ближайшей и среднесрочной
перспективе.
Террористы
неизменно стремятся к нанесению возможно большего ущерба. От ставших привычными
попыток взрыва самолетов они переходят к более серьезным действиям, таким как
атака с использованием нервно-паралитического газа в Токио. Этот пример
показывает, что лидеры террористических группировок не останавливаются перед
применением современного оружия массового уничтожения - в данном случае
химического. Ядерное оружие может стать следующим в этой цепи.
Использование
МОКС в качестве топлива для ядерных реакторов с последующим выделением плутония
из отработанных топливных элементов резко увеличивает опасность попадания
делящихся материалов, пригодных для изготовления ядерного оружия, в руки
агрессивно настроенных государств и террористов. В простейшей атомной бомбе вся
энергия взрыва возникает за счет реакции деления ядер.
Ниже
описано устройство плутониевой атомной бомбы имплозионного типа. Те, кому
удастся ее изготовить, могут быть уверены в том, что она сработает
- им не потребуется проводить испытаний, так что изготовление и последующее
размещение взрывного устройства можно будет осуществить в тайне.
Чем
привлекательно МОКС-топливо для потенциальных
изготовителей ядерного оружия
Применение реакторного
плутония в ядерном оружии
В зависимости от технологии изготовления плутоний может
иметь различный изотопный состав. Плутоний, производимый как побочный продукт
на атомной электростанции, работа которой оптимизирована для наиболее
экономически эффективного производства электроэнергии, называется реакторным
плутонием. Плутоний может также производиться в специальных реакторах с целью
его последующего военного применения. Этот плутоний называется оружейным
плутонием. Он отличается от реакторного плутония пониженным содержанием изотопа
240. Чем меньше содержание этого изотопа, тем лучше подходит плутоний для
создания ядерного оружия.
Ядро 239Pu распадается
после захвата им нейтрона. Напротив, ядро 240Pu распадается самопроизвольно - для этого не требуется дополнительный
нейтрон. Если в смеси изотопов плутония присутствует 240Pu, он создает постоянный поток нейтронов, выделяющихся при
его распаде. В оружейном плутонии этот поток составляет 66
нейтронов на грамм вещества в секунду, в реакторном - 360. Чем выше этот
поток, тем выше вероятность того, что бомба взорвется преждевременно (до
полного сближения ее элементов, в сумме составляющих критическую массу); в этом
случае мощность взрыва может сильно отличаться от
расчетной. Для компенсации этого эффекта конструкторы бомбы могут организовать
ускоренную имплозию (сближение блоков делящегося материала, составляющих вместе
критическую массу). Чем быстрее происходит имплозия, тем более точно можно
предсказать мощность взрыва (и тем эта возможность больше).
Устройство атомной бомбы
Чтобы изготовить обычную атомную бомбу, в которой вся
энергия взрыва получается за счет реакций деления ядер и в которой
сверхкритическая масса достигается с помощью имплозии, необходимы следующие
компоненты:
·
вспомогательные заряды
из обычных взрывчатых веществ очень высокого качества;
·
надежные детонаторы
для этих зарядов;
·
электронные цепи
управления для того, чтобы детонаторы сработали в
строго определенные моменты времени в заданной последовательности;
·
рефлектор и отражатель
нейтронов;
·
сфера из делящегося
материала (плутония или высокообогащенного урана)
·
источник нейтронов для
инициирования цепной ядерной реакции.
При взрыве вспомогательных зарядов они равномерно сжимают
плутониевую сферу. При этом уменьшается объем и возрастает плотность.
Критическая масса обратно пропорциональна квадрату
плотности. До взрыва вспомогательных зарядов делящийся материал имел массу ниже
критической; после сжатия его масса оказывается выше критической, и начинается
цепная ядерная реакция деления - происходит взрыв.
Плутониевая сфера в центре бомбы окружается оболочкой из
бериллия или урана, которая отражает обратно часть нейтронов, покидающих
плутониевую сферу. Эта оболочка значительно уменьшает критическую массу.
Так, например, критическая масса оружейного плутония в a-фазе равна 11 кг;
радиус плутониевого шара такого веса равен 5 см, размер крупного апельсина.
Если окружить плутониевый шар отражателем нейтронов из природного урана
толщиной 10 см, критическая масса плутониевого шара падает до 4,4 кг, а диаметр
- до 3,6 см (немного крупнее мандарина).
Оболочка материала-отражателя окружена, в свою очередь,
оболочкой из тяжелого материала - природного или обедненного урана - играющей
роль рефлектора. При взрыве вспомогательных зарядов ударная волна сжимает
рефлектор. Инерция рефлектора некоторое время удерживает от разлета плутониевое
ядро в начальной фазе взрыва, благодаря чему успевает произойти больше реакций
деления и мощность взрыва оказывается больше.
Очень скоро после начала цепной реакции плутониевая сфера
начинает очень быстро расширяться (скорость расширения
достигает 1000 км/сек). За менее чем микросекунду (миллионную долю секунды)
размер и плотность делящегося материала меняются таким образом, что его масса
становится меньше критической и цепная реакция прекращается. Чтобы взрыв был
мощным, необходимо удержать делящийся материал от разлетания возможно дольше, с
тем чтобы как можно больше ядер успело принять участие
в реакции.
Точный выбор времени детонации каждого из вспомогательных
зарядов имеет очень большое значение. Этих зарядов должно быть достаточно много
(обычно их 40 или около того), поскольку чем их
больше, тем более правильную форму имеет ударная волна, и тем более симметрично
сжимается делящийся материал. Нужно также, чтобы каждый из них сработал в очень строго определенный момент времени - нужна
микросекундная точность.
Форма каждого вспомогательного заряда специально
рассчитывается и должна выдерживаться с высокой точностью. Обычно эти заряды
имеют достаточно сложную форму. Бризантное взрывчатое вещество, такое как
циклотетраметилен-тетранитрамин, должно быть очень чистым и иметь строго
однородную консистенцию по всему объему.
Для достижения максимальной эффективности, цепная реакция
деления в атомной бомбе должна начинаться точно в момент наивысшей
сверхкритичности, т.е. в момент наибольшего сжатия. Для этого реакцию
инициируют внешним нейтронным пучком. В современных бомбах этот пучок создается
электронным устройством - т.н. нейтронной пушкой -
которая помещается за слоем вспомогательных зарядов.
В нейтронной пушке ионы дейтерия разгоняются в
цилиндрической трубке высоким электрическим напряжением. В конце трубки
находится мишень из сплава циркония с тритием. При столкновении дейтерия с
тритием в мишени их ядра сливаются вместе (процесс ядерного синтеза) с
выделением нейтронов. Эти нейтроны проникают в делящийся материал (уже сжатый к
этому моменту вспомогательными зарядами) и инициируют цепную реакцию.
После начала цепной реакции за полмикросекунды успевает
произойти примерно 55 шагов цепной реакции деления. В результате развиваются
чрезвычайно высокие температуры (сотни миллионов градусов) и давления (миллионы
атмосфер), и менее чем через микросекунду после начала реакции размер и форма
делящегося материала изменяются таким образом, что его масса становится меньше
критической, и цепная реакция прекращается.
Реальное количество оружейного плутония в имплозионной
бомбе, использующей цепную реакцию деления, может быть разным в зависимости от
требуемой мощности и устройства бомбы. Если есть возможность осуществить очень
быструю имплозию, для бомбы мощностью 1 килотонна (т.е. такой же, как у 1000
тонн тринитротолуола) достаточно 1 кг оружейного плутония; для 10-килотонной
бомбы нужно 2 кг; для 20-килотонной, 3 кг. Если же средства реализации имплозии
менее совершенны, для создания 20-килотонной бомбы потребуется примерно 6 кг
плутония, а для бомбы мощностью 1 килотонна - 3 кг.
Полное расщепление ядер одного килограмма изотопа 239Pu
создало бы взрыв мощностью 18 килотонн. Эффективность современных бомб
приближается к 45%: мощность взрыва равна примерно 7 килотонн на каждый
килограмм плутония.
В типичной современной бомбе используется 3-4 кг оружейного
плутония, окруженного эффективным отражателем нейтронов и рефлектор и примерно
100 кг бризантного взрывчатого вещества. Объем устройства примерно равен объему
футбольного мяча, вес - около 200 кг.
Проблемы
безопасности использования МОКС в ЛВР
Изготовление МОКС и его
физико-химические свойства
Приготовленный обычным образом PuO2 очень стабилен химически и
плохо растворяется в азотной кислоте, что затруднит переработку МОКС-топлива
первого поколения. Впрочем, изготовители МОКС утверждают, что они преодолели
это затруднение. Процедура получения МОКС-топлива
состоит в основном в том, что порошки UO2 и PuO2
смешиваются с образованием как бы соединения UO2-PuO2
(называемого также основной смесью). Содержание плутония в смеси
затем корректируется для использования в реакторе путем добавления UO2.
Затем порошок сжимают и спекают с образованием гранул, которые впрессовываются
в топливные стержни, которые затем в свою очередь собираются в топливные
сборки.
Существенным является различие температур плавления МОКС и
UO2 - у МОКС она ниже. Температура плавления соединения UO2-PuO2
снижается примерно пропорционально содержанию PuO2 от 2840°C для чистого UO2 до 2390°C для
чистого PuO2. Из этих данных можно рассчитать, что температура
плавления типичного МОКС будет на 20-40 градусов ниже температуры плавления
оксида урана. При высоких степенях выгорания, температура плавления может еще
понизиться. Это снижение не настолько велико, чтобы создавать опасность само по
себе; но в сочетании с другими эффектами или в особых ситуациях оно может
оказаться опасным.
Также известно, что теплопроводность МОКС монотонно падает
по мере увеличения содержания плутония. Как и в предыдущем случае, этот эффект
не опасен сам по себе, но он может оказать опасное влияние на
термогидравлические параметры активной зоны реактора в некоторых особых
условиях.
Имеются также некоторые различия в физико-механических
свойствах (модуль Юнга, коэффициент Пуассона). В данном отчете они не
рассматриваются. Отметим еще только возрастание выхода газообразных продуктов
деления из МОКС по сравнению с UO2 -это отличие особенно заметно при
высоких степенях выгорания.
Ядерные характеристики МОКС-топлива
Изотопы плутония резко отличаются по своим ядерным
свойствам от изотопов урана. Эти различия приводят к следующим последствиям для
безопасности реактора, работающего на МОКС:
- уменьшение
поглотительной способности управляющих стержней (эти стержни поглощают
избыток нейтронов, предотвращая переход в режим неконтролируемой цепной
реакции). Это происходит из-за того, что МОКС сравнительно хорошо поглощает
нейтроны низких энергий (медленные нейтроны), поэтому средняя энергия нейтронов
оказывается выше, а управляющие стержни поглощают быстрые нейтроны хуже, чем
медленные. По той же причине падает поглотительная способность бора,
добавляемого в охлаждающую жидкость реактора с водой под давлением (РВД) (а
также, в аварийных ситуациях, реактора на кипящей воде (РКВ)). Из-за этого
оказывается недопустимым размещать топливные сборки с МОКС в непосредственной
близости от управляющих стержней (в основном, именно из-за этого нельзя
заменить на МОКС более чем
одну треть загруженного в реактор уранового топлива).
- усиление
отрицательности некоторых коэффициентов реактивности при низкой степени
обогащения плутония: коэффициент реактивности описывает
изменение скоростей реакции деления (и, следовательно,
мощности) в результате различных изменений ситуации в активной зоне, таких как
появление пустот в охладителе, изменение температуры замедлителя (воды),
температуры топлива и т.п. Увеличение отрицательности пустотного коэффициента
делает более опасным схлопывание пустот в кипящем реакторе, а усиление влияния
температуры замедлителя на мощность может быть опасным в реакторе с водой под
давлением при некоторых переходных условиях (см. обсуждение в следующем разделе).
- усиление пика мощности. Из-за
интенсивного поглощения медленных нейтронов плутонием возникает тенденция к
неравномерному распределению мощности в активной зоне, с максимумом на границе
между UO2 и МОКС, и особенно на границе между водой и МОКС-топливом. Для смягчения этого эффекта используют
специальные конфигурации активной зоны со специально подобранными постепенно
меняющимися уровнями обогащения в пределах топливной сборки. Это резко
усложняет изготовление топливных стержней и их объединение в сборку; если же
при этом будет допущена ошибка, возникает опасность аварии.
- сокращение доли запаздывающих нейтронов.
Часть нейтронов испускается сразу при распаде ядра (они
существуют затем в среднем еще одну
микросекунду), а некоторые испускаются из ядер, возникших в результате деления
ядра, с задержкой от десятых долей секунды до десятков секунд. Хотя доля
запаздывающих нейтронов мала (0,7% и менее), контроль за
ходом цепной реакции с помощью перемещения управляющих стержней, которые
не могут перемещаться очень быстро, возможен только за счет этих запаздывающих
нейтронов. Для 239Pu доля
запаздывающих нейтронов примерно в три раза меньше, чем для 235U, что усложняет задачу контроля (особенно при высоких
концентрациях 239Pu).
- ускорение износа
материалов реактора. Поскольку, как указывалось выше, использование МОКС
приводит к повышению средней энергии нейтронов, что в свою очередь «ускоряет
процессы радиационного разрушения материалов реактора нейтронами. В результате
сокращается срок службы деталей реактора, что может при определенных условиях
создавать опасность аварии».
Радиологические свойства
Плутоний очень опасен в радиологическом смысле (т.е. как
источник радиоактивного загрязнения). Свежее МОКС-топливо
гораздо опаснее, чем свежее урановое топливо. Аналогично, отработанное
МОКС-топливо гораздо опаснее отработанного уранового топлива (из-за повышенного
содержания плутония и других трансурановых элементов).
Следует принимать во внимание три составляющих
радиологического риска:
- попадание плутония
и других трансурановых элементов внутрь организма. Угроза, создаваемая
попаданием плутония в легкие, была описана выше. Обращалось также внимание на
более высокую токсичность реакторного плутония по сравнению с чистым изотопом 239Pu. Опасность вдыхания особенно затрагивает занятых на
предприятиях по производству МОКС (а в случае выброса плутония в результате
аварии на реакторе, использующем МОКС - и не только их). Последний случай
рассмотрен подробнее ниже в этой главе.
- обучение g-лучами, возникающими при распаде 241Am. При распаде 241Pu
возникает 241Am, являющийся
источником g-лучей. Период
полураспада для этого процесса равен 14,4 года. Отсюда получаем, что поскольку
содержание изотопа 241Pu в реакторном
плутонии равно 10-15%, примерно 0,5-0,7% от общего количества плутония ежегодно
переходит в 241Am. Поэтому g-активность выделенного плутония возрастает с течением
времени прошло после переработки (из-за накопления 241Am), но в то же время она тем меньше, чем больше времени
выдерживался материал до переработки (из-за распада 241Pu).
- нейтронное излучение. Быстрые
(высокоэнергетичные) нейтроны являются одним из самых опасных видов
ионизирующего излучения. Плутоний излучает нейтроны в результате двух
процессов: при спонтанном распаде изотопов с четными массовыми числами (238Pu, 240Pu и 242Pu), а также в результате реакций a-частиц, испускаемых при распаде плутония, с легкими
элементами (например, с кислородом). В случае обычного МОКС-топлива основной
вклад в излучение нейтронов вносят спонтанные распады 240Pu и реакции с участием a-частиц.
Социальные и
юридические аспекты использования МОКС-топлива
МОКС И
ОБЩЕСТВО
Плутоний - цель и средство
напугать общество
МОКС-топливо и особенно выделенный
плутоний могут быть использованы в качестве
«радиологического яда» или начинки для простейшего ядерного взрывного
устройства. Даже маленькая группа, состоящая из хорошо информированных и
подготовленных людей, у которой есть энергетический плутоний, может создать
грубое ядерное устройство мощностью, достаточной для шантажа или угрозы
правительству. Что могло бы случиться, если у лунатиков, в апреле 1995 года
взорвавших здание в Оклахома-Сити
и убивших 169 человек была бы не обычная бомба, а ядерное взрывное устройство?
Каков был бы результат, если бы у секты Аум Синрике были бы не только
талантливые химики, но и ядерные физики и специалисты, и она в марте 1995 года, когда пострадало более
5000 человек и погибло 12, применила бы вместо нервного газа ядерное взрывное
устройство?
В обществе всегда найдутся фанатики, сумасшедшие, жадные,
неудовлетворенные и завистливые
люди, которые способны украсть
или передать плутоний и потом шантажировать общество угрозой применить его в разрушительных целях. В обществе всегда есть
иностранные агенты, члены организованных преступных группировок или
поставщики международного
черного рынка ядерных материалов, заинтересованные в дестабилизации
общества или в развитии и защите своей преступной деятельности. Если даже
в настоящий момент и существуют
какие-то ограничения или дефицит
мотивации для использования плутония в преступных целях, в будущем эти
аргументы могут отпасть по многим
причинам. Поэтому ядерный терроризм
является «реальной угрозой цивилизации»
и вероятность его появления увеличивается.
Транспортировка
выделенного плутония из Франции и Великобритании в Японию, хранение
на складах/хранилищах, доставка из хранилища на
завод производству МОКС-топлива, изготовление МОКС-топлива и
топливных элементов из
него - все
эти звенья плутониевого
топливного цикла могут стать мишенью нападения, саботажа и диверсии.
Выводы:
Плутоний - искусственный элемент, созданный человеком. В
естественном виде он встречается лишь в немногих местах на Земле в очень низких
концентрациях. Каждый коммерческий реактор (мощностью порядка 1000 МВт),
работающий на уране, производит около 200 кг плутония в год. 239Pu, самый важный расщепляющийся изотоп плутония с периодом
полураспада 24 000 лет, был впервые произведен в заметном количестве для
изготовления атомных бомб, одна из которых разрушила японский город Нагасаки в
1945 году.
Плутоний - один из самых
токсичных элементов
Хорошо известны канцерогенные свойства (способность
вызывать рак) 239Pu, но реакторный
плутоний, представляющий собой комбинацию различных изотопов плутония и используемый
в мирных плутониевых программах, в 8-10 раз более токсичен на единицу веса, чем
239Pu.
Один грамм реакторного плутония в равен
суммарному годовому пределу на вдыхание плутония для 40 миллионов людей. Следует иметь в виду эти порядки величин, когда
обсуждаются вопросы производства и хранения многих десятков тонн плутония.
Запасы плутония по-прежнему
растут
К 2000 году запасы
извлеченного из боеголовок оружейного плутония составят примерно 160 тонн. Кроме того, запасы
энергетического плутония продолжают возрастать, особенно в Европе. В 1996 году
в мире было выделено 22 тонны плутония, и только 8 тонн были использованы в
виде МОКС и в реакторах-бридерах. Общий объем запасов плутония на конец 1996
года был оценен МАГАТЭ примерно в 160 тонн. Японский запас составлял на конец
1995 года примерно 16 тонн, по данным правительства Японии, или около 10%
мировых запасов. По нашей оценке, японский запас возрастет до 30 тонн к 2000
году и 70 тонн к 2010 году.
Плутоний любого состава
потенциально пригоден для изготовления ядерного оружия
Плутоний бывает различного «качества». Однако проведенный
нами анализ позволил установить следующее:
Плутоний
практически любого изотопного состава, и в
особенности плутоний, выделенный из ОЯТ любого из работающих в Японии реакторов,
может быть использован для изготовления ядерного
взрывного устройства. Для реакторного плутония в виде кристаллов оксида в
форме сферы критическая масса равна примерно 35 кг. Радиус этой сферы составит
примерно 9 см - размер небольшой дыни. Трансформация оксида плутония в металл -
несложный химический процесс - уменьшает критическую массу до 13 кг. Применение
отражателя нейтронов (например, природного урана) еще более снижает эту массу.
Таким образом, утверждения плутониевой промышленности и
непригодности реакторного плутония для изготовления взрывного устройства
являются ложными и научно необоснованными.
Использование оружейного
плутония для изготовления МОКС: не лучшее решение
Легководный реактор (ЛВР) электрической мощностью 900 МВт,
который может быть загружен МОКС на треть активной зоны, может потребить около
170 кг плутония в год. Помимо необходимости строительства
предприятий для изготовления МОКС и переработки плутониевых сплавов,
потребуется 30 таких реакторов, работающих в течение 30 лет, для переработки
140 тонн оружейного плутония, который будет извлечен из демонтируемых
боеголовок в ближайшие 10 лет.
Угроза ядерного терроризма
возрастает
Возрастание доступности плутония и существование
высокопрофессиональных террористических групп создают лучшие, чем когда-либо
раньше, условия для ядерного терроризма. Террористические группы демонстрируют
невиданную жестокость и готовность к применению оружия массового уничтожения.
Нет сомнений, что некоторые из этих групп смогли бы изготовить примитивную атомную
бомбу или создать эквивалентную угрозу.
Безопасность производства и
применения МОКС под вопросом
Опыт использования МОКС промышленностью пока очень мал по
сравнению с опытом применения уранового топлива. Топливные сборки МОКС-топлива составляют менее 0,2% от всех сборок,
используемых в мире для питания ЛВР. Даже в Германии, крупнейшем после Японии
иностранном клиенте плутониевой промышленности Франции и Великобритании, доля
МОКС-сборок не превышает 4% (200 тонн МОКС на 5000 тонн уранового топлива).
Некоторые свойства МОКС могут оказать отрицательное влияние
на работу реактора, в особенности на его поведение в определенных переходных
режимах:
·
Температура плавления МОКС-топлива ниже
на 20-40 градусов, чем уранового топлива.
·
Теплопроводность МОКС-топлива падает с
увеличением содержания плутония.
·
Способность контрольных стержней реактора поглощать нейтроны ниже
при использовании МОКС.
·
Применение МОКС меняет значения некоторых коэффициентов
реактивности, что в определенных условиях затрудняет управление состоянием
активной зоны реактора.
·
Пикование мощности (неоднородность тепловыделения) возрастает.
·
Уменьшается доля запаздывающих нейтронов, что затрудняет
управление реактором.
·
Спектр энергий нейтронов становится более «жестким» (т.е. их
энергия повышается).
Таким образом, использование МОКС сокращает запас
устойчивости ЛВР. Кроме того, существуют большие неопределенности в вопросе
влияния МОКС на безопасность реактора, особенно при высоком содержании плутония
и при высоких степенях выгорания.
Использование МОКС усугубит
последствия аварий
В случае серьезной аварии на реакторе с нарушением
герметичности активной зоны, доза на заданном расстоянии от реактора в случае
загрузки его на треть МОКС-топливом будет выше в
2,3-2,5 раза. В столько же раз усугубятся последствия выброса радиоактивности.
Другой способ оценить последствия аварии с МОКС и без МОКС - это сравнить
зараженные в случае аварии площади. При сравнении таким способом получаем, что
применение МОКС усугубит отрицательные последствия аварии в 3,2-4 раза.
Смотрите продолжение
работы в части 2.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. « Значение МОКС –
топлива для изменяющегося мира», ДЖИНИЗАБУРО
ТАКАГИ Москва 2000 год.
2.
Введение в ядерную физику; К.Н. Мухин, Москва , 1995 год
3. Ядерная энергетика; Б.Б. Кадомцев, В.И. Пистунович; 1994 г. Москва
4. Декларация
о намерениях по строительству
МОКС - топлива под редакцией Константина ОРЛОВА, Виктора
ЧЕРВИНСКОГО.
5.
Маргулис У.Я. Радиация и защита. — М.: Атомиздат, 1999 год
6.Безопасность ядерной энергетики. Доклад Международной
консультативной группы по ядерной безопасности – INSAG. Сер.
изд. по безопасности
№ 75-INSAG-5. Вена: МАГАТЭ, 1993.
7. Ковалевич О.М., Слуцкер В.П., Кабакчи С.А. и др.
Состояние и возможные подходы к нормированию безопасности предприятий ядерного
топливного цикла. -/Атомная энергия,
1994.
8. Ядерный топливный цикл. Проблемы, решения; В.И. Бойко,
Ф.П. Кошелев