Ирония состоит в том, что в то время, когда прекращается выделение плутония в военных целях, наработка этого материала в гражданских программах беспрецедентным образом расширяется. Коммерческая переработка, представляющая собой далеко не "мирный дивиденд" окончания "холодной войны", является следствием взглядов и технологических решений, принятых десятилетия назад. Еще несколько лет назад казалось, что из-за дороговизны и непопулярности среди общественности переработка в коммерческих целях переживала медленную смерть. Однако в течение двух последних лет контекст дебатов существенно изменился. В настоящей статье содержится попытка объяснения изменений, происходящих в международном бизнисе в области переработки отработанного топлива.

Суть переработки плутония

Огромное большинство современных энергетических реакторов использует в качестве топлива обогащенный уран. Для получения тепла энергетический, или расщепляющийся уран (уран-235) облучается и расщепляется в реакторе. В течение трех-пяти лет расщепляющаяся составляющая топлива постепенно вырабатывается. Это выработанное или отработанное топливо нуждается в замене на свежее топливо. Это означает, что высокотемпературное и высокорадиоактивное отработанное топливо извлекается из реактора. Его тепло и радиоактивность образуются в результате распада новых радиоактивных материалов, создаваемых в процессе производства атомной энергии.

С целью охлаждения после извлечения из реактора отработанное топливо подлежит безопасному хранению, обычно под водой. В более долгосрочной перспективе имеется два альтернативных пути обращения с отработанным топливом. Либо оно будет по-прежнему храниться и, возможно, окончательно захоронено как отходы (прямое захоронение), либо это топливо будет переработано химическими методами для выделения его составляющих ("замкнутый" цикл). Переработка (репроцессинг) представляет собой химическое выделение плутония (концентрация по весу от 0,2 до 1 процента) и урана (95-96 процентов) из продуктов деления и других долгоживущих отходов (3-4 процента), содержащихся в отработанном ядерном топливе. В целом, до настоящего времени было переработано порядка одной трети извлеченного из энергетических реакторов отработанного топлива, остальная часть находится в постоянных хранилищах в ожидании окончательного захоронения.

Аргументы в пользу переработки

Для изложения истории появления гражданского репроцессинга следует знать не только его технологические и материальные особенности, но и взгляды и оценки, обусловившие его появление и развитие. Ядерная переработка является квинтэссенцией "большой" технологии. Например, создание предприятия THORP в Селлафилде (Великобритания) от стадии планирования до начала производства заняло 20 лет. Общая стоимость предприятия достигла 4 млрд. долл.. "Большие" технологии требуют убедительной аргументации. Со временем, по мере изменения взглядов и условий, вынуждена меняться и аргументация.

Эволюцию аргументов в пользу гражданского репроцессинга можно разделить на три временных этапа. На ранней стадии, пришедшейся на 60-е - середину 70-х гг., переработка рассматривалась в качестве единственного жизнеспособного варианта обращения с большей частью отработанного топлива. Утилизация плутония в реакторах на быстрых нейтронах (реакторах-"размножителях") виделась как важнейший фактор долгосрочного роста атомной энергетики в век ограниченных энергетических ресурсов. Подобная утилизация отработанного топлива позволила бы "разблокировать" энергетический потенциал имеющегося в природе в больших количествах урана-238, который не расщепляется в обычных реакторах в достаточных масштабах.

На второй стадии, с середины 70-х до конца 80-х гг., экономические и стратегические стимулы репроцессинга постепнно сошли на нет. Ядерная энергетика росла более медленными темпами, чем ожидалось, и уран превратился из ограниченного в достаточно распространенный ресурс. Низкие цены на уран подорвали экономическую ценность плутония, реальная стоимость которого значительно выросла из-за существенного увеличения стоимости репроцессинга. Одновременно, несмотря на огромные затраты государственных средств на научные исследования и разработки в области реакторов-"размножителей", их коммерческое использование, главным образом, из-за наличия больших технических сложностей, оставалось далекой мечтой. В этот период последствия "плутониевой экономики", связанные с риском ядерного распространения, превратились в серьезную международную проблему. Начиная с середины 70-х гг. Соединенные Штаты стали де факто проводить политику, направленную против гражданского репроцессинга. Таким образом, аргументация в пользу переработки и использования плутония в качестве топлива становилась все менее убедительной. Вместо этого, сторонники репроцессинга стали делать растущий акцент на то, что переработка менее опасна с экологической точки зрения по сравнению с альтернативным методом хранения/прямого захоронения.

В настоящее время, в большинстве стран вариант с хранением/прямым захоронением превратился в основной метод обращения с отработанным топливом. Репроцессинг выжил, главным образом, благодаря инерции производственных и коммерческих решений, принятых в 70-е и 80-е гг.. В будущем он, скорее всего, сохранится в небольшом количестве государств - членов "клуба репроцессинга": в Великобритании, России, Франции, Японии и, возможно, Индии. Несмотря на явную общую негативную тенденцию, связанные с экономикой, экологией и безопасностью аргументы в пользу этого метода продолжают выдвигаться.

Эволюция гражданского репроцессинга

Гражданской репроцессинг остается привилегией немногих. Ядерные государства приобрели здесь первоначальные коммерческие преимущества, от которых они так и сумели отказаться. В настоящее время в мире имеется всего четыре коммерческих радиохимических предприятия: Ла-Хаг и Маркуль во Франции, Уиндскейл-Селлафилд в Великобритании и Челябинск 65-Озерск в России. На этих предприятиях было осуществлено более 95 процентов гражданского репроцессинга в мире. Они представляют собой часть глобальной системы обращения с отработанным топливом, в которой извлеченное из реакторов топливо направляется на радиохимические заводы, а выделенные материалы (плутоний, уран и отходы) обычно, на основании контракта, возвращаются к собственнику топлива. Кроме того, продолжает действовать ряд небольших предприятий по переработке. Основные радиохимические предприятия в мире показаны на карте.

Для того, чтобы понять будущие перспективы репроцессинга, необходимо рассмотреть его развитие в прошлом.

Технология репроцессинга и гипотеза о том, что облученное (или отработанное) топливо подлежит химической переработке, представляет собой наследие программ по созданию атомной бомбы. В Великобритании и Франции радиохимические предприятия в Уиндскейле (теперь называется Селлафилд) и Маркуле первоначально использовались для производства оружейного плутония, а начиная с середины 60-х гг. на них перерабатывается топливо с энергетических реакторов Магнокс. Находясь под водой, металлическое топливо этих ранних реакторов с газовым охлаждением быстро корродирует. Поэтому, в отсутствие сухих хранилищ, быстрая переработка топлива этих систем реакторов является требованием безопасности и охраны окружающей среды. Практически все отработанное топливо реакторов Магнокс перерабатывается. Примерно к 2010 г. переработка топлива этих реакторов будет прекращена из-за ожидаемого прекращения их деятельности в Великобритании, Испании, Франции и Японии. К настоящему времени было переработано около 40 тыс.т топлива реакторов Магнокс; 80 процентов этого количества - на предприятии В205 в Уиндскейле/Селлафилде.

Оксидное топливо, используемое в легководных (ЛВР) и перспективных реакторах с газовым охлаждением (АГР), подлежит безопасному хранению в течение более продолжительного времени. Поэтому данные реакторные системы в меньшей степени зависят от репроцессинга. Более того, для переработки оксидного топлива необходимо построить новые коммерческие радиохимические предприятия. Все это является причиной того, что переработка оксидного топлива развивалась более медленными темпами.

В 1966 г. переработка оксидного топлива началась на объекте "Ньюклеар фьюел сервисез" в Уэст-Вэлли, штат Нью-Йорк, а также на небольшой установке "Юрохемик" в Бельгии. В 1969 г. в Уиндскейле начало функционировать предприятие "Хед-енд" (НЕР), перерабатывающее оксидное топливо для завода В205, где осуществляется непосредственное выделение материалов. Эксплуатация всех этих предприятий была довольно быстро прекращена. В 1972 г. по коммерческим соображениям было закрыто предприятие в Уэст-Вэлли, в 1973 г. из-за аварии был остановлен завод в Уиндскейле, а установка "Юрохемик" прекратила функционирование в 1975 г. после того, как в ее деятельности прекратили участвовать французские и немецкие партнеры.

Закрытие этих предприятий совпало по времени с возобновлением интереса к гражданскому репроцессингу. Энергетический кризис 1973-74 гг. способствовал тому, что в энергетической политике больше внимания стало уделяться атомной энергетике. Утверждалось, что в долгосрочном плане ядерная энергетика будет основываться на плутониевом топливе быстрых реакторов, поскольку предполагавшийся рост мощностей АЭС не мог быть обеспечен имевшимися запасами урана. В течение короткого времени во многих странах репроцессинг и коммерциализация быстрых реакторов превратились в основные направления энергетической политики.

Появившиеся возможности были использованы занимающимися переработкой британской и французской корпорациями Бритиш Ньюклеар Фьюелс, лимитед (БНФЛ) и КОЖЕМА. Они приступили к реализации амбициозных проектов по расширению репроцессинга в Селлафилде и Ла-Хаг. Эти предприятия должны были обслуживать как национальные, так и иностранные реакторы; в 1978 и 1979 гг. соответствующие контракты были подписаны с европейскими и японскими энергетиками. Более 60 процентов мощностей этих предприятий сроком на первые десять лет были проданы иностранным потребителям, которые и финансировали основную стоимость создания UP3 и THORP. Эксплуатация UP3 началась в 1990 г., а UP2-800 и THORP - в 1994 г..

Программы по репроцессингу начались и в некоторых других странах, а именно, в Германии и Японии. В 70-е гг. в обоих государствах началась эксплуатация пилотных радиохимических предприятий (WAK в Карлсруэ, Германия, и Токаи-мура в Японии), они также приступили к разработке планов по созданию крупных коммерческих заводов. Реализация германской программы продолжалась до 1989 г., когда онм была прекращена из-за значительной стоимости и непопулярности среди общественности. Японская программа выполнялась более медленными темпами по сравнению с первоначально планировавшимися, частично по причине враждебной международной реакции на плутониевую программу Токио. Строительство коммерческого предприятия в Роккашо-мура началось в 1992 г.; его проект был во многом основан на французской технологии.

Также в 70-е гг. началось создание возглавляемого Советским Союзом самостоятельного режима обращения с отработанным топливом. Частично, из соображений ядерного нераспространения топливный цикл реакторов советского производства находился под централизованным контролем министерства атомной энергии и промышленности (МАЭП, позднее, Минатом). Отработанное топливо из небольших легководных реакторов типа ВВЕР-440, построенных в Советском Союзе, Восточной Европе и Финляндии, обычно направлялось для переработки в Челябинск 65/Озерск. В соответствии с межправительственными соглашениями, подобное "возвращение" ядерных материалов осуществлялось бесплатно. Выделенный из отработанного топлива плутоний оставался собственностью Минатома и складировался для предполагаемого будущего использования в быстрых реакторах.

Ситуация сегодня

Сегодня существует два самостоятельных режима репроцессинга: японо-европейский и российский.

Японо-европейская система, созданная вокруг предприятий в Ла-Хаг и Селлафилде, является практически полностью завершенной. Переработка топлива реакторов Магнокс осуществляется в Селлафилде в масштабах примерно 1000 т в год. В 1998 г. общий объем переработки оксидного топлива во Франции и Великобритании достигнет порядка 2350 т после того, как предприятие THORP заработает на полную мощность. Эти три завода перерабатывают топливо со 150 реакторов, расположенных в девяти странах (включая Великобританию и Францию). К трем основным радиохимическим заводам следует добавить небольшое японское предприятие в Токаи, обладающее мощностью около 100 т в год.

В 2003 г. эта система должна быть дополнена предприятием в Роккашо-мура мощностью в 800 т ежегодно. Однако после аварии на реакторе на быстрых нейтронах в Монджу в декабре 1995 г. японская плутониевая политика находится в стадии пересмотра. Высокая стоимость предприятия в Роккашо-мура (1,88 трлн. йен или около 17 млрд. долл.) заставляет энергетические компании еще раз проанализировать стратегию обращения с отработанным топливом. Все это увеличивает вероятность того, что строительство этого предприятия не будет завершено.

К японо-европейской системе были добавлены два дополнительных элемента. Неудача с быстрыми реакторами заставила энергетические компании в начале 80-х гг. рассмотреть альтернативные пути утилизации плутония. Несмотря на малую эффективность, Бельгия, Германия, Франция, Швейцария и Япония избрали сжигание выделенного плутония в обычных тепловых реакторах в качестве альтернативы дорогостоящему и сложному методу хранения плутония. Для использования плутония в тепловых реакторах предприятия по производству смешанного оксидного МОХ-топлива были построены в Бельгии ("Дессель ПО", эксплуатация началась в 1986 г.), Франции ("Мелокс", введен в строй в 1995 г.) и Великобритании (СМП, ввод в эксплуатацию намечен на 1997 г.). Энергетическим компаниям необходимо получить лицензию для использования МОХ-топлива в реакторах. Несмотря на принципиальную техническую возможность, в некоторых странах, включая Германию и Японию, использование в реакторах плутониевого топлива было по политическим соображениям признано спорным. Препятствия, связанные с производством и использованием МОХ-топлива, остаются серьезной проблемой для японо-европейского режима репроцессинга.

Сохранение этой системы после 2005 г. будет зависеть от появления новых потребностей в услугах по переработке. Энергетические компании во все большей степени отворачиваются от репроцессинга в сторону более дешевой и связанной с меньшими проблемами политики хранения/ прямого захоронения отработанного топлива. Потребности в репроцессинге, вероятнее всего, сохранятся в будущем в Великобритании (для переработки топлива реакторов Магнокс), Франции и Японии. Повсюду расширяющиеся мощности по хранению отработанного топлива становятся все более доступными. Открытым остается пока один вопрос: будут ли быстрорастущие экономики азиатских стран в большей степени зависеть от атомной энергетики. Это может создать новые рынки для репроцессинга.

Российской системе репроцессинга был нанесен серьезный удар распадом Советского Союза. В 1990-94 гг. поступления отработанного топлива на предприятие РТ-1 составляли порядка 100 т ежегодно. В 1995-96 гг. наблюдался его некоторый рост в результате подписания контрактов с финскими, венгерскими и украинскими энергетиками. Однако почти все нероссийские клиенты челябинского предприятия переходят к политике хранения отработанного топлива, а российские АЭС не в состоянии оплачивать счета за переработку. Будущее предприятия зависит от весьма невысоких перспектив заключения новых контрактов с иностранными АЭС.

Обзор репроцессинга: 1960-95 гг.

В 1995 г. на гражданских радиохимических предприятиях было выделено 17 т плутония. Из этого количество менее 8 т было использовано для производства МОХ-толпива, остальной материал был направлен в хранилища. Одно из долгосрочных последствий гражданского репроцессинга состоит в том, что большая часть выделенных из отработанного топлива материалов (плутоний и уран) остается в хранилищах. В хранилищах находится почти три четверти выделенного до настоящего времени плутония. Крупнейшие невоенные запасы имеются в Великобритании (49 т), Франции (55 т) и России (около 30 т). В Таблице приведены данные (по состоянию на конец 1995 г.) о мировых запасах плутония, выделенного на гражданских радиохимических предприятиях. К тому времени на этих предприятиях было наработано 190 т плутония.