Достоинства ядерного топлива:
1. Высочайшая энергоемкость, превышающая энергоемкость химического топлива в тысячи раз.
2. Отсутствие потребности в атмосферном воздухе.
Недостатки ядерного топлива:
1. Потенциальная возможность аварии с самыми катастрофическими последствиями глобального характера.
2. Опасные отходы, сохраняющие это свойство в течение сотен и тысяч лет.
3. Сложность ликвидации ядерного энергетического объекта.
4. Ядерная энергетика как источник распространения ядерного оружия.
5. Доступность для терроризма и шантажа с катастрофическими последствиями.
Первое показал Чернобыль. Но он показал это отнюдь не в полной мере. Представим, что такая авария произошла в Европе. Кто бы пошел ее ликвидировать, кто из европейцев пошел бы на крышу сбрасывать осколки графита, кто из них полетел бы на вертолете сбрасывать песок в жерло реактора? Мы даже не представляем, как бы смогли европейцы справиться с этой аварией. Только мужество и самоотверженность советских людей, отдававших собственные жизни и здоровье, смогли укротить Чернобыль. Но если бы над АЭС был бетонный колпак, то наступил бы полный апокалипсис. Ведь тогда вообще было бы непонятно, как заглушить реактор. Реакция развивалась бы до момента, пока давление и температура не взорвали бы колпак изнутри, и что было бы дальше -- даже трудно представить. Все уверения об абсолютной безопасности нынешней ядерной энергетики можно принять на веру. Но ведь существуют вещи невероятные. И если результатом этой “невероятности” может стать радиационное заражение континентов, гибель или заболевание десятков и сотен миллионов людей, то надо и ее учитывать и не принимать решения, где такая “невероятность” присутствует, как это сделали миллионы европейцев.
Концепция безопасной ядерной энергетики. Представим себе, что из земли выходит конец трубы, из которой истекает пар. Этот пар можно направить либо на турбину, либо прямо подавать в дома для отопления. Сам пар -- рабочее тело -- создается на глубине под землей с помощью ядерного реактора. Другими словами, имеем искусственный гейзер, создаваемый с помощью атомной энергии. А использование рабочего тела происходит уже на поверхности земли. Таким образом, безопасная ядерная энергетика есть смешанная подземно-наземная энергетика. Создающий наибольшую опасность ядерный реактор -- генератор рабочего тела -- под землей, на безопасной глубине, устройства использования рабочего тела, не создающие опасности -- на поверхности земли. С поверхности к ядерному реактору ведет только шахта лифта, которая находится постоянно под замком, так как в нормальном режиме под землей нет обслуживающего персонала. Опасность терроризма, а также военного нападения полностью исключается. Этим полностью используются достоинства ядерного топлива -- отсутствие потребности в атмосферном воздухе и малая потребность в топливе. Ведь доставить на глубину раз в два-три года сборку ТВЭЛов совсем не то же, что доставлять туда ежедневно эшелоны с углем, если бы мы на его месте поместили угольную топку. Ядерный реактор чрезвычайно компактное устройство. И это также благоприятствует размещению его под землей. Но поместив ядерный реактор под землей, мы этим самым включили новый физический фактор -- гравитацию. И новый принципиальный момент состоит в том, чтобы сделать этот фактор технологическим. Другими словами, размещать ядерный реактор не просто на безопасной, а на технологической глубине, определяемой требуемыми характеристиками пара. Вместо ненадежного механического насоса, являющегося источником движения рабочего вещества в реакторе, использовать абсолютно надежную гравитационную силу, отказ которой невозможен.
Итак, две главные сущности безопасной ядерной энергетики:
1. Разделение устройств создания рабочего тела и его использования по глубине.
2. Размещение ядерного реактора на технологической глубине, обеспечивающей получение рабочего тела с требуемыми характеристиками.
Экологические проблемы ядерной энергетики. Подземно-наземные атомные станции не дают загрязнения поверхности земли и атмосферы, не оказывают радиационного и теплового воздействия. Возможное радиационное загрязнение подземного пространства в любом случае гораздо менее опасно, чем загрязнение поверхности земли и может быть легко сведено до самого безвредного уровня. Именно подземно-наземная ядерная энергетика есть путь резкого улучшения экологии в России. Более того, она будет способствовать улучшению экологии и косвенным образом. Мы имеем в окрестности реактора большое трехмерное подземное пространство с дешевой энергией и хорошими коммуникациями и транспортной связью с поверхностью. И постепенно под землю, по соседству с атомной станцией будут перемещаться с поверхности земли различные вредные производства, что также будет способствовать улучшению экологии.
Ядерная энергетика до недавнего времени рассматривалась как наиболее перспективная. Это связано как с относительно большими запасами ядерного топлива, так и со щадящим воздействием на среду. К преимуществам относится также возможность строительства АЭС, не привязываясь к месторождениям ресурсов, поскольку их транспортировка не требует существенных затрат в связи с малыми объемами. Достаточно отметить, что 0,5 кг ядерного топлива позволяет получать столько же энергии, сколько сжигание 1000 тонн каменного угля. До середины 80-х годов человечество в ядерной энергетике видело один из выходов из энергетического тупика. Только за 20 лет (с середины 60-х до середины 80-х годов) мировая доля энергетики, получаемой на АЭС, возросла практически с нулевых значений до 15-17%, а в ряде стран она стала превалирующей. Ни один другой вид энергетики не имел таких темпов роста. До недавнего времени основные экологические проблемы АЭС связывались с захоронением отработанного топлива, а также с ликвидацией самих АЭС после окончания допустимых сроков эксплуатации. Имеются данные, что стоимость таких работ составляет от 1/6 до 1/3 от стоимости самих АЭС. При нормальной работе АЭС выбросы радиоактивных элементов в среду крайне незначительны. В среднем они в 2-4 раза меньше, чем от ТЭС одинаковой мощности. К маю 1986г. 400 энергоблоков, работавших в мире и дававших более 17% электроэнергии, увеличили природный фон радиоактивности не более чем на 0,02%. До Чернобыльской катастрофы не только в мире, но и в России никакая отрасль производства не имела меньшего уровня производственного травматизма, чем АЭС. За 30 лет до трагедии при авариях, и то по нерадиационным причинам, погибло 17 человек. После 1986 г. главную экологическую опасность АЭС стали связывать с возможностью аварий. Хотя вероятность их на современных АЭС и невелика, но и она не исключается. К наиболее крупным авариям такого плана относится случившаяся на четвертом блоке Чернобыльской АЭС. По различным данным, суммарный выброс продуктов деления от содержащихся в реакторе составил от 3,5% (63 кг) до 28% (50 т). Для сравнения отметим, что бомба, сброшенная на Хиросиму, дала только 740 г радиоактивного вещества. В результате аварии на Чернобыльской АЭС радиоактивному загрязнению подверглась территория в радиусе более 2 тыс. км, охватившая более 20 государств. В пределах бывшего СССР пострадало 11 областей, где проживает 17 млн. человек. Общая площадь загрязненных территорий превышает 8 млн. га. В результате аварии погиб 31 человек и более 200 человек получили дозу радиации, приведшую к лучевой болезни. 115 тыс. человек было эвакуировано из наиболее опасной (30-километровой) зоны сразу после аварии.
Число жертв и количество эвакуированных жителей увеличивается, расширяется зона загрязнения в результате перемещения радиоактивных веществ ветром, при пожарах, с транспортом и т. п. Последствия аварии будут сказываться на жизни еще нескольких поколений. После аварии на Чернобыльской АЭС отдельные страны приняли решение о полном запрете на строительство АЭС. В их числе Швеция, Италия, Бразилия, Мексика. Швеция, кроме того, объявила о намерении демонтировать все действующие реакторы (их 12), хотя они и давали около 45% всей электроэнергии страны. Резко замедлились темпы развития данного вида энергетики в других странах. Приняты меры по усилению защиты от аварий существующих, строящихся и планируемых к строительству АЭС. Вместе с тем человечество осознает, что без атомной энергетики на современном этапе развития не обойтись. Строительство и ввод в строй новых АЭС постепенно увеличивается. В настоящее время в мире действует более 500 атомных реакторов. Около 100 реакторов находится в стадии строительства. В процессе ядерных реакций выгорает лишь 0,5-1,5% ядерного топлива.
Ядерный реактор мощностью 1000 МВт за год работы выделяет около 60 т радиоактивных отходов. Часть их подвергается переработке, а основная масса требует захоронения. Технология захоронения довольно сложна и дорогостояща.
Отработанное топливо обычно перегружается в бассейны выдержки, где за несколько лет существенно снижается радиоактивность и тепловыделение. Захоронение обычно проводится на глубинах не менее 500-600 шурфах. Последние располагаются друг от друга на таком расстоянии, чтобы исключалась возможность атомных реакций. Неизбежный результат работы АЭС - тепловое загрязнение. На единицу получаемой энергии здесь оно в 2-2,5 раза больше, чем на ТЭС, где значительно больше тепла отводится в атмосферу. Выработка 1 млн. кВт электроэнергии на ТЭС дает 1,5 кмі подогретых вод, на АЭС такой же мощности объем подогретых вод достигает 3-3,5 кмі. Следствием больших потерь тепла на АЭС является их более низкий коэффициент полезного действия по сравнению с ТЭС. На ТЭС он равен 35%, а на АЭС - только 30-31 %.
В целом можно назвать следующие воздействия АЭС на среду:
- разрушение экосистем и их элементов (почв, грунтов, водоносных структур и т. п.) в местах добычи руд (особенно при открытом способе);
- изъятие земель под строительство самих АЭС. Особенно значительные территории отчуждаются под строительство сооружений для подачи, отвода и охлаждения подогретых вод. Для электростанции мощностью 1000 МВт требуется пруд-охладитель площадью около 800-900 га. Пруды могут заменяться гигантскими градирнями с диаметром у основания 100-120 м и высотой, равной 40-этажному зданию;
- изъятие значительных объемов вод из различных источников и сброс подогретых вод. Если эти воды попадают в реки и другие источники, в них наблюдается потеря кислорода, увеличивается вероятность цветения, возрастают явления теплового стресса у гидробионтов;
- не исключено радиоактивное загрязнение атмосферы, почв и вод в процессе добычи и транспортировки сырья, а также при работе АЭС, складировании и переработке отходов, их захоронениях.
Проблема радиоактивных отходов. Проблема радиоактивных отходов находит простое решение в системе подземно-наземной энергетики. Они могут храниться прямо возле станции в подземных штреках, которые создаются по мере накопления отходов. Важно отметить, что это не могильники, не свалки, а производственные цеха при атомной станции, которая может функционировать сотни и тысячи лет, и все это время отходы будут храниться под наблюдением. Можно надеяться, что через сотни лет найдут и другое решение этой проблемы. Более того, эти отходы есть источник ценного физического воздействия -- радиоактивного и могут стать подсобными производствами при атомной станции, например, по стерилизации продуктов, материалов и т.д. При крупных станциях возможно создание установок по регенерации топливных элементов. Этим самым резко сокращаются перевозки радиоактивных материалов. Постепенно все работы с радиоактивными материалами или большая их часть будет переноситься под землю в окрестности атомных станций, очищая поверхность земли от радиоактивных воздействий.
Ликвидация атомных станций. Ликвидация современных атомных станций -- это та головная боль, которая уже нависает над атомщиками. По подсчетам их ликвидация может стоить больше, чем само строительство. Подземно-наземные атомные станции рассчитаны на работу не на десятки, а на сотни и даже тысячи лет, аналогично тому, как на неограниченный срок службы рассчитан, к примеру, городской метрополитен. Ведь с самой подземной инфраструктурой ничего не может произойти, она изнашивается, но может ремонтироваться. Могут меняться части реактора и других устройств. Но вся подземная инфраструктура, фактически, вечна. Иногда может возникнуть проблема ликвидации атомной станции. Решается она просто. Радиоактивные помещения и сам реактор просто тампонируются -- заполняются или заливаются специальными материалами. В таком виде они могут находиться сотни и тысячи лет.
Проблемы нераспространения ядерного оружия. Мирная атомная энергетика стала источником распространения ядерного оружия. Но подземно-наземная ядерная энергетика решает проблему нераспространения наиболее эффективно. Так как реактор может работать в безлюдном режиме с управлением с поверхности, то в договоре на строительство атомной станции оговаривается работа реактора под замком. Лишь на смену топлива приезжают представители МАГОТЭ, под наблюдением которых производится замена топлива, старые топливные элементы вывозятся, а реактор снова закрывается на замок. Этим самым полностью исключается возможность создания ядерного оружия на базе атомной станции и использования для этих целей извлекаемых расщепляющихся материалов.
Создание кругооборота минеральных ресурсов. АСВ могут использовать подземные источники воды. Соответственно в окрестности водозабора АСВ создается воронка депрессии давления, благодаря которой подземные воды движутся к водозабору. Можно на периферию этой воронки депрессии закачивать сточные воды, которые будут двигаться контролируемым образом к водозабору, по пути фильтруясь и очищаясь, а через кипячение полностью доводясь до кондиций чистой воды. При этом можно иметь разные точки закачки сточных вод в зависимости от их характера. Например, в одну точку закачивать сточные воды с тяжелыми металлами, в другую -- с другими загрязнителями. При этом будет происходить концентрация загрязняющих материалов, фактически, создаваться искусственные месторождения, которые в дальнейшем смогут разрабатывать будущие поколения. В настоящее время человек ведет хищническое истребление минеральных ресурсов Земли. Разрабатываются месторождения, полезные элементы концентрируются, используются, а затем рассеиваются по всей земле хаотичным образом. Атомная энергетика позволит создать кругооборот минеральных ресурсов. Для этого отработанные материалы растворяют, разбавляют и закачивают в воронку депрессии, создавая при этом вторичные месторождения для потомков.
Экономика подземно-наземной ядерной энергетики. Подземно-наземная ядерная энергетика дает кратное удешевление ее продуктов.
1. Стоимость реактора снижается в несколько раз ввиду замены дорогостоящего металлического силового корпуса тонкостенной металлической и бетонной облицовкой. Строительство и сборка реактора по месту будет гораздо дешевле, чем изготовление его в заводских условиях, перевозка и монтаж. Ядерный реактор также удешевляется за счет упрощения функции -- это не паровой котел перегретого пара, что сильно усложняет конструкцию ТВЭЛОВ, так как заставляет рассчитывать на работу в нескольких фазовых средах, а кипятильник, в котором ТВЭЛЫ рассчитываются на работу в одной фазе -- водной. Эксплуатационные затраты вообще почти нулевые за исключением затрат по периодической смене топлива.
2. В случае использования реактора в системе АСЭ стоимость наземных сооружений снижается в десять и более раз. Нет нужды в бетонном колпаке, нет нужды в специальных средствах безопасности, нет необходимости строить специальные городки с особой системой допуска, нет необходимости выделять охранные зоны, нет необходимости в высокой оплате труда работников с учетом ответственности и опасности работы. Производимая энергии станет на порядок дешевле, чем на химических электростанциях.