
|
Прекращение холодной войны сразу же обострило проблему избыточных запасов оружейного плутония, причиной чего были широко распространенные опасения, что результатом крушения Советского Союза могут стать черные рынки этого плутония (и тактических ядерных боеголовок). Вместе с тем в последнее десятилетие все более возрастает значение другой не менее важной проблемы возможного ядерного распространения (выделенного гражданского плутония), внимание которой уделяют значительно меньше. Надеждой атомной индустрии было то, что гражданский плутоний станет ценным топливом. Однако экономические события в реальном мире опровергли эти надежды, так же как политические события привели к отказу от идеи, что большие военные запасы плутония являются ценным ресурсом для безопасности. Поскольку, по существу, все изотопные комбинации выделенного плутония, как гражданского, так и военного происхождения, могут быть использованы для изготовления ядерного оружия, плутоний является одним из наиболее важных звеньев, соединяющих гражданскую и военную атомную промышленность. Таким образом, управление выделенным плутонием, независимо от его происхождения, является ключевым вопросом хорошо продуманной политики нераспространения. По вопросам избытка военного плутония было много написано, включая большое количество работ, опубликованных IEER, Национальной академией наук и др. В январе 2001 г. IEER выпустил отчет об обращении с гражданским плутонием и о том, что его утилизация может и должна рассматриваться в комплексе с утилизацией избытков военного плутония. В настоящей статье дается краткое изложение этой работы. Более подробные сведения можно найти в полном тексте отчета1. Плутоний-239 получается путем облучения в реакторе относительно часто встречающегося в природе урана-238. Это может быть сделано в военных целях: плутоний извлекается из топливных стержней или мишеней, облученных в ядерном реакторе (собирательно называемых "облученное реакторное топливо" или "отработанное топливо"). Вместе с тем плутоний также может быть получен в гражданских ядерных реакторах, поскольку в их ядерном топливе уран-238 присутствует в больших количествах. Поскольку таких реакторов имеется довольно много (более 400 во всем мире), общее количество плутония, произведенное гражданской атомной энергетикой, намного превышает объемы, наработанные военными ядерно-оружейными программами. К концу 1999 г. общий объем плутония, созданного в гражданских энергетических реакторах, превышал 1 400 т, по сравнению с 270-300 т по военным программам. Плутоний может также использоваться как топливо для реакторов. Чтобы использовать его как ядерное топливо, необходимо вначале отделить плутоний от остаточного урана и продуктов деления в облученных топливных стержнях. Химические и электрохимические процессы, используемые для этого выделения, объединяются общим названием "репроцессинг". Из военного плутония около 250 т находится в государственных запасах. Остальное количество было использовано при ядерных испытаниях, рассеялось по миру (или по подземным полостям) как неиспользованный остаток после испытаний или захоронено как отходы. Из гражданского плутония около 280 т было выделено, а остальное количество остается в отработанном топливе. Некоторая часть выделенного гражданского плутония была использована для производства топлива из смеси оксида плутония и оксида урана (МОХ-топлива), а остальное находится в хранилищах. В табл. 1 приведены современные данные по мировым запасам гражданского выделенного плутония.
|
в стране, где он хранится, т | ||||
| Франция | ~80 | Конец 1999 г. | Включает зарубежный Pu, который хранится во Франции | |
| Великобритания | 78,5 | 31 марта 2000 г. | ||
| Россия | 30 | 2000 г. | Включает зарубежный Pu, который хранится в Великобритании | |
| Япония | 5,3 | Конец 1999 г. | ||
| США | 1,5 | 2000 г. | ||
| Другие | 11 | Конец 1998 г. | Германия, Бельгия, Индия | |
| Всего | ~206 | К концу 2000 г. общие запасы будут превышать 210 т | ||
| Примечание: Сюда входит плутоний в форме необлученного МОХ-топлива. | ||||
|
Поскольку количество плутония, используемого в МОХ-топливе, значительно меньше, чем его выделяемое количество, каждый год запасы гражданского плутония возрастают примерно на десять тонн. Военные запасы растут со скоростью примерно 1 т/год, главным образом, в России и США, при этом оба государства заявляют, что они осуществляют репроцессинг из экологических соображений, а не из военных. При таких темпах через несколько лет запасы гражданского выделенного плутония станут превышать запасы военного. Они и так уже настолько велики, что представляют серьезную проблему с точки зрения ядерного нераспространения. Межведомственная рабочая группа Правительства США по утилизации плутония ясно заявила, что
Из одной тонны оружейного плутония можно изготовить около 200 ядерных зарядов или - если будут использованы более изощренные конструкции вооружения - даже больше. Для изготовления такого же оружия из энергетического плутония его потребуется приблизительно на 40 % больше. Таким образом, накопленного энергетического плутония будет достаточно для изготовления по крайней мере 30 000 ядерных бомб мощностью близкой к той, что разрушила Нагасаки. Предыстория проблемы гражданского плутония В течение большей части времени после Второй мировой войны плутоний рассматривался ядерными державами не только как валюта силы, но и как источник «магической» энергии. Такой взгляд был обусловлен тем, что реактор особого типа - реактор-размножитель - должен был преобразовывать уран-238 в плутоний в количествах больших, чем фактически нужно для работы реактора. Следовательно, несмотря на то, что при этом бы производилось электричество, на конечном этапе количества топлива (плутония-239) оказывалось бы больше, чем на начальной стадии3. Однако большие надежды 50-х годов на то, что плутоний будет таким "магическим" источником энергии, - которая даже может оказаться "слишком дешевой, чтобы определять ее стоимость", - не оправдались, застряв в куче практических проблем, которые за последние 25 лет постепенно становились все более серьезными:
|
страна | мВт | годыa | (в ценах 1996 г.) |
| Ферми 1, США | |||
| БН350, Казахстан | |||
| Феникс, Франция | |||
| Дюнрей PFR, Великобритания | |||
| Джойо, Япония | |||
| KNK-2, Германия | |||
| БН600, Россия | |||
| FFTF, США | |||
| Суперфеникс, Франция | |||
| Монзю, Япония | |||
| SNR-300, Калкар, Германия | |||
| Всего | |||
| Примечания: а. Начало эксплуатации соответствует моменту достижения критичности. б. Суммарное количество не включает в себя около 1,6 миллиарда долларов (в современных ценах), потраченных на незавершенный и заброшенный рактор-размножитель Клинч Ривер (около 3 миллиардов долларов в ценах 1996 г.), сюда также не входят затраты на другие незавершенные реакторы. | |||
|
Эти структурные факторы усугубляются недавними событиями, которые все, за исключением одного, крайне неблагоприятны для продолжения гражданского репроцессинга и использования МОХ-топлива:
Чистым результатом исторических и современных тенденций и событий является большой политический вопрос о том, что делать с огромными и стремительно растущими экономически невыгодными запасами гражданского плутония. Проблема усугубляется тем, что запасами плутония и предприятиями управляют учреждения, внушающие народу все меньше уважения и доверия, и далеко не последней причиной в этом являются фабрикация данных, вопросы безопасности и экологические скандалы, которые донимают BNFL. Этими факторами усугубляются проблемы, лежащие в основе и возникающие в результате негодных экономических решений, принимаемых правительствами и корпорациями, имеющими отношение к плутонию. Неудивительно, что плутониевая индустрия продолжает настаивать на субсидиях, притязать на которые она не имеет никаких оснований. Огромные суммы порядка 100 миллиардов долларов уже потрачены во всем мире за последние пять десятилетий на попытки создать плутониевую экономику. Громадная часть этих денег пошла на большие реакторы-размножители, в большинстве своем ныне остановленные. Большая часть оставшихся средств потрачена на репроцессинг и использование получающегося в результате этого нерентабельного плутония в качестве реакторного топлива. Данные по этим затратам приведены в табл. 3. Не видно конца этим субсидиям и нет разумного пути разрешения многочисленных проблем, которые так и останутся неразрешенными в обозримом будущем.
|
(в ценах 1999 г.) | ||
| Большие реакторы-размножители | ~20 млрд | Большие реакторы мощностью свыше 100 мегаватт теплоэнергии; только завершенные реакторы |
| Незавершенные реакторы-размножители, небольшие реакторы-размножители, чистые эксплуатационные расходы | ~10 млрд? | Чистые операционные расходы - это расходы на эксплуатацию реактора, превышающие доход от продажи электричества |
| Репроцессинг и МОХ | ~40 млрд | За вычетом значения, полученного при замене МОХ как топливо на уран. Приблизительная оценка |
| Строительство радиохимического предприятия Rokkasho-mura | ~20 млрд | Незавершенный завод, сейчас официально намеченный к завершению в 2005 г. |
| Другие прошлые затраты (исследовательские и опытно-конструкторские работы, инфраструктура, вывод из эксплуатации в прошлом, долгосрочное хранение гражданского плутония) | Много миллиардов | Включает в себя закрытые радиохимические предприятия (например, Вест-Валлей в Нью-Йорке), прошлый репроцессинг и вывод из эксплуатации реакторов-размножителей, исследовательские и опытно-конструкторские работы на репроцессинг и реакторы-размножители |
| Промежуточный итог, затраты к настоящему времени | ~100 млрд | |
| Чистые затраты на продолжение репроцессинга и изготовление МОХ | ~2 млрд/год | Исходя из 1 000 долларов на тонну тяжелого металла и репроцессинг по текущим расценкам |
| Затраты на хранение старых запасов плутония | 0,4 млрд/год | |
| Затраты на вывод из эксплуатации и утилизацию гражданского плутония в будущем | В целом миллиарды или десятки миллиардов | |
|
По всем разумным критериям экономичности и безопасности индустрия гражданского плутониевого топлива и реакторов-размножителей должна была полностью уйти со сцены энергетических альтернатив, по крайней мере, десять лет назад. Однако в некоторых странах выделение гражданского плутония продолжается до сих пор. В некоторых странах сохраняются также планы, ориентированные на реакторы-размножители. Использование плутония в качестве топлива (в форме смешанно-оксид-плутоний-уранового топлива или МОХ-топлива) в существующих реакторах особенно возросло в 90-е годы, что потребовало новых дотаций для плутониевой индустрии. Эти дотации и нереалистичные планы сохраняются, поскольку те, кто пылко надеются и верят в долгосрочное будущее плутония как источника энергии, имеют достаточную силу на политической и экономической аренах, чтобы не дать угаснуть плутониевому пламени. Действительно, они смогли в огромной степени увеличить количество плутония, выделяемого и используемого в качестве МОХ-топлива в легководяных реакторах (наиболее распространенный тип гражданских реакторов), подавляющее большинство которых не были для него предназначены. Только во Франции гражданская плутониевая индустрия получает около 1 миллиарда долларов в год в качестве ассигнований на использование МОХ-топлива. (См. статью по Франции). Утилизация военного плутония Планы, ориентированные на плутониевое топливо, получили поддержку в результате окончания холодной войны. Соединенные Штаты и Россия предлагают использовать большую часть своих объявленных излишков оружейного плутония в качестве топлива для гражданских АЭС. Под видом реализации принципов нераспространения это обеспечит индустрии плутониевого топлива новые огромные субсидии, а ядерному истеблишменту двух стран - аргументы для продолжения репроцессинга и программ по реакторам-размножителям. В частности, Минатом имеет определенные планы использования инфраструктуры, созданной с помощью западных фондов по программам нераспространения, для своей программы по реакторам-размножителям. Минатом недвусмысленно заявил, что американо-российская программа утилизации оружейного плутония "должна рассматриваться как первый шаг к развитию в будущем технологии замкнутого ядерно-топливного цикла..." Это будет включать "использование смешенного уран-плутониевого топлива в реакторах на быстрых нейтронах" (другое название реакторов-размножителей)4. США согласились с такой системой в России в контексте оружейного плутония, хотя в 70-х годах эта идея была отвергнута в США как слишком уязвимая в смысле нарушения принципов нераспространения (см. статью по Американо-российскому соглашению). Перевод избыточного военного оружейного плутония в топливо и использование его на гражданских АЭС вызывают опасения не только с точки зрения ядерного распространения, но также и относительно безопасности. Подавляющее большинство гражданских реакторов было предназначено для урана, а не смешанного оксидного (МОХ) топлива, в котором делящийся материал обеспечивается изотопами плутония. Может понадобиться модификация этих реакторов с тем, чтобы включить в них большее число управляющих элементов. Оружейный плутоний никогда не использовался в качестве гражданского топлива в реакторах, хотя плутоний, полученный из гражданского отработанного топлива, сейчас используется в гражданских энергетических реакторах во Франции, Германии, Бельгии и Швейцарии. Для оценки безопасности МОХ-топлива, произведенного из оружейного плутония, будут использоваться те же машинные коды, что были разработаны и проверены для энергетического плутония. Остается неясным, как будут разрешены проблемы безопасности, возникающие вследствие различия плутониевого состава оружейного и энергетического плутония и схем загрузки МОХ-топлива. Последствия аварии на реакторе с МОХ-топливом будут намного тяжелее, чем на реакторе с урановым топливом, поскольку МОХ-топливо содержит больше плутония и трансурановых радионуклидов. В России система государственного надзора относительно слаба, что вызывает вопросы о том, как будут подниматься и решаться проблемы безопасности. Более того, возникнут новые риски ядерного распространения, поскольку свежее МОХ-топливо будет транспортироваться по дорожным магистралям и храниться на гражданских АЭС, которые сейчас не обеспечивают безопасность на военном уровне. Иммобилизация Даже если бы выделение плутония в гражданском и военном секторах немедленно прекратилось, все равно осталась бы огромная проблема обращения с выделенным гражданским плутонием и избыточными военными запасами. Поэтому крайне необходимо не только остановить гражданский репроцессинг, но и разработать план по переводу выделенного гражданского плутония и избыточного военного плутония в формы, не пригодные для производства ядерного оружия, и сделать это настолько быстро, насколько это совместимо с безопасностью, здравоохранением и охраной окружающей среды. В своих предыдущих аналитических работах IEER показал, что иммобилизация плутония одним из нескольких способов была бы более безопасным, быстрым и дешевым путем перевода выделенного плутония в формы, не пригодные для производства ядерного оружия5. Основной целью этой иммобилизации должно быть предотвращение хищения плутония неядерными государствами или группами террористов. Идея иммобилизации всего выделенного гражданского плутония и всего избыточного военного плутония не получила развития по двум причинам:
Несмотря на то, что Минатом действительно хочет использовать западные фонды для создания МОХ-топливной инфраструктуры, это не означает, что другие предложения будут отвергнуты всеми составляющими российского общества и правительства. Например, никогда российскому правительству официально не предлагалось на рассмотрение предложение по покупке всего российского выделенного гражданского плутония и всего избыточного оружейного плутония для иммобилизации и хранения в России под международными гарантиями. Покупка 80 тонн плутония стоила бы, самое большее, два миллиарда долларов, если оценивать его по максимальной теоретически возможной цене (т.е., если бы он волшебным образом был бы переведен в МОХ-топливо по нулевой стоимости)6. Иммобилизация плутония стоила бы сопоставимую сумму. Существующие договоренности по сотрудничеству в области ядерной безопасности указывают на готовность России рассмотреть программы, которые бы она иначе не предприняла. Однако, никакого предложения с западной стороны по покупке российских излишков плутония для иммобилизации российскому правительству официально сделано не было. Такое предложение, в сочетании с полным прекращением репроцессинга во всем мире, заслуживает неотложного рассмотрения в интересах ядерного нераспространения, безопасности и экологии.
|
Энергетика и Безопасность № 16
Энергетика и Безопасность | (англиский вариант)
IEER
Институт исследований энергетики и окружающей среды
Ваши вопросы и замечание посылайте координатору по международным свазям: michele@ieer.org
Такома Парк, Мэриланд США
2001 г. (Английский вариант издания был опубликован в феврале 2001 г.)
Опубликобана в Интернете в августе 2001 г.
|