Как АЭС влияют на природу, насколько безопасно жить рядом с атомной станцией и стоит ли вообще бояться энергии атома? В этой статье мы разбираем популярные вопросы о ядерном топливе и боремся с мифами, возникающими вокруг этой темы.
Что такое ядерное топливо, откуда оно берётся?
Всё начинается с добычи урановой руды. Природное ядерное топливо — это изотоп урана U-235, поддерживающий цепные реакции. Но содержание U-235 в урановой руде — лишь 0,7%, всё остальное изотоп U-238. Чтобы уран стал пригодным для атомных реакций, его сперва нужно обогатить — то есть увеличить концентрацию делящихся ядер до 4%. После этого — обработать, спрессовать и придать форму таблетки. Получившееся топливо загружают в твэлы (тепловыделяющие элементы, похожие на пробирки), из них собирают ТВС (тепловыделяющие сборки), которые помещают в реактор.
Атомная энергетика использует только уран?
Не только. Существует три вида ядерного топлива — плутониевое, ториевое и урановое. Но первые два сложно производить и перерабатывать. Урана же на планете очень много, и он очень энергоёмкий — не нужно перерывать сотни тонн горной породы, чтобы добыть нужное количество руды. Вот почему АЭС используют именно урановое топливо.
Кстати, а что с энергоёмкостью по сравнению с другими видами топлива?
10 тысяч киловатт-часов энергии — столько получится в результате деления всего одного грамма урана. Этого хватит, чтобы в течение месяца снабжать электричеством пятиэтажку. 1 килограмм урана с обогащением до 4% выделяет столько же энергии, сколько 100 тонн высококачественного каменного угля или 60 тонн нефти. В реакторе большой мощности за год выгорает около тонны урана.
Кто в России делает ядерное топливо?
В состав «Росатома» входит топливная компания «ТВЭЛ» — это один из мировых лидеров по обогащению урана и производству ядерного топлива, поставщик на все отечественные атомные станции и за границу на многие АЭС российского дизайна, судовые и исследовательские реакторы.
Как и где хранят ядерное топливо?
Топливные сборки сначала находятся в хранилишще, потом попадают в реактор, где и происходит ядерная реакция. Отработавшее топливо некоторое время остывает в реакторном отделении. После этого его выдерживают в бассейнах под водой, чтобы отвести остатки тепла и защититься от ионизирующего излучения. Дальше отработавшее ядерное топливо попадает на специальные склады «сухого хранения», а оттуда — на переработку.
А работать с ним безопасно?
Ядерное топливо до реакции не опасно — его радиоактивность низкая. У отработавшего ядерного топлива излучение сильнее, поэтому его изолируют в хранилищах, а действия с ним ведут только дистанционно с помощью специального оборудования. На АЭС есть мощная экранирующая защита, которая спасает от ионизирующего излучения.
Если я живу рядом с АЭС, мне стоит опасаться?
Между урановым топливом и жителем атомграда как минимум четыре барьера:
- Оболочки топливных таблеток. Продукты деления остаются в границах топливных таблеток.
- Оболочки твэлов. Сотрудники АЭС знают, как защитить их и в нормальных, и в аварийных условиях.
- Корпус реактора. Стены толщиной в 20 см выдерживают давление в 200 атмосфер.
- Контайнмент. Так называют герметичную оболочку из бетона над реакторным цехом. Она выдерживает ураган, падение самолёта и другие воздействия и исключает попадание продуктов распада в окружающую среду.
Как ядерное топливо влияет на экологическую обстановку?
Атомной станции нужно в сто тысяч раз меньше топлива, чем тепловой, кроме того, она не выбрасывает парниковые и токсичные газы, не загрязняет природу. АЭС — предприятие замкнутого технологического цикла: топливо, которое сгорает внутри неё, там же и остаётся до тех пор, пока не покидает территорию в прочных контейнерах. А в атмосферу от атомной станции поступает лишь пар.
Что делают с отработавшим ядерным топливом, когда оно покидает АЭС?
В отработавшем ядерном топливе есть полезные компоненты — например невыгоревший уран, который можно повторно использовать, и радионуклиды, применяемые в промышленности и медицине. Когда отработавшее ядерное топливо уже удалили из реактора и выдержали в бассейнах для отвода тепла и защиты от ионизирующего излучения, есть два возможных сценария:
- Захоронение или хранение на пристанционных площадках. Так делают в США, Канаде и Швеции.
- Переработка для дальнейшего использования. Так поступают в России, Великобритании, Франции и Японии.
Те страны, которые захоранивают отходы, рискуют? Или это безопасно?
Риска получить дозу радиации для жителей нет. Отработавшее топливо химически обрабатывают, чтобы извлечь из него всё полезное — в результате от общего объёма остаётся только 3% высокоактивных отходов. Их смешивают с расплавленным битумом, стеклообразующими материалами или бетонируют — после чего безопасно захоранивают.
Реально ли запустить автомобиль на ядерном топливе?
Такой проект развивали в СССР, но до массового производства дело не дошло. Автомобиль на атомной энергии назывался «Волга-Атом». В апреле 1965 года его испытывали на полигоне под Северском в Томской области. Машина была тяжёлой, но мощность двигателя компенсировала повышенную массу. Автомобиль хорошо разгонялся, с трудом тормозил, а ещё перегревался — в салоне быстро становилось жарко. Ресурс пробега модели составлял 60 тысяч км — после этого двигатель требовал полной замены. Конструкторы начали разрабатывать вторую версию автомобиля, но завершить проект не успели — политическая ситуация и приоритеты страны изменились.
В каких ещё отраслях науки применяют энергию атома?
В авиастроении, аналитической химии, биологии и биохимии, космической технике, в медицине для диагностики и лечения, в промышленности для автоматизации производства. И даже в сельском хозяйстве: изотопы помогают определять физические свойства почвы, бороться с вредителями и даже выводить новые сорта растений.
О ядерном топливе за одну минуту:
- Его делают из урана путём обогащения руды.
- Урановое — не единственный вид ядерного топлива, но два других — плутониевое и ториевое — сложнее и производить, и перерабатывать.
- Урановое топливо сверхэнергоёмкое: 100 тонн высококачественного каменного угля или 60 тонн нефти выделяют столько же энергии, сколько 1 килограмм обогащённого урана.
- Ядерное топливо безопасно: до реакции оно практически не радиоактивно, а после — надёжно защищено системами атомной электростанции.
- АЭС никак не вредят экологии, а в атмосферу выделяют только чистый пар.
На обложке — решётка для тепловыделяющей сборки — одного из компонентов ядерного реактора.