научная статья по теме ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИКА С ЕСТЕСТВЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ: СМЕНА УСТАРЕВШЕЙ ПАРАДИГМЫ, КРИТЕРИИ Энергетика

Текст научной статьи на тему «ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИКА С ЕСТЕСТВЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ: СМЕНА УСТАРЕВШЕЙ ПАРАДИГМЫ, КРИТЕРИИ»

№ 1

ИЗВЕСТИЯ АКАДЕМИИ НАУК ЭНЕРГЕТИКА

2015

УДК 621.039

ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИКА С ЕСТЕСТВЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ: СМЕНА УСТАРЕВШЕЙ ПАРАДИГМЫ, КРИТЕРИИ

© 2015 г. Е. О. АДАМОВ1, В. В. ОРЛОВ1, В. И. РАЧКОВ2, И. С. СЛЕСАРЕВ1, Ю. С. ХОМЯКОВ1

1 Частное учреждение Государственной корпорации по атомной энергии "Росатом".

Инновационно-технологический центр проекта "ПРОРЫВ", Москва

2 Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ", Москва E-mail: rvi@proryv2020.ru

В современной ядерно-энергетической технологии значимыми источниками рисков, а значит, и "болевыми точками" остаются: угроза тяжелых аварий катастрофического характера с трудно предсказуемыми последствиями и ущербами для населения, возможность распространения оружейных материалов, риск долговременного хранения токсичных радиоактивных отходов, угрозы потерь крупных капиталовложений в объекты ядерной энергетики и масштабного инвестирования их строительства, недостаточность топливных ресурсов для масштабной роли конкурентоспособной ядерной энергетики в балансе энергопроизводства. Каждая из перечисленных угроз важна, практически независима, устранение лишь части из них существенно не меняет общей оценки приемлемости ЯЭ.

Улучшенные водо-охлаждаемые реакторы (ЛВР) не могут рассматриваться для использования на длительную перспективу как из-за значительного расхода топлива и неизбежного, хотя и в отдалённой перспективе, дефицита урана-235, так и из-за отсутствия достаточного изначального потенциала ЛВР устранить все указанные сложности. В присутствии соответствующих вызовов ЯЭ не может стать ни широкомасштабной, ни эффективной, поэтому основной целью в разработке ядерных реакторов следующего поколения должно стать радикальное уменьшение или исключение значимых рисков и угроз, характерных для ядерной энергетики текущего поколения. Реальное решение этой проблемы можно найти в переходе к новой совокупности фундаментальных научных установок и представлений (новой парадигме), заключающейся в "естественном" освобождении ЯЭ от значимых рисков и угроз за счет придания реакторам и их топливным циклам гарантированного "антирискового иммунитета" и приобретении ядерной энергетикой нового качества — естественной Безопасности (ЕСБ).

Для представления четких критериев в достижении естественной безопасности введена градация по уровням ущерба, доказательности и приоритета, изложены принципы построения иммунитета против тяжелых аварий и предложены пути его достижения в инновационном проекте "ПРОРЫВ".

Ключевые слова: ядерная энергетика, быстрые реакторы, замкнутый топливный цикл, крупномасштабная ядерная энергетика, облученное ядерное топливо, безопасность, нераспространение, проект "Прорыв".

NUCLEAR ENERGY WITH INHERENT SAFETY: CHANGE OF OUTDATED PARADIGM, CRITERIA

E. O. ADAMOV1, V. V. ORLOV1, V. I. RACHKOV2, I. S. SLESAREV1, Yu. S. KHOMYAKOV1

1Scientific director of Proryvproject division, Innovative technological center "PRORYV" Project, Moscow 2 National Research Nuclear University MEPhI, Moscow E-mail: rvi@proryv2020.ru

Modern nuclear power technology still has the following significant risk sources: risk of catastrophic heavy accidents with hardly predictable consequences and damage to population, nuclear proliferation, risks of long-term nuclear waste storage, risks of loss of heavy capital investments into nuclear facilities, lack of fuel resources for large-scale role of competitive nuclear energetic. Each of these risks is important and mostly independent, so eliminating only some of them doesn't considerably change the whole picture.

Advanced water-cooled reactors can't be considered for use in long-term perspective as due to heavy fuel consumption and inevitable, though in distant future, deficit of 235U, so that due to absence of initial potential in water cooled reactors to eliminate all these pain points. With such challenges nuclear energy can become neither large-scale, nor effective, therefore drastic decrease or elimination of significant risks of modern nuclear energy must become the main target in development of next generation reactors. The real solution to this problem can be found if we accept the new set of fundamental scientific terms and assumptions (new paradigm), the core idea of which is to free nuclear energy from significant risks by applying "anti-risk immunity" to nuclear reactors and their fuel cycles, the result being inherent safety of nuclear energy.

To present criteria of reaching inherent safety rating system is introduced with levels of damage, provability and priority, principles of building an immunity to severe accidents are described and ways of reaching it with innovative project "Breakthrough" are presented.

Key words: nuclear power, fast reactors, closing fuel cycle, large scale nuclear power industry, spent fuel, safety, non-proliferation, "Breakthrough" project.

1. О ЦЕЛЕПОЛАГАНИИ ДЛЯ ИННОВАЦИОННОЙ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ С ЕСТЕСТВЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ

При зарождении ЯЭ главной задачей было быстрое доказательство ее работоспособности и экономической приемлемости. Поэтому выбор технологий не был в должной степени обременен проблемами безопасности, возможностью распространения опасных материалов, проблемами захоронения отходов и т.п. В настоящее время очевидно, что современные вызовы перед ЯЭ настолько серьезны, что вряд ли устранимы на базе традиционных технологий, нужны поиск и реализация новых решений, возникших в результате появившегося опыта и его осмысления [1—21].

1.1. ЕСТЕСТВЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ЯЭ И ЗНАЧИМЫЕ РИСКИ

Каждой технологии (в т.ч. ядерно-энергетической) присущи риски, отражающие неидеальность избранных концепций, недостоверность в знании деталей выбранных технологических процессов и явлений (в т.ч. социальных и политических), роли "человеческого фактора" и т.д. Эти риски часто являются стохастическими и трудно предсказуемыми. Тем не менее, они могут определять судьбу предлагаемых технологий.

Риски современной ЯЭ можно условно разделить на две категории: значимые и ординарные. Будем называть значимыми такие риски, которые непосредственно опреде-

ляют грань приемлемости данной технологии для общества и масштабы ее практического использования.

В современной ядерно-энергетической технологии в категорию значимых рисков включаются [1, 2]:

— Реальные социально-экологические угрозы и экономическая неприемлемость тяжелых аварий катастрофического характера с трудно предсказуемыми радиологическими последствиями.

— Опасность распространения ядерных оружейных материалов.

— Угрозы долговременного хранения опасных и долгоживущих радиотоксичных отходов.

— Угрозы потерь больших капитальных затрат, сверхдорогого инвестирования строительства АЭС и предприятий топливного цикла на фоне ограниченной емкости страхового рынка и возможных экономических рецессий и кризисов.

— Потенциально скорое истощение экономически приемлемых топливных ресурсов.

Ординарные риски ЯЭ образуют класс приемлемых для общества рисков с аналогами в существующих энергопроизводствах и поэтому они не требуют специального обсуждения.

С перечисленными выше значимыми рисками ЯЭ пока не стала ни достаточно широкомасштабной, ни эффективной. Поэтому целью при разработке ядерных реакторов следующего поколения должно стать освобождение ЯЭ от значимых рисков или, по крайней мере, радикальное уменьшение значимых рисков до уровня ординарных.

В определенном смысле освобождение ЯЭ от категории значимых рисков означает переход к ядерной энергетике с естественной безопасностью. В настоящее время задачу пытаются решить путем эволюционного усложнения инженерных, административных средств и способов, повышением квалификации и ответственности операторов АЭС и т.п. Однако это не дает гарантий достижения цели и приводит к существенному удорожанию энергопроизводства, что проявилось для АЭС новых поколений.

Реальное решение можно найти в "естественном" и гарантированном освобождении ЯЭ от значимых рисков и угроз за счет придания реакторам и их топливным циклам требуемых "естественных" контр-рисковых качеств типа "иммунитета". Такую ЯЭ, безопасность которой основана на фундаментальных законах природы, а не за счет усложнения инженерных барьеров и организационных средств, будем называть "естественно безопасной" (ЕСБ).

ОПРЕДЕЛЕНИЕ 1.1.1

Стратегической целью разработки инновационных АЭС с естественной безопасностью необходимо считать исключение всех источников значимых рисков (включая риски, связанные с "человеческим фактором") за счет природных (естественных) свойств и качеств селективно подобранных технологий.

Обобщая, можно ввести

ОПРЕДЕЛЕНИЕ 1.1.2

Под естественными качествами безопасности по отношению к какому либо ожидаемому технически возможному явлению/процессу/процессам понимается гарантированное подавление (за счет внутренней самозащищенности реактора и без участия активных средств защиты) разрушительных явлений/процессов при действии всех технически возможных инициаторов аварий, включая негативное влияние человеческого фактора.

С введением изложенных определений возникает новая парадигма (в отличие от существующей, направленной на конкурентоспособное производство энергии, при нормативно заданном уровне безопасности, подтверждаемым вероятностным анализом): придание ядерной энергетике внутренней самозащищенности против совокуп-

ности значимых рисков. В новой парадигме решение следует искать в разработке новых проектов, ориентированных на обеспечение такого качества.

Ожидаемое новое качество ЯЭ аналогично понятию иммунитета в биологии, а в ядерной технике может быть генерировано изначальным селективным выбором научной концепции, свойств материалов, конструкции, целенаправленным подбором режимов функционирования. Тогда подобное свойство можно назвать "техническим иммунитетом".

ОПРЕДЕЛЕНИЕ 1.1.3

Технический иммунитет к некоему значимому риску может считаться полным, если этот риск гарантированно (детерминистски) исключается или становится ординарным по последствиям.

Если рассматривать исключение всех значимых рисков как стратегическую цель ЯЭ будущего, рис

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком