Ядерная энергетика — это использование ядерных реакций для производства электроэнергии . Ядерную энергию можно получить из реакций ядерного деления , ядерного распада и ядерного синтеза . В настоящее время подавляющее большинство электроэнергии, вырабатываемой ядерной энергетикой, производится путем ядерного деления урана и плутония на атомных электростанциях . Процессы ядерного распада используются в таких нишевых приложениях, как радиоизотопные термоэлектрические генераторы в некоторых космических зондах, таких как Voyager 2. Получение электроэнергии из термоядерной энергии остается в центре внимания международных исследований.
Большинство атомных электростанций используют тепловые реакторы с обогащенным ураном в однократном топливном цикле . Топливо удаляется, когда процент поглощающих нейтроны атомов становится настолько большим, что цепная реакция больше не может поддерживаться, обычно в течение трех лет. Затем оно охлаждается в течение нескольких лет в бассейнах отработанного топлива на месте, прежде чем будет передано на долгосрочное хранение. Отработанное топливо, хотя и небольшое по объему, является высокоактивными радиоактивными отходами . Хотя его радиоактивность уменьшается экспоненциально, оно должно быть изолировано от биосферы в течение сотен тысяч лет, хотя более новые технологии (например, быстрые реакторы ) имеют потенциал для значительного снижения этого. Поскольку отработанное топливо по-прежнему в основном является расщепляющимся материалом, некоторые страны (например, Франция и Россия ) перерабатывают свое отработанное топливо путем извлечения расщепляющихся и воспроизводящих элементов для изготовления нового топлива, хотя этот процесс дороже, чем производство нового топлива из добытого урана . Все реакторы вырабатывают некоторое количество плутония-239 , который содержится в отработанном топливе, и поскольку Pu-239 является предпочтительным материалом для ядерного оружия , его переработка рассматривается как риск распространения оружия .
Первая атомная электростанция была построена в 1950-х годах. Глобальная установленная ядерная мощность выросла до 100 ГВт в конце 1970-х годов, а затем расширилась в 1980-х годах, достигнув 300 ГВт к 1990 году. Авария на Три-Майл-Айленде в 1979 году в США и катастрофа на Чернобыльской АЭС в 1986 году в Советском Союзе привели к усилению регулирования и общественного противодействия атомным электростанциям. Эти факторы, наряду с высокой стоимостью строительства, привели к тому, что глобальная установленная мощность увеличилась только до 390 ГВт к 2022 году. Эти станции поставили 2586 тераватт-часов (ТВт·ч) электроэнергии в 2019 году, что эквивалентно примерно 10% мирового производства электроэнергии , и были вторым по величине источником энергии с низким уровнем выбросов углерода после гидроэлектроэнергии . По состоянию на август 2023 года в мире[обновлять] насчитывается 410 гражданских реакторов деления общей мощностью 369 ГВт, [1] 57 строятся и 102 планируются общей мощностью 59 ГВт и 96 ГВт соответственно. Соединенные Штаты имеют самый большой парк ядерных реакторов, вырабатывающих почти 800 ТВт·ч низкоуглеродной электроэнергии в год со средним коэффициентом использования установленной мощности 92%. Средний мировой коэффициент использования установленной мощности составляет 89%. [1] Большинство новых строящихся реакторов — это реакторы поколения III в Азии.
Сторонники утверждают, что ядерная энергетика является безопасным и устойчивым источником энергии, который снижает выбросы углерода . Это связано с тем, что производство ядерной энергии приводит к одному из самых низких уровней смертности на единицу произведенной энергии по сравнению с другими источниками энергии. Уголь , нефть , природный газ и гидроэлектроэнергия стали причиной большего количества смертей на единицу энергии из-за загрязнения воздуха и аварий . Атомные электростанции также не выбрасывают парниковых газов и приводят к меньшему количеству выбросов углерода за жизненный цикл, чем обычные «возобновляемые источники энергии». Радиационные опасности, связанные с ядерной энергетикой, являются основными мотивами антиядерного движения , которое утверждает, что ядерная энергетика представляет множество угроз для людей и окружающей среды, ссылаясь на потенциальные аварии, такие как ядерная катастрофа на Фукусиме в Японии в 2011 году, и слишком дорогая/медленная для развертывания по сравнению с альтернативными устойчивыми источниками энергии.
Открытие ядерного деления произошло в 1938 году после более чем четырех десятилетий работы в области науки о радиоактивности и разработки новой ядерной физики , которая описывала компоненты атомов . Вскоре после открытия процесса деления было осознано, что делящееся ядро может вызывать дальнейшие деления ядер, тем самым вызывая самоподдерживающуюся цепную реакцию. [3] Как только это было экспериментально подтверждено в 1939 году, ученые многих стран обратились к своим правительствам с просьбой поддержать исследования ядерного деления, как раз на пороге Второй мировой войны , для разработки ядерного оружия . [4]
В Соединенных Штатах эти исследовательские усилия привели к созданию первого искусственного ядерного реактора, Chicago Pile-1 под стадионом Stagg Field в Чикагском университете , 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 строительству более крупных специализированных производственных реакторов для производства оружейного плутония для использования в первом ядерном оружии. Соединенные Штаты испытали первое ядерное оружие в июле 1945 года, испытание Trinity , а атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки состоялись месяцем позже.
.jpg/1280px-Calder_Hall_nuclear_power_station_(11823864155).jpg){kind=spacer}
Несмотря на военный характер первых ядерных устройств, 1940-е и 1950-е годы характеризовались сильным оптимизмом относительно потенциала ядерной энергетики как источника дешевой и бесконечной энергии. [6] Впервые электроэнергия была получена ядерным реактором 20 декабря 1951 года на экспериментальной станции EBR-I около Арко, штат Айдахо , которая первоначально производила около 100 кВт . [7] [8] В 1953 году американский президент Дуайт Эйзенхауэр выступил с речью « Атомы для мира » в Организации Объединенных Наций , подчеркнув необходимость скорейшего развития «мирного» использования ядерной энергии. За этим последовал Закон об атомной энергии 1954 года , который позволил быстро рассекретить технологию реакторов США и поощрил ее разработку частным сектором.
Первой организацией, разработавшей практическую ядерную энергетику, был ВМС США с реактором S1W для целей приведения в движение подводных лодок и авианосцев . Первая атомная подводная лодка, USS Nautilus , была спущена на воду в январе 1954 года . [9] [10] Реактор S1W был реактором с водой под давлением . Эта конструкция была выбрана, потому что она была проще, компактнее и легче в эксплуатации по сравнению с альтернативными конструкциями, поэтому более подходила для использования на подводных лодках. Это решение привело к тому, что реактор PWR стал предпочтительным также для выработки электроэнергии, что оказало долгосрочное влияние на гражданский рынок электроэнергии в последующие годы. [11]
27 июня 1954 года Обнинская атомная электростанция в СССР стала первой в мире атомной электростанцией, вырабатывающей электроэнергию для энергосистемы , вырабатывая около 5 мегаватт электроэнергии. [12] Первая в мире коммерческая атомная электростанция, Колдер-Холл в Уиндскейле, Англия, была подключена к национальной энергосистеме 27 августа 1956 года. Как и ряд других реакторов поколения I , станция имела двойное назначение: вырабатывать электроэнергию и плутоний-239 , последний — для зарождающейся программы создания ядерного оружия в Великобритании . [13]
Общая глобальная установленная ядерная мощность изначально росла относительно быстро, увеличившись с менее чем 1 гигаватта (ГВт) в 1960 году до 100 ГВт в конце 1970-х годов. [9] В 1970-х и 1980-х годах рост экономических издержек (связанный с увеличенными сроками строительства, в основном из-за изменений в регулировании и судебных разбирательств групп давления) [14] и падение цен на ископаемое топливо сделали строящиеся атомные электростанции менее привлекательными. В 1980-х годах в США и 1990-х годах в Европе плоский рост электросетей и либерализация электроэнергии также сделали добавление новых крупных генераторов базовой нагрузки экономически непривлекательным.
Нефтяной кризис 1973 года оказал значительное влияние на такие страны, как Франция и Япония , которые в большей степени полагались на нефть для производства электроэнергии, чтобы инвестировать в ядерную энергетику. [15] Франция построит 25 атомных электростанций в течение следующих 15 лет, [16] [17] и по состоянию на 2019 год 71% французской электроэнергии вырабатывалось с помощью ядерной энергетики, что является самым высоким процентом среди всех стран мира. [18]
Некоторая местная оппозиция ядерной энергетике возникла в Соединенных Штатах в начале 1960-х годов. [19] В конце 1960-х годов некоторые члены научного сообщества начали выражать острую обеспокоенность. [20] Эти антиядерные опасения были связаны с ядерными авариями , распространением ядерного оружия , ядерным терроризмом и утилизацией радиоактивных отходов . [21] В начале 1970-х годов прошли крупные протесты по поводу предлагаемой атомной электростанции в Виле , Германия. Проект был отменен в 1975 году. Успех антиядерной энергетики в Виле вдохновил оппозицию ядерной энергетике в других частях Европы и Северной Америки. [22] [23]
К середине 1970-х годов антиядерный активизм приобрел более широкую привлекательность и влияние, и ядерная энергетика начала становиться предметом крупных общественных протестов. [24] [25] В некоторых странах конфликт вокруг ядерной энергетики «достиг беспрецедентной интенсивности в истории технологических споров». [26] [27] Возросшая враждебность общественности к ядерной энергетике привела к более длительному процессу получения лицензий, большему количеству правил и повышенным требованиям к оборудованию безопасности, что сделало новое строительство намного более дорогим. [28] [29] В Соединенных Штатах более 120 предложений по легководным реакторам были в конечном итоге отменены [30] , и строительство новых реакторов было остановлено. [31] Авария 1979 года на Три-Майл-Айленде, в результате которой никто не погиб, сыграла важную роль в сокращении количества новых строящихся электростанций во многих странах. [20]
В 1980-х годах в среднем каждые 17 дней запускался один новый ядерный реактор. [32] К концу десятилетия глобальная установленная ядерная мощность достигла 300 ГВт. С конца 1980-х годов прирост новых мощностей значительно замедлился, и в 2005 году установленная ядерная мощность достигла 366 ГВт.
Чернобыльская катастрофа 1986 года в СССР с участием реактора РБМК изменила развитие ядерной энергетики и привела к большему вниманию к соблюдению международных стандартов безопасности и регулирования. [33] Она считается самой страшной ядерной катастрофой в истории как по общему числу жертв (56 прямых смертей), так и по финансовым показателям (расчистка и стоимость оцениваются в 18 миллиардов рублей (68 миллиардов долларов США в 2019 году с поправкой на инфляцию)). [34] [35] Международная организация по повышению осведомленности о безопасности и профессиональному развитию операторов ядерных установок, Всемирная ассоциация операторов ядерных установок (ВАО АЭС), была создана как прямой результат аварии на Чернобыльской АЭС 1986 года. Чернобыльская катастрофа сыграла важную роль в сокращении количества новых строящихся АЭС в последующие годы. [20] Под влиянием этих событий Италия проголосовала против ядерной энергетики на референдуме 1987 года, [36] став первой страной, полностью отказавшейся от ядерной энергетики в 1990 году.
В начале 2000-х годов ядерная энергетика ожидала ядерного ренессанса , увеличения строительства новых реакторов из-за опасений по поводу выбросов углекислого газа . [37] В этот период началось строительство новых реакторов третьего поколения , таких как EPR .
Перспективы ядерного ренессанса были отложены из-за другой ядерной аварии. [37] [39] Авария на АЭС «Фукусима- 1» в 2011 году была вызвана землетрясением и цунами в Тохоку , одним из крупнейших землетрясений, когда-либо зарегистрированных. На АЭС «Фукусима-1» произошло три расплавления активной зоны из-за отказа системы аварийного охлаждения из-за отсутствия электроснабжения. Это привело к самой серьезной ядерной аварии со времен Чернобыльской катастрофы.
Авария побудила пересмотреть политику ядерной безопасности и ядерной энергетики во многих странах. [40] Германия одобрила планы по закрытию всех своих реакторов к 2022 году, а многие другие страны пересмотрели свои программы ядерной энергетики. [41] [42] [43] [44] После катастрофы Япония закрыла все свои ядерные реакторы, некоторые из них навсегда, и в 2015 году начала постепенный процесс перезапуска оставшихся 40 реакторов после проверок безопасности и на основе пересмотренных критериев эксплуатации и общественного одобрения. [45]
В 2022 году правительство Японии под руководством премьер-министра Фумио Кисиды заявило, что после катастрофы 2011 года будут вновь открыты еще 10 атомных электростанций. [46] Кисида также настаивает на исследовании и строительстве новых более безопасных атомных электростанций, чтобы защитить японских потребителей от колебаний цен на рынке ископаемого топлива и сократить выбросы парниковых газов в Японии. [47] Кисида намерен сделать Японию крупным экспортером ядерной энергии и технологий в развивающиеся страны по всему миру. [47]
К 2015 году прогнозы МАГАТЭ относительно ядерной энергетики стали более многообещающими, признав важность низкоуглеродной генерации для смягчения последствий изменения климата . [48] По состоянию на 2015 год [обновлять]мировая тенденция заключалась в том, что ввод в эксплуатацию новых атомных электростанций должен был быть сбалансирован количеством старых станций, выводимых из эксплуатации. [49] В 2016 году Управление энергетической информации США спрогнозировало для своего «базового сценария», что мировая ядерная генерация увеличится с 2344 тераватт-часов (ТВт·ч) в 2012 году до 4500 ТВт·ч в 2040 году. Большая часть прогнозируемого увеличения, как ожидалось, придется на Азию. [50] По состоянию на 2018 год было запланировано более 150 ядерных реакторов, включая 50 в стадии строительства. [51] В январе 2019 года в Китае было 45 действующих реакторов, 13 строящихся и планировалось построить еще 43, что сделало бы его крупнейшим в мире производителем ядерной электроэнергии. [52] По состоянию на 2021 год сообщалось о строительстве 17 реакторов. Китай построил значительно меньше реакторов, чем изначально планировалось. Его доля электроэнергии, вырабатываемой за счет атомной энергетики, составила 5% в 2019 году [53], и наблюдатели предупреждают, что наряду с рисками изменение экономики производства энергии может привести к тому, что новые атомные электростанции «больше не будут иметь смысла в мире, который склоняется к более дешевой и надежной возобновляемой энергии». [54] [55]
В октябре 2021 года кабинет министров Японии одобрил новый План по производству электроэнергии до 2030 года, подготовленный Агентством природных ресурсов и энергетики (ANRE) и консультативным комитетом после публичных консультаций. Ядерная цель на 2030 год требует перезапуска еще десяти реакторов. Премьер-министр Фумио Кисида в июле 2022 года объявил, что страна должна рассмотреть возможность строительства усовершенствованных реакторов и продления лицензий на эксплуатацию на срок более 60 лет. [56]
По состоянию на 2022 год, когда мировые цены на нефть и газ растут, в то время как Германия перезапускает свои угольные электростанции, чтобы справиться с потерей российского газа, который ей необходим для дополнения своего Energiewende , [57] многие другие страны объявили об амбициозных планах по оживлению стареющих ядерных генерирующих мощностей с помощью новых инвестиций. Президент Франции Эммануэль Макрон объявил о своем намерении построить шесть новых реакторов в ближайшие десятилетия, поставив ядерную энергетику в центр стремления Франции к углеродной нейтральности к 2050 году. [58] Тем временем в Соединенных Штатах Министерство энергетики в сотрудничестве с коммерческими организациями TerraPower и X-energy планирует построить два различных усовершенствованных ядерных реактора к 2027 году с дальнейшими планами по внедрению ядерной энергетики в своих долгосрочных целях зеленой энергетики и энергетической безопасности. [59]
Атомные электростанции — это тепловые электростанции , которые вырабатывают электроэнергию, используя тепловую энергию , выделяемую при ядерном делении . Атомная электростанция деления обычно состоит из: ядерного реактора , в котором происходят ядерные реакции, генерирующие тепло; системы охлаждения, которая отводит тепло изнутри реактора; паровой турбины , которая преобразует тепло в механическую энергию ; электрического генератора , который преобразует механическую энергию в электрическую. [61]
Когда нейтрон попадает в ядро атома урана-235 или плутония , он может расщепить ядро на два меньших ядра, что является реакцией ядерного деления. Реакция высвобождает энергию и нейтроны. Высвобождаемые нейтроны могут поражать другие ядра урана или плутония, вызывая новые реакции деления, которые высвобождают больше энергии и больше нейтронов. Это называется цепной реакцией . В большинстве коммерческих реакторов скорость реакции сдерживается стержнями управления , которые поглощают избыточные нейтроны. Управляемость ядерных реакторов зависит от того факта, что небольшая часть нейтронов, образующихся в результате деления, задерживается . Задержка по времени между делением и высвобождением нейтронов замедляет изменения в скорости реакции и дает время для перемещения стержней управления для регулировки скорости реакции. [61] [62]
Жизненный цикл ядерного топлива начинается с добычи урана . Затем урановая руда преобразуется в компактную форму рудного концентрата , известную как желтый кек (U 3 O 8 ), для облегчения транспортировки. [63] Реакторы деления обычно нуждаются в уране-235 , делящемся изотопе урана . Концентрация урана-235 в природном уране низкая (около 0,7%). Некоторые реакторы могут использовать этот природный уран в качестве топлива, в зависимости от их нейтронной экономичности . Эти реакторы обычно имеют графитовые или тяжеловодные замедлители. Для легководных реакторов, наиболее распространенного типа реакторов, эта концентрация слишком низкая, и ее необходимо увеличить с помощью процесса, называемого обогащением урана . [63] В гражданских легководных реакторах уран обычно обогащается до 3,5–5% урана-235. [64] Затем уран обычно преобразуется в оксид урана (UO 2 ), керамику, которая затем спекается под давлением в топливные таблетки, стопка которых образует топливные стержни нужного состава и геометрии для конкретного реактора. [64]
Через некоторое время в реакторе топливо будет иметь сниженное количество делящегося материала и повышенное количество продуктов деления, пока его использование не станет нецелесообразным. [64] В этот момент отработанное топливо будет перемещено в бассейн отработанного топлива , который обеспечивает охлаждение для теплового тепла и защиту от ионизирующего излучения. Через несколько месяцев или лет отработанное топливо радиоактивно и термически достаточно остынет, чтобы его можно было переместить в сухие контейнеры для хранения или переработать. [64]
.svg/1280px-Uranium_enrichment_proportions_(horizontal).svg.png)
Уран является довольно распространенным элементом в земной коре: он примерно так же распространен, как олово или германий , и примерно в 40 раз более распространен, чем серебро . [65] Уран присутствует в следовых концентрациях в большинстве горных пород, грязи и морской воде, но, как правило, экономически выгодно извлекается только там, где он присутствует в относительно высоких концентрациях. Добыча урана может быть подземной, открытой или методом подземного выщелачивания. Все большее число шахт с самой высокой производительностью представляют собой удаленные подземные операции, такие как урановый рудник МакАртур-Ривер в Канаде, который сам по себе составляет 13% мирового производства. По состоянию на 2011 год известные в мире ресурсы урана, экономически извлекаемые при произвольном ценовом потолке в 130 долларов США/кг, были достаточны для того, чтобы хватить на 70–100 лет. [66] [67] [68] В 2007 году ОЭСР оценила 670 лет экономически извлекаемого урана в общих обычных ресурсах и фосфатных рудах, предполагая текущую скорость использования. [69]
Легководные реакторы относительно неэффективно используют ядерное топливо, в основном используя только очень редкий изотоп урана-235. [70] Ядерная переработка может сделать эти отходы пригодными для повторного использования, и более новые реакторы также достигают более эффективного использования имеющихся ресурсов, чем старые. [70] При чистом топливном цикле быстрого реактора со сжиганием всего урана и актинидов (которые в настоящее время составляют наиболее опасные вещества в ядерных отходах) в общих обычных ресурсах и фосфатной руде имеется, по оценкам, 160 000-летний запас урана по цене 60–100 долларов США/кг. [71] Однако переработка является дорогостоящей, возможно, опасной и может использоваться для производства ядерного оружия. [72] [73] [74] [75] [76] Один анализ показал, что цены на уран могут вырасти на два порядка между 2035 и 2100 годами и что к концу столетия может возникнуть дефицит. [77] Исследование, проведенное в 2017 году исследователями из Массачусетского технологического института и WHOI, показало, что «при нынешних темпах потребления мировые обычные запасы наземного урана (приблизительно 7,6 млн тонн) могут быть исчерпаны чуть более чем за столетие». [78] Ограниченные поставки урана-235 могут сдерживать существенное расширение с использованием современных ядерных технологий. [79] Хотя изучаются различные способы снижения зависимости от таких ресурсов, [80] [81] [82] новые ядерные технологии считаются недоступной вовремя для целей смягчения последствий изменения климата или конкуренции с альтернативами возобновляемых источников энергии, а также являются более дорогими и требуют дорогостоящих исследований и разработок. [79] [83] [84] Исследование показало, что неясно, будут ли выявленные ресурсы разрабатываться достаточно быстро, чтобы обеспечить бесперебойные поставки топлива для расширенных ядерных установок, [85] а различные формы добычи могут быть оспорены экологическими барьерами, затратами и требованиями к земле. [86] [87] Исследователи также сообщают о значительной импортной зависимости ядерной энергии. [88] [89] [90] [91]
Существуют также нетрадиционные ресурсы урана. Уран естественным образом присутствует в морской воде в концентрации около 3 микрограммов на литр, [92] [93] [94] при этом 4,4 миллиарда тонн урана считаются присутствующими в морской воде в любое время. [95] В 2014 году было высказано предположение, что было бы экономически конкурентоспособно производить ядерное топливо из морской воды, если бы этот процесс был реализован в больших масштабах. [96] Как и ископаемое топливо, в геологических временных масштабах уран, извлекаемый в промышленных масштабах из морской воды, будет пополняться как речной эрозией горных пород, так и естественным процессом растворения урана из поверхностной области дна океана, оба из которых поддерживают равновесие растворимости концентрации морской воды на стабильном уровне. [95] Некоторые комментаторы утверждают, что это усиливает аргументы в пользу того, чтобы ядерная энергетика считалась возобновляемой энергией . [97]
Нормальная эксплуатация атомных электростанций и установок приводит к образованию радиоактивных отходов или ядерных отходов. Этот тип отходов также образуется при выводе станции из эксплуатации. Существует две основные категории ядерных отходов: низкоактивные отходы и высокоактивные отходы. [99] Первые имеют низкую радиоактивность и включают в себя загрязненные предметы, такие как одежда, которая представляет ограниченную угрозу. Высокоактивные отходы в основном представляют собой отработанное топливо ядерных реакторов, которое очень радиоактивно и должно быть охлаждено, а затем безопасно утилизировано или переработано. [99]
Наиболее важным потоком отходов от ядерных энергетических реакторов является отработанное ядерное топливо , которое считается высокоактивными отходами . Для легководных реакторов (LWR) отработанное топливо обычно состоит из 95% урана, 4% продуктов деления и около 1% трансурановых актинидов (в основном плутония , нептуния и америция ). [101] Продукты деления ответственны за большую часть краткосрочной радиоактивности, тогда как плутоний и другие трансурановые элементы ответственны за большую часть долгосрочной радиоактивности. [102]
Высокоактивные отходы (ВАО) должны храниться изолированно от биосферы с достаточной защитой, чтобы ограничить воздействие радиации. После извлечения из реакторов отработанные топливные пучки хранятся в течение шести-десяти лет в бассейнах выдержки отработанного топлива , которые обеспечивают охлаждение и защиту от радиации. После этого топливо достаточно остывает, чтобы его можно было безопасно перенести в сухое контейнерное хранилище . [103] Радиоактивность экспоненциально уменьшается со временем, так что через 100 лет она уменьшится на 99,5%. [104] Более интенсивно радиоактивные короткоживущие продукты деления (SLFP) распадаются на стабильные элементы примерно за 300 лет, а примерно через 100 000 лет отработанное топливо становится менее радиоактивным, чем природная урановая руда. [98] [105]
Обычно предлагаемые методы изоляции отходов LLFP от биосферы включают разделение и трансмутацию , [98] обработку синроком или глубокое геологическое хранение. [106] [107] [108] [109]
Реакторы на тепловых нейтронах , которые в настоящее время составляют большую часть мирового парка, не могут сжигать реакторный плутоний , который вырабатывается во время работы реактора. Это ограничивает срок службы ядерного топлива несколькими годами. В некоторых странах, таких как США, отработанное топливо классифицируется целиком как ядерные отходы. [110] В других странах, таких как Франция, оно в значительной степени перерабатывается для производства частично переработанного топлива, известного как смешанное оксидное топливо или МОКС . Для отработанного топлива, которое не подвергается переработке, наиболее опасными изотопами являются среднеживущие трансурановые элементы , которые возглавляются реакторным плутонием (период полураспада 24 000 лет). [111] Некоторые предлагаемые конструкции реакторов, такие как интегральный быстрый реактор и реакторы на расплавленных солях , могут использовать в качестве топлива плутоний и другие актиниды в отработанном топливе легководных реакторов благодаря их быстрому спектру деления . Это предлагает потенциально более привлекательную альтернативу глубокому геологическому захоронению. [112] [113] [114]
Ториевый топливный цикл приводит к аналогичным продуктам деления, хотя создает гораздо меньшую долю трансурановых элементов из событий захвата нейтронов в реакторе. Отработанное ториевое топливо, хотя и более трудное в обращении, чем отработанное урановое топливо, может представлять несколько меньшие риски распространения. [115]
Ядерная промышленность также производит большой объем низкоактивных отходов с низкой радиоактивностью в виде загрязненных предметов, таких как одежда, ручные инструменты, смолы для очистки воды и (после вывода из эксплуатации) материалы, из которых построен сам реактор. Низкоактивные отходы 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 полигон для захоронения низкоактивных отходов. [116]
В странах с ядерной энергетикой радиоактивные отходы составляют менее 1% от общего объема промышленных токсичных отходов, большая часть которых остается опасной в течение длительного времени. [70] В целом, ядерная энергетика производит гораздо меньше отходов по объему, чем электростанции, работающие на ископаемом топливе. [117] В частности, угольные электростанции производят большое количество токсичной и слаборадиоактивной золы, образующейся в результате концентрации природных радиоактивных материалов в угле. [118] В отчете Национальной лаборатории Оук-Ридж за 2008 год сделан вывод о том, что угольная энергетика на самом деле приводит к выбросу большего количества радиоактивности в окружающую среду, чем работа атомных электростанций, и что эффективная доза для населения, эквивалентная излучению от угольных электростанций, в 100 раз больше, чем от работы атомных электростанций. [119] Хотя угольная зола намного менее радиоактивна, чем отработанное ядерное топливо по весу, угольная зола производится в гораздо больших количествах на единицу вырабатываемой энергии. Она также выбрасывается непосредственно в окружающую среду в виде летучей золы , тогда как атомные станции используют экранирование для защиты окружающей среды от радиоактивных материалов. [120]
Объем ядерных отходов невелик по сравнению с вырабатываемой энергией. Например, на АЭС «Янки-Роу» , которая выработала 44 миллиарда киловатт-часов электроэнергии во время эксплуатации, весь ее отработанный запас топлива содержится в шестнадцати контейнерах. [121] Подсчитано, что для производства пожизненного запаса энергии для человека с западным уровнем жизни (примерно 3 ГВт-ч ) потребуется объем низкообогащенного урана , равный объему банки из-под газировки , что приведет к аналогичному объему вырабатываемого отработанного топлива. [122] [123] [124]
После временного хранения в бассейне выдержки отработанного топлива пучки отработанных топливных стержней типичной атомной электростанции часто хранятся на месте в контейнерах для сухого хранения . [125] В настоящее время отходы в основном хранятся на отдельных площадках реакторов, и в мире насчитывается более 430 мест, где радиоактивные материалы продолжают накапливаться.
Утилизация ядерных отходов часто считается наиболее политически спорным аспектом в жизненном цикле ядерной энергетической установки. [126] Отсутствие перемещения ядерных отходов в естественных ядерных реакторах деления возрастом 2 миллиарда лет в Окло , Габон, упоминается как «источник важной информации сегодня». [127] [128] Эксперты предполагают, что централизованные подземные хранилища, которые хорошо управляются, охраняются и контролируются, были бы огромным улучшением. [126] Существует «международный консенсус относительно целесообразности хранения ядерных отходов в глубоких геологических хранилищах ». [129] С появлением новых технологий были предложены другие методы, включая захоронение через горизонтальные скважины в геологически неактивных районах. [130] [131]
Не существует ни одного коммерческого масштаба специально построенных подземных хранилищ высокоактивных отходов. [129] [132] [133] Однако в Финляндии по состоянию на 2015 год велось строительство хранилища отработанного ядерного топлива Онкало атомной электростанции Олкилуото. [134]
Большинство реакторов на тепловых нейтронах работают по однократному ядерному топливному циклу , в основном из-за низкой цены свежего урана. Однако многие реакторы также работают на переработанных расщепляющихся материалах, которые остаются в отработанном ядерном топливе. Наиболее распространенным расщепляющимся материалом, который перерабатывается, является реакторный плутоний (RGPu), который извлекается из отработанного топлива. Его смешивают с оксидом урана и изготавливают в смешанное оксидное или МОКС-топливо . Поскольку тепловые LWR остаются наиболее распространенным реактором во всем мире, этот тип переработки является наиболее распространенным. Считается, что он повышает устойчивость ядерного топливного цикла, снижает привлекательность отработанного топлива для кражи и снижает объем высокоактивных ядерных отходов. [135] Отработанное МОКС-топливо, как правило, не может быть переработано для использования в реакторах на тепловых нейтронах. Эта проблема не затрагивает реакторы на быстрых нейтронах , которые поэтому предпочтительны для достижения полного энергетического потенциала исходного урана. [136] [137]
Основным компонентом отработанного топлива из LWR является слабообогащенный уран . Его можно переработать в переработанный уран (RepU), который можно использовать в быстром реакторе, использовать непосредственно в качестве топлива в реакторах CANDU или повторно обогащать для другого цикла через LWR. Повторное обогащение переработанного урана распространено во Франции и России. [138] Переработанный уран также безопаснее с точки зрения потенциала ядерного распространения. [139] [140] [141]
Переработка имеет потенциал для извлечения до 95% уранового и плутониевого топлива из отработанного ядерного топлива, а также для снижения долговременной радиоактивности в оставшихся отходах. Однако переработка была политически спорной из-за возможности ядерного распространения и различных представлений об увеличении уязвимости к ядерному терроризму . [136] [142] Переработка также приводит к более высокой стоимости топлива по сравнению с однократным топливным циклом. [136] [142] Хотя переработка уменьшает объем высокоактивных отходов, она не уменьшает продукты деления , которые являются основными причинами остаточного тепловыделения и радиоактивности в течение первых нескольких столетий за пределами реактора. Таким образом, переработанные отходы по-прежнему требуют почти идентичной обработки в течение первых нескольких сотен лет.
Переработка гражданского топлива из энергетических реакторов в настоящее время осуществляется во Франции, Великобритании, России, Японии и Индии. В Соединенных Штатах отработанное ядерное топливо в настоящее время не перерабатывается. [138] Перерабатывающий завод La Hague во Франции работает в коммерческих целях с 1976 года и отвечает за половину мировой переработки по состоянию на 2010 год. [143] Он производит МОКС-топливо из отработанного топлива, полученного из нескольких стран. По состоянию на 2015 год было переработано более 32 000 тонн отработанного топлива, большая часть из Франции, 17% из Германии и 9% из Японии. [144]
Размножение — это процесс преобразования нерасщепляющегося материала в расщепляющийся материал, который может использоваться в качестве ядерного топлива. Нерасщепляющийся материал, который может использоваться для этого процесса, называется воспроизводящим материалом и составляет подавляющее большинство современных ядерных отходов. Этот процесс воспроизводства происходит естественным образом в реакторах-размножителях . В отличие от легководных реакторов на тепловых нейтронах, которые используют уран-235 (0,7% всего природного урана), реакторы-размножители на быстрых нейтронах используют уран-238 (99,3% всего природного урана) или торий. Ряд топливных циклов и комбинаций реакторов-размножителей считаются устойчивыми или возобновляемыми источниками энергии. [145] [146] В 2006 году было подсчитано, что с учетом добычи морской воды, вероятно, было пять миллиардов лет ресурсов урана для использования в реакторах-размножителях. [147]
Технология бридеров использовалась в нескольких реакторах, но по состоянию на 2006 год высокая стоимость безопасной переработки топлива требует, чтобы цены на уран превышали 200 долларов США/кг, прежде чем они станут экономически оправданными. [148] Однако реакторы-бридеры разрабатываются с учетом их потенциала сжигать все актиниды (наиболее активные и опасные компоненты) в текущем запасе ядерных отходов, а также производить электроэнергию и создавать дополнительные количества топлива для большего количества реакторов с помощью процесса бридерства. [149] [150] По состоянию на 2017 год существует два бридера, производящих коммерческую электроэнергию, реактор БН-600 и реактор БН-800 , оба в России. [151] Реактор -бридер Phénix во Франции был остановлен в 2009 году после 36 лет эксплуатации. [151] И Китай, и Индия строят реакторы-бридеры. Индийский прототип быстрого реактора-размножителя мощностью 500 МВт находится на этапе ввода в эксплуатацию [152] , и планируется построить еще несколько таких реакторов. [153]
Другой альтернативой реакторам-размножителям на быстрых нейтронах являются реакторы-размножители на тепловых нейтронах, которые используют уран-233, полученный из тория, в качестве топлива для деления в ториевом топливном цикле . [154] Торий примерно в 3,5 раза более распространен в земной коре, чем уран, и имеет другие географические характеристики. [154] Трехэтапная программа ядерной энергетики Индии включает использование ториевого топливного цикла на третьем этапе, поскольку она имеет обильные запасы тория, но мало урана. [154]
Вывод из эксплуатации ядерной установки — это процесс демонтажа ядерного объекта до такой степени, что он больше не требует мер радиационной защиты, [155] возвращая установку и ее части на достаточно безопасный уровень, чтобы доверить их для других целей. [156] Из-за наличия радиоактивных материалов вывод из эксплуатации ядерной установки представляет собой технические и экономические проблемы. [157] Расходы на вывод из эксплуатации обычно распределяются на весь срок службы установки и сохраняются в фонде вывода из эксплуатации. [158]
Мировая выработка электроэнергии по источникам в 2021 году . Общая выработка составила 28 петаватт-часов . [160]
Гражданская ядерная энергетика поставила 2586 тераватт-часов (ТВт-ч) электроэнергии в 2019 году, что эквивалентно примерно 10% мирового производства электроэнергии , и была вторым по величине источником энергии с низким уровнем выбросов углерода после гидроэлектроэнергии . [38] [161] Поскольку на электроэнергию приходится около 25% мирового потребления энергии , вклад ядерной энергетики в мировую энергетику составил около 2,5% в 2011 году. [162] Это немного больше, чем совокупное мировое производство электроэнергии из энергии ветра, солнца, биомассы и геотермальной энергии, которые вместе обеспечили 2% мирового конечного потребления энергии в 2014 году. [163] Доля ядерной энергетики в мировом производстве электроэнергии снизилась с 16,5% в 1997 году, во многом потому, что экономика ядерной энергетики стала более сложной. [164]
По состоянию на март 2022 года в мире[обновлять] насчитывается 439 гражданских реакторов деления с общей электрической мощностью 392 гигаватт (ГВт). Также строятся 56 ядерных энергетических реакторов и планируется строительство 96 реакторов с общей мощностью 62 ГВт и 96 ГВт соответственно. [165] США имеют самый большой парк ядерных реакторов, генерирующих более 800 ТВт·ч в год со средним коэффициентом использования мощности 92%. [166] Большинство строящихся реакторов — это реакторы поколения III в Азии. [167]
Региональные различия в использовании ядерной энергии велики. Соединенные Штаты производят больше всего ядерной энергии в мире, причем ядерная энергетика обеспечивает 20% потребляемой ею электроэнергии, в то время как Франция производит самый высокий процент своей электроэнергии с помощью ядерных реакторов — 71% в 2019 году. [18] В Европейском союзе ядерная энергетика обеспечивает 26% электроэнергии по состоянию на 2018 год. [168] Ядерная энергетика является крупнейшим источником электроэнергии с низким содержанием углерода в Соединенных Штатах, [169] и составляет две трети электроэнергии с низким содержанием углерода в Европейском союзе . [170] Политика в области ядерной энергетики различается в разных странах Европейского союза, и некоторые из них, такие как Австрия, Эстония , Ирландия и Италия , не имеют действующих атомных электростанций.
Кроме того, в эксплуатации находилось около 140 военных судов, использующих ядерную тягу , приводимую в действие примерно 180 реакторами. [171] [172] К ним относятся военные и некоторые гражданские суда, такие как атомные ледоколы . [173]
Продолжаются международные исследования дополнительных вариантов использования технологического тепла, таких как производство водорода (в поддержку водородной экономики ), опреснение морской воды и использование в системах централизованного теплоснабжения . [174]
Экономика новых атомных электростанций является спорным вопросом, и многомиллиардные инвестиции зависят от выбора источников энергии. Атомные электростанции обычно имеют высокие капитальные затраты на строительство станции. По этой причине сравнение с другими методами производства электроэнергии сильно зависит от предположений о сроках строительства и капитальном финансировании атомных электростанций. Расходы на топливо составляют около 30 процентов эксплуатационных расходов, в то время как цены зависят от рынка. [175]
Высокая стоимость строительства является одной из самых больших проблем для атомных электростанций. Новая станция мощностью 1100 МВт оценивается в сумму от 6 до 9 миллиардов долларов США. [176] Тенденции стоимости атомной энергии показывают большую разницу в зависимости от страны, проекта, скорости строительства и установления осведомленности в экспертных знаниях. Единственными двумя странами, по которым имеются данные, которые увидели снижение стоимости в 2000-х годах, были Индия и Южная Корея. [177]
Анализ экономики ядерной энергетики также должен учитывать, кто несет риски будущих неопределенностей. По состоянию на 2010 год все действующие атомные электростанции были разработаны государственными или регулируемыми монополиями в сфере электроэнергетики . [178] Многие страны с тех пор либерализовали рынок электроэнергии , где эти риски и риск появления более дешевых конкурентов до возмещения капитальных затрат ложатся на поставщиков и операторов электростанций, а не на потребителей, что приводит к существенно иной оценке экономики новых атомных электростанций. [179]
По оценкам Международного энергетического агентства и Агентства по ядерной энергии ОЭСР , приведенная стоимость электроэнергии (LCOE) от новой атомной электростанции составляет 69 долларов США/МВт·ч. Это представляет собой медианную оценку стоимости для атомной электростанции n-го типа, которая будет завершена в 2025 году, при ставке дисконтирования 7%. Было обнаружено, что атомная энергетика является наименее затратным вариантом среди диспетчерских технологий . [180] Переменные возобновляемые источники энергии могут генерировать более дешевую электроэнергию: медианная стоимость наземной ветроэнергетики оценивается в 50 долларов США/МВт·ч, а солнечной энергетики коммунального масштаба — в 56 долларов США/МВт·ч. [180] При предполагаемой стоимости выбросов CO2 в 30 долларов США/тонну электроэнергия из угля (88 долларов США/МВт·ч) и газа (71 доллар США/МВт·ч) дороже, чем низкоуглеродные технологии. Электроэнергия от долгосрочной эксплуатации атомных электростанций путем продления срока службы оказалась наименее затратным вариантом — 32 доллара США/МВт·ч. [180]
Меры по смягчению глобального потепления , такие как налог на выбросы углерода или торговля квотами на выбросы углерода , могут благоприятствовать экономике ядерной энергетики. [181] [182] Экстремальные погодные явления, включая события, усугубляемые изменением климата, снижают надежность всех источников энергии, включая ядерную энергию, в небольшой степени, в зависимости от местоположения. [183] [184]
Новые малые модульные реакторы , такие как разработанные NuScale Power , направлены на снижение инвестиционных затрат на новое строительство за счет создания реакторов меньшего размера и модульности, чтобы их можно было изготавливать на заводе.
Некоторые проекты имели значительную раннюю положительную экономику, например, CANDU , который реализовал гораздо более высокий коэффициент мощности и надежность по сравнению с легководными реакторами второго поколения вплоть до 1990-х годов. [185]
Атомные электростанции, хотя и способны в некоторой степени отслеживать нагрузку сети , обычно работают как можно дольше, чтобы поддерживать стоимость вырабатываемой электроэнергии на минимально возможном уровне, поставляя в основном базовую электроэнергию. [186] Благодаря конструкции реактора с оперативной дозаправкой, реакторы PHWR (частью которых является конструкция CANDU) продолжают удерживать множество мировых рекордов по самой продолжительной непрерывной выработке электроэнергии, часто более 800 дней. [187] Конкретный рекорд по состоянию на 2019 год принадлежит реактору PHWR на атомной электростанции Кайга , который непрерывно вырабатывал электроэнергию в течение 962 дней. [188]
Расходы, не учтенные в расчетах LCOE, включают средства на исследования и разработки, а также катастрофы (катастрофа на Фукусиме, по оценкам, обошлась налогоплательщикам в ≈187 миллиардов долларов). [189] В некоторых случаях было обнаружено, что правительства заставляют «потребителей платить авансом за потенциальный перерасход средств» [84] или субсидируют неэкономичную ядерную энергетику [190] или обязаны делать это. [55] Операторы ядерных установок обязаны платить за управление отходами в Европейском Союзе. [191] В США Конгресс, как сообщается, постановил 40 лет назад, что государство, а не частные компании, будет нести ответственность за хранение радиоактивных отходов, а налогоплательщики будут оплачивать расходы. [192] В докладе о мировых ядерных отходах за 2019 год установлено, что «даже в странах, где принцип «загрязнитель платит» является юридическим требованием, он применяется не в полной мере», и отмечается случай немецкого объекта по глубокому геологическому захоронению отходов Asse II , где извлечение больших объемов отходов должно оплачиваться налогоплательщиками. [193] Аналогичным образом, другие формы энергии, включая ископаемое топливо и возобновляемые источники энергии, имеют часть своих расходов, покрываемых правительствами. [194]
Наиболее распространенным применением ядерной энергии в космосе является использование радиоизотопных термоэлектрических генераторов , которые используют радиоактивный распад для выработки энергии. Эти генераторы энергии относительно небольшого масштаба (несколько кВт), и они в основном используются для питания космических миссий и экспериментов в течение длительных периодов, когда солнечная энергия недоступна в достаточном количестве, например, в космическом зонде Voyager 2. [195] Несколько космических аппаратов были запущены с использованием ядерных реакторов : 34 реактора относятся к советской серии RORSAT , а один был американским SNAP-10A . [195]
Оба процесса, как деление , так и синтез, кажутся перспективными для применения в космических двигателях , обеспечивая более высокие скорости полета при меньшей реактивной массе . [195] [196]
Атомные электростанции 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 генерировать значительное количество остаточного тепла даже после остановки цепной реакции деления . Если тепло не может быть отведено от реактора, топливные стержни могут перегреться и высвободить радиоактивные материалы. В-третьих, в некоторых конструкциях реакторов возможна авария с критичностью (быстрое увеличение мощности реактора), если цепная реакция не может контролироваться. Эти три характеристики необходимо учитывать при проектировании ядерных реакторов. [197]
Все современные реакторы спроектированы таким образом, что неконтролируемое увеличение мощности реактора предотвращается естественными механизмами обратной связи, концепция, известная как отрицательный пустотный коэффициент реактивности. Если температура или количество пара в реакторе увеличивается, скорость деления по своей сути уменьшается. Цепную реакцию также можно остановить вручную, вставив стержни управления в активную зону реактора. Системы аварийного охлаждения активной зоны (САОЗ) могут удалять остаточное тепло из реактора, если обычные системы охлаждения выходят из строя. [198] Если САОЗ выходит из строя, многочисленные физические барьеры ограничивают выброс радиоактивных материалов в окружающую среду даже в случае аварии. Последний физический барьер — это большое здание защитной оболочки . [197]
При уровне смертности 0,03 на ТВт·ч ядерная энергетика является вторым по безопасности источником энергии на единицу произведенной энергии после солнечной энергии с точки зрения смертности, если рассматривать исторические данные. [199] Энергия, произведенная с помощью угля, нефти, природного газа и гидроэнергетики, стала причиной большего количества смертей на единицу произведенной энергии из-за загрязнения воздуха и аварий в энергетике . Это обнаруживается при сравнении непосредственных смертей от других источников энергии как с непосредственными, так и скрытыми или прогнозируемыми косвенными смертями от рака в результате аварий в ядерной энергетике. [200] [201] При сравнении прямых и косвенных смертельных случаев (включая смертельные случаи в результате добычи полезных ископаемых и загрязнения воздуха) от ядерной энергетики и ископаемого топлива, [202] было подсчитано, что использование ядерной энергетики предотвратило около 1,84 миллиона смертей от загрязнения воздуха в период с 1971 по 2009 год за счет сокращения доли энергии, которая в противном случае была бы произведена ископаемым топливом. [203] [204] 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. [205]
Серьёзные последствия ядерных аварий часто не связаны напрямую с воздействием радиации, а скорее с социальными и психологическими эффектами. Эвакуация и долгосрочное перемещение пострадавшего населения создали проблемы для многих людей, особенно пожилых людей и пациентов больниц. [206] Принудительная эвакуация из зоны ядерной аварии может привести к социальной изоляции, тревожности, депрессии, психосоматическим медицинским проблемам, безрассудному поведению и самоубийству. Всестороннее исследование последствий Чернобыльской катастрофы 2005 года пришло к выводу, что воздействие на психическое здоровье является крупнейшей проблемой общественного здравоохранения, вызванной аварией. [207] Фрэнк Н. фон Хиппель , американский ученый, прокомментировал, что непропорциональный страх ионизирующего излучения ( радиофобия ) может иметь долгосрочные психологические последствия для населения загрязнённых территорий после катастрофы на Фукусиме. [208]
Произошло несколько серьезных ядерных и радиационных аварий . Тяжесть 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 эксплуатации, не представляющее риска для безопасности) до 7 (крупная авария с широкомасштабными последствиями). В гражданской ядерной энергетике произошло три аварии уровня 5 или выше, две из которых, авария на Чернобыльской АЭС и авария на Фукусиме , имеют уровень 7.
Первыми крупными ядерными авариями стали катастрофа в Кыштыме в Советском Союзе и пожар в Уиндскейле в Соединенном Королевстве, обе в 1957 году. Первая крупная авария на ядерном реакторе в США произошла в 1961 году на SL-1 , экспериментальном ядерном реакторе армии США в Айдахской национальной лаборатории . Неконтролируемая цепная реакция привела к паровому взрыву , в результате которого погибли три члена экипажа и произошло расплавление . [211] [212] Еще одна серьезная авария произошла в 1968 году, когда в одном из двух реакторов с жидкометаллическим охлаждением на борту советской подводной лодки К-27 произошел отказ тепловыделяющего элемента , что привело к выбросу газообразных продуктов деления в окружающий воздух, в результате чего погибло 9 членов экипажа и 83 человека получили ранения. [213]
Авария на АЭС «Фукусима-1» была вызвана землетрясением и цунами в Тохоку в 2011 году . Авария не привела ни к одной смерти, связанной с радиацией, но привела к радиоактивному загрязнению прилегающих территорий. Ожидается, что сложная операция по очистке обойдется в десятки миллиардов долларов в течение 40 или более лет. [214] [215] Авария на Три-Майл-Айленде в 1979 году была аварией меньшего масштаба, оцененной на уровне 5 по шкале INES. Не было прямых или косвенных смертей, вызванных аварией. [216]
Влияние ядерных аварий является спорным. По словам Бенджамина К. Совакула , аварии, связанные с энергией деления , занимают первое место среди источников энергии с точки зрения их общей экономической стоимости, составляя 41% всего ущерба имуществу, приписываемого энергетическим авариям. [217] Другой анализ показал, что аварии, связанные с углем, нефтью, сжиженным нефтяным газом и гидроэлектростанциями (в первую очередь из-за катастрофы на плотине Баньцяо ) привели к более значительным экономическим последствиям, чем аварии на атомных электростанциях. [218] Исследование сравнивает скрытые случаи смерти от рака, приписываемые атомной энергетике, с непосредственными случаями смерти от других источников энергии на единицу произведенной энергии и не включает рак, связанный с ископаемым топливом, и другие косвенные случаи смерти, вызванные использованием ископаемого топлива в своей классификации «тяжелых аварий» (аварии с более чем пятью смертельными исходами). Чернобыльская авария в 1986 году привела к примерно 50 случаям смерти от прямых и косвенных последствий, а также к некоторым временным серьезным травмам от острого лучевого синдрома . [219] Прогнозируемая будущая смертность от роста заболеваемости раком оценивается в 4000 человек в ближайшие десятилетия. [220] [221] [222] Однако затраты велики и продолжают расти.
Ядерная энергетика работает в рамках страховой структуры, которая ограничивает или структурирует ответственность за аварии в соответствии с национальными и международными конвенциями. [223] Часто утверждается, что этот потенциальный дефицит ответственности представляет собой внешние издержки, не включенные в стоимость ядерной электроэнергии. Эта стоимость невелика, составляя около 0,1% от нормированной стоимости электроэнергии , согласно исследованию Бюджетного управления Конгресса США. [224] Эти сверхнормативные расходы на страхование для наихудших сценариев не являются уникальными для ядерной энергетики. Гидроэлектростанции также не полностью застрахованы от катастрофических событий, таких как прорывы плотин . Например, прорыв плотины Баньцяо привел к гибели, по оценкам, от 30 000 до 200 000 человек, а 11 миллионов человек потеряли свои дома. Поскольку частные страховщики основывают страховые премии по плотинам на ограниченных сценариях, страхование от крупных бедствий в этом секторе также предоставляется государством. [225]
Террористы могли бы нацелиться на атомные электростанции в попытке выпустить радиоактивное загрязнение в общество. Комиссия США по 9/11 заявила, что атомные электростанции были потенциальными целями, первоначально рассматриваемыми для атак 11 сентября 2001 года . Атака на бассейн отработанного топлива реактора также может быть серьезной, поскольку эти бассейны менее защищены, чем активная зона реактора. Выброс радиоактивности может привести к тысячам смертей в краткосрочной перспективе и большему числу долгосрочных смертей. [226]
В Соединенных Штатах Комиссия по ядерному регулированию проводит учения «Сила на силу» (FOF) на всех площадках атомных электростанций не реже одного раза в три года. [226] В Соединенных Штатах станции окружены двойным рядом высоких заборов, которые контролируются электронным способом. Территория станции патрулируется значительным отрядом вооруженных охранников. [227]
Саботаж изнутри также представляет угрозу, поскольку инсайдеры могут наблюдать и обходить меры безопасности. Успешные инсайдерские преступления зависели от наблюдения преступников и знания ими уязвимостей безопасности. [228] Пожар нанес ущерб на сумму 5–10 миллионов долларов энергетическому центру Indian Point в Нью-Йорке в 1971 году. [229] Поджигатель был рабочим по техническому обслуживанию завода. [230]
_conducts_a_fueling_at_sea_(FAS)_with_the_Nimitz-class_aircraft_carrier_USS_George_Washington_(CVN_73).jpg/1280px-thumbnail.jpg)
Распространение ядерного оружия — это распространение ядерного оружия , расщепляемых материалов и ядерных технологий, связанных с оружием, в государства, которые еще не обладают ядерным оружием. Многие технологии и материалы, связанные с созданием ядерной энергетической программы, имеют возможность двойного использования, то есть их можно использовать для создания ядерного оружия. По этой причине ядерная энергетика представляет собой риск распространения.
Программа ядерной энергетики может стать путем, ведущим к ядерному оружию. Примером этого является обеспокоенность по поводу ядерной программы Ирана . [233] Перепрофилирование гражданской ядерной промышленности в военные цели было бы нарушением Договора о нераспространении ядерного оружия , к которому присоединились 190 стран. По состоянию на апрель 2012 года тридцать одна страна имела гражданские атомные электростанции, [234] из которых девять имели ядерное оружие . Подавляющее большинство этих государств, обладающих ядерным оружием, производили оружие до коммерческих атомных электростанций.
Фундаментальной целью глобальной безопасности является минимизация рисков ядерного распространения, связанных с расширением ядерной энергетики. [233] Глобальное партнерство по ядерной энергии было международным усилием по созданию распределительной сети, в которой развивающиеся страны, нуждающиеся в энергии, получали бы ядерное топливо по сниженной ставке в обмен на согласие этой страны отказаться от собственной разработки собственной программы обогащения урана. Базирующийся во Франции Eurodif / Европейский газодиффузионный консорциум по обогащению урана является программой, которая успешно реализовала эту концепцию, при этом Испания и другие страны без обогатительных предприятий покупали долю топлива, произведенного на контролируемом Францией обогатительном предприятии, но без передачи технологий. [235] Иран был одним из первых участников с 1974 года и остается акционером Eurodif через Sofidif .
В докладе Организации Объединенных Наций за 2009 год говорится:
Возрождение интереса к ядерной энергетике может привести к всемирному распространению технологий обогащения урана и переработки отработанного топлива, которые представляют очевидные риски распространения, поскольку эти технологии могут производить расщепляющиеся материалы, которые можно напрямую использовать в ядерном оружии. [236]
С другой стороны, энергетические реакторы также могут сократить арсеналы ядерного оружия, когда военные ядерные материалы перерабатываются для использования в качестве топлива на атомных электростанциях. Программа «Мегатонны в мегаватты» считается единственной наиболее успешной программой нераспространения на сегодняшний день. [231] До 2005 года программа переработала 8 миллиардов долларов высокообогащенного оружейного урана в низкообогащенный уран , пригодный в качестве ядерного топлива для коммерческих реакторов деления, путем разбавления его природным ураном . Это соответствует ликвидации 10 000 единиц ядерного оружия. [237] В течение примерно двух десятилетий этот материал генерировал почти 10 процентов всей электроэнергии, потребляемой в Соединенных Штатах, или около половины всей ядерной электроэнергии США, при этом в общей сложности было произведено около 7 000 ТВт- ч электроэнергии. [238] В общей сложности это, по оценкам, обошлось в 17 миллиардов долларов, что является «сделкой для налогоплательщиков США», при этом Россия получила прибыль в размере 12 миллиардов долларов от этой сделки. [238] Очень нужная прибыль для российской отрасли ядерного надзора, которая после краха советской экономики испытывала трудности с оплатой содержания и безопасности высокообогащенного урана и боеголовок Российской Федерации. [239] Программа «Мегатонны в мегаватты» была воспринята как крупный успех сторонниками антиядерного оружия, поскольку она в значительной степени стала движущей силой резкого сокращения количества ядерного оружия во всем мире после окончания холодной войны. [231] Однако без увеличения числа ядерных реакторов и повышения спроса на расщепляющееся топливо стоимость демонтажа и разбавления отговорила Россию от продолжения разоружения. По состоянию на 2013 год Россия, по-видимому, не заинтересована в продлении программы. [240]
Будучи источником энергии с низким содержанием углерода и относительно небольшими требованиями к землепользованию, ядерная энергия может оказывать положительное воздействие на окружающую среду. Она также требует постоянного снабжения значительным количеством воды и влияет на окружающую среду посредством добычи и переработки. [241] [242] [243] [244] Ее самые большие потенциальные негативные воздействия на окружающую среду могут возникнуть из-за ее трансгенерационных рисков распространения ядерного оружия, которые могут увеличить риски его использования в будущем, рисков проблем, связанных с управлением радиоактивными отходами, такими как загрязнение грунтовых вод, рисков аварий и рисков различных форм атак на места хранения отходов или перерабатывающие и электростанции. [72] [245] [246] [247] [248] [244] [249] [250] Однако они остаются в основном только рисками, поскольку исторически на атомных электростанциях было всего несколько катастроф с известными относительно существенными экологическими последствиями.
Ядерная энергетика является одним из ведущих низкоуглеродных методов производства электроэнергии , и с точки зрения общих выбросов парниковых газов за жизненный цикл на единицу произведенной энергии имеет значения выбросов, сопоставимые или ниже, чем у возобновляемой энергии . [252] [253] Анализ литературы по углеродному следу , проведенный в 2014 году Межправительственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК), показал, что воплощенная общая интенсивность выбросов за жизненный цикл ядерной энергетики имеет медианное значение 12 г CO2 - экв / кВт·ч , что является самым низким среди всех коммерческих источников энергии базовой нагрузки . [251] [254] Это контрастирует с углем и природным газом при 820 и 490 г CO2 - экв/кВт·ч. [251] [254] Согласно отчету, по состоянию на 2021 год ядерные реакторы во всем мире помогли избежать выбросов 72 миллиардов тонн углекислого газа с 1970 года по сравнению с выработкой электроэнергии на угле. [204] [255]
Средняя доза от естественного фонового излучения составляет 2,4 миллизиверта в год (мЗв/год) во всем мире. Она варьируется от 1 мЗв/год до 13 мЗв/год, в зависимости в основном от геологии местоположения. По данным Организации Объединенных Наций ( UNSCEAR ), регулярная эксплуатация атомных электростанций, включая ядерный топливный цикл, увеличивает эту величину на 0,0002 мЗв/год облучения населения в среднем по миру. Средняя доза от работающих атомных электростанций для местного населения вокруг них составляет менее 0,0001 мЗв/год. [256] Для сравнения, средняя доза для тех, кто живет в пределах 50 миль (80 км) от угольной электростанции , в три раза превышает эту дозу и составляет 0,0003 мЗв/год. [257]
Чернобыль привел к тому, что наиболее пострадавшее население окрестностей и мужчины из числа восстановительного персонала получили в среднем от 50 до 100 мЗв первоначально в течение нескольких часов или недель, в то время как оставшееся глобальное наследие самой страшной аварии на атомной электростанции в среднем составляет 0,002 мЗв/год и непрерывно снижается с убывающей скоростью, от первоначального максимума в 0,04 мЗв на человека, усредненного по всему населению Северного полушария в год аварии в 1986 году. [256]
Дебаты по поводу ядерной энергетики касаются противоречий, которые возникли вокруг развертывания и использования ядерных реакторов деления для производства электроэнергии из ядерного топлива в гражданских целях. [25] [259] [26]
Сторонники ядерной энергетики рассматривают ее как устойчивый источник энергии , который сокращает выбросы углерода и повышает энергетическую безопасность за счет снижения зависимости от других источников энергии, которые также [89] [90] [91] часто зависят от импорта. [260] [261] [262] Например, сторонники отмечают, что ежегодно вырабатываемая ядерной энергией электроэнергия сокращает 470 миллионов метрических тонн выбросов углекислого газа, которые в противном случае возникали бы из-за ископаемого топлива. [263] Кроме того, сравнительно небольшое количество отходов, которые создает ядерная энергия, безопасно утилизируется крупномасштабными объектами по производству ядерной энергии или перерабатывается/перерабатывается для других энергетических целей. [264] М. Кинг Хабберт , популяризировавший концепцию пика добычи нефти , рассматривал нефть как ресурс, который закончится, и считал ядерную энергию его заменой. [265] Сторонники также утверждают, что нынешнее количество ядерных отходов невелико и может быть уменьшено с помощью новейших технологий новых реакторов, и что эксплуатационная безопасность электроэнергии деления с точки зрения смертей до сих пор «не имеет себе равных». [14] Хареча и Хансен подсчитали, что «глобальная ядерная энергетика предотвратила в среднем 1,84 миллиона смертей, связанных с загрязнением воздуха, и 64 гигатонны выбросов парниковых газов (ПГ) в эквиваленте CO 2 (ГтCO 2 -экв), которые могли бы возникнуть в результате сжигания ископаемого топлива», и, если она продолжится, она может предотвратить до 7 миллионов смертей и 240 ГтCO 2 -экв выбросов к 2050 году. [204]
Сторонники также обращают внимание на альтернативную стоимость использования других форм электроэнергии. Например, Агентство по охране окружающей среды оценивает, что уголь убивает 30 000 человек в год, [266] в результате его воздействия на окружающую среду, в то время как 60 человек погибли в результате катастрофы на Чернобыльской АЭС. [267] Реальным примером воздействия, представленным сторонниками, является увеличение выбросов углерода на 650 000 тонн за два месяца после закрытия атомной электростанции Vermont Yankee. [268]
Противники считают, что ядерная энергетика представляет множество угроз для здоровья людей и окружающей среды [269] [270], таких как риск распространения ядерного оружия, долгосрочная безопасная утилизация отходов и терроризм в будущем. [271] [272] Они также утверждают, что атомные электростанции представляют собой сложные системы, в которых многое может пойти не так и уже пошло не так. [273] [274] Расходы на Чернобыльскую катастрофу составляют ≈68 миллиардов долларов по состоянию на 2019 год и продолжают расти, [34] катастрофа на Фукусиме , по оценкам, обойдется налогоплательщикам в ~187 миллиардов долларов, [189] а управление радиоактивными отходами, по оценкам, обойдется операторам ядерных установок Европейского союза в ~250 миллиардов долларов к 2050 году. [191] Однако в странах, которые уже используют ядерную энергию, если не учитывать переработку, промежуточные расходы на утилизацию ядерных отходов могут быть относительно фиксированными в определенных, но неизвестных пределах [275], «поскольку основная часть этих расходов связана с эксплуатацией промежуточного хранилища». [276]
Критики считают, что одним из самых больших недостатков строительства новых атомных электростанций являются большие строительные и эксплуатационные расходы по сравнению с альтернативами устойчивых источников энергии. [54] [277] [83] [243] [278] Дополнительные расходы включают текущие исследования и разработки, дорогостоящую переработку в случаях, когда это практикуется [72] [73] [74] [76] и вывод из эксплуатации. [279] [280] [281] Сторонники отмечают, что сосредоточение внимания на уравненной стоимости энергии (LCOE), однако, игнорирует премию за ценность, связанную с круглосуточной диспетчеризацией электроэнергии и стоимостью систем хранения и резервного копирования, необходимых для интеграции переменных источников энергии в надежную электрическую сеть. [282] «Таким образом, ядерная энергетика остается диспетчерской низкоуглеродной технологией с самыми низкими ожидаемыми затратами в 2025 году. Только крупные гидрорезервуары могут обеспечить аналогичный вклад при сопоставимых затратах, но остаются в значительной степени зависимыми от природных богатств отдельных стран». [283]
В целом многие противники считают, что ядерная энергетика не может внести существенный вклад в смягчение последствий изменения климата. В целом, они считают, что это слишком опасно, слишком дорого, требует слишком много времени для развертывания, является препятствием для достижения перехода к устойчивому развитию и углеродной нейтральности, [83] [284] [285] [286] фактически отвлекающим [287] [288] соревнованием за ресурсы (т. е. человеческие, финансовые, время, инфраструктуру и экспертные знания) для развертывания и разработки альтернативных, устойчивых технологий энергосистем [84] [288] [83] [289] (например, для ветряных, океанических и солнечных [83] - включая, например, плавучие солнечные - а также способы управления их прерывистостью, отличные от ядерной базовой нагрузки [290] генерации, такие как диспетчерская генерация , диверсификация возобновляемых источников энергии, [291] [292] суперсети , гибкие интеллектуальные сети , регулирующие спрос и предложение энергии , и технологии хранения энергии [293] [294] [295] [296] [297] ). [298] [299] [300] [301] [302] [303] [304] [305] [250]
Тем не менее, продолжаются исследования и дебаты по поводу стоимости новой ядерной энергетики, особенно в регионах, где трудно обеспечить сезонное хранение энергии и которые стремятся отказаться от ископаемого топлива в пользу низкоуглеродной энергии быстрее, чем в среднем по миру. [306] Некоторые считают, что финансовые затраты на переход к европейской энергетической системе, полностью основанной на возобновляемых источниках энергии, которая полностью отказалась от ядерной энергетики, могут быть более дорогостоящими к 2050 году на основе текущих технологий (т. е. не принимая во внимание потенциальные достижения, например, в области зеленого водорода , возможностей передачи и гибкости, способов сокращения потребностей в энергии, геотермальной энергии и энергии термоядерного синтеза), когда сеть распространяется только на Европу. [307] Аргументы экономики и безопасности используются обеими сторонами дебатов.
Замедление глобального потепления требует перехода к экономике с низким содержанием углерода , в основном за счет сжигания гораздо меньшего количества ископаемого топлива . Ограничение глобального потепления до 1,5 °C технически возможно, если с 2019 года не будут построены новые электростанции на ископаемом топливе. [308] Это вызвало значительный интерес и споры при определении наилучшего пути вперед для быстрой замены ископаемого топлива в мировом энергетическом балансе , [309] [310] с интенсивными академическими дебатами. [311] [312] Иногда МЭА говорит, что страны, не имеющие ядерной энергетики, должны развивать ее, а также возобновляемую энергетику. [313]
Общемировое первичное энергоснабжение в размере 162 494 ТВт·ч (или 13 792 Мтнэ ) за счет видов топлива в 2017 году (МЭА, 2019) [314] : 6, 8
Несколько исследований показывают, что теоретически возможно покрыть большую часть мирового производства энергии новыми возобновляемыми источниками. Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) заявила, что если бы правительства поддержали, то к 2050 году поставки возобновляемой энергии могли бы составить около 80% мирового потребления энергии. [315] В то время как в развитых странах экономически целесообразная география для новой гидроэнергетики отсутствует, поскольку каждая географически подходящая область в значительной степени уже эксплуатируется, [316] некоторые сторонники ветровой и солнечной энергии утверждают, что эти ресурсы сами по себе могли бы устранить необходимость в ядерной энергетике. [312] [317]
Ядерная энергетика сопоставима, а в некоторых случаях и ниже, чем многие возобновляемые источники энергии с точки зрения потерянных в прошлом жизней на единицу поставленной электроэнергии. [202] [200] [318] В зависимости от переработки технологий возобновляемой энергии, ядерные реакторы могут производить гораздо меньший объем отходов, хотя они гораздо более токсичны, дороги в управлении и долговечны. [319] [246] Атомную электростанцию также необходимо разобрать и вывезти, а большую часть разобранной атомной электростанции необходимо хранить в качестве низкоактивных ядерных отходов в течение нескольких десятилетий. [320] Утилизация и управление широким спектром [321] радиоактивных отходов, которых по состоянию на 2018 год насчитывается более четверти миллиона тонн, может привести к будущему ущербу и расходам по всему миру в течение сотен тысяч лет [322] [323] [324] – возможно, более миллиона лет [325] [326] [327] [328] из-за таких проблем, как утечка, [329] вредоносное извлечение, уязвимость к атакам (включая переработку [75] [72] и электростанции ), загрязнение грунтовых вод, радиация и утечка на поверхность, утечка рассола или бактериальная коррозия. [330] [325] [331] [332] Объединенный исследовательский центр Европейской комиссии обнаружил, что по состоянию на 2021 год необходимые технологии для геологического захоронения ядерных отходов уже доступны и могут быть развернуты. [333] Эксперты по коррозии отметили в 2020 году, что откладывание проблемы хранения на более поздний срок «не пойдет на пользу никому». [334] Выделенный плутоний и обогащенный уран могут быть использованы для ядерного оружия , которое — даже при нынешнем централизованном контроле (например, на государственном уровне) и уровне распространенности — считается сложным и существенным глобальным риском для существенного будущего воздействия на здоровье людей, жизни, цивилизацию и окружающую среду. [72] [245] [246] [247] [248]
Анализ, проведенный в 2015 году профессором Барри В. Бруком и его коллегами, показал, что ядерная энергия может полностью заменить или исключить ископаемое топливо из электросети в течение 10 лет. Этот вывод был основан на исторически скромной и доказанной скорости, с которой ядерная энергия добавлялась во Франции и Швеции во время их строительных программ в 1980-х годах. [335] [336] В аналогичном анализе Брук ранее определил, что 50% всей мировой энергии , включая транспортное синтетическое топливо и т. д., можно было бы вырабатывать в течение приблизительно 30 лет, если бы глобальная скорость производства ядерного деления была идентична исторически доказанным темпам установки, рассчитанным в ГВт в год на единицу мирового ВВП (ГВт/год/$). [337] Это контрастирует с концептуальными исследованиями для 100% возобновляемых энергетических систем, которые потребовали бы на порядок более дорогостоящих глобальных инвестиций в год, что не имеет исторического прецедента. [338] Эти сценарии возобновляемых источников энергии также потребовали бы гораздо больших земель, отведенных для проектов наземного ветра и наземной солнечной энергии. [337] [338] Брук отмечает, что «основные ограничения ядерного деления не являются техническими, экономическими или связанными с топливом, а вместо этого связаны со сложными вопросами общественного признания, фискальной и политической инертности и неадекватной критической оценки реальных ограничений, с которыми сталкиваются [другие] низкоуглеродные альтернативы». [337]
Научные данные показывают, что, если предположить уровень выбросов 2021 года, у человечества останется лишь углеродный бюджет, эквивалентный 11 годам выбросов, оставшимся для ограничения потепления до 1,5 °C [339] [340], в то время как строительство новых ядерных реакторов заняло в среднем 7,2–10,9 лет в 2018–2020 годах [332] , что значительно дольше, чем, наряду с другими мерами, масштабирование развертывания ветровой и солнечной энергетики, особенно для новых типов реакторов, а также является более рискованным, часто отложенным и более зависимым от государственной поддержки. [341] [342] [285] [287] [83] [343] [298] Исследователи предупреждают, что новые ядерные технологии, которые разрабатываются уже несколько десятилетий, [344] [83] [277] менее испытаны, имеют более высокие риски распространения , имеют больше новых проблем безопасности, часто далеки от коммерциализации и более дороги [277] [83] [243] [345] — не будут доступны вовремя. [79] [84] [346] [287] [347] [297] [348] Критики ядерной энергетики часто выступают только против энергии ядерного деления, но не против ядерного синтеза; однако маловероятно, что энергия термоядерного синтеза получит коммерческое распространение до 2050 года. [349] [350] [351] [352] [353]
Средняя площадь земель, используемых атомными электростанциями США на 1 ГВт установленной мощности, составляет 1,3 квадратных мили (3,4 км 2 ). [354] [355] Для ежегодной выработки того же количества электроэнергии (с учетом коэффициентов мощности ) от солнечных батарей потребуется около 60 квадратных миль (160 км 2 ), а от ветряной электростанции — около 310 квадратных миль (800 км 2 ). [354] [355] Сюда не входит земля, необходимая для соответствующих линий электропередачи, водоснабжения, железнодорожных линий, добычи и переработки ядерного топлива, а также для утилизации отходов. [356]
Текущие реакторы деления, действующие по всему миру, являются системами второго или третьего поколения , при этом большинство систем первого поколения уже выведены из эксплуатации. Исследования усовершенствованных типов реакторов поколения IV были официально начаты Международным форумом поколения IV (GIF) на основе восьми технологических целей, включая улучшение экономики, безопасности, устойчивости к распространению, использования природных ресурсов и возможности использования существующих ядерных отходов при производстве электроэнергии. Большинство этих реакторов существенно отличаются от ныне действующих легководных реакторов и, как ожидается, будут доступны для коммерческого строительства после 2030 года. [357]
Гибридная ядерная энергетика — это предлагаемый способ получения энергии с помощью комбинации процессов ядерного синтеза и деления. Концепция датируется 1950-ми годами и кратко отстаивалась Гансом Бете в 1970-х годах, но в значительной степени оставалась неисследованной до возрождения интереса в 2009 году из-за задержек в реализации чистого синтеза. Когда будет построена электростанция с устойчивым ядерным синтезом, она имеет потенциал быть способной извлекать всю энергию деления, которая остается в отработанном топливе деления, уменьшая объем ядерных отходов на порядки и, что более важно, устраняя все актиниды, присутствующие в отработанном топливе, вещества, которые вызывают проблемы безопасности. [358]
.jpg/1280px-U.S._Department_of_Energy_-_Science_-_425_003_001_(9786811206).jpg)
Реакции ядерного синтеза потенциально более безопасны и производят меньше радиоактивных отходов, чем деление. [359] [360] Эти реакции кажутся потенциально жизнеспособными, хотя технически довольно сложными и еще не созданы в масштабах, которые можно было бы использовать в функциональной электростанции. Энергия термоядерного синтеза находится в стадии теоретических и экспериментальных исследований с 1950-х годов. Исследования ядерного синтеза ведутся, но энергия термоядерного синтеза вряд ли станет коммерчески распространенной до 2050 года. [361] [362] [363]
Существует несколько экспериментальных ядерных реакторов и установок для термоядерного синтеза. Самый большой и амбициозный международный проект по термоядерному синтезу, который в настоящее время реализуется, — это ITER , большой токамак, строящийся во Франции. ITER, как планируется, проложит путь для коммерческой термоядерной энергетики, продемонстрировав самоподдерживающиеся реакции термоядерного синтеза с положительным приростом энергии. Строительство установки ITER началось в 2007 году, но проект столкнулся со многими задержками и перерасходом бюджета. В настоящее время ожидается, что установка не начнет работать до 2027 года — через 11 лет после первоначального ожидания. [364] Была предложена последующая коммерческая термоядерная электростанция DEMO . [349] [365] Существуют также предложения по электростанции, основанной на другом подходе к термоядерному синтезу, а именно на инерционной термоядерной электростанции .
Первоначально считалось, что производство электроэнергии с помощью термоядерного синтеза легко достижимо, как и производство электроэнергии с помощью деления. Однако экстремальные требования к непрерывным реакциям и удержанию плазмы привели к тому, что прогнозы были продлены на несколько десятилетий. В 2020 году, спустя более 80 лет после первых попыток , коммерциализация производства термоядерной энергии считалась маловероятной до 2050 года. [349] [350] [351] [352] [353]
Для улучшения и ускорения развития термоядерной энергетики Министерство энергетики США (DOE) выделило в 2023 году 46 миллионов долларов восьми фирмам, включая Commonwealth Fusion Systems и Tokamak Energy Inc. Эта амбициозная инициатива направлена на внедрение пилотного термоядерного синтеза в течение десятилетия. [366]
коммерческая переработка требует больших и дорогих установок, некоторые из которых идентифицируются по структуре, небольшая импровизированная операция с использованием стандартных промышленных поставок осуществима (Ferguson 1977, US GAO 1978). Такой завод может быть построен таким образом, чтобы не было никаких визуальных признаков, которые могли бы выдать его местоположение с помощью аэрофотосъемки, его можно построить за несколько месяцев, а после ввода в эксплуатацию он сможет производить оружейное количество расщепляющегося материала за несколько дней.
можно увидеть, что моделирование в сценарии A3 останавливается в 2075 г. из-за дефицита: соотношение R/P отменяется. Подробные расчеты также показывают, что, хотя это не отменяет себя в сценарии C2, отношение R/P постоянно ухудшается, снижаясь со 130 лет в 2013 году до 10 лет около 2100 года, что вызывает опасения по поводу дефицита в это время. Таким образом, ограничения по разведке влияют на безопасность поставок.
Мировая средняя концентрация в морской воде составляет 0,05 мкг/л (Harmsen and De Haan 1980)
Закон о политике в области ядерных отходов 1982 года (NWPA) определил облученное топливо как отработавшее ядерное топливо, а побочные продукты как высокоактивные отходы.
облучения в реакторе топливо торий-уранового цикла содержит примесь 232U (период полураспада 68,9 лет), цепочка радиоактивного распада которого включает излучатели (в частности 208Tl) гамма-излучения высокой энергии (2,6
МэВ). Это затрудняет обработку отработанного ториевого топлива, требует дистанционного обращения/контроля во время переработки и во время дальнейшего изготовления топлива, но, с другой стороны, может рассматриваться как дополнительный барьер нераспространения.
Сегодняшние основные источники энергии в основном невозобновляемые: природный газ, нефть, уголь, торф и обычная ядерная энергия. Существуют также возобновляемые источники, включая древесину, растения, навоз, падающую воду, геотермальные источники, солнечную, приливную, ветровую и волновую энергию, а также мышечную силу человека и животных. Ядерные реакторы, которые производят собственное топливо ('бридеры'), и в конечном итоге термоядерные реакторы также относятся к этой категории
началом эксплуатации атомной электростанции лицензиат должен создать или получить финансовый механизм, например, трастовый фонд или гарантию от материнской компании, чтобы гарантировать наличие достаточных средств для оплаты окончательного вывода из эксплуатации объекта.
По состоянию на 2001 год было построено около 235 морских реакторов.
Ядерная энергетика имеет более низкие риски для здоровья, связанные с электричеством, чем уголь, нефть и газ. ...бремя для здоровья заметно меньше при производстве из природного газа и еще ниже для ядерной энергетики. Это исследование включает в себя скрытые или косвенные смертельные случаи, например, вызванные вдыханием твердых частиц, созданных ископаемым топливом, сердечно-легочными событиями, вызванными смогом, черными легкими и т. д. в своем сравнении.
В совокупности литература по оценке жизненного цикла показывает, что ядерная энергетика аналогична другим возобновляемым источникам энергии и значительно ниже, чем ископаемое топливо, по общему жизненному циклу выбросов парниковых газов.
Мы приходим к выводу, что наше численное исследование подтверждает обзор литературы, т. е. экономика атомных электростанций не благоприятствует будущим инвестициям, даже если дополнительные расходы (вывод из эксплуатации, долгосрочное хранение) и социальные издержки аварий даже не учитываются.
У Швеции мало экономических оснований для реинвестирования в ядерную энергетику. Обильная гидроэнергетика позволяет создать недорогую возобновляемую энергетическую систему без ядерной энергетики.
Было предложено несколько вариантов гибкости для содействия интеграции VRE, включая объединение географически распределенных ресурсов, объединение различных типов VRE, создание гибких и диспетчерируемых генерирующих активов, переключение гибких нагрузок посредством реагирования на спрос, переключение генерации электроэнергии посредством хранения, сокращение избыточной генерации, соединения с секторами транспорта или отопления и улучшение методологий прогнозирования VRE (Delucchi and Jacobson 2011). В предыдущих исследованиях интеграции VRE рассматривались различные комбинации вариантов балансировки, но лишь немногие рассматривали все варианты гибкости одновременно.
Противники возобновляемой энергии любят подчеркивать изменчивость солнца и ветра как способ усилить поддержку угольных, газовых и атомных электростанций, которые могут легче работать по требованию или обеспечивать "базовую" (непрерывную) мощность. Аргумент используется для подрыва крупных инвестиций в возобновляемую энергетику, представляя риторический барьер для более высоких темпов внедрения ветра и солнца. Но реальность гораздо более благоприятна для чистой энергии.
Малые модульные реакторы были впервые разработаны в 1950-х годах для использования на атомных подводных лодках. С тех пор Rolls-Royce разработала реакторы для семи классов подводных лодок и два отдельных прототипа реакторов наземного базирования.
Определения из Викисловаря
Медиа из Commons
Новости из Викиновостей
Цитаты из Викицитатника
Тексты из Викиресурса
Учебники из WikibooksРесурсы из Викиверситета
