Вокруг Света - Журнал «Вокруг Света» №7 за 2003 год

Андрей Фатющенко | Фото Андрея Семашко

Досье: Безопасная опасность

Освоение ядерной энергии повлекло за собой такое количество катастроф и человеческих жертв, что мы до сих пор не можем оценить перспективы развития атомной отрасли, положив на одну чашу весов ее очевидную экономическую выгоду, а на другую – не менее очевидную опасность. Хотя специалисты, убежденные в том, что альтернативы атомной энергетике нет, стараются сделать все, чтобы эту опасность минимизировать. Сегодня в мире на атомных электростанциях действуют 440 блоков, и большинство стран не собираются сворачивать свои ядерные программы. Однако не стоит забывать и о том, что кроме столь необходимой человечеству электроэнергии, АЭС производят еще и радиоактивные ядерные отходы… Их переработка и утилизация – одна из основных проблем, касающихся не только представителей атомной промышленности, но и экологов, и политиков, а по большому счету и каждого из нас. И для того чтобы хотя бы частично разобраться в этой проблеме, мы обратились к двум авторитетным, но достаточно полярным мнениям. Первое принадлежит Президенту Российского научного центра «Курчатовский институт», академику Евгению Павловичу Велихову, а второе – члену-корреспонденту РАН, вице-президенту Международного Географического Союза

Никите Федоровичу Глазовскому и доктору географических наук, ведущему научному сотруднику Института географии РАН Николаю Николаевичу Клюеву.

Если кратко, то это уран, поработавший в ядерном реакторе и содержащий радиоактивные продукты деления. Поэтому его называют также облученным, или выгоревшим, ядерным топливом. В общепринятом смысле топливо – это то, что горит, то есть дрова, уголь, нефть, газ. Горение – это химическая реакция соединения какого-либо вещества с окислителем (в приведенных примерах – углеводородных соединений с кислородом), протекающая с интенсивным выделением тепла. Именно горение применяют в технике для получения тепла в топках, печах и камерах сгорания двигателей. На этой «огневой» энергетике в основном и базируется современная цивилизация. Совсем по-другому «горит» ядерное топливо. Уран выделяет тепло в результате не химической, а физической реакции – деления, для протекания которой не требуется ни кислород, ни иной окислитель. При каждом акте деления тяжелого ядра урана-235, инициируемом поглощением медленного нейтрона, образуются 2, а иногда 3 более легких ядра и несколько быстрых нейтронов. Будучи положительно заряженными, эти ядра с огромными скоростями разлетаются в разные стороны и, сталкиваясь с окружающими атомами, передают им свою кинетическую энергию, то есть нагревают вещество. Существует два типа отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). Первый – природная смесь изотопов урана, которая длительно облучалась в промышленном реакторе с целью накопления оружейного плутония. Второй – тепловыделяющие сборки энергетических реакторов, содержащие ТВЭЛы (тепловыделяющие элементы) из обогащенного урана, выгорание которого достигло технологического предела из-за накопления продуктов деления.

ОЯТ всегда содержит три компонента:

• Невыгоревший уран

• Продукты деления урана

• Трансурановые элементы

Отработавшим, или облученным, ядерным топливом принято называть уран, побывавший в ядерном реакторе и прошедший реакцию деления. Собственно, отработавшее ядерное топливо содержит разнообразные продукты деления, а также значительное количество невыгоревшего урана. Одна из основных проблем в обращении с ОЯТ состоит в том, что оно представляет собой смесь различных веществ, часть из которых еще может принести пользу, а часть уже не пригодна для использования. Здесь возникает достаточно широкое поле для дискуссии – можно ли считать ОЯТ радиоактивными отходами (РАО) или нет?

«Свежим» называют ядерное топливо до загрузки его в реактор, отработавшим – то же топливо, но после облучения. Главное отличие ОЯТ от «свежего» топлива – огромная радиоактивность, обусловленная накопленными продуктами деления. Для «свежего» ядерного топлива характерна очень малая радиоактивность. Настолько слабая, что при изготовлении блочков из литого естественного урана нет необходимости использовать противорадиационную защиту персонала. У нас в Курчатовском институте экскурсантам, которые посещают первый в Европе и Азии экспериментальный реактор Ф-1 (кстати, успешно работающий с 1946 года), даже дают подержать один из таких блочков в руках, не опасаясь какого-либо облучения. Правда, предупреждают: «Осторожно!» Но за этим предупреждением вместо ожидаемого почти каждым гостем слова «радиация!» следует «не уроните!» При плотности около 18 г/см 3 небольшой по размерам, удобно умещающийся в ладони блочок неожиданно массивен (его вес при диаметре 35 мм и высоте 100 мм составляет 1,7 кг). А вот ОЯТ, напротив, – один из самых радиационно-опасных объектов ядерного топливного цикла. Даже кратковременное пребывание человека вблизи ОЯТ, выгруженного из ядерного реактора, неизбежно сопровождается очень высокими дозами облучения. Поэтому любые операции с ОЯТ осуществляют только дистанционно, с использованием мощной экранирующей защиты от проникающих ионизирующих излучений.

Отличий у «свежего» и отработавшего ядерного топлива немало. Но в контексте обсуждаемой темы главным представляется то, что топливо, не побывавшее в реакторе, конечно, обладает радиоактивностью, но ее уровень относительно низок. Его опасность для окружающей среды и здоровья человека несопоставимо мала по сравнению с отработавшим ядерным топливом, радиоактивность которого огромна и может нанести чрезвычайно серьезный ущерб природе, а также представляет прямую угрозу здоровью и жизни людей.

Здесь необходимо подчеркнуть, что при обращении с ОЯТ мы имеем дело с очень опасным веществом, и любая аварийная ситуация или нарушение технологии в ходе его переработки неминуемо приведут к самым тяжелым последствиям. Поэтому при решении вопроса о целесообразности ввоза ОЯТ из-за рубежа и оценке финансовых выгод от этого предприятия было бы правильным учитывать в том числе и возможные экономические потери в случае какой-либо нештатной ситуации.

Есть в обсуждаемой проблеме один весьма неожиданный аспект, на который мало обращают внимание. Это появление новых изотопов, которых вообще нет в природе. «Свежий» уран, не побывавший в реакторе, содержится в земной коре. Реакция биосферы на увеличение или уменьшение его количества в целом изучена. Но ведь во время ядерного синтеза, происходящего в реакторе, возникают трансурановые элементы и искусственные изотопы обычных веществ – это, на мой взгляд, одна из самых больших проблем ядерной энергетики, да и не только ее. Перед современным человечеством в полный рост встает вопрос о загрязнении биосферы теми элементами и химическими соединениями, которых в ней никогда не было. Поясню свою мысль: раньше на улицах городов для борьбы с гололедом разбрасывали соль. Из-за этого гибла растительность, но особого загрязнения биосферы в целом не происходило, потому что и натрий, и хлор (из которых состоит поваренная соль) – одни из самых распространенных элементов земной коры. Некоторое перераспределение этих веществ, в общем, не трагично, хотя и может вызвать весьма негативные последствия для данного конкретного скверика. Совсем иное дело, когда начинают накапливаться совершенно новые химические элементы и вещества, которые встречаются в природе в предельно малых количествах. Что в этом случае будет происходить, никто просто не знает, потому что у нас еще нет соответствующего опыта. Мне представляется, что проблема новых изотопов и химических соединений, возможно, даже более серьезная, чем проблема радиоактивного загрязнения, о котором наши знания за последнее время существенно расширились. При этом проведение хотя бы двухэтапного тестирования того или иного вещества стоит очень дорого, из-за чего значительная часть вновь появляющихся соединений вообще никак не оценена с экологической точки зрения.

Прежде всего тем, что ОЯТ – это ценный продукт, содержащий 2 полезных компонента – невыгоревший уран и трансурановые элементы. Кроме того, среди продуктов деления содержатся радионуклиды (радиоактивные изотопы), которые можно с успехом применять в промышленности, медицине, а так-же в научных исследованиях. После того как из ОЯТ, которое представляет собой неразделенную смесь полезных и ненужных продуктов, выделяют как минимум два полезных компонента, невыгоревший уран и трансурановые элементы, включая плутоний, остаток превращается в особую разновидность РАО – отходы высокой удельной активности.