Ядерная энергетика – это использование ядерных реакций для производства электроэнергии . Ядерную энергию можно получить в результате ядерного деления , ядерного распада и реакций ядерного синтеза . В настоящее время подавляющее большинство электроэнергии на атомной энергетике производится путем ядерного деления урана и плутония на атомных электростанциях . Процессы ядерного распада используются в нишевых приложениях, таких как радиоизотопные термоэлектрические генераторы в некоторых космических зондах, таких как «Вояджер-2» . Производство электроэнергии за счет термоядерной энергии остается в центре внимания международных исследований.
На большинстве АЭС используются тепловые реакторы с обогащенным ураном в прямоточном топливном цикле . Топливо удаляется, когда процент атомов, поглощающих нейтроны, становится настолько большим, что цепная реакция больше не может поддерживаться, обычно через три года. Затем его охлаждают в течение нескольких лет в бассейнах отработавшего топлива на площадке , прежде чем перевести на долговременное хранение. Отработанное топливо, хотя и небольшое по объему, представляет собой высокоактивные отходы . Хотя его радиоактивность снижается в геометрической прогрессии, его необходимо изолировать от биосферы на сотни тысяч лет, хотя новые технологии (например, быстрые реакторы ) могут значительно снизить это явление. Поскольку отработавшее топливо по-прежнему в основном представляет собой расщепляющийся материал, некоторые страны (например, Франция и Россия ) перерабатывают свое отработавшее топливо путем извлечения делящихся и воспроизводящих элементов для изготовления нового топлива, хотя этот процесс более дорогой, чем производство нового топлива из добытого урана . Все реакторы выделяют некоторое количество плутония-239 , который содержится в отработавшем топливе, а поскольку Pu-239 является предпочтительным материалом для ядерного оружия , 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 быстро увеличилась в 1980-е годы, достигнув 300 ГВт к 1990 году . регулирование и общественное сопротивление атомным станциям. Эти факторы, наряду с высокой стоимостью строительства, привели к тому, что к 2022 году мировая установленная мощность увеличится только до 390 ГВт . второй по величине низкоуглеродный источник энергии после гидроэлектроэнергии . По состоянию на август 2023 года в мире насчитывается 410 гражданских реакторов деления общей мощностью 369 ГВт, [1] 57 строящихся и 102 запланированных общей мощностью 59 ГВт и 96 ГВт соответственно. Соединенные Штаты обладают крупнейшим парком ядерных реакторов, производящих почти 800 ТВтч низкоуглеродной электроэнергии в год при среднем коэффициенте мощности 92%. Средний мировой коэффициент мощности составляет 89%. [1] Большинство новых строящихся реакторов относятся к реакторам третьего поколения в Азии. [обновлять]
Сторонники утверждают, что ядерная энергетика является безопасным и устойчивым источником энергии, который снижает выбросы углекислого газа . Это связано с тем, что производство ядерной энергии вызывает один 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 несчастных случаев . Атомные электростанции также не выделяют парниковых газов и приводят к меньшим выбросам углерода в течение жизненного цикла, чем обычные «возобновляемые источники энергии». Новые радиологические опасности, связанные с ядерной энергетикой, являются основной мотивацией антиядерного движения , которое утверждает, что ядерная энергетика представляет собой множество угроз для людей и окружающей среды, ссылаясь на возможность таких аварий , как ядерная катастрофа на Фукусиме в Японии в 2011 году, и слишком дорого/медленно в развертывании 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 , описывающей компоненты атомов . Вскоре после открытия процесса деления стало понятно, что делящееся ядро может вызывать дальнейшие деления ядер, вызывая тем самым самоподдерживающуюся цепную реакцию. [3] Как только это было экспериментально подтверждено в 1939 году, ученые многих стран обратились к своим правительствам с петициями о поддержке исследований 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 « Чикаго Пайл-1» , который достиг критического состояния 2 декабря 1942 года. Разработка реактора была частью Манхэттенского проекта , усилий союзников по созданию ядерного оружия. создать атомную бомбу во время Второй мировой войны. Это привело к строительству более крупных одноцелевых производственных реакторов для производства оружейного плутония для использования в первом ядерном оружии. Соединенные Штаты испытали первое ядерное оружие в июле 1945 года, испытание «Тринити» , а месяц спустя произошли атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки .
.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 в отношении потенциала ядерной энергетики для обеспечения дешевой и бесконечной энергии. [6] Впервые электричество было получено с помощью ядерного реактора 20 декабря 1951 года на экспериментальной станции EBR-I недалеко от Арко, штат Айдахо , который первоначально производил около 100 кВт . [7] [8] В 1953 году американский президент Дуайт Эйзенхауэр произнес свою речь « Атом для мира » в Организации Объединенных Наций , подчеркнув необходимость быстрого развития «мирного» использования ядерной энергии. За этим последовал Закон об атомной энергии 1954 года , который позволил быстро рассекретить реакторную технологию США и стимулировал развитие частного сектора.
Первой организацией, которая начала практическое развитие ядерной энергетики, был ВМС США с реактором S1W , предназначенным для приведения в движение подводных лодок и авианосцев . Первая атомная подводная лодка, USS Nautilus , была выведена в море в январе 1954 года. [9] [10] Реактор S1W представлял собой реактор с водой под давлением . Эта конструкция была выбрана потому, что она была проще, компактнее и проще в эксплуатации по сравнению с альтернативными конструкциями и, следовательно, более подходила для использования на подводных лодках. Это решение приведет к тому, что реактор PWR станет предпочтительным реактором и для производства электроэнергии, что окажет долгосрочное влияние на гражданский рынок электроэнергии в ближайшие годы. [11]
27 июня 1954 года Обнинская атомная электростанция в СССР стала первой в мире атомной электростанцией, вырабатывающей электроэнергию для энергосистемы , производя около 5 мегаватт электроэнергии. [12] Первая в мире коммерческая атомная электростанция Колдер-Холл в Виндскейле, Англия, была подключена к национальной энергосистеме 27 августа 1956 года. Как и ряд других реакторов I поколения , эта станция имела двойную цель: производство электроэнергии и плутоний-239 , последний для зарождающейся программы создания ядерного оружия в Великобритании . [13]
Общая мировая установленная ядерная мощность первоначально росла относительно быстро: 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 растущие экономические издержки (связанные с увеличением сроков строительства, в основном из-за нормативных изменений и судебных разбирательств групп давления) [14] и падение цен на ископаемое топливо сделали строившиеся тогда атомные электростанции менее привлекательными. В 1980-х годах в США и 1990-х годах в Европе из-за равномерного роста электросетей и либерализации электроэнергетики добавление новых крупных генераторов энергии с базовой нагрузкой стало 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 производился за счет 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 проблемы связаны с ядерными авариями , распространением ядерного оружия , ядерным терроризмом и захоронением радиоактивных отходов . [21] В начале 1970-х годов прошли крупные протесты по поводу предлагаемого строительства атомной электростанции в Виле , Германия. Проект был отменен в 1975 году. Антиядерный успех в Уиле вдохновил сопротивление ядерной энергетике в других частях Европы и Северной Америки. [22] [23]
К середине 1970-х годов антиядерная активность приобрела более широкую привлекательность и влияние, и ядерная энергетика стала предметом серьезного общественного протеста. [24] [25] В некоторых странах ядерно-энергетический конфликт «достиг беспрецедентной интенсивности в истории технологических противоречий». [26] [27] Возросшая общественная враждебность к атомной энергетике привела к более длительному процессу получения лицензий, правилам и повышенным требованиям к оборудованию для обеспечения безопасности, что сделало новое строительство намного дороже. [28] [29] В Соединенных Штатах более 120 предложений по реакторам LWR были в конечном итоге отменены [30] , а строительство новых реакторов было остановлено. [31] Авария 1979 года на Три-Майл-Айленде без человеческих жертв сыграла важную роль в сокращении количества новых заводов, построенных во многих странах. [20]
В 1980-е годы в среднем каждые 17 дней запускался один новый ядерный реактор. [32] К концу десятилетия мировая установленная ядерная мощность достигла 300 ГВт. С конца 1980-х годов прирост новых мощностей значительно замедлился: в 2005 году установленная атомная мощность достигла 366 ГВт.
Чернобыльская катастрофа 1986 года в СССР , связанная с реактором РБМК , изменила развитие атомной энергетики и привела к большему вниманию к соблюдению международных стандартов безопасности и регулирования. [33] Это считается самой страшной ядерной катастрофой в истории как по общему количеству жертв (56 прямых смертей), так и в финансовом отношении (ликвидация последствий аварии и ее 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 атомной энергетики (ВАО АЭС), была создана в результате чернобыльской аварии 1986 года. Чернобыльская катастрофа сыграла большую роль в сокращении количества новых строек 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 атомную энергетику ожидал ядерный ренессанс , увеличение строительства новых реакторов из-за опасений по поводу выбросов углекислого газа . [37] В этот период началось строительство новых реакторов поколения III , таких как EPR .
Перспективы ядерного ренессанса были отложены еще одной ядерной аварией. [37] [39] Авария на АЭС «Фукусима-дайити» в 2011 году была вызвана землетрясением и цунами Тохоку , одним из крупнейших землетрясений, когда-либо зарегистрированных. На АЭС Фукусима-дайити произошло три аварии активной зоны из-за отказа системы аварийного охлаждения из-за отсутствия электроснабжения. Это привело к самой серьезной ядерной аварии со времен Чернобыльской катастрофы.
Авария вызвала пересмотр политики ядерной безопасности и ядерной энергетики во многих странах. [40] Германия одобрила планы закрыть все свои реакторы к 2022 году, а многие другие страны пересмотрели свои ядерно-энергетические программы. [41] [42] [43] [44] После катастрофы Япония остановила все свои ядерные энергетические реакторы, некоторые из них навсегда, а в 2015 году начала постепенный процесс перезапуска оставшихся 40 реакторов после проверок безопасности и на основании о пересмотренных критериях деятельности 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 выступает за исследования и строительство новых, более безопасных атомных электростанций, чтобы защитить японских потребителей от колебаний рынка ископаемого топлива и сократить выбросы парниковых газов в Японии. [47] Кисида намерен сделать Японию важным экспортером ядерной энергии и технологий в развивающиеся страны по всему миру.. [47]
К 2015 году перспективы МАГАТЭ в области ядерной энергетики стали более многообещающими, поскольку было признано значение низкоуглеродной генерации для смягчения последствий изменения климата . [48] По состоянию на 2015 год [обновлять]глобальная тенденция заключалась в том, что ввод в эксплуатацию новых атомных электростанций уравновешивался количеством выводимых из эксплуатации старых станций. [49] В 2016 году Управление энергетической информации США прогнозировало в своем «базовом сценарии», что мировая выработка ядерной энергии увеличится с 2344 тераватт-часов (ТВт-ч) в 2012 году до 4500 ТВт-ч в 2040 году. Ожидалось, что большая часть прогнозируемого увеличения произойдет в Азия. [50] По состоянию на 2018 год запланировано строительство более 150 ядерных реакторов, в том числе 50 строящихся. [51] В январе 2019 года в Китае действовало 45 реакторов, 13 строилось, и планируется построить еще 43, что сделает его крупнейшим в мире производителем ядерной электроэнергии. [52] По данным на 2021 год, в стадии строительства находилось 17 реакторов. Китай построил значительно меньше реакторов, чем первоначально планировалось, его доля электроэнергии от атомной энергетики составила 5% в 2019 году [53], и наблюдатели предупреждают, что, наряду с рисками, меняющаяся экономика производства энергии может привести к тому, что новые атомные электростанции «не будут работать». больше не имеет смысла в мире, который склоняется к более дешевой и надежной возобновляемой энергии». [54] [55]
В октябре 2021 года кабинет министров Японии утвердил новый План производства электроэнергии до 2030 года, подготовленный Агентством природных ресурсов и энергетики (ANRE) и консультативным комитетом после консультаций с общественностью. Ядерная цель на 2030 год требует перезапуска еще десяти реакторов. Премьер-министр Фумио Кисида в июле 2022 года объявил, что стране следует рассмотреть возможность строительства современных 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, а Германия перезапускает свои угольные электростанции, чтобы справиться с потерей российского газа, который ей необходим для дополнения своего энергетического поворота , [57] многие другие страны объявили об амбициозных планах по оживлению устаревшей атомной энергетики. генерирующие мощности с новыми инвестициями. Президент Франции Эммануэль Макрон объявил о своем намерении построить шесть новых реакторов в ближайшие десятилетия, поставив атомную 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 планируют построить два различных усовершенствованных ядерных реактора к 2027 году, а также планируют дальнейшее внедрение атомной энергетики в рамках своих долгосрочных целей в области зеленой энергетики и энергетической безопасности. [59]
Атомные электростанции — это тепловые электростанции , которые вырабатывают электроэнергию, используя тепловую энергию , выделяющуюся в результате ядерного деления . Атомная электростанция деления обычно состоит из: ядерного реактора , в котором происходят ядерные реакции, выделяющие тепло; система охлаждения, отводящая тепло изнутри реактора; паровая турбина , преобразующая тепло в механическую энергию ; электрический генератор , преобразующий механическую энергию в электрическую. [61]
Когда нейтрон попадает в ядро атома урана-235 или плутония , он может разделить ядро на два меньших ядра, что представляет собой реакцию ядерного деления. Реакция высвобождает энергию и нейтроны. Высвободившиеся нейтроны могут поражать другие ядра урана или плутония, вызывая новые реакции деления, в результате которых выделяется больше энергии и больше нейтронов. Это называется цепной реакцией . В большинстве коммерческих реакторов скорость реакции сдерживается регулирующими стержнями , поглощающими лишние нейтроны. Управляемость ядерных реакторов зависит от того, что небольшая часть нейтронов, образующихся при делении, задерживается . Временная задержка между делением и высвобождением нейтронов замедляет изменение скорости реакции и дает время для перемещения стержней управления для регулировки скорости реакции. [61] [62]
Жизненный цикл ядерного топлива начинается с добычи урана . Затем урановую руду преобразуют в компактную форму рудного концентрата , известную как желтый кек (U 3 O 8 ), для облегчения транспортировки. [63] Реакторам деления обычно нужен уран-235 , делящийся изотоп урана . Концентрация урана-235 в природном уране очень низкая (около 0,7%). Некоторые реакторы могут использовать этот природный уран в качестве топлива, в зависимости от их нейтронной экономики . Эти реакторы обычно имеют графитовые или тяжеловодные замедлители. Для легководных реакторов, наиболее распространенного типа реакторов, эта концентрация слишком мала, 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, которую затем спекают под давлением в топливные таблетки, стопка которых образует топливные стержни надлежащего состава и геометрии для конкретного реактора. [64]
Через некоторое время в реакторе топливо будет иметь уменьшенное количество делящегося материала и увеличенное количество продуктов деления, пока его использование не станет нецелесообразным. [64] На этом этапе отработавшее топливо будет перемещено в бассейн с отработавшим топливом , который обеспечивает охлаждение теплового излучения и защиту от ионизирующего излучения. Через несколько месяцев или лет отработавшее топливо становится достаточно радиоактивно и термически холодным, чтобы его можно было переместить в сухие контейнеры для хранения или переработать. [64]
.svg/1280px-Uranium_enrichment_proportions_(horizontal).svg.png)
Уран — довольно распространенный элемент в земной коре: он примерно так же распространен, как олово или германий , и примерно в 40 раз чаще, чем серебро . [65] Уран присутствует в следовых концентрациях в большинстве горных пород, грязи и океанской воде, но, как правило, экономически выгодно извлекается только там, где он присутствует в высоких концентрациях. Добыча урана может осуществляться подземным, открытым способом или с выщелачиванием на месте . Все большее число шахт с самой высокой производительностью приходится на удаленные подземные разработки, такие как урановый рудник Макартур-Ривер в Канаде, на который приходится 13% мирового производства. По состоянию на 2011 год известных мировых ресурсов урана, экономически извлекаемых при произвольной предельной цене в 130 долларов США за кг, было достаточно, чтобы хватило на период от 70 до 100 лет. [66] [67] [68] В 2007 году ОЭСР оценила 670 лет экономически извлекаемого урана в общих традиционных ресурсах и фосфатных рудах, исходя из текущих темпов 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, а новые реакторы также обеспечивают более эффективное использование имеющихся ресурсов, чем старые. [70] При чистом топливном цикле реактора на быстрых нейтронах с выгоранием всего урана и актинидов (которые в настоящее время составляют наиболее опасные вещества в ядерных отходах), общий запас урана в обычных ресурсах и фосфатной руде оценивается в 160 000 лет. по цене 60–100 долларов США/кг. [71] Однако переработка является дорогостоящей, возможно опасной и может быть использована для производства ядерного оружия. [72] [73] [74] [75] [76] Один анализ показал, что цены на уран могут вырасти на два порядка в период между 2035 и 2100 годами и что ближе к концу века может возникнуть дефицит. [77] Исследование, проведенное в 2017 году исследователями из Массачусетского технологического института и WHOI , показало, что «при нынешних темпах потребления мировые традиционные запасы земного урана (примерно 7,6 миллиона тонн) могут быть истощены чуть более чем через столетие». [78] Ограниченные поставки урана-235 могут препятствовать существенному расширению нынешних ядерных технологий. [79] Хотя изучаются различные способы снижения зависимости от таких ресурсов, [80] [81] [82] считается, что новые ядерные технологии не доступны вовремя для целей смягчения последствий изменения климата или конкуренции с альтернативами возобновляемых источников энергии в дополнение к 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 на расширенные ядерные объекты [85] , а различные формы добычи полезных ископаемых могут быть поставлены под угрозу экологическими барьерами, затратами, и требования к земле. [86] [87] Исследователи также сообщают о значительной импортозависимости 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 производство ядерного топлива из морской воды будет экономически конкурентоспособным, если этот процесс будет реализован в больших масштабах. [96] Как и ископаемое топливо, в геологических временных масштабах уран, добываемый в промышленных масштабах из морской воды, будет пополняться как за счет речной эрозии горных пород, так и за счет естественного процесса растворения урана с поверхности дна океана, оба из которых сохраняют растворимость . равновесия концентрации морской воды на стабильном уровне. [95] Некоторые комментаторы утверждают, что это усиливает аргументы в пользу того, что ядерную энергетику следует считать возобновляемой энергией . [97]
При нормальной работе атомных электростанций и объектов образуются радиоактивные отходы или ядерные отходы. Этот вид отходов также образуется при выводе из эксплуатации электростанций. Существует две широкие категории ядерных отходов: низкоактивные отходы и высокоактивные отходы. [99] Первый имеет низкую радиоактивность и включает в себя загрязненные предметы, такие как одежда, которая представляет ограниченную угрозу. Высокоактивные отходы – это, главным образом, отработавшее топливо ядерных реакторов, которое очень радиоактивно и должно быть охлаждено, а затем безопасно захоронено или переработано. [99]
Наиболее важным потоком отходов атомных энергетических реакторов является отработанное ядерное топливо , которое считается высокоактивными отходами . Для 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 основную часть кратковременной радиоактивности, тогда как плутоний и другие трансурановые соединения ответственны за основную часть долговременной радиоактивности. [102]
Высокоактивные отходы (ВАО) должны храниться изолированно от биосферы с достаточной защитой, чтобы ограничить радиационное воздействие. После извлечения из реакторов отработанные топливные пучки хранятся в течение шести-десяти лет в бассейнах отработавшего топлива , которые обеспечивают охлаждение и защиту от радиации. После этого топливо достаточно остыло, чтобы его можно было безопасно переместить в сухие бочки . [103] Радиоактивность со временем уменьшается в геометрической прогрессии, 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] синхронную обработку или глубокое геологическое хранение. [106] [107] [108] [109]
Реакторы на тепловых нейтронах , составляющие в настоящее время большую часть мирового парка, не могут сжигать реакторный плутоний , образующийся при работе реактора. Это ограничивает срок службы ядерного топлива несколькими годами. В некоторых странах, например в США, отработавшее топливо полностью классифицируется как ядерные отходы. [110] В других странах, таких как Франция, его в основном перерабатывают для производства частично переработанного топлива, известного как смешанное оксидное топливо или МОКС . Для отработавшего топлива, не подвергающегося переработке, наиболее опасными изотопами являются среднеживущие трансурановые элементы , во главе которых стоит реакторный плутоний (период полураспада 24 000 лет). [111] Некоторые предлагаемые конструкции реакторов, такие как интегральный быстрый реактор и реакторы на расплавах солей , могут использовать в качестве топлива плутоний и другие актиниды в отработавшем 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 образованию аналогичных продуктов деления, хотя и создает гораздо меньшую долю трансурановых элементов в результате захвата нейтронов внутри реактора. Отработанное ториевое топливо, хотя обращаться с ним сложнее, чем с отработанным урановым топливом, может представлять несколько меньший риск распространения. [115]
Атомная 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) материалов, из которых построен сам реактор. Низкоактивные отходы можно хранить 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 количества промышленных токсичных отходов, большая часть которых остается опасной в течение длительного периода времени. [70] В целом, ядерная энергетика производит гораздо меньше отходов по объему, чем электростанции, работающие на ископаемом топливе. [117] Угольные электростанции, в частности, производят большое количество токсичной и умеренно радиоактивной золы в результате концентрации природных радиоактивных материалов в угле. [118] В отчете Окриджской национальной лаборатории за 2008 год был сделан вывод о том, что угольная энергетика на самом деле приводит к большему выбросу радиоактивности в окружающую среду, чем при эксплуатации атомной энергетики, и что эффективный эквивалент дозы для населения от радиации от угольных электростанций в 100 раз больше, чем от эксплуатации угольных электростанций. АЭС. [119] Хотя угольная зола гораздо менее радиоактивна, чем отработанное ядерное топливо по весу, угольная зола образуется в гораздо больших количествах на единицу произведенной энергии. Он 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 производимой энергией. Например, на атомной электростанции Янки-Роу , которая за время эксплуатации выработала 44 миллиарда киловатт-часов электроэнергии, полный запас отработавшего топлива содержится в шестнадцати контейнерах. [121] Подсчитано, что для производства пожизненного запаса энергии для человека при западном уровне жизни (приблизительно 3 ГВтч ) потребуется порядка объёма банки из-под газировки низкообогащённого урана , в результате чего получится аналогичный объём. образовавшегося отработанного топлива. [122] [123] [124]
После временного хранения в бассейне отработанного топлива пучки отработанных тепловыделяющих сборок типичной атомной электростанции часто хранятся на площадке в резервуарах для хранения в сухих контейнерах . [125] В настоящее время отходы в основном хранятся на отдельных реакторных площадках, и в мире существует более 430 мест, где продолжают накапливаться радиоактивные материалы.
Утилизация ядерных отходов часто считается наиболее политически вызывающим разногласия аспектом жизненного цикла атомной электростанции. [126] Из-за отсутствия перемещения ядерных отходов в естественных ядерных реакторах деления возрастом 2 миллиарда лет в Окло , Габон называют «сегодняшним источником важной информации». [127] [128] Эксперты предполагают, что централизованные подземные хранилища, которые хорошо управляются, охраняются и контролируются, были бы огромным улучшением. [126] Существует «международный консенсус о целесообразности хранения ядерных отходов в глубоких геологических хранилищах ». [129] С появлением новых технологий были предложены и другие методы, в том числе захоронение горизонтальных скважин в геологически неактивных районах. [130] [131]
Специально построенных подземных хранилищ высокоактивных отходов промышленного масштаба не существует. [129] [132] [133] Однако в Финляндии с 2015 года строится хранилище отработавшего ядерного топлива Онкало АЭС Олкилуото. [134]
Большинство реакторов на тепловых нейтронах работают по прямоточному ядерному топливному циклу , главным образом из-за низкой цены на свежий уран. Однако многие реакторы также заправляются переработанными расщепляющимися материалами, которые остаются в отработавшем ядерном топливе. Наиболее распространенным расщепляющимся материалом, который перерабатывается, является плутоний реакторного качества (RGPu), который извлекается из отработанного топлива, смешивается с оксидом урана и перерабатывается в смешанное оксидное или МОКС-топливо . Поскольку тепловые LWR остаются наиболее распространенным реактором в мире, этот тип переработки является наиболее распространенным. Считается, что это повысит устойчивость ядерного топливного цикла, уменьшит привлекательность отработанного топлива для кражи и уменьшит 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 являются предпочтительными для достижения полного энергетического потенциала исходного урана. [136] [137]
Основным компонентом отработавшего топлива 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 обогатить 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 потенциально может восстановить до 95% уранового и плутониевого топлива в отработавшем ядерном топливе, а также снизить долговременную радиоактивность оставшихся отходов. Однако переработка вызывает политические споры из-за возможности ядерного распространения и различных представлений о повышении уязвимости перед ядерным терроризмом . [136] [142] Переработка также приводит к более высокой стоимости топлива по сравнению с прямоточным топливным циклом. [136] [142] Хотя переработка уменьшает объем высокоактивных отходов, она не уменьшает количество продуктов деления , которые являются основными причинами остаточного тепловыделения и радиоактивности в течение первых нескольких столетий вне реактора. Таким образом, переработанные отходы по-прежнему требуют почти идентичного обращения в течение первых нескольких сотен лет.
Переработка гражданского топлива энергетических реакторов в настоящее время осуществляется во Франции, Великобритании, России, Японии и Индии. В США отработавшее ядерное топливо в настоящее время не перерабатывается. [138] Завод по переработке в Ла-Гаге во Франции работает в коммерческих целях с 1976 года и по состоянию на 2010 год отвечает за половину мировой переработки. [143] Он производит МОХ-топливо из отработавшего топлива, полученного из нескольких стран. По состоянию на 2015 год было переработано более 32 000 тонн отработавшего топлива, большая часть из Франции, 17% из Германии и 9% из Японии. [144]
Разведение — это процесс преобразования неделящегося материала в делящийся материал, который можно использовать в качестве ядерного топлива. Неделящийся материал, который можно использовать для этого процесса, называется воспроизводящим материалом и составляет подавляющее большинство нынешних ядерных отходов. Этот процесс размножения происходит естественным образом в реакторах-размножителях . В отличие от легководных реакторов на тепловых нейтронах, в которых используется уран-235 (0,7% всего природного урана), в реакторах-размножителях на быстрых нейтронах используется уран-238 (99,3% всего природного урана) или торий. Ряд топливных циклов и комбинаций реакторов-размножителей считаются устойчивыми или возобновляемыми источниками энергии. [145] [146] В 2006 году было подсчитано, что благодаря добыче морской воды, вероятно, имеется запас урана на пять миллиардов лет для использования в реакторах-размножителях. [147]
Технология бридеров использовалась в нескольких реакторах, но по состоянию на 2006 год высокая стоимость безопасной переработки топлива требует цены на уран более 200 долларов США за кг, прежде чем она станет экономически оправданной. [148] Реакторы-размножители, однако, разрабатываются из-за их способности сжигать все актиниды (наиболее активные и опасные компоненты) в существующем запасе ядерных отходов, а также производить электроэнергию и создавать дополнительные количества топлива для большего количества реакторов через процесс размножения. [149] [150] По состоянию на 2017 год в России действуют два бридера, производящие коммерческую электроэнергию: реактор БН-600 и реактор БН-800 . [151] Реактор -размножитель «Феникс» во Франции был остановлен в 2009 году после 36 лет эксплуатации. [151] И Китай, и Индия строят реакторы-размножители. Индийский прототип реактора-размножителя на быстрых нейтронах мощностью 500 МВт находится на этапе ввода в эксплуатацию [152] и планируется построить еще несколько реакторов. [153]
Другой альтернативой размножителям быстрых нейтронов являются реакторы-размножители тепловых нейтронов, в которых в ториевом топливном цикле используется уран-233, полученный из тория . [154] Торий примерно в 3,5 раза чаще встречается в земной коре, чем уран, и имеет различные географические характеристики. [154] Трехступенчатая программа ядерной энергетики Индии предполагает использование ториевого топливного цикла на третьем этапе, поскольку там имеются большие запасы тория, но мало урана. [154]
Вывод из эксплуатации — это процесс демонтажа ядерной установки до такой степени, что она больше не требует мер радиационной защиты, [155] возвращая установку и ее части на достаточно безопасный уровень, чтобы их можно было передать для других целей. [156] Из-за присутствия радиоактивных материалов вывод из эксплуатации ядерных объектов представляет собой технические и экономические проблемы. [157] Затраты на вывод из эксплуатации обычно распределяются на весь срок эксплуатации объекта и сохраняются в фонде вывода из эксплуатации. [158]
Мировое производство электроэнергии по источникам в 2021 году (общая выработка составила 28 петаватт-часов ) [160]
В 2019 году гражданская атомная энергетика обеспечила 2586 тераватт-часов (ТВтч) электроэнергии, что эквивалентно примерно 10% мирового производства электроэнергии , и была вторым по величине источником энергии с низким уровнем выбросов углекислого газа после гидроэлектроэнергии . [38] [161] Поскольку на электроэнергию приходится около 25% мирового энергопотребления , вклад ядерной энергетики в мировую энергетику в 2011 году составил около 2,5% . [162] Это немного больше, чем совокупное глобальное производство электроэнергии за счет ветровой, солнечной и солнечной энергии. биомасса и геотермальная энергия, которые вместе обеспечили 2% мирового конечного потребления энергии в 2014 году. [163] Доля ядерной энергетики в мировом производстве электроэнергии упала 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 общей электрической мощностью 392 гигаватт (ГВт). Также ведется строительство 56 атомных энергетических реакторов и запланировано строительство 96 реакторов общей мощностью 62 ГВт и 96 ГВт соответственно. [165] Соединенные Штаты обладают крупнейшим парком ядерных реакторов, вырабатывающих более 800 ТВтч в год со средним коэффициентом использования мощности 92%. [166] Большинство строящихся реакторов относятся к реакторам третьего поколения в Азии. [167]
Региональные различия в использовании ядерной энергии значительны. Соединенные Штаты производят больше всего ядерной энергии в мире: ядерная энергетика обеспечивает 20% потребляемой ими электроэнергии, а Франция производит самый высокий процент своей электроэнергии из ядерных реакторов — 71% в 2019 году. [18] В Европейском Союзе По состоянию на 2018 год ядерная энергетика обеспечивает 26% электроэнергии . электричество. [170] Политика в области ядерной энергетики различается в странах Европейского Союза, а в некоторых странах, таких как Австрия, Эстония , Ирландия и Италия , нет действующих атомных электростанций.
Кроме того, в эксплуатации находилось около 140 военно-морских кораблей, использующих ядерные силовые установки и примерно 180 реакторов. [171] [172] К ним относятся военные и некоторые гражданские суда, такие как атомные ледоколы . [173]
Продолжаются международные исследования дополнительных видов 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 от выбора источников энергии зависят многомиллиардные инвестиции. Атомные электростанции обычно требуют высоких капитальных затрат на строительство станции. По этой причине сравнение с другими методами производства электроэнергии сильно зависит от предположений о сроках строительства и капитальном финансировании атомных электростанций. Затраты на топливо составляют около 30 процентов эксплуатационных расходов, а цены зависят от рынка. [175]
Высокая стоимость строительства является одной из самых больших проблем для АЭС. Стоимость новой электростанции мощностью 1100 МВт оценивается в сумму от 6 до 9 миллиардов долларов. [176] Тенденции стоимости атомной энергии демонстрируют большие различия в зависимости от страны, дизайна, темпов строительства и уровня знаний в области опыта. Единственными двумя странами, по которым доступны данные, в которых затраты снизились в 2000-х годах, были Индия и Южная Корея. [177]
Анализ экономики ядерной энергетики должен также учитывать, кто несет риски будущих неопределенностей. По состоянию на 2010 год все действующие атомные электростанции были построены государственными или регулируемыми электроэнергетическими монополиями. [178] Многие страны с тех пор либерализовали рынок электроэнергии , где эти риски, а также риск появления более дешевых конкурентов до того, как капитальные затраты будут возмещены, несут поставщики и операторы электростанций, а не потребители, что приводит к существенно различной оценке экономики новые атомные электростанции. [179]
Согласно анализу Международного энергетического агентства и Агентства по ядерной энергии ОЭСР , приведенная стоимость электроэнергии ( LCOE) от новой атомной электростанции оценивается в 69 долларов США/МВтч . Это представляет собой среднюю смету затрат на строительство n-ной атомной электростанции, строительство которой будет завершено в 2025 году, со ставкой дисконтирования 7%. Ядерная энергетика оказалась наименее затратным вариантом среди диспетчерских технологий . [180] Переменные возобновляемые источники энергии могут генерировать более дешевую электроэнергию: средняя стоимость береговой ветровой энергии оценивается в 50 долларов США/МВтч, а солнечной энергии для коммунальных предприятий – 56 долларов США/МВтч. [180] При предполагаемой стоимости выбросов CO 2 в 30 долларов США/тонна электроэнергия из угля (88 долларов США/МВтч) и газа (71 долларов США/МВтч) обходится дороже, чем низкоуглеродные технологии. Электроэнергия от долгосрочной эксплуатации атомных электростанций с продлением срока службы оказалась наименее затратным вариантом - 32 доллара США/МВтч. [180] Меры по смягчению последствий глобального потепления , такие как налог на выбросы углерода или торговля выбросами углерода , могут способствовать экономике ядерной энергетики. [181] [182] Экстремальные погодные явления, в том числе явления, усугубившиеся изменением климата, в небольшой степени снижают надежность всех источников энергии, включая ядерную энергию, в зависимости от местоположения. [183] [184]
Новые небольшие модульные реакторы , например, разработанные NuScale Power , направлены на снижение инвестиционных затрат на новое строительство за счет уменьшения размеров реакторов и их модульности, чтобы их можно было строить на заводе.
Некоторые конструкции на раннем этапе имели значительную положительную экономику, например CANDU , который реализовал гораздо более высокий коэффициент мощности и надежность по сравнению с легководными реакторами поколения II до 1990-х годов. [185]
Атомные электростанции, хотя и способны поддерживать некоторую нагрузку на сеть , обычно эксплуатируются настолько долго, насколько это возможно, чтобы поддерживать как можно более низкую стоимость вырабатываемой электроэнергии, поставляя в основном электроэнергию для базовой нагрузки . [186] Благодаря конструкции реактора с перегрузкой топлива в режиме онлайн, реакторы PHWR (частью которых является конструкция CANDU) продолжают удерживать многие мировые рекорды по самому продолжительному непрерывному производству электроэнергии, часто более 800 дней. [187] Конкретный рекорд по состоянию на 2019 год принадлежит PHWR на АЭС Кайга , который непрерывно вырабатывает электроэнергию в течение 962 дней. [188]
Затраты, не учитываемые в расчетах LCOE, включают средства на исследования и разработки, а также стихийные бедствия (катастрофа на Фукусиме, по оценкам, обойдется налогоплательщикам в ≈187 миллиардов долларов [189] ). Было обнаружено, что в некоторых случаях правительства заставляют «потребителей платить авансом за потенциальное перерасход средств» [84] или субсидируют нерентабельную ядерную энергетику [190] или обязаны это делать. [55] Атомные операторы обязаны платить за утилизацию отходов в ЕС. [191] Сообщается, что 40 лет назад в США Конгресс решил, что нация, а не частные компании, будет нести ответственность за хранение радиоактивных отходов, а расходы будут оплачивать налогоплательщики. [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 полностью», и отмечается случай с немецким объектом глубокого геологического захоронения Ассе II , где За крупные объемы отходов приходится платить налогоплательщикам. [193] Аналогичным образом, часть затрат на другие виды энергии, включая ископаемое топливо и возобновляемые источники энергии, покрывается государством. [194]
Наиболее распространенным применением ядерной энергии в космосе является использование радиоизотопных термоэлектрических генераторов , которые используют радиоактивный распад для выработки энергии. Эти генераторы энергии имеют относительно небольшие размеры (несколько кВт) и в основном используются для питания космических миссий и экспериментов в течение длительных периодов времени, когда солнечная энергия недоступна в достаточном количестве, например, в космическом зонде «Вояджер-2» . [195] Несколько космических аппаратов были запущены с использованием ядерных реакторов : 34 реактора относятся к советской серии РОРСАТ и один — американский SNAP-10A . [195]
И деление , и термоядерный синтез кажутся многообещающими для применения в космических двигателях , обеспечивая более высокие скорости полета с меньшей реакционной массой . [195] [196]
.svg/1280px-Death_rates_from_energy_production_per_TWh_(including_solar).svg.png)
Атомные электростанции имеют три уникальные характеристики, 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 , составляющие большую часть высокорадиоактивных веществ в реакторе, продолжают выделять значительное количество остаточного тепла даже после остановки цепной реакции деления. Если тепло невозможно отвести от реактора, топливные стержни могут перегреться и привести к выбросу радиоактивных материалов. В-третьих, в некоторых конструкциях реакторов возможна авария с критичностью (резкое увеличение мощности реактора), если цепную реакцию невозможно контролировать. 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 - концепцией, известной как отрицательный пустотный коэффициент реактивности. Если температура или количество пара в реакторе увеличивается, скорость деления по своей сути снижается. Цепную реакцию также можно остановить вручную, вставив стержни управления в активную зону реактора. Системы аварийного охлаждения активной зоны (САОЗ) могут отводить остаточное тепло из реактора в случае выхода из строя обычных систем охлаждения. [198] В случае выхода из строя САОЗ множественные физические барьеры ограничивают выброс радиоактивных материалов в окружающую среду даже в случае аварии. Последним физическим барьером является большое здание содержания . [197]
При уровне смертности 0,03 на ТВтч ядерная энергетика является вторым самым безопасным источником энергии на единицу произведенной энергии после солнечной энергии с точки зрения смертности, если учитывать исторический послужной список. [199] Энергия, производимая углем, нефтью, природным газом и гидроэнергетикой, стала причиной большего количества смертей на единицу произведенной энергии из-за загрязнения воздуха и аварий на энергетике . Это обнаруживается при сравнении немедленных смертей от других источников энергии с немедленными и скрытыми или прогнозируемыми косвенными смертями от рака в результате аварий на атомной энергетике. [200] [201] При сравнении прямых и косвенных смертельных случаев (включая смертельные случаи в результате горных работ и загрязнения воздуха) от ядерной энергетики и ископаемого топлива, [202] было подсчитано, что использование ядерной энергии 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 производилась бы за счет ископаемого топлива. [203] [204] После ядерной катастрофы на Фукусиме в 2011 году было подсчитано, что, если бы Япония никогда не перешла на ядерную энергетику, аварии и загрязнение от угольных или газовых электростанций привели бы к большему количеству потерянных лет жизни. [205]
Серьезные последствия ядерных аварий зачастую напрямую связаны не с радиационным воздействием, а скорее с социальными и психологическими последствиями. Эвакуация и длительное перемещение пострадавшего населения создали проблемы для многих людей, особенно пожилых людей и пациентов больниц. [206] Принудительная эвакуация после ядерной аварии может привести к социальной изоляции, тревоге, депрессии, психосоматическим медицинским проблемам, безрассудному поведению и самоубийству. Комплексное исследование последствий чернобыльской катастрофы, проведенное в 2005 году, пришло к выводу, что последствия аварии для психического здоровья являются крупнейшей проблемой общественного здравоохранения. [207] Франк Н. фон Хиппель , американский ученый, отметил, что непропорциональный страх перед ионизирующей радиацией ( радиофобия ) может иметь долгосрочные психологические последствия для населения загрязненных территорий после катастрофы на Фукусиме. [208]
Произошло несколько серьезных ядерных и радиационных аварий . Тяжесть ядерных аварий обычно классифицируется с использованием Международной шкалы ядерных событий (ИНЕС), 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 атомной энергетике произошло три аварии уровня 5 и выше, две из которых — авария на Чернобыльской АЭС и авария на Фукусиме — относятся к уровню 7.
Первыми крупными ядерными авариями были Кыштымская катастрофа в Советском Союзе и пожар в Уиндскейле в Великобритании, произошедшие в 1957 году. Первая крупная авария на ядерном реакторе в США произошла в 1961 году на SL-1 , экспериментальном объекте армии США. Атомный энергетический реактор в Национальной лаборатории Айдахо . Неконтролируемая цепная реакция привела к паровому взрыву , в результате которого погибли три члена экипажа и произошла авария . [211] [212] Другая серьезная авария произошла в 1968 году, когда в одном из двух жидкометаллических реакторов на борту советской подводной лодки К-27 произошел отказ твэла с выбросом газообразных продуктов деления в окружающий воздух, В результате 9 членов экипажа погибли и 83 получили ранения. [213]
Авария на АЭС «Фукусима-дайити» была вызвана землетрясением и цунами в Тохоку в 2011 году . Авария не привела к гибели людей, связанных с радиацией, но привела к радиоактивному загрязнению прилегающих территорий. Ожидается, что сложная операция по очистке обойдется в десятки миллиардов долларов в течение 40 или более лет. [214] [215] Авария на острове Три-Майл в 1979 году была аварией меньшего масштаба, оцененной по уровню 5 INES. В результате аварии не было прямых или косвенных смертей. [216]
Последствия ядерных аварий являются спорными. По словам Бенджамина К. Совакула , аварии на энергетике деления занимают первое место среди источников энергии с точки зрения их общей экономической стоимости, составляя 41 процент всего материального ущерба, причиненного в результате энергетических аварий. [217] Другой анализ показал, что аварии с углем, нефтью, сжиженным нефтяным газом и гидроэлектростанциями (в первую очередь из-за катастрофы на плотине Баньцяо ) привели к более серьезным экономическим последствиям, чем аварии на атомной энергетике. [218] В исследовании сравниваются латентные случаи смерти от рака, связанные с ядерной энергией, с немедленными смертями от других источников энергии на единицу произведенной энергии, и не включаются рак, связанный с ископаемым топливом, и другие косвенные смерти, вызванные использованием потребления ископаемого топлива в его «серьезной аварии». «(несчастный случай с более чем пятью погибшими) классификация. Авария на Чернобыльской АЭС в 1986 году привела к гибели около 50 человек от прямых и косвенных последствий, а также к временным серьезным травмам в результате острого лучевого синдрома . [219] Прогнозируемая в будущем смертность от увеличения заболеваемости раком оценивается в 4000 человек в ближайшие десятилетия. [220] [221] [222] Однако затраты были большими и продолжают расти.
Ядерная энергетика работает в рамках системы страхования , 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. Согласно исследованию Бюджетного управления Конгресса США , эта стоимость невелика и составляет около 0,1% от приведенной стоимости электроэнергии . [224] Эти сверхнормативные затраты на страхование для наихудших сценариев характерны не только для ядерной энергетики. Гидроэлектростанции также не полностью застрахованы от таких катастрофических событий, как прорыв плотин . Например, обрушение плотины Баньцяо привело к гибели примерно от 30 000 до 200 000 человек, а 11 миллионов человек лишились своих домов. Поскольку частные страховщики основывают страховые премии по страхованию плотин на ограниченных сценариях, страхование от крупных стихийных бедствий в этом секторе также обеспечивается государством. [225]
Террористы могут нацелиться на атомные электростанции в попытке распространить радиоактивное загрязнение на население. Комиссия США по терактам 11 сентября заявила, что атомные электростанции были потенциальными целями, первоначально рассматриваемыми для терактов 11 сентября 2001 года . Атака на бассейн отработавшего топлива реактора также может быть серьезной, поскольку эти бассейны менее защищены, чем активная зона реактора. Выброс радиоактивности может привести к тысячам краткосрочных смертей и большему числу долгосрочных смертельных случаев. [226]
В США СРН проводит учения «Сила на силу» (FOF) на всех площадках АЭС не реже одного раза в три года. [226] В Соединенных Штатах заводы окружены двойным рядом высоких заборов, которые контролируются электроникой. Территорию завода патрулирует значительный отряд вооруженной охраны. [227]
Инсайдерский саботаж также представляет собой угрозу, поскольку инсайдеры могут наблюдать и обходить меры безопасности. Успешные инсайдерские преступления зависели от наблюдательности преступников и знания уязвимостей безопасности. [228] В 1971 году в результате пожара энергетическому центру Индиан-Пойнт в Нью-Йорке был нанесен ущерб на сумму 5–10 миллионов долларов. [229] Поджигателем был рабочий 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 , расщепляющихся материалов и ядерных технологий, связанных с оружием, в государства, которые еще не обладают ядерным оружием. Многие технологии и материалы, связанные с созданием ядерно-энергетической программы, имеют возможность двойного использования, поскольку их также можно использовать для производства ядерного оружия. По этой причине ядерная энергетика представляет собой риск распространения.
Ядерная энергетическая программа может стать путем, ведущим к созданию ядерного оружия. Примером этого является обеспокоенность по поводу ядерной программы Ирана . [233] Перепрофилирование гражданской ядерной промышленности на военные цели было бы нарушением Договора о нераспространении ядерного оружия , которого придерживаются 190 стран. По состоянию на апрель 2012 года насчитывается тридцать одна страна , имеющая гражданские атомные электростанции, [234] из которых девять имеют ядерное оружие . Подавляющее большинство этих ядерных держав произвели оружие раньше коммерческих атомных электростанций.
Фундаментальной целью глобальной безопасности является минимизация рисков ядерного распространения, связанных с расширением ядерной энергетики. [233] Глобальное партнерство в области ядерной энергии представляло собой международную попытку создать распределительную сеть, в которой развивающиеся страны, нуждающиеся в энергии, получали бы ядерное топливо по сниженной цене в обмен на согласие этой страны отказаться от собственных собственных разработок по обогащению урана. программа. Базирующийся во Франции Eurodif / Европейский консорциум по газодиффузионному обогащению урана представляет собой программу, которая успешно реализовала эту концепцию, при этом Испания и другие страны, не имеющие объектов по обогащению, покупают долю топлива, произведенного на контролируемом Францией предприятии по обогащению урана, но без передачи технологии. . [235] Иран был одним из первых участников с 1974 года и остается акционером Eurodif через Sofidif .
В докладе Организации Объединенных Наций за 2009 год говорилось, что:
Возрождение интереса к ядерной энергетике может привести к всемирному распространению технологий обогащения урана и переработки отработавшего топлива, которые представляют очевидный риск распространения, поскольку эти технологии могут производить расщепляющиеся материалы, которые можно непосредственно использовать в ядерном оружии. [236]
С другой стороны, энергетические реакторы могут также сократить арсеналы ядерного оружия, когда ядерные материалы военного назначения перерабатываются для использования в качестве топлива на атомных электростанциях. Программа « Мегатонны в мегаватты» считается на сегодняшний день самой успешной программой нераспространения ядерного оружия . [231] До 2005 года в рамках программы было переработано высокообогащенного оружейного урана на сумму 8 миллиардов долларов 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 производил почти 10 процентов всей электроэнергии, потребляемой в Соединенных Штатах, или около половины всей ядерной электроэнергии США, при этом в общей сложности было произведено около 7000 ТВт-ч электроэнергии. [238] Общая стоимость сделки оценивается в 17 миллиардов долларов, что является «выгодной сделкой для американских налогоплательщиков», а Россия получает от этой сделки 12 миллиардов долларов. [238] Столь необходимая прибыль для российской атомной отрасли, которая после краха советской экономики столкнулась с трудностями в оплате содержания и безопасности высокообогащенного урана и боеголовок Российской Федерации. [239] Программа «Мегатонны в мегаватты» была названа крупным успехом сторонников борьбы с ядерным оружием, поскольку она во многом стала движущей силой резкого сокращения количества ядерного оружия во всем мире после окончания «холодной войны». [231] Однако без увеличения количества ядерных реакторов и увеличения спроса на расщепляющееся топливо стоимость демонтажа и смешивания разубедила Россию от продолжения разоружения. По состоянию на 2013 год Россия, похоже, не заинтересована в продлении программы. [240]
Являясь низкоуглеродным источником энергии с относительно небольшими требованиями к землепользованию, ядерная энергия может оказывать положительное воздействие на окружающую среду. Это также требует постоянной подачи значительного количества воды и влияет на окружающую среду в результате добычи и переработки полезных ископаемых. [241] [242] [243] [244] Его самое большое потенциальное негативное воздействие на окружающую среду может возникнуть из-за трансгенерационных рисков распространения ядерного оружия, которые могут увеличить риски его применения в будущем, рисков возникновения проблем, связанных с управлением ядерным оружием. радиоактивные отходы, такие как загрязнение грунтовых вод, риски аварий и риски различных форм нападений на места хранения отходов или предприятия по переработке и электростанции. [72] [245] [246] [247] [248] [244] [249] [250] Однако в основном это остаются лишь риски, поскольку исторически на атомных электростанциях было лишь несколько катастроф с известными относительно существенными последствиями для окружающей среды.
Атомная энергетика является одним из ведущих низкоуглеродных методов производства электроэнергии , и с точки зрения общего объема выбросов парниковых газов в течение жизненного цикла на единицу произведенной энергии имеет значения выбросов, сравнимые или более низкие, чем у возобновляемых источников энергии . [252] [253] Анализ литературы по углеродному следу , проведенный Межправительственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК) в 2014 году, показал, что воплощенная общая интенсивность выбросов в течение жизненного цикла ядерной энергетики имеет среднее значение 12 г CO 2 экв. / кВтч , что является самым низким показателем среди всех коммерческих источников энергии с базовой нагрузкой . [251] [254] Это контрастирует с углем и природным газом при 820 и 490 г CO 2 экв/кВтч. [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 производством электроэнергии на угле, согласно отчету. [204] [255]
Средняя доза естественного фонового излучения во всем мире составляет 2,4 миллизиверта в год (мЗв/год). Она колеблется от 1 до 13 мЗв/год, в основном в зависимости от геологии места. По данным Организации Объединенных Наций ( НКДАР ООН ), регулярная эксплуатация атомных электростанций, включая ядерный топливный цикл, увеличивает это количество на 0,0002 мЗв/год облучения населения в среднем по миру. Средняя доза действующих АЭС для местного населения вокруг них составляет менее 0,0001 мЗв/год. [256] Для сравнения: средняя доза для тех, кто живет в радиусе 50 миль (80 км) от угольной электростанции , более чем в три раза превышает эту дозу и составляет 0,0003 мЗв/год. [257]
Чернобыль привел к тому, что наиболее пострадавшее население и мужчины-восстановители получили среднюю начальную дозу от 50 до 100 мЗв в течение нескольких часов или недель, в то время как оставшееся глобальное наследие худшей аварии на атомной электростанции со средним уровнем облучения составляет 0,002 мЗв/год и постоянно падает с затухающей скоростью, от первоначального максимума 0,04 мЗв на человека, усредненного по всему населению Северного полушария в год аварии в 1986 году. [256]
Дебаты по ядерной энергетике касаются разногласий, которые окружают размещение и использование 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 снижает выбросы углекислого газа и повышает энергетическую безопасность за счет уменьшения зависимости от других источников энергии, которые также [89] [90] [91] часто зависят от импорта. [260] [261] [262] Например, сторонники отмечают, что ежегодно электроэнергия, вырабатываемая на атомной энергии, сокращает выбросы углекислого газа на 470 миллионов метрических тонн, которые в противном случае были бы получены из ископаемого топлива. [263] Кроме того, сравнительно небольшое количество отходов, которые действительно создает ядерная энергия, безопасно утилизируется на крупных предприятиях по производству ядерной энергии или перепрофилируется/перерабатывается для других видов использования энергии. [264] М. Кинг Хабберт , популяризировавший концепцию пика добычи нефти , рассматривал нефть как ресурс, который скоро иссякнет, и считал ядерную энергию его заменой. [265] Сторонники также заявляют, что нынешнее количество ядерных отходов невелико и может быть уменьшено с помощью новейших технологий новых реакторов, и что показатели эксплуатационной безопасности электричества ядерного деления с точки зрения количества смертей до сих пор «не имеют 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 (GtCO 2 -eq), которые могли бы возникнуть в результате сжигания ископаемого топлива. сжигание топлива», и, если это будет продолжаться, это может предотвратить до 7 миллионов смертей и выбросов 240 ГтCO 2 -экв к 2050 году. [204]
Сторонники также обращают внимание на альтернативную стоимость использования других форм электроэнергии. Например, по оценкам Агентства по охране окружающей среды, уголь убивает 30 000 человек в год [266] в результате его воздействия на окружающую среду, а 60 человек погибли в результате Чернобыльской катастрофы. [267] Реальным примером воздействия, представленного сторонниками, является увеличение выбросов углекислого газа на 650 000 тонн за два месяца после закрытия атомной электростанции «Вермонт Янки». [268]
Оппоненты считают, что ядерная энергетика представляет множество угроз для здоровья людей и окружающей среды [269] [270] , таких как риск распространения ядерного оружия, долгосрочное безопасное обращение с отходами и терроризм в будущем. [271] [272] Они также утверждают, что атомные электростанции представляют собой сложные системы, в которых многие вещи могут пойти не так. [273] [274] Стоимость чернобыльской катастрофы по состоянию на 2019 год составила ≈68 миллиардов долларов и продолжает расти, [34] катастрофа на Фукусиме , по оценкам, обойдется налогоплательщикам в ~187 миллиардов долларов, [189] а обращение с радиоактивными отходами, по оценкам, обойдется Атомные операторы ЕС ~$250 миллиардов к 2050 году. [191] Однако в странах, которые уже используют ядерную энергию, если не учитывать переработку, промежуточные затраты на утилизацию ядерных отходов могут быть относительно фиксированными до определенных, но неизвестных степеней [275] «как основная часть эти затраты связаны с эксплуатацией промежуточного хранилища». [276]
Критики считают, что одним из самых больших недостатков строительства новых атомных электростанций являются большие затраты на строительство и эксплуатацию по сравнению с альтернативами устойчивых источников энергии. [54] [277] [83] [243] [278] Дальнейшие затраты включают затраты на текущие исследования и разработки, дорогостоящую переработку в тех случаях, когда такая практика практикуется [72] [73] [74] [76] и вывод из эксплуатации. [279] [280] [281] Сторонники отмечают, что сосредоточение внимания на приведенной стоимости энергии (LCOE), однако, игнорирует надбавку к стоимости, связанную с круглосуточной диспетчеризацией электроэнергии, а также стоимость систем хранения и резервного копирования, необходимых для интеграции переменных источников энергии. в надежную электрическую сеть. [282] «Таким образом, ядерная энергия остается управляемой низкоуглеродной технологией с самыми низкими ожидаемыми затратами в 2025 году. Только крупные гидрохранилища могут обеспечить аналогичный вклад при сопоставимых затратах, но по-прежнему сильно зависят от природных богатств отдельных стран». [283]
В целом, многие оппоненты считают, что ядерная энергия не может внести значимый вклад в смягчение последствий изменения климата. В целом они считают, что это слишком опасно, слишком дорого, требует слишком много времени для развертывания, является препятствием на пути к переходу к устойчивому развитию и углеродной нейтральности, [83] [284] [285] [286] эффективно отвлекающая [287] [288] конкуренция за ресурсы (т.е. человеческие, финансовые, временные, инфраструктурные и экспертные) для внедрения и развития альтернативных, устойчивых технологий энергетических систем [84] [288] [83] [289] ( например, ветровая, океанская и солнечная энергия [83] – включая, например, плавучую солнечную энергию – а также способы управления их прерывистостью, помимо генерации базовой нагрузки ядерной [290] такие как диспетчеризованная генерация , диверсификация возобновляемых источников энергии, [291] [292] суперсети , гибкий спрос и предложение энергии, регулирующий интеллектуальные сети 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 энергии, особенно в регионах, где трудно обеспечить, в том числе, сезонное хранение энергии, и которые стремятся к постепенному отказу от ископаемого топлива в пользу низкоуглеродной энергетики быстрее, чем в среднем по миру. [306] Некоторые считают, что финансовые затраты на переход к европейской энергетической системе, на 100% основанной на возобновляемых источниках энергии, которая полностью отказалась от ядерной энергии, могут быть более дорогостоящими к 2050 году с учетом нынешних технологий (т.е. без учета потенциальных достижений, например, в области зеленого водорода , передачи и гибкости). мощности, способы сокращения энергетических потребностей, геотермальная энергия и термоядерная энергия), когда сеть простирается только по Европе. [307] Аргументы экономики и безопасности используются обеими сторонами дебатов.
Замедление глобального потепления требует перехода к низкоуглеродной экономике , главным образом 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, работающие на ископаемом топливе. [308] Это вызвало значительный интерес и споры в определении наилучшего пути вперед для быстрой замены ископаемого топлива в глобальной энергетической структуре. , [309] [310] с интенсивными академическими дебатами. [311] [312] Иногда МЭА говорит, что страны, не имеющие атомной энергии, должны развивать ее, а также возобновляемые источники энергии. [313]
Общий мировой объем поставок первичной энергии составил 162 494 ТВт-ч (или 13 792 Мт н. э. ) по видам топлива в 2017 году (МЭА, 2019) [314] : 6, 8
Некоторые исследования показывают, что теоретически возможно обеспечить большую часть мирового производства энергии новыми возобновляемыми источниками. Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) заявила, что, если бы правительства оказали поддержку, к 2050 году на возобновляемые источники энергии могло бы приходиться около 80% мирового потребления энергии. [315] В то время как в развитых странах экономически целесообразная география для новой гидроэнергетики Поскольку каждая географически подходящая территория в значительной степени уже эксплуатируется, [316] некоторые сторонники ветровой и солнечной энергии утверждают, что одни только эти ресурсы могут устранить потребность в ядерной энергетике. [312] [317]
Ядерная энергетика сравнима, а в некоторых случаях ниже, чем многие возобновляемые источники энергии, с точки зрения количества потерянных в прошлом жизней на единицу поставленной электроэнергии. [202] [200] [318] В зависимости от технологий переработки возобновляемых источников энергии ядерные реакторы могут производить гораздо меньший объем отходов, хотя и гораздо более токсичных, дорогих в обращении и более долговечных. [319] [246] Атомную станцию также необходимо разобрать и вывезти, а большую часть разобранной АЭС необходимо хранить как низкоактивные ядерные отходы в течение нескольких десятилетий. [320] Захоронение и обращение с широким спектром [321] радиоактивных отходов, количество которых по состоянию на 2018 год превышает четверть миллиона тонн, может привести к будущему ущербу и затратам во всем мире на протяжении более или в течение сотен тысяч лет [322] [323] [324] – возможно, более миллиона лет, [325] [326] [327] [328] из-за таких проблем, как утечка, [329] злонамеренное извлечение, уязвимость к атакам (включая повторную обработку [ 75] [72] и электростанции ), загрязнение подземных вод, радиация и утечка на поверхность земли, утечка рассола или бактериальная коррозия. [330] [325] [331] [332] Объединенный исследовательский центр Европейской комиссии установил, что по состоянию на 2021 год необходимые технологии для геологического захоронения ядерных отходов уже доступны и могут быть развернуты. [333] В 2020 году эксперты по коррозии отметили, что откладывание решения проблемы хранения «никому не пойдет на пользу». [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 человечество. здоровье, жизнь, цивилизация и окружающая среда. [72] [245] [246] [247] [248]
Анализ, проведенный в 2015 году профессором Барри В. Бруком и его коллегами, показал, что ядерная энергия может полностью вытеснить ископаемое топливо из электрической сети в течение 10 лет. Этот вывод был основан на исторически скромных и доказанных темпах добавления ядерной энергии 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., может быть произведено в течение примерно 30 лет, если глобальные темпы создания ядерных установок будут идентичны исторически проверенным установкам. ставки рассчитываются в ГВт в год на единицу мирового ВВП (ГВт/год/$). [337] Это контрастирует с концептуальными исследованиями систем 100% возобновляемой энергетики , которые потребуют на порядок более дорогостоящих глобальных инвестиций в год, что не имеет исторического прецедента. [338] Эти возобновляемые сценарии также потребуют гораздо большего количества земель, отведенных для береговых ветровых и береговых солнечных проектов. [337] [338] Брук отмечает, что «основные ограничения ядерного деления не связаны с техническими, экономическими или топливными проблемами, а вместо этого связаны со сложными проблемами общественного признания, финансовой и политической инерцией, а также неадекватной критической оценкой реальных событий». мировые ограничения, с которыми сталкиваются [другие] низкоуглеродные альтернативы». [337]
Научные данные показывают, что — если предположить уровень выбросов в 2021 году — у человечества есть только углеродный бюджет , эквивалентный 11 годам выбросов, оставшихся 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 гг., [332] существенно дольше, чем, наряду с другими мерами, масштабирование развертывания ветровой и солнечной энергии – особенно для новых типов реакторов – а также является более рискованным, часто отсроченным и более зависимым от государственной поддержки. [341] [342] [285] [287] [83] [343] [298] Исследователи предупреждают, что новые ядерные технологии, которые разрабатываются десятилетиями, [344] [83] [277] менее проверены, имеют более высокие риски распространения , имеют больше новых проблем с безопасностью, часто далеки от коммерциализации и более дороги [277] [83] [243] [345] – не доступны вовремя. [79] [84] [346] [287] [347] [297] [348] Критики ядерной энергии часто выступают только против энергии ядерного деления, но не против ядерного синтеза; однако термоядерная энергия вряд ли получит коммерческое распространение до 2050 года. [349] [350] [351] [352] [353]
Средняя площадь территории, используемой атомными электростанциями США на 1 ГВт установленной мощности, составляет 1,3 квадратных мили (3,4 км 2 ). [354] [355] Для выработки такого же количества электроэнергии в год (с учетом коэффициентов мощности ) от солнечных фотоэлектрических станций потребуется около 60 квадратных миль (160 км 2 ), а от ветряной электростанции около 310 квадратных миль (800 км 2 ) . [354] [355] Сюда не включены земли, необходимые для соответствующих линий электропередачи, водоснабжения, железнодорожных линий, добычи и переработки ядерного топлива, а также для захоронения отходов. [356]
Текущие реакторы деления, действующие во всем мире, представляют собой системы второго или третьего поколения , причем большинство систем первого поколения уже выведены из эксплуатации. Исследования усовершенствованных типов реакторов поколения IV были официально начаты Международным форумом «Поколение IV» (GIF) на основе восьми технологических целей, в том числе улучшения экономики, безопасности, устойчивости с точки зрения распространения, использования природных ресурсов и способности потреблять существующие ядерные отходы при производстве электричество. Большинство из 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 производства энергии за счет сочетания процессов ядерного синтеза и деления. Эта концепция возникла в 1950-х годах и кратко защищалась Гансом Бете в 1970-х годах, но в значительной степени оставалась неисследованной до возрождения интереса в 2009 году из-за задержек в реализации чистого термоядерного синтеза. Когда будет построена устойчивая термоядерная электростанция, она потенциально сможет извлекать всю энергию деления, оставшуюся в отработавшем топливе деления, сокращая объем ядерных отходов на порядки и, что более важно, устраняя все актиниды, присутствующие в топливе. отработанное топливо, вещества, вызывающие обеспокоенность по поводу безопасности. [358]
.jpg/1280px-U.S._Department_of_Energy_-_Science_-_425_003_001_(9786811206).jpg)
Реакции ядерного синтеза потенциально могут быть более безопасными и производить меньше радиоактивных отходов, чем деление. [359] [360] Эти реакции кажутся потенциально жизнеспособными, хотя технически довольно сложными и еще не созданы в масштабе, который можно было бы использовать в работающей электростанции. Энергия термоядерного синтеза находится в стадии теоретических и экспериментальных исследований с 1950-х годов. Исследования ядерного синтеза продолжаются, но термоядерная энергия вряд ли получит коммерческое распространение до 2050 года. [361] [362] [363]
Существует несколько экспериментальных термоядерных реакторов и установок. Самый крупный и амбициозный международный проект ядерного синтеза, реализуемый в настоящее время, — это ИТЭР , большой токамак , строящийся во Франции. Планируется, что ИТЭР проложит путь к коммерческой термоядерной энергетике, продемонстрировав самоподдерживающиеся реакции ядерного синтеза с положительным выигрышем в энергии. Строительство установки ИТЭР началось в 2007 году, но проект столкнулся со многими задержками и перерасходом бюджета. Ожидается, что объект начнет работу не ранее 2027–11 лет после первоначально запланированного года. [364] Был предложен вариант коммерческой термоядерной электростанции DEMO . [349] [365] Есть также предложения по созданию электростанции, основанной на другом подходе к термоядерному синтезу, а именно, электростанции на инерциальном термоядерном синтезе .
Первоначально считалось, что производство электроэнергии с помощью термоядерного синтеза легко достижимо, как и энергия ядерного деления. Однако экстремальные требования к непрерывным реакциям и сдерживанию 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]
Чтобы расширить и ускорить развитие термоядерной энергетики, Министерство энергетики США (DOE) выделило в 2023 году 46 миллионов долларов восьми компаниям, включая Commonwealth Fusion Systems и Tokamak Energy Inc. Эта амбициозная инициатива направлена на внедрение пилотного термоядерного синтеза в рамках десятилетие. [366]
Хотя коммерческая переработка включает в себя крупные и дорогостоящие установки, некоторые из которых легко различимы по конструкции, возможна небольшая временная операция с использованием стандартных промышленных материалов (Ferguson 1977, US GAO 1978).
Такой завод можно было бы построить так, чтобы он не имел визуальных признаков, по которым можно было бы определить его местоположение по изображениям с воздуха, мог бы быть построен за несколько месяцев, а после ввода в эксплуатацию мог бы производить оружейные количества расщепляющегося материала за несколько дней.
Однако можно видеть, что моделирование в сценарии A3 прекращается в 2075 году из-за нехватки: соотношение R/P уравновешивается.
Подробные расчеты также показывают, что, хотя оно и не компенсируется в сценарии C2, соотношение R/P постоянно ухудшается, упав со 130 лет в 2013 году до 10 лет около 2100 года, что вызывает опасения по поводу дефицита примерно в это время.
Таким образом, ограничения на разведку влияют на безопасность поставок.
Средняя мировая концентрация в морской воде составляет 0,05 мкг/л (Хармсен и Де Хаан, 1980).
Закон о политике в отношении ядерных отходов 1982 года (NWPA) определил облученное топливо как отработанное ядерное топливо, а побочные продукты - как высокоактивные отходы.
При облучении в реакторе топливо ториево-уранового цикла содержит примесь 232U (период полураспада 68,9 года), цепочка радиоактивного распада которого включает излучатели (в частности, 208Tl) высокоэнергетического гамма-излучения (2,6
МэВ).
Это затрудняет обработку отработанного ториевого топлива, требует дистанционного обращения/контроля во время переработки и дальнейшего изготовления топлива, но, с другой стороны, может рассматриваться как дополнительный барьер нераспространения.
Сегодняшние первичные источники энергии в основном невозобновляемые: природный газ, нефть, уголь, торф и традиционная ядерная энергия.
Существуют также возобновляемые источники, в том числе древесина, растения, навоз, падающая вода, геотермальные источники, солнечная энергия, энергия приливов, ветра и волн, а также мускульная сила человека и животных.
Ядерные реакторы, которые производят собственное топливо («размножители») и, в конечном итоге, термоядерные реакторы, также относятся к этой категории.
Прежде чем атомная электростанция начнет эксплуатацию, лицензиат должен создать или получить финансовый механизм – например, трастовый фонд или гарантию от материнской компании – чтобы гарантировать, что будет достаточно денег для оплаты окончательного вывода из эксплуатации объекта.
По состоянию на 2001 год построено около 235 корабельных реакторов.
Атомная энергетика имеет меньшие риски для здоровья, связанные с электричеством, чем уголь, нефть и газ.
...бремя для здоровья значительно меньше при производстве электроэнергии из природного газа и еще ниже при использовании атомной энергии.
Это исследование включает в себя скрытые или косвенные смертельные случаи, например, вызванные вдыханием твердых частиц, образовавшихся в результате воздействия ископаемого топлива, сердечно-легочные заболевания, вызванные смогом, черные легкие и т. д. в его сравнении.
В целом литература по оценке жизненного цикла показывает, что ядерная энергетика аналогична другим возобновляемым источникам энергии и значительно ниже, чем ископаемое топливо, по общим выбросам парниковых газов в течение жизненного цикла.
Мы пришли к выводу, что наше численное упражнение подтверждает обзор литературы, т.е. экономика атомных электростанций не благоприятствует будущим инвестициям, хотя дополнительные затраты (вывод из эксплуатации, длительное хранение) и социальные издержки аварий даже не учитываются. .
У Швеции мало экономических оснований реинвестировать в атомную энергетику.
Обилие гидроэнергии позволяет создать недорогую систему возобновляемой энергетики без ядерной энергии.
Для облегчения интеграции ПВИЭ было предложено несколько вариантов гибкости, включая соединение географически рассредоточенных ресурсов, соединение различных типов ПВИЭ, создание гибких и управляемых генерирующих активов, перемещение гибкой нагрузки посредством реагирования на спрос, перемещение производства электроэнергии через хранилища, сокращение избыточной генерации, подсоединение к транспорту. или сектора теплоэнергетики, а также совершенствование методологий прогнозирования ПВИЭ (Делуччи и Джейкобсон, 2011).
Предыдущие исследования интеграции VRE рассматривали различные комбинации вариантов балансировки, но лишь немногие рассматривали все варианты гибкости одновременно.
Противники возобновляемой энергетики 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) электроэнергию.
Этот аргумент используется для подрыва крупных инвестиций в возобновляемую энергетику, создавая риторический барьер для более высоких темпов внедрения ветровой и солнечной энергии.
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 компания Rolls-Royce разработала реакторы для семи классов подводных лодок и двух отдельных прототипов реакторов наземного базирования.
Определения из Викисловаря
СМИ из Commons
Новости из Викиновостей
Цитаты из Wikiquote
Тексты из Wikisource
Учебники из WikibooksРесурсы из Викиверситета
