Владимир Белоус: Трудная судьба плутония и международная безопасностьНазад
Владимир Белоус: Трудная судьба плутония и международная безопасность
Вторая половина ХХ-го столетия была ознаменована стремительным научно- техническим прогрессом во многих областях, среди которых на первом месте находится овладение человечеством ядерной энергией, используемой вначале в военных, а затем и в мирных целях. Мировое сообщество получило в свое распоряжение неиссякаемый источник энергии, который может в недалеком будущем отодвинуть на второй план традиционные, невозобновляемые энергоносители с их количественной ограниченностью, неравномерностью географического размещения в различных регионах мира, возрастающим влиянием государств, обладающих запасами угля, нефти и газа на ход мировых экономических и политических процессов. Это закономерно привело к широкому распространению ядерной технологии, что наряду с решением энергетических проблем одновременно повышает угрозу создания и распространения ядерного оружия, его использования в военных и террористических целях.
Взаимосвязь ядерной энергетики и ядерного оружия
Создание на первых порах ядерной энергетики не предвещало появления целого ряда сложных проблем, которые вскоре приобретут международный характер и заставят мировое сообщество искать пути их решения. Особенно актуальной является тесная взаимосвязь мирной ядерной энергетики и ядерного оружия, которая объясняется, прежде всего, тем, что в настоящее время, по крайней мере 34 государства, на территории которых размещено 438 действующих и 31 строящийся реакторы, обладают или имеют реальные возможности обретения ядерного статуса. Следует напомнить, что вскоре после окончания Второй мировой войны военные ядерные программы рассматривались в целом ряде государств, у которых материально-технической базой, как правило, являлись предприятия ядерной энергетики.
Наряду с рядом серьезных преимуществ, ядерная энергетика высветила потенциальные угрозы, которые в последние два десятилетия существенно ослабили темпы строительства АЭС. Немалую роль в этом сыграла крупнейшая авария на Чернобыльской АЭС, в результате чего были нанесены тяжелые потери: отселены из зараженной зоны более 100 тысяч жителей 187 населенных пунктов, а общая площадь этой зоны составила около 10 тыс. кв. км. Это выдвинуло на первый план необходимость выполнения высоких требований по обеспечению безопасности ядерных объектов и связанную с ними проблему отработанного ядерного топлива (ОЯТ). Положение с ОЯТ усугубляется стремительным ростом его запасов в мире, которые в настоящее время превысили 200 тыс. т, а к 2010 г они составят около 350 тыс. т тяжелого металла. Даже с учетом того, что часть накопленного ОЯТ будет переработана, ожидается, что его количество, подлежащее длительному хранению, к концу нынешнего десятилетия составит около 230 тыс. т.
Особую озабоченность при этом вызывает то, что ядерный реактор наряду с производством элетроэнергии, ежедневно нарабатывает плутоний, который может быть использован для создания ядерного оружия. О размерах этой проблемы можно судить по тому, что тысячемегаваттный промышленный реактор нарабатывает в течение года такое количество плутония, которого хватит для создания 40-50 ядерных боезарядов. При этом, как известно, секрета ядерного оружия не существует. Поэтому во весь рост встает вопрос: что делать с отработанным ядерным топливом, содержащим плутоний? Как обеспечить надежное и безопасное хранение ОЯТ на протяжении многих десятилетий и даже столетий, не оставляя эту сложную проблему для многих поколений наших потомков ?
В результате деятельности ядерных предприятий в настоящее время, по оценкам МАГАТЭ, целый ряд стран обладают значительным количеством наработанного плутония, являющегося основным энергоносителем ядерного оружия, запасы которого продолжают неуклонно увеличиваться.
Запасы наработанного плутония (в тоннах)
Государство Гражданский плутоний Военный плутоний
Россия 38,2 95
США 45,05 49,95
Франция 47,95 5
Великобритания 70,8 3,2
Германия 25,6 Нет
Япония 38,6 Нет
Китай Нет 4,8
Бельгия 1,8 Нет
Индия 1,0 0,36
Израиль 0 0,56
Швейцария 2 Нет
Северная Корея 0 Менее 0,04
Пакистан 0 0,04
(Всеобщее соблюдение: стратегия ядерной безопасности. Фонд Карнеги за международный мир. Март 2005, с. 58).
Страны - обладатели ядерных реакторов в отношении обращения с ОЯТ делятся на две неравные группы. Большинство из них являются приверженцами так называемого разомкнутого (открытого) цикла, который характеризуется тем, что ОЯТ считается высокоактивными радиоактивными отходами, которые подлежат захоронению. При этом они полагают что через длительный промежуток времени, измеряемый многими десятилетиями, по мере старения отработанного топлива, значительного снижения радиоактивности и появления новых технологий его утилизации, возможно будет проводить его переработку. В настоящее время лишь несколько стран осуществляют замкнутый (закрытый) топливный цикл, в котором предусматривается переработка ОЯТ с целью выделения и дальнейшего использования невыгоревшего урана, наработанного плутония, других весьма ценных материалов. Радиохимическая переработка ОЯТ требует использования технологий высокого уровня и в настоящее время только Россия, Франция, Великобритания, Япония, Индия проводят эту операцию и лишь три первые страны принимают ОЯТ других стран на переработку. (Ядерная энциклопедия, 1996, с.42)
При этом и в том и в другом случае особую озабоченность вызывает судьба искусственного элемента - плутония, который является мощным делящимся энергоносителем с весьма длительным периодом полураспада (24,5 тыс. лет) и может быть использован, наряду с ураном-235, для создания ядерного оружия. Безопасное хранение и использование ОЯТ и, в конечном счете, плутония, напрямую связаны с проблемой нераспространения ядерного оружия. По мнению ряда специалистов, захоронение непереработанного ОЯТ не дает гарантии в его безопасном хранении, особенно в течение длительного времени, указывая на то, что оно порождает две тревожные проблемы. Первая связана с тем, что длительное содержание такого ОЯТ является, по существу, долговременным и относительно недорогим источником делящегося материала, который на протяжении столетий будет сохраняться в таком виде, что из него в любой момент может быть выделен плутоний для создания ядерного оружия. Это означает, что захоронение ОЯТ превращает его в своеобразные залежи "плутониевой руды", находящиеся в резерве.
Вторая проблема, о которой ученые стали говорить буквально в течение последнего десятилетия, связана с тем, что в процессе длительного хранения под землей остеклованного ОЯТ будет происходить постепенное вымывание боросиликатногоо стекла (бор активно поглощает нейтроны), в результате чего в местах захоронения ОЯТ через много лет может образоваться критическая масса плутония, способная привести к произвольному местному ядерному взрыву значительной мощности. Отвечая противникам захоронений ОЯТ, ученые указывают на то, что если сборки отработанного топлива размещать в довольно мощных стальных контейнерах с дополнительными поглотителями нейтронов, то в этом случае возможно обойтись без силикатов. Проведенные ими теоретические исследования показали, что при содержании в ОЯТ порядка 1% плутония, что характерно для топлива коммерческих реакторов, керамическая форма не будет критичной, даже без дополнительных поглотителей нейтронов. По их мнению, геологические захоронения такого ОЯТ могут быть достаточно безопасными по отношению к ядерной критичности. (Боумен Ч, Веннери Ф. Подземная сверхкритичность плутония и других делящихся материалов. Наука и всеобщая безопасность, 1996, т.5, N 3, c 7-17)
Ученые рассмотрели возможность использования в военных целях плутония, содержащегося в ОЯТ. Они обращают внимание на то, что основные трудности в конструировании ядерного оружия на основе реакторного плутония, плутония МОХ-топлива (уран-плутониевое топливо для реакторов на быстрых нейтронах) или плутония долговременного хранения, связаны с повышенной вероятностью спонтанного деления, с большим выделением тепла, большой критической массой и повышенным гамма-излучением, вследствие увеличенной концентрации ряда изотопов плутония. Для ОЯТ длительного хранения проблемы большого выделения тепла и гамма-излучения постепенно исчезают. (Питерсон Пер. Долгосрочные гарантии для плутония в геологических хранилищах. Наука и всеобщая безопасность, 1996, т.6,No 1, с.9)
Как известно, в коммерческих реакторах степень выгорания топлива гораздо выше, чем в специальных реакторах по производству оружейного плутония. Основное различие между оружейным и реакторным плутонием состоит в их изотопном составе. Плутоний, содержащий менее 6% изотопа--240 (в нем до 93% плутония-239) называется оружейным, а реакторный плутоний может содержать его в своем составе до 20%.Изотопы плутония с четными номерами (238, 240, 242) обладают более высокими скоростями спонтанного деления по сравнению с другими его изотопами. Поэтому добавление реакторного плутония в оружейный увеличивает содержание четных изотопов и тем самым повышает скорость образования нейтронов в материале. (Сильвестер Кори Бадлонг, Скотт А. Симонсон. Оценка использования разбавителей при остекловывании плутония оружейного качества. Наука и всеобщая безопасность, 1996, т.6, N 1, с. 13-22)
Известно, что существует множество направлений и технологий использования ядерных расщепляющихся материалов не в военных целях. Однако, по мнению видного американского ученого-физика Теодора Тейлора, многие годы участвовавшего в создании ядерного оружия, и его коллеги Харольда Фейвесона, многие технические возможности, достигнутые в этой сфере, являются, по существу, "скрытым распространением" ядерного оружия. По оценке Тейлора, в настоящее время основным препятствием на пути перехода от "скрытого" к "активному" распространению ЯО является МАГАТЭ. Однако его возможности в пресечении распространения ядерного оружия весьма ограничены, поскольку Агентство одновременно выполняет две противоположные функции, тесно связанные между собой: одну, поощряющую "скрытое" распространение, и другую, препятствующую "активному" распространению ЯО. По мнению Тейлора, связи между ядерной технологией для конструктивного использования и для разрушительного применения так тесно переплетены, что выгоды от одного недоступны без резкого возрастания опасностей от другого. Он полагал, что выход из создавшегося, весьма сложного положения, состоит в том, что мировому сообществу в будущем неминуемо предстоит осуществить "глобальную отмену ядерной энергии", которая позволит предотвратить не только прямые действия по созданию ядерного оружия, но и все скрытые. Однако следует заметить, что в настоящее время около 17% мирового производства электроэнергии приходится на долю АЭС, а в будущем, по мере исчерпания невозобновляемых источников энергии, роль ядерной энергии будет неминуемо возрастать. Поэтому утверждение Тейлора вызывает серьезное сомнение.
(Наука и всеобщая безопасность. 2005, т. 13, с. 28-30).
Создание боезаряда на основе реакторного плутония
Как показали теоретические исследования, для создания ядерного заряда пригоден плутоний любого изотопного состава, полученный даже при глубоком выгорании ядерного топлива. Правда, мощность взрыва такого заряда будет примерно на порядок меньше, чем при взрыве заряда на основе плутония оружейного качества, однако и она будет довольно большой. (Марк Карсон. Взрывные свойства реакторного плутония. Наука и всеобщая безопасность, 1994, т. 4, N.1, с 73) Это было подтверждено при проведении испытаний ядерного заряда на основе реакторного плутония в США на полигоне Невада в 1964 г и в 1974г в Индии на полигоне Покхаран. На практике это означает, что с точки зрения сохранности и предотвращения попадания ОЯТ в руки террористов, отношение к реакторному плутонию должно быть таким же, как и к оружейному. Однако в том случае, если нарушителям режима нераспространения удастся завладеть ОЯТ, им потребуется организовать довольно сложное радиохимическое производство для выделения и очистки плутония, работая при этом с высокорадиоактивными веществами, представляющими опасность для человека.
При этом известно, что устройство ядерного заряда может быть двух типов: "имплозивного" и "пушечного". Заряд "пушечного" типа, значительно более простой по устройству, основан на принципе создания надкритической массы, способной к цепной ядерной реакции, путем быстрого "выстреливания" навстречу друг другу двух кусков делящегося вещества. В силу ядерно-физических свойств плутония, особенно высокой скорости выделения нейтронов плутонием-240, в месте соединения таких подкритичных масс создастся местная цепная реакция с выделением небольшого количества энергии ("хлопок"), которая разбросает их. Заряд "пушечного" типа возможно создать только на основе высокообогащенного урана (ВОУ), который в силу своей относительной простоты является весьма привлекательным для соискателей ядерного статуса и особенно для террористов. Поэтому в последние годы придается повышенное внимание к сохранности урана, в частности, содержащегося во многих исследовательских реакторах. В качестве примера можно привести создание в 1975 г студентом одного из университетов США модели зарядного устройства на основе урана, созданного им с использованием открыто опубликованных сведений. Когда специалисты исследовали эту модель, то пришли к выводу о том, что если бы в ней был уран, то при срабатывании этого устройства произошел бы ядерный взрыв.
На основе плутония создают заряды так называемого "имплозивного" типа (имплозия - взрыв, сходящийся вовнутрь), у которого надкритическая масса создается путем резкого повышения его плотности в результате сжатия взрывом химического ВВ в условиях чрезвычайно высокой синхронизации действий всех элементов заряда. Сложность конструкции плутониевого заряда позволяет полагать, что его создание террористическими организациями требует привлечения к работе над ним специалистов-ядерщиков и это, скорее всего, может быть сделано на уровне государственных структур. Это подтверждается, в частности, тем, что Индия произвела первое испытание ядерного зарядного устройства на основе реакторного плутония в 1974 г. и лишь через 24 года, в 1998 г. провела серию испытаний подобных боезарядов. Пакистан в том же 1998 г. впервые провел сразу пять испытательных взрывов урановых боезарядов "пушечного" типа. Отсутствие испытаний, несмотря на неоднократные публичные заявления Пхеньяна, вызывают сомнения в том, что в КНДР создано ядерное оружие на основе плутония, работы над которым там ведутся уже около 20 лет. В противном случае Северной Корее не было бы необходимости начинать осваивать технологию получения высокообогащенного урана, рассчитывая создать боезаряды на его основе.
Видные американские ученые Фрэнк фон Хиппель и Эдвин Лайман провели расчеты, которые показали, что в зарядном устройстве имплозивного типа на основе плутония реакторного качества может произойти преждевременная инициация от нейтронов спонтанного деления, которая, тем не менее, приведет к тому, что минимальная мощность взрыва такого устройства составит не менее 2,7% от проектной или около 0,5 килотонны. Это означает, что мощность "хлопка" может быть довольно большой. (Питерсон Пер. Долгосрочные гарантии для плутония в геологических хранилищах. Наука и всеобщая безопасность, 1996, т. 6, N1) В то же время в одном из исследований Национальной академии наук США показано, что при более совершенной конструкции заряда возможно изготовить ядерное оружие с реакторным плутонием, мощность которого будет заведомо большей, чем мощность "хлопка". Это создает побудительные мотивы для некоторых террористических групп к овладению реакторным плутонием и изготовлению на его основе ядерного зарядного устройства. При этом следует иметь в виду, что главным недостатком плутония реакторного качества является повышенное тепловыделение и радиационное излучение, представляющее опасность для человека, что серьезно затрудняет работу с ним.
Безопасность плутония в бассейнах и сухих контейнерах
Отработанное топливо после выгрузки из реактора проходит цикл операций, который начинается с помещения его в специальный водяной бассейн выдержки, находящийся на территории каждой АЭС, в котором оно должно выдерживаться не менее 5-10 лет для снижения теплоотдачи и радиационного фона. Типичная активная зона коммерческого реактора содержит около 80 т топлива, а бассейн - порядка 400 т. Через один год количество выделяемого ОЯТ тепла снижается в 200 раз, а радиоактивность - в 10 раз. После выдержки в бассейне ОЯТ можно перемещать в централизованное хранилище или направлять на переработку. ОЯТ после извлечения из реактора представляет собой высокотехнологичный продукт, 98% которого составляют энергетически ценные диоксиды природных изотопов урана (U-238 и U-235) и плутоний, наработанный в реакторе. (Бюллетень по атомной энергии, 2001, N 9) В процессе выдержки в бассейне нарастает, практически в линейной пропорции, концентрация весьма опасного изотопа цезий-137. Цезий обладает периодом полураспада 30 лет и вместе со своим короткоживущим продуктом распада барием-137 создают примерно половину активности продуктов деления. В бассейне выдержки содержится суммарная радиоактивность продуктов распада около 5 Мегакюри (МКи), что примерно в два с половиной раза больше, чем было выделено при аварии реактора Чернобыльской АЭС. В связи с этим весьма серьезно оценивается потенциальная угроза от выброса в атмосферу радиоактивных веществ в результате аварий в бассейне или преступных действий, способных привести к выкипанию, вытеканию воды в другие водоемы, а также вследствие неисправности системы водоводов или пожара, возникшего при падении в бассейн большого самолета и пробивания его стенки валом авиационной турбины, или кумулятивным зарядом.
В США придают большое значение безопасности процесса выдержки ОЯТ в бассейнах. Практически все бассейны были переоборудованы для загрузки в них топливных сборок с плотностью, сравнимой с их плотностью в активных зонах реакторов. С целью предотвращения в топливе явления критичности, топливные сборки помещаются в металлические контейнеры, стенки которых содержат бор, поглощающий нейтроны. При этом установлено, что в случае внезапной потери в бассейне воды, в результате аварии или террористического акта, конвективное охлаждение сборок воздухом будет малоэффективным. Это означает, что свежее ОЯТ может относительно быстро нагреться до температуры, при которой оболочка топлива потеряет герметичность и из нее могут быть выделены летучие продукты деления, включая весьма опасный цезий-137. Возникший пожар может распространиться и на более старое ОЯТ, что приведет к долговременному загрязнению окружающей местности с последствиями даже более худшими, чем после Чернобыльской аварии. (Альварец Роберт и др. Ослабление опасности от хранящегося отработанного топлива энергетических реакторов в США. Наука и всеобщая безопасность, 2003, т.11, N1, с. 9)
По мнению ряда американских ученых, нельзя отбрасывать как маловероятные, происшествия, которые могут произойти с хранением ОЯТ в бассейнах. Они указывают на возможность потери охладителя в результате атаки террористов. Проведенное ими моделирование возможных ситуаций показало, что наиболее затратные мероприятия могут быть связаны с ликвидацией последствий аварии или атаки на бассейн с ОЯТ, особенно если это будет связано с полным выбросом цезия-137. С целью предотвращения подобных происшествий предлагается предусмотреть ряд превентивных мер: снижение вероятности случайной потери охладителя из бассейна с ОЯТ; повышение защищенности бассейнов от возможной атаки террористов; снижение вероятности возникновения пожара в случае потери охладителя; сокращение запасов отработанного топлива в бассейнах. (Альварец Роберт и др. Ослабление опасности от хранящегося отработанного топлива энергетических реакторов в США. Наука и всеобщая безопасность 2003, т.11, N1, с. 11).
Исследователи Сандийской лаборатории провели моделирование процесса возгорания и пожара в районе бассейна и пришли к выводу о том, что при разрушении и взрыве над бассейном самолета, летящего со скоростью более 60 м/сек, приблизительно половина горючего сгорит еще до того, как достигнет земли. В результате в воздухе возникнет огненный шар, под действием которого может испариться значительная часть воды в бассейне. Под действием ударной волны от взрыва топливно-воздушной смеси могут быть разрушены сооружения вблизи бассейна и система водовода. Следует также учитывать, что некоторые бассейны располагаются над уровнем земли или над пустыми помещениями. Это создает опасность, что в результате удара валом турбины от разбившегося самолета может быть пробито отверстие в стенке бассейна, через которое будет вытекать охлаждающая вода. Подобные опасения основываются на примере атаки самолетов на Всемирный торговый центр 11 сентября 2001 г. Правда, размеры бассейна значительно меньше чем здания центра: 24 м шириной и 12 м высотой, против соответственно 63 м и 400 м, что снижает вероятность прямого попадания самолета в бассейн. Тем не менее, необходимо учитывать, что 11 сентября один из самолетов, захваченных террористами, направлялся в сторону Пенсильвании, где ими в качестве цели рассматривалась АЭС. (Альварец Роберт и др. Ослабление опасности от хранящегося отработанного топлива энергетических реакторов в США. Наука и всеобщая безопасность, 2003, т. 11, N 1, с. 9).
Вскоре после трагедии 11 сентября группы граждан США обратились к властям с требованием о повышении защиты бассейнов с ОЯТ от возможных террористических действий. Более того, прокуроры 27 штатов подписали письмо к лидерам Конгресса с просьбой о законодательной поддержке в деле "защиты наших штатов и общественности от террористических атак гражданских атомных электростанций и других важных объектов", в котором была специально обговорена безопасность бассейнов с ОЯТ. Положение усугубляется тем, что в настоящее время на территории 31 штата располагаются 65 АЭС с 103 работающими реакторами. В ответ на это, Регулятивная ядерная комиссия заявила, что "возможность подобной террористической атаки является спекулятивной и слишком удаленной от естественных или ожидаемых последствий". В ответе однозначно утверждается, что надежность и безопасность бассейнов с ОЯТ обеспечивается рядом физических структур, операционных мер и барьеров безопасности, которые являются беспрецедентными для объектов гражданской инфраструктуры. В качестве доказательства они приводят ряд аргументов:
- бассейны с ОЯТ представляют собой весьма прочные железобетонные сооружения, размещенные внутри охраняемой территории;
- конструкция бассейнов создается таким образом, что сам бассейн с ОЯТ будет находиться ниже уровня окружающего грунта, что препятствует вытечке из него воды даже в случае повреждения;
- в бассейне находится громадное количество воды, в результате чего при гипотетически возможных авариях и связанных с ними утечкой воды, у оператора имеется большой запас времени для устранения их последствий;
- после 11 сентября 2001 г были предприняты дополнительные меры по
снижению вероятности нападения террористов на объекты ядерной инфраструктуры и усилению мер защиты.
Однако специалисты исходят из того, что несмотря на весьма малую вероятность такого события, как атака на бассейн, слишком высокой будет цена в случае успешной атаки террористов против АЭС. По их мнению, возможный ущерб от последствий такой атаки может составить сотни миллиардов долларов. В том случае, если ОЯТ выдерживалось в бассейне в течение 5-10 лет, оно может быть переведено на содержание в контейнерах сухого хранения. Такие контейнеры не боятся потери охладителя, поскольку они охлаждаются путем воздействия естественной конвекции, которая создается теплотой распада отработанного топлива, т.е. их охлаждение является полностью пассивным. Для того, чтобы произошел выброс радиоактивного материала стенка контейнера должна быть пробита снаружи или контейнер должен быть подвергнут сильному нагреву внешним источником до такой степени, что его оболочка разрушится. Для образования большого выброса ОЯТ необходимо произвести одновременное разрушение многих контейнеров, что весьма маловероятно. Правда, при существующих в США темпах производства контейнеров потребуется более 10 лет, чтобы переместить в них большую часть ОЯТ, находящегося в бассейнах. Это означает, что в течение нескольких десятилетий большая часть ОЯТ будет находиться на площадках АЭС. Для перемещения ОЯТ из бассейна в сухие хранилища потребуются значительные затраты. По оценкам ученых США, стоимость сухого хранения 35 т ОЯТ составит около 7 млрд. долларов.
Обеспокоенность попыткой террористов-смертников нанести удар по АЭС в Пенсильвании вызвала необходимость проведения исследований стойкости контейнеров с ОЯТ к удару, наносимому турбинным валом лайнера "Боинг-747", движущегося со скоростью, близкой к скорости звука. В ходе моделирования такого удара по толстостенному стальному контейнеру исследователи пришли к выводу о том, что он не будет пробит. Правда, подобная ситуация не была проверена экспериментально. Была также проверена стойкость таких контейнеров в условиях пожара, возникшего в результате аварии авиалайнера над площадкой хранения. Предполагалось, что 80 т керосина, находящегося на его борту, прольется на контейнеры хранения ОЯТ, который будет гореть в течение 3-5 часов, создавая в зоне пожара температуру около 1000 градусов. Полученные результаты показали: в этих условиях следует ожидать, что в хранилище с 135 контейнерами будет выделено примерно 0,04 МКи цезия-137 из находящихся в контейнерах 170 МКи. Этот ожидаемый выброс будет примерно в 100-1000 раз меньше, чем в случае пожара в бассейне с ОЯТ. Тем не менее, выдвигается требование, чтобы в конструкции такого хранилища было предусмотрено предотвращение разлива керосина вокруг контейнеров. (Альварец Роберт и др. Ослабление опасности от хранящегося отработанного топлива энергетических реакторов в США. Наука и всеобщая безопасность, 2003, т.11, N 1).
Проблемы захоронения отработанного топлива
В ходе радиохимической переработки ОЯТ образуется большой объем радиоактивных отходов (РАО), поэтому ряд стран, включая США, полагают целесообразным обеспечивать долговременное хранение отработанного топлива (до 50 лет) и лишь впоследствии принимать решение о его дальнейшей судьбе: либо радиохимическая переработка, либо захоронение. В США отмечается значительное число сторонников создания хранилищ остеклованного ОЯТ, основной целью которого является предотвращение попадания содержащегося в нем плутония в руки соискателей ядерного оружия (в том числе и террористических организаций). Такая форма хранения ОЯТ должна обеспечивать целостность плутония в условиях типичных для подземных захоронений. Остекловывание ОЯТ также призвано обеспечивать экологическую защиту окружающей среды и населения. В то же время следует признать, что ни один вариант обработки плутония (за исключением ликвидации) не является полностью необратимым и, как уже упоминалось, даже остеклованное захоронение превращается в своеобразные "залежи" плутония, который в будущем может быть использован для военных или террористических целей.
В последнее время стало усиливаться внимание научной общественности ведущих стран мира, озабоченной последствиями долгосрочного содержания отработанного топлива, к проблеме ОЯТ, в котором содержатся материалы, делящиеся тепловыми нейтронами. Особую обеспокоенность вызывает нахождение в нем урана и плутония, которые способны претерпевать деление этими нейтронами. Ряд ученых, в том числе и видный физик Фрэнк фон Хиппель, придерживаются мнения о том, что в отдаленной перспективе остеклованное ОЯТ в форме стержней из боросиликатного стекла длиной 3 м и диаметром 0,6 м, которые в последнее время изготавливаются на предприятии в Саванна Ривер (шт. Южная Каролина), помещенные в геологических захоронениях могут претерпеть значительные изменения в отношении образования критичности. Они объясняют это тем, что бор, находящийся в остеклованном контейнере с ОЯТ и поглощающий нейтроны, гораздо легче выщелачивается из стекла, чем плутоний. Образующаяся при этом смесь плутония с кремнием начинает проникать в окружающую среду. При этом встает вопрос о том, может ли такой процесс привести к образованию в каком- либо месте критической массы, способной к взрыву?
По проведенным подсчетам оказалось, что, например, это может произойти в том случае, если около 100 кг плутония-239 в виде смеси с диоксидом кремния, имеющей форму сферы, станут критическими при радиусе сферы около 0,5 м. Ученые Ливерморской национальной лаборатории полагают, что подобное развитие событий можно предотвратить путем добавки к стеклу менее выщелачиваемых, чем бор поглотителей нейтронов. Они утверждают, что уменьшение вероятности создания критичности в подземных, геологических захоронениях находится в пределах нынешних возможностей формирования состава и структуры отходов и конструирования хранилищ. (Фрэнк фон Хиппель. Могут ли взорваться подземные хранилищ с ядерными отходами? Наука и всеобщая безопасность, 1996, т. 5, N 3, с. 4).
В последнее время значительно усилилось внимание к проблеме долгосрочного содержания оружейных делящихся материалов, снимаемых со средств СНВ в соответствии с российско-американскими соглашениями о сокращении стратегических наступательных вооружений, а также в результате односторонних обязательств США и России в отношении тактического ядерного оружия 1991-1992 гг. К ним добавляется отработанное топливо корабельных и исследовательских реакторов, содержащих плутоний, уран и другие трансурановые элементы. Сборка МОХ-топлива, используемая для уничтожения оружейного плутония, будет содержать до 18 кг этого материала. При этом известно, что подкритичность захороняемого топлива может быть усилена путем добавки нейтронных "ядов" (поглотителей нейтронов). Однако при ослаблении изоляции материала, делящегося тепловыми нейтронами, и создания условий для его распространения в окружающую среду, становятся возможными критические состояния с положительной обратной связью. Особенность такой системы состоит в том, что выделение энергии приведет к таким изменениям в ней, которые постепенно вызовут еще более высокие темпы энерговыделения. Такие системы являются автокаталитическими. В этом состоит их определенная опасность.
В качестве долговременной международной политики в отношении ОЯТ признается необходимость ограничения количества его хранилищ в мире, например, не более 25. При этом подсчитано, что в хранилище с отработанным топливом одного коммерческого реактора общее количество плутония может достигать около 10 т. Увеличение мощности разрабатываемого в США депозитария позволит собрать в одном хранилище ОЯТ от всех реакторов тех стран, где не предполагается вести его переработку. Создание такого международного хранилища поможет значительно сократить риск извлечения ОЯТ, остающегося в хранилищах на площадках АЭС. При этом ученые обращают внимание на то, что в связи с предстоящим в будущем истощением запасов природных энергоносителей, следующим поколениям неминуемо придется обратиться к извлечению и переработке старого ОЯТ. Не следует исключить и того, что в целях обеспечения безопасности им придется разработать и внедрить оптимальную технологию утилизации плутония. При этом представляется необходимым также оценить риск и возможные последствия изъятия плутония при провале существующей международной системы контроля. (Питерсон Пер. Долгосрочные гарантии для плутония в геологических хранилищах. Наука и всеобщая безопасность, 1996, т.6, N1, с.11)
Сторонники длительного захоронения ОЯТ не без оснований полагают, что ОЯТ, прошедшее дополнительную обработку в виде остекловывания, представляет меньшую опасность вследствие значительной степени разбавления и трудностями выделения из него плутония. В то же время ряд ученых отмечает объективную возможность того, что подобные хранилища могут стать сравнительно недорогими источниками получения плутония, в том числе и для использования во враждебных целях. Некоторые из них утверждают, что в отдаленной перспективе будет невозможным обеспечить надежный контроль за содержанием его в подземных геологических захоронениях и на основании этого считают нерациональным такой способ его утилизации. По их мнению, такие хранилища являются источниками плутония, который в нужный момент может быть выделен из ОЯТ путем его извлечения и радиохимической переработки. По существу такие хранилища, как уже упоминалось, могут стать искусственно созданными "месторождениями" плутониевой "руды".
Обеспокоенность таким возможным развитием событий привела к тому, что МАГАТЭ обращает внимание обладателей АЭС на необходимость обеспечивать постоянный контроль за хранилищами отработанного топлива. При этом геологические хранилища должны обеспечивать предотвращение выброса радиоактивных материалов в результате естественных процессов, происходящих под землей, или вмешательства человека. Для контроля за подобными геологическими хранилищами с целью предотвращения несанкционированного доступа к ним предлагается использовать анализ фотоснимков, получаемых со спутников, а также проведение регулярных инспекций наземных площадок международными группами инспекторов. Для государства, которому принадлежит хранилище, наиболее важными факторами являются возможная продолжительность тайных операций по извлечению ОЯТ и масштабы получения плутония. От ответов на эти вопросы зависит возможность применения международных санкций или военного вмешательства. Определенную потенциальную угрозу может составить изменение национальных границ, когда хранилища с ОЯТ могут перейти в руки другого государства. Нельзя исключить и возможность создания доступа в хранилища со стороны наднациональных террористических организаций. (Питерсон Пер. Долгосрочные гарантии для плутония в геологических хранилищах. Наука и всеобщая безопасность, 1996, т. 6, N 1, с. 4)
Следует заметить, что проблема надежности и безопасности хранения ОЯТ оказывает влияние на устойчивость режима нераспространения ядерного оружия, поскольку такие хранилища могут стать сравнительно недорогими источниками расщепляющегося материала. Правда, получение плутония из хранилища потребует проведения довольно затратных горно-проходческих работ, однако в том случае, если государство решит воспользоваться находящимся там плутонием это отнюдь не явится непреодолимой преградой. По оценкам ученых США, при осуществлении разработанного проекта хранилища ОЯТ в Юкка Маунтин (шт. Невада) возврат одного заложенного там контейнера составит примерно 10 т топлива, содержащего около 100 кг плутония, из которого можно сделать 15- 20 боезарядов. (Лайман Эдвин, Фейвесон Харольд. Опасности распространения для подземных залежей плутониия. Наука и всеобщая безопасность, 1998, т.7, N 1, с. 47)
В докладе Национальной академии наук США содержатся серьезные опасения по поводу наличия огромных запасов избыточного оружейного плутония в России и США. Такое положение характеризуется как очевидная угроза для системы международной безопасности. К подобному выводу пришли также ученые Британского Королевского общества, которые выразили озабоченность наличием крупного арсенала выделенного гражданского плутония в стабильной Великобритании. Россия и США приняли программу перевода избыточного оружейного плутония (34 т с каждой стороны) в уран-плутониевое топливо в виде смеси оксидов (МОХ-топливо) металлов, помещенных в контейнеры с остеклованными радиоактивными отходами. Особое внимание, которое уделяется МОХ-топливу в России и США, во многом объясняется тем, что его производство и использование являются хорошо отработанными технологиями.
Сторонники захоронения ОЯТ доказывают, что при его хранении в течение многих десятков и сотен лет топливо при работе с ним не потребует массивных защитных экранов и можно будет обходиться работой в "перчаточных камерах". Это может стать в будущем серьезным стимулом к разработке старых хранилищ ОЯТ. Однако их позиции подвергаются серьезной критике со стороны ряда видных ученых. Так, видный американский физик, первооткрыватель ряда трансурановых элементов, в том числе и плутония, Глен Сиборг, является непримиримым противником захоронения ОЯТ, представляющего потенциальную угрозу использования содержащегося в нем плутония в военных или террористических целях. В докладе группы Американского ядерного общества под его председательством указывается: "...через длительное время риск распространения плутония может быть полностью устранен только путем его потребления в качестве ядерного топлива". (Американское ядерное общество. Protection and Manaqement of Plutonium, American Nuclear Society, La Grand Park, il 1995)
Другая группа ученых в качестве основной альтернативы подземному захоронению предлагает процедуру, именуемую РИТ (разделение и трансмутация). Эта операция предусматривает ликвидацию долгоживущих радионуклидов (в том числе и плутония) путем извлечения из ОЯТ и последующего их деления или распада в ядерных реакторах или с использованием ускорителей заряженных частиц. Однако расчеты, проведенные учеными, показали, что для полной переработки наработанных трансуранов по программе РИТ потребуется около 40 реакторов на быстрых нейтронах, а весь процесс может занять сотни лет.
Твердая позиция Федерального агентства по атомной энергии РФ состоит в том, что плутоний является ценным энергоносителем и его потенциальные возможности должны быть использованы на благо человечества. При этом Агентство полагает необходимым ухудшить его изотопный состав до уровня реакторного плутония путем нейтронного облучения. В то же время следует учитывать, что, как уже было показано, имеются довольно крупные запасы выделенного плутония хранящегося на предприятиях в ядерных странах.
Российские ученые считают плутоний ОЯТ весьма ценным энергоносителем и указывают на то, что его захоронение является нецелесообразным ни с точки зрения экономики, ни экологии. Они настаивают на необходимости его надежного хранения и одновременно на продолжении проектных разработок и строительства экономичных и экологически безопасных реакторов, работающих на уран-плутониевом МОХ-топливе.
Позицию российских ученых по отношению к плутонию поддержал президент РФ Владимир Путин, выступая в сентябре 2000 г на саммите тысячелетия. Он предложил развернуть в международном масштабе работы над проектом на основе перспективной технологии БРЕСТ (быстрый реактор естественной безопасности). Эта политическая инициатива России определяет первоочередные задачи работ в области ядерной энергетики. Вскоре после этого состоялись международные семинары по поиску путей развития безопасной ядерной энергетики на основе перспективных технологий ядерного топливного цикла и организации широкого сотрудничества ученых стран мирового сообщества. В развитии положений этой инициативы в России были проведены исследования по использованию уран-плутониевого топлива в реакторе БН-600, в ходе которых решались три основные задачи: достижение высокой степени самозащиты реактора в случае аварии; улучшение экологии топливного цикла; обеспечение режима нераспространения ЯО. (Левченко Николай. Атомная отрасль России перешла в 2000 г. к ускоренному развитию. Бюллетень по атомной энергии, 2001, N 6, с. 8). Повышенное внимание к проблеме отработанного ядерного топлива, особенно активно проявляемое в последнее время, вселяет надежду на то, что мировое сообщество, объединив усилия, сможет найти такие решения проблемы плутония, которые будут отвечать долговременным коренным интересам всего человечества.
Док. 325643 Опублик.: 25.06.07 Число обращений: 364
