Ситуация с нераспространением ядерного оружия и проблемы развития атомной энергетики России

В последние годы опасения, касающиеся ядерного терроризма, неоправданно отходят на задний план. Вместе с тем опасность, исходящая от этого рода деятельности, нисколько не уменьшилась, а сильно возрастает, и обусловлено это в первую очередь тем, что плутоний в качестве МОКС топлива уже применяется при изготовлении ядерного топлива для различного типа реакторов, а география ядерной энергетики значительно расширяется. Поэтому для террористических организаций возможности приобрести основную составляющую атомного оружия – плутония, в последние годы значительно увеличились. Плутоний, помимо взрывчатки для бомбы, является для биосферы и для человека самым опасным элементом. По стратегическому плану развития атомной энергетики России предполагается многократное увеличение использования и переработки плутониевого топлива и увеличение его количества в каждом реакторе, что опасно для экологии и не только одной России.

Введение

На сегодняшний день 187 государств являются участниками Договора о нераспространении ядерного оружия [1] (ДНЯО, 1968 г., вступил в действие в 1970 г.). ДНЯО - самый большой договор по количеству участников. Вне договора осталось только три страны: Израиль, Индия и Пакистан, в 2003 году из Договора вышла КНДР (10.01.2003). Согласно ДНЯО ядерными державами признаются государства осуществившие взрывы до 1 января 1967 г. Это – СССР (правопреемницей является только Россия), США, Великобритания, Франция, Китай. Чтобы не допустить переключения ядерной энергии с мирного применения на создание ядерного оружия, была создана специальная организация – Международное Агентство по Атомной Энергии - МАГАТЭ. ДНЯО является весьма важным документом. К государствам, нарушающим этот Договор, должны применяться международные санкции. Сейчас значительно расширяется география размещения атомных станций по всему миру, и АЭС строят даже в такой обеспеченной газом и нефтью солнечной стране, как Арабские Эмираты. Россия сейчас строит реакторы в Бангладеш, Турции, Египте, Индии, Вьетнаме, Венгрии, Белоруссии, Финляндии.

Мелкомасштабная переработка даже облучённого ядерного топлива с целью выделения необходимого для ядерного устройства 8-10 кг реакторного плутония, хотя и не является простой и безопасной, но вполне реалистична и может дать необходимый продукт [2,3,4]. Несравнимо проще, без тяжелого защитного оборудования и дистанционных манипуляторов, может быть извлечён плутоний из смешанного, необлученного МОКС-топлива [5]. В состав этого топлива может входить как реакторный плутоний, так и оружейный (запасы которого принято сокращать) из демонтированных боеголовок. Реакторный плутоний не соответствует оружейным стандартам, но из него также можно изготовить заряд для ядерных взрывных устройств. Мощность такого заряда может быть меньше, чем у стандартных, но они будут обладать всеми поражающими факторами, характерными для ядерного оружия. Это подтверждается испытанием подобных взрывных устройств в 1962 г. в США и в 1974 г. в Индии, а также последующих в Индии и Пакистане (подземные испытания продолжались до 1998 года).

На фоне сравнительно простого извлечения плутония, пригодного для «грязной» бомбы, обогащение урана до нужной кондиции представляется исключительно сложным делом, требующим огромных средств и крупных масштабов производства. Для наработки 20 кг 90% U-235, необходимого для изготовления ядерного заряда, требуется превратить в газовую фазу (UF6) 4000 кг природного урана и затем разделить изотопы на центрифугах или методом диффузии или с использованием лазеров [6]. Сделать это подпольно и не засветиться совершенно невозможно. Проще, безусловно. добыть уран высокого обогащения, предназначенный для исследовательских реакторов. Но контроль таких реакторов взят под строгий контроль и сейчас предпринимаются меры по замене высоко обогащенного урана для исследовательских реакторов на уран низкого обогащения. Поэтому далее речь будет идти в статье только о плутонии.

МОКС и БР как источник попадания плутония к террористам

Сейчас в реакторах уже наработано 2500 тонн «грязного» плутония, а 250 тонн уже извлечено и хранится на комбинатах 8 государств (более подробно об этом в [6]). Часть извлекаемого плутония используется в качестве смешанного уран-плутониевого топлива (далее, МОКС-топливо) на небольшом количестве реакторов во Франции, Англии, Канаде, Индии. Предполагается широко использовать МОКС-топливо в России, для чего под Красноярском в Железногорске построен и уже запущен большой комплекс для получения МОКС-топлива из уже использованного облученного топлива для реакторов различного типа с разными уровнями содержания в ядерном топливе плутония (4-5% для реакторов на тепловых нейтронах и до 20% для реакторов на быстрых нейтронах).

В целевой правительственной программе интенсивного развития ядерной энергетики России [8, 9] с исчерпанием запасов природного урана, в котором делящегося урана-235 всего 0,7%, предусматривается сделать МОКС-топливо основным ядерным топливом реакторов. Утверждается, что только ядерная энергетика и только при условии создания замкнутого ядерного топливного цикла (ЗЯТЦ) может при благоприятных обстоятельствах решить проблему обеспечения человечества дешевой и чистой энергией. Построена стратегия реализации сценария «Атомный прорыв» для Российской Федерации. Технологическую платформу предполагается строить на трех основных реакторах на быстрых нейтронах с МОКС топливом с 16-20% в нём плутония – это натриевый БН, свинцовый «Брест» и свинцово-висмутовый СВБР. Доля реакторов на тепловых нейтронах около 20%. По аналогии с первым атомным (военным) проектом для решения технических вопросов, рассмотрения ТЗ, проектов, оценки научно-технических результатов создан технический комитет. Работает он практически непрерывно. Руководит комитетом Евгений Адамов, главным экспертом является акад. Н.Н. Пономарёв-Степной.

По Базовому сценарию структуры генерирующих мощностей атомной энергетики России в середине века общую мощность реакторов предполагается довести до 300 ГВт (45-50% всей электроэнергии), а к 2100 году до 850 ГВт, при этом предполагается довести к концу столетия общий объём переработки 14000 тонн ОЯТ в год [9]. Причём топливо предполагается в основном перерабатывать рядом с реакторами на быстрых нейтронах. Уже после 2030 года появится слишком много объектов, в которых обращается топливо, содержащее сравнительно легко извлекаемый плутоний

Атомные реакторы, устройства по обогащению урана с делящимся изотопом ураном-235, выделение плутония из облучённого топлива напрямую перешли из ВПК и используются в мирной атомной энергетике. В любой стране, где появляется атомный реактор, а также специалисты, обученные ядерной физике и радиохимии в тех странах, которые поставили для них реакторы, открывается возможность при использовании давно опубликованных технологий получить сначала ядерную взрывчатку, и, имея её, без особых проблем перейти к атомной бомбе [4,9]. Только ЮАР при смене политического режима отказалась от атомного оружия и ликвидировала все военные ядерные разработки.

Сейчас значительно расширяется география размещения атомных станций по всему миру, и АЭС строят даже в такой обеспеченной газом и нефтью солнечной стране, как Арабские Эмираты. Россия сейчас строит реакторы в Турции, Иране, Египте, Индии, Вьетнаме.

Проблема с реальным распространением основной составляющей ядерного оружия - плутония возникла уже в существующей атомной энергетике с 420 энергетическими реакторами, из которых всего только единственный - на быстрых нейтронах БН-800 работает в России, а также с несколькими предприятиями по переработке и изготовлению ядерного топлива. Наиболее крупные из них находятся в Англии, Франции и России, в странах, принадлежащих к ядерному клубу и принимающими условия контроля со стороны МАГАТЭ.

Источник: Росатом

Рис. 1. Развитие АЭС БМ на российском рынке электроэнергии

В соответствии со стратегическим планом развития атомной энергетики РФ к середине столетия, предполагаемое количество реакторов мощностью 1 ГВт (эл.) планировалось довести в России до 300, но из-за недостаточного финансирования, как видно из рис.1, планируется 38 ГВт к 2050 г. более половины реакторов будут реакторы на быстрых нейтронах, работающие в замкнутом цикле (реакторы типа Брест, свинцово-висмутовые реакторы СВБЭР-100, БН-1200). Каждый год из реактора на быстрых нейтронах мощностью 1 ГВт (эл.) за год будет извлекаться 2000 кг плутония, находящегося в 14 тоннах ОЯТ и догружаться переработанное тут же при АЭС топливо с таким же количеством плутония. При работе одного быстрого реактора в нем самом, в зоне выдержки топлива, на заводе его переработки с целью извлечения плутония и изготовления новых ТВЭЛов будет находиться 20 тонн плутония. Поскольку МОКС-топливо быстрых реакторов содержит 15-20 процентов плутония, а не 3-4 процента, как в реакторах на тепловых нейтронах, то оно значительно привлекательнее для хищения.

Нужно ещё учесть следующее. В реакторах на быстрых нейтронах, для замыкания ядерного цикла с вовлечением всего урана совершенно необходима зона воспроизводства. Если обходиться без неё, то состав плутония в активной зоне реактора после второй загрузки уже не будет годен, поскольку в нем возникают неделящиеся чётные изотопы плутония. Его надо обогащать или оружейным из запасов, или из зоны воспроизводства, где располагается обедненный уран-238, в котором будет образовываться плутоний-239, который отдельно из нескольких тонн урана-238 следует извлечь, добавляя в топливо из активной зоны. Т.е. без плутония оружейного качества (обогащение по изотопу 239-Pu 93,5%) или близкого ему по составу плутония из зоны воспроизводства не обойтись.

Опасность плутония в «грязной» бомбе как сильнейшего канцерогена

Террористам можно даже не создавать ядерное взрывное устройство, а использовать распыление радиоактивных веществ при подрыве простой взрывчатки (это так называемое «грязное» атомное оружие). Последствия при распылении всего одного ТВЭЛэ из свежего МОКС топлива содержащего около 200 грамм плутония подробно рассмотрены в [10].

Коллективная доза (CD-50) при распылении составит 6695 человеко-Зивертов и приведёт к 335 избыточных смертей от рака. МОКС-топливо является настоящим подарком для ядерных террористов и, если знать это, стоит ли распространять его и строить комбинаты по его производству, планировать и запускать сооружение большого количества реакторов с использованием этого топлива.

Отметим следующее. Сам плутоний помимо взрывчатки для бомбы является для биосферы и для человека самым опасным элементом [12-14].

Попав в биосферу, плутоний мигрирует по земной поверхности и включается в биохимические циклы. Из почвы или воды он может накапливаться в опасных концентрациях в живых организмах. Так, коэффициент накопления для водорослей составляет 1000-9000, для морских звёзд - 1000, для костей, печени и желудка рыб - соответственно: 570, 200, 1060. Для человека попадание 100 мкг из воздуха гарантирует развитие рака лёгких, попадая из желудка или лёгких в систему кровообращения, он концентрируется в костном мозге, печени, селезёнке и хорошо удерживается, практически не выводясь из организма. Он становится источником альфа-излучения, вызывая костные опухоли, рак печени и лейкемию и является, таким образом, самым опасным канцерогеном. Если всего 1.4 мкг разместятся в костях взрослого человека, то в результате ухудшится иммунитет и через несколько лет может развиться рак.

Даже без большой ядерной войны загрязнение биосферы Земли плутонием при расширенном его производстве в БР приведёт к экологической катастрофе. При очень высоком уровне опасности плутония для биосферы в случае аварии или потерях при производстве, что неминуемо, а также ввиду возможности его использования террористами как взрывчатки или просто при распылении, атомная энергетика не может быть основой энергетической безопасности человечества. Не надо забывать, что помимо плутония образуется в процессе переработки огромное количество весьма вредных для всего живого радиоактивных отходов атомного производства и теряющих свою радиоактивность лишь через сотни тысяч и даже миллионы лет. Они должны оставаться надёжно изолированными от окружающей среды, хотя за столь длительный период может произойти масса непредвиденных событий.

Атомные станции как объекты атаки для террористов

Кроме того, и сами АЭС могут быть объектом теракта или удара неядерным оружием по одному из реакторов или, что ещё опаснее, по месту хранения ОЯТ. Исключительно высокий уровень опасности, обусловлен высоким количеством радиоактивных продуктов в активной зоне, которые могут быть выброшены за пределы АЭС и привести к катастрофам более опасным Чернобыльской для биосферы, если в топливе будут находиться тонны плутония.

«Авария с серьёзным разрушением первого контура также маловероятна, как, например, падение крупного метеорита на Землю» - считалось ранее [4].

В работе Кузнецова В.М. указаны причины происшедших аварий [16]. Мы не будем повторять здесь информацию, отметим только, что самая крупная до Чернобыля и опасная для биосферы Земли авария в атомном ведомстве произошла при тепловом мощном взрыве.

В Японии после Фукусимы, при радиоактивном загрязнении на порядок меньшим, чем после Чернобыля, закрыли все действующие реакторы в стране, осознав их опасность. Только через восемь лет после выполнения многих работ, гарантирующих более высокую безопасность, после многочисленных проверок и согласований в Японии работает сейчас только 10 реакторов и нет ни одного с МОКС-топливом, т.к. аварии на реакторе с МОХ-топливом намного тяжелее, чем на реакторе с урановым топливом из-за большего содержания плутония и трансурановых радионуклидов.

Ветер и солнце как альтернатива атомной энергетике

Осознавая очень высокий уровень опасности и всё время возрастающую стоимость и сроки строительства АЭС, приоритетное развитие во всём мире, кроме России, в 21 веке получили экологически чистые и безопасные возобновляемые источники энергии: ветер и Солнце. Источником приводимой ниже информации является Мировой отчёт энергетики за 2018 год (главный редактор М. Шнайдер) - WNISR-18 [17], в котором приведены данные производства электроэнергии различными источниками для всего мира и по странам. проведён анализ себестоимости производимой на них энергии сейчас намного ниже атомной и поэтому инвестиции в эти безопасные источники энергии во много раз выше, чем в строительство АЭС. Анализ себестоимости энергии (LCOE), проведенный Lazard в конце 2017 года, показывает, что стоимость солнечных фотоэлектрических (тонких пленок) колеблется от 43-48 долларов США/МВт ч, береговой ветер составляет 30-60 долларов США/МВт ч, а ядерная-112-143 долларов США/МВтч. Затраты на возобновляемые источники энергии в настоящее время также ниже стоимости угля (60-143 долл. США/МВт ч) и газа комбинированного цикла (42-78 долл. США/МВт ч). По данным Lazard, в период с 2009 по 2017 год стоимость солнечных батарей в коммунальном масштабе снизилась на 86 процентов, а ветра-на 67 процентов.

Принятые инвестиционные решения являются важным показателем будущего развития разных отраслей энергетики. Согласно данным, опубликованным агентством Bloomberg, новой энергии финансов (BNEF) и Программой ООН по окружающей среде (ЮНЕП), глобальные инвестиции в возобновляемые источники энергии, исключая крупные ГЭС составили US$279.6 млрд в 2017 году, на два процента выше $274 млрд чем в предыдущем году, но меньше, чем мировой рекорд нам $323,4 миллиарда в 2015 году. В глобальном масштабе относительная важность Европы и Северной Америки для инвестиций в возобновляемые источники энергии уменьшается с ростом Азии, особенно Китая, Индии и Японии. Китайские номинальные долларовые инвестиции в возобновляемые источники выросли в 42 раза с 3 млрд долларов США в 2004 году до 126 млрд долларов США в 2017 году. Общий совокупный объем инвестиций в ядерную энергетику в Китае за 13 лет составил около 90 млрд долларов США.

В 2017 году помимо запуска демонстрационного быстрого реактора в Китае, новые строительные проекты были начаты в Бангладеш, Индии (два реактора) и Республике Корея. Общая сумма заявленных инвестиций на строительство этих проектов (без учета CFR-600) составляет почти 16 млрд долларов США за 4,25 ГВт. В этот же год инвестициями в ветроэнергетику составили более чем 100 миллиардными и 160 млрд долларов США в солнечную электроэнергетику (PV). При таких высоких инвестициях строительство этих источников энергии во много раз опережает атомное строительство.

В глобальном масштабе возобновляемые источники энергии по-прежнему доминируют новыми наращиваемыми мощностями. По данным Программы ООН по окружающей среде и Bloomberg New Energy Finance (UNEP/BNEF), в 2017 году было добавлено в общей сложности 157 ГВт мощностей по возобновляемой энергетике, что является самым большим ростом по сравнению с 143 ГВт в предыдущем году. Солнечный сектор имел рекордный год в 2017 году с развертыванием 53 ГВт солнечной фотоэлектрической энергии - более половины от общего мирового объема. Это было на 54 процента выше, чем в 2016 году, и должно быть по сравнению с немецким мировым рекордом 7,5 ГВт ежегодное подключение фотоэлектрической сетки, которая датируется только с 2012 года. К концу 2017 года общая установленная солнечная мощность в Китае составляла около 130 ГВт, что в настоящее время составляет 7,2 процента от общей национальной мощности. С другой стороны, развертывание ветра замедлилось, с «всего лишь» 19,6 ГВт, что по-прежнему составляет 37% мирового рынка. Мощность ветроэнергетики в Китае теперь составляет 188 ГВт, по данным Глобального совета по ветроэнергетике, но статистический обзор BP показывает, что общая сумма составляет 164 ГВт (BP-это ссылка WNISR в этом случае).

Ядерная энергетика увеличила свою новую мощность примерно на 3 ГВт, с завершением только трех реакторов – Фуцин-4 (1000 МВт), Тяньвань-3 (1060 МВт) и Янцзян-4 (1000 МВт), что привело к 34,5 ГВт мощности всех АЭС в Китае. Новые реакторы, запущенные в Китае в 2017 году, составляют 90 процентов глобальных сетевых соединений, и только один другой реактор запускается в Пакистане (построен китайской компанией). Производство электроэнергии за год сейчас на ВИЭ в 2 раза превосходит общее количество электроэнергии, произведённое на АЭС.

В России же предпочтение отдается ядерной энергетике и уровень ВИЭ в России в последние минимум 10 лет находится на уровне от 0,5 до 1%. Совокупная установленная мощность в России по всем видам генерации в 2016 году составила 225 ГВт, из них лишь 1% приходится на долю ВИЭ, в том числе 0,6% – биомасса, 0,3% – малые ГЭС, 0,1% – ветряная, солнечная электроэнергетика и геотермальные источники [18]. В России нужно также уходить в дальнейших планах развития энергетики от приоритета строительства АЭС (см. Прогнозы 14.10.2016 Брест - до 2035 г., Прогноз Р.А. Головина до 2050 г (29.11.2018 доклад) (рис.1) (ресурсы интернет http://www.innov-rosatom.ru/upload/medialibrary/90a/2.%20Доклад%20Головин.pdf), переходить к возобновляемым источникам энергии

Литература

1. Договор о нераспространении ядерного оружия (ДНЯО, 1968 г., вступил в действие в 1970 г.)

2. Лавроски. Висмут-фосфатный метод отделения плутония. Кн. Химия ядерного горючего. М. Госхимиздат, 1956 г., с.153. /Доклады иностранных ученых по мирному использованию атомной энергии, Женева, 1955 г./;

3. Хайд Э.К. Лантан-фторидный метод отделения плутония, там же, с. 393.

4. Александров А.П., Боголюбов Н.Н., Бочвар А.А., Велихов Е.П. и др. Атомная наука и техника в СССР М. Атомиздат, 1977, с. 119-167

5. Яковлев Р.М., акад. РАН Данилевич Я.Б., Игнатьев М.Б., Суглобов Д.Н. Атомная энергетика без плутония и Чернобыля. Мир и Согласие, № 2(35), М. 2008.

6. Кесслер Г. Ядерная энергетика. М.: Энергоатомиздат; 1986.

7. Суглобов Д.Н, Яковлев Р.М., акад. РАН Мясоедов Б.Ф. Торий-урановый топливный цикл для тепло- и электроэнергетики. Радиохимия, 2007; 49(5): 385-392.

8. «Cтратегии развития АЭ России до 2050 года» от 05.06.08, подготовлен рабочей подгруппой «Системный анализ энергетики» с учетом материалов и замечаний, присланных другими рабочими подгруппами и отдельными экспертами.

9. Понамарёв-Степной Н.Н. Атомная энергетика-путь к энергетической безопасности, доклад. Конгресс ATOMCON, Москва.2008.

10. Магилл И., Хэмилтон Д., Лютценкирхен К., Туфан М., Тамборини Г., Вагнер В., Берту В., фон Цвайдорф А. Последствия события радиологического рассеивания с ядерными и радиоактивными источниками. Наука и всеобщая безопасность. 2007; 15(2): 12-21.

11. Зиа Миан, Найяр А. Х., Раджараман Р., Рамана М. В. Делящиеся материалы в южной Азии и последствия американо-индийского ядерного соглашения. Наука и всеобщая безопасность, т. 14, вып. 3, 2006 г.

12. Рылов М.И., Тихонов М.Н. В мире дозообразующих нуклидов. РЭСцентр. СПб. 2011, с. 115-117.

13. Миронова Н.И. (составитель) Плутониевая экономика: выход или тупик. Плутоний в окружающей среде. Челябинск, 1998 – 74 с.

14. Булдаков Л.А. и др. Проблемы токсикологии плутония. - М. 1969 - 368 с.

15. сайт Список ядерных аварий Викмпедия https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BF%D0%B8%D1%81%D0%BE%D0%BA_%D1%80%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D1%85_%D0%B0%D0%B2%D0%B0%D1%80%D0%B8%D0%B9.

16. Кузнецов В.М. ЯДЕРНАЯ ОПАСНОСТЬ,2-Е ИЗДАНИЕ, М. «Эпицентр», 2003.

17. WNISR-18. Майкл Шнайдер (Mycle Schneider), Энтони Фроггатт (Antony Froggatt) и др., сентябрь 2018 г., «Отчет о состоянии мировой ядерной индустрии» (World Nuclear Industry Status Report), http://www.worldnuclearreport.org/Nuclear-Power-Strategic-Asset-Liability-or-Increasingly-Irrelevant.html.

18. Ниналов Саид Возобновляемые источники энергии. I. Прогнозы развития возобновляемой энергетики. https://dag.life/author/ninalalov/.

19. CNPC: World аnd China Energy Outlook 2050, 2016.

20. Нигматуллин Б.И, Прогноз мирового электропроизводства на АЭС на период до 2050 г Атомная Стратегия XXI 27/03/2017.

21. Яковлев Р.М., Обухова И.А. На пути к безопасной атомной энергетике.

Биосфера, СПб, Фонд 21 век. Т.9, № 2, 2017, с. 123-135.

Р.М. Яковлев,

кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, Санкт-Петербургское отделение Пагуошского движения

по нераспространению ядерного оружия, г. Санкт-Петербург,

И.А. Обухова,

кандидат технических наук, доцент,

кафедра физики, Санкт-Петербургский

лесотехнический университет, г. Санкт-Петербург, Россия.