З 9 по 11 жовтня 2000р. більше 300 представників різних галузей науки зібралися в Брюсселі, щоб взяти участь у міжнародній конференції "Плутоній-2000". Присвячена майбутньому цього унікального елемента, вона була організована Бельгійським ядерним товариством (Belgian Nuclear Society), підтримана аналогічними товариствами Європи, США, Росії та Японії. Учасники планували обговорити проблеми:
- Зростання запасів очищеного плутонію в результаті переробки комерційного ядерного палива і скорочення ядерного озброєння;
- Потенційна цінність і небезпека, які ці запаси представляють;
- Технічні варіанти поводження з даними матеріалами;
- Політичні рішення, необхідні для їх реалізації.
Сучасна ситуація: світові запаси плутонію
Деякі доповідачі і слухачі, які були присутні на конференції, висловили стурбованість зростанням світових запасів цивільного (в результаті діяльності атомних електростанцій) і надлишком збройового плутонію.
При експлуатації АЕС на урановому паливі плутоній накопичується в опроміненому паливі, частково вигоряє, частково залишається в суміші з недогоревшім ураном-235, матричним ураном-238 і продуктами поділу. Сумарний вміст ізотопів плутонію від Pu238 до Pu242 у відпрацьованому паливі легководного реактора становить близько 1%. При щорічній вивантаженні 24т опроміненого палива з одного блоку ВВЕР-1000 виходить, що реактор виробляє приблизно 240 кг енергетичного, або цивільного, плутонію на рік.
Плутоній - радіоактивну речовину, небезпечне для здоров'я; його зберігання, транспортування, утилізація пов'язані з фінансовими і технічними труднощами і вимагають прийняття особливих заходів безпеки *. За даними йор-сан Чой (МАГАТЕ), запаси громадянського плутонію останні кілька років швидко зростали і зараз перевищують 200 т. Доктор Чой підкреслив відмінність між країнами, що мають програми використання плутонію, де його запаси скоро досягнуть піку і почнуть поступово знижуватися, і країнами, у яких таких програм немає і де переробка зводиться лише до виділення плутонію з відпрацьованого палива, - там запаси будуть рости.
* Докладно про те, чи небезпечний плутоній для нашої планети і наскільки, см.: Кудрявцев Є.Г. Плутоній: різноманітність підходів і думок / / Природа. 1995. № 12. С. 3-11. - Прим. ред.
Що стосується збройового плутонію, в даний час США мають запас 99.5 т, російський запас приблизно вдвічі більше. Це приватна думка автора, не заснований на будь-яких фактичних даних.
Від частини цих обсягів країни мають намір позбутися. У березні 1995р. Б. Клінтон оголосив про рішення вилучити з ядерних арсеналів США 200т подільних матеріалів. Б. М. Єльцин з боку Росії у відповідь на це обіцяв поступово вивести з військових програм близько 500т високозбагаченого урану і до 50т плутонію. 1 вересня 2000р. було укладено угоду між віце-президентом США А. Гором і прем'єр-міністром Росії М. М. Касьяновим, передбачає, що кожна сторона вживе всіх заходів для скорочення військових запасів плутонію не менш ніж на 34т починаючи з 2007р. Прогрес у переговорах зі скорочення стратегічних озброєнь може призвести до того, що ще більша кількість збройового плутонію стане зайвим, і не тільки в Америці та Росії. Так, Великобританія вже заявила, що з її помітно менших ядерних арсеналів 4.1т плутонію є надлишком.
Ресурс або відходи?
З тим, що світові запаси плутонію повинні бути скорочені, на конференції погодилися всі. Але як залишити без уваги той факт, що в 1.2г здатного до поділу плутонію укладено така ж кількість енергії, як і в 1г урану-235? Так чи приймати плутоній за ресурс або за відходи? У процесі обговорення стало ясно, що думки учасників конференції з цього приводу розходяться.
Ці дебати не обмежувалися нинішньою ситуацією на енергетичному ринку. Подібно прихильникам поновлюваних, але поки дорогих джерел енергії (сонця, вітру та ін), прихильники плутонію як ресурсу відзначали, що, хоча він сьогодні і має ряд мінусів з точки зору ринку, не використовувати взагалі його енергетичний потенціал недоцільно і навіть безвідповідально. Адже як і уран, плутоній здатний стати обмежувачем цін на вичерпні енергоносії і, плюс до цього, на відміну від урану може забезпечити нас практично невичерпним і поновлюваним джерелом енергії.
Навпаки, прихильники концепції "плутоній - це відходи", подібно К. Ейзенбарт з Протестантського інституту міждисциплінарних досліджень (Німеччина), закликали випробувати все, щоб гарантувати недосяжність існуючого плутонію, неможливість його повторного використання і зупинку його виробництва.
Г. Бей з Швейцарської компанії NOK висловив думку, що, якщо плутоній залишається лише ресурсом, який можна передати майбутнім поколінням, це накладає серйозну відповідальність на довгий час. Плутоній потребує системи безпеки протягом значно більшого терміну, ніж реактор, в якому він був вироблений.
Тим не менше на конференції прихильники розглядати плутоній як ресурс все ж переважали захисників точки зору на плутоній як на відходи.
Методи ліквідації плутонію
Грунтуючись на двох поглядах на плутоній, має сенс обговорити методи, які переслідують мету ліквідацію запасів цього радіоактивної речовини. Сьогодні є два способи позбутися від його запасів. Перший - виробництво на основі плутонію палива і спалювання його в звичайних реакторах на атомних електростанціях. Другий - поховання.
Основою першого способу став розроблений в кінці 50-х років Бельгійським центром ядерних досліджень та компанією "Belgonucleaire" метод виробництва здатної до поділу суміші урану і плутонію. Метод був названий MIMAS (MI cronized MAS ter blend); з 1985р. дана компанія почала промислове виробництво палива за цим методом і справила близько 50% всього MOX-палива. Назва MOX (M ixed-OX ide fuel) * отримало паливо, що складається з діоксидів плутонію та урану-238. З того моменту, як було встановлено, що воно може використовуватися в звичайних реакторах, багато країн стали його виробляти і більше 30 європейських атомних станцій перейшли з уранового палива на змішане.
* Докладно про те, що таке MOX-паливо і як його отримують, см.: Меньшикова Т.С., Антипов С.А. Стан і перспектива використання MOX-палива в енергетичних реакторах / / Природа. 1996. № 10. С.94 - 104. - Прим. ред.
На конференції в захист MOX-технології виступив Ж. Бошар з Французької комісії з атомної енергії. Представлений на конференції перелік підприємств ядерної енергетики Європи, Японії та США, вже використовують або планують використання MOX-палива, продемонстрував, що MOX - готова промислова технологія, яка дає надійну стратегію безпечного знищення запасів очищеного плутонію.
Якщо частина уранового палива в реакторі на теплових нейтронах замінити на MOX, тобто зменшити навантаження по U235, можна домогтися приблизно рівної кількості плутонію у переданому і вивантажується матеріалі. А реактор на швидких нейтронах (наприклад, розроблений інститутами Мінатому Росії реактор з натрієвим теплоносієм БН-800) здатний до повного спалювання значної кількості плутонію будь-якої якості, причому вміст його в паливі може бути помітно більше, ніж при роботі на теплових нейтронах. Сьогодні розробляються нові види ядерних палив (наприклад, карбідних, нітридних, з інертною матрицею), що допускають ще більш високі концентрації плутонію, ніж у MOX-паливі.
Що стосується поховання, то представник Росії, заступник міністра з атомної енергії В. Б. Іванов висловив думку, що якщо плутоній буде розміщений на постійне зберігання в скельних породах, то коли-небудь люди знайдуть спосіб вилучення його з цього сховища - по суті плутонієвої шахти . Тому єдиний "реальний" спосіб ліквідувати запаси плутонію - знищити, використовуючи його енергетичний потенціал в атомній енергетиці.
Однак з виступів на конференції стало ясно, що не обов'язково "ховати" плутоній назавжди: можливі консервація плутонію з дотриманням всіх заходів безпеки та зберігання його в межах досяжності, щоб у майбутньому, коли технологічно зможуть звертатися з ним без ризику, наші нащадки скористалися його потенційної енергією. На підтримку такого способу вирішити проблему плутонію висловилася А. Макфарлейн з Массачусетського технологічного інституту. Вона заявила, що консервація, мабуть, буде застосовуватися за межами США, в країнах, які намагаються протистояти перекладу реакторів на використання MOX-палива, і у випадках, коли включені в плутоній забруднення не дозволять використовувати його для виробництва MOX-палива. Макфарлейн запевнила, що метод консервації в кращому ступені забезпечує геологічну ізоляцію і запобігає витік у грунтові води, ніж використання MOX-палива. Проте, як вона зазначила далі, американська програма консервації надлишків збройового плутонію в рамках концепції "банку в каністрі" вже зіткнулася з проблемою забезпечення цезієм в достатній кількості - для пристрою радіаційного бар'єру.
Американська концепція "банку в каністрі" ("can-in-canister") передбачає для запобігання несанкціонованого доступу та вилучення плутонію заливати плутонієву кераміку радіоактивним склом, що містить потужний гамма-випромінювач цезій-137. Таким чином створюється "непрохідний" радіаційний бар'єр на шляху до плутонію, такий же ефективний, який створюють продукти поділу в опроміненому MOX-паливі. Однак залитий склом плутоній зберігає свій початковий збройовий ізотопний склад, у той час як у MOX-паливі, що пройшов через реактор, він втрачає "зброярня якість".
Ряд виступаючих висловлював підтримку обом рішенням. Представник Департаменту по енергії США Л. Холгейт заявила, що для ліквідації надлишків збройового плутонію вирішено одночасно використовувати обидві технології - MOX і консервацію. Це дозволить раніше почати ліквідацію плутонію і застрахує від можливих труднощів реалізації якої-небудь однієї програми. У Департаменті по енергії вважають, що двостороння стратегія демонструє рішучість США скорочувати запаси плутонію так швидко, як тільки можливо. 26т плутонію (з своїх 34 по угодою Гора - Касьянова) США мають намір перетворити на MOX-паливо, що залишилися 8т законсервувати.
Існуючий стандарт відпрацьованого палива, рекомендований Національною академією наук США в 1994р. в доповіді про ліквідацію збройового плутонію і прийнятий згодом Департаментом по енергії США, встановлює, що плутоній повинен бути переведений у форму недоступну та / або непривабливу для використання в якості ядерної зброї. Однак доктор Макфарлейн заявила у своєму виступі, що в даний час Національна академія вивчає питання про перегляд стандарту відпрацьованого палива та застосуванні його для обох форм ліквідації - через MOX і "банку в каністрі".
На думку фахівців Мінатому Росії, використовувати енергетичний плутоній для виробництва ядерної зброї надзвичайно складно. Деякі американські експерти, навпаки, вважають, що при сучасному рівні знань терористи, які отримали доступ до громадянського плутонію, можуть створити примітивну ядерну бомбу. Сьогодні досягнуто міжнародний консенсус про необхідність ретельного обліку і контролю ядерного матеріалу, а також його охорони. Відповідні необхідні процедури здійснюються на всіх об'єктах Мінатому.
Д. Фенстермахер з Держдепартаменту США зазначив, що для доказу прийнятною ліквідації плутонію США і Росія будуть використовувати рівні вигоряння і радіації відпрацьованого MOX-палива. Підписана в 2000р. міжурядову угоду визначає рівень спалювання в мінімум 20ГВт · добу / т, а рівень радіації - в 1Зв / год на відстані одного метра від відпрацьованого палива через 30 років після обробки палива в реакторі.
Як поводитися з військовими надлишками?
Л. Холгейт відзначила наступні позиції в угоді Гора - Касьянова:
- Досягнуту домовленість про скорочення кожною стороною 34 т надлишків збройового плутонію Росія має намір виконати за допомогою перекладу плутонію в MOX-паливо і використовувати його в реакторах, а США планує застосовувати як MOX-метод, так і метод захоронення;
- Переробка плутонію в промисловому масштабі повинна початися в США і в Росії в грудні 2007р. Кожна сторона повинна ліквідувати принаймні 2т плутонію на рік;
- США і Росія повинні досягти угоди з МАГАТЕ з міжнародного контролю над програмами скорочення.
Росія збирається організувати виробництво MOX-палива на ВО "Маяк" або в Желєзногорську. Росенергоатом буде використовувати MOX-паливо на блоках ВВЕР-1000 в Балаково і, можливо, в майбутньому на блоках Калінінської атомної станції. Іншим споживачем MOX-палива стане вже діючий російський реактор на швидких нейтронах БН-600. На те щоб налагодити промисловий випуск MOX-палива для російських програм, спрямовані дослідні роботи в багатьох країнах. Вони включають адаптацію європейського MOX-досвіду до російських паливними розробкам, оцінку можливості промислового виробництва палива в Росії, паралельні дослідження у Франції і в Німеччині, виробництво дослідних зразків палива та прототипну збірок.
Не зупиняючись на заявлених 68т, США і Росія мають намір вишукувати будь-які шляхи, щоб ліквідувати якомога більше надлишків плутонію, включаючи використання російського MOX-палива за межами країни. Вже аналізується перспектива спалювання російського військового плутонію в канадських реакторах Канді (CANDU). Обидві країни вже відправили близько 600г військового плутонію в Канаду для виробництва таблеток MOX та експериментального опромінення їх в дослідницькому реакторі. У майбутньому в Росії могли б бути побудовані нові, досконаліші реактори, що дозволяють утилізувати плутоній. Спільні зусилля Міністерства з атомної енергії (Росія) і компаній "General Atomics" (США), "Framatome" (Франція) і "Fuji Electric" (Японія) спрямовані на розробку прототипного реактора з газовим теплоносієм, який володів би високою пропускною здатністю по плутонію .
У липні 2000-го на саміті Великої вісімки в Окінаві було вирішено підготувати багатосторонні угоди про міжнародне фінансування програм ліквідації плутонію *. М. Дефрен з Європейської комісії зізнався учасникам конференції, що це буде "важлива і важка задача", але "якщо ми хочемо почати ліквідацію до кінця 2007р., то необхідно врахувати, що часу в обріз, і фінансові рішення мають бути прийняті ".
* Про важливість цієї проблеми йшлося й у заяві міністрів закордонних справ країн Великої вісімки за підсумками зустрічі в Римі в липні 2001р. - Прим. перекл.
Можлива участь Європи
Багато уваги на конференції приділялась питанню залучення європейської атомної промисловості в програму ліквідації надлишків російського збройового плутонію, оскільки в Європі накопичений великий досвід по виготовленню та використанню MOX-палива. Французька компанія "Cogema" за підтримки компаній "Electricite de France", "Belgonucleaire" і "Tractebel" (Бельгія) вже відіграє лідируючу роль в американській програмі. На черзі - питання європейської допомоги Росії на рівні фізичного задіяння наявних там потужностей. Іванов виступив на конференції з ідеєю проводити MOX-паливо в Росії, здавати його в оренду європейським енергокомпаніям для спалювання в їх реакторах і в кінцевому підсумку повертати відпрацьоване паливо до Росії для постійного зберігання. Цей сценарій забезпечить збільшення пропускної здатності реакторів, що дозволяє прискорити ліквідацію російського військового плутонію.
На сесії, присвяченій обговоренню досвіду та планів використання енергокомпаніями MOX-палива, її керівник Ф. Деконінк, голова Бельгійського центру ядерних досліджень, поставив питання: яка країна візьметься спалювати MOX-паливо, що належить іншій країні? Питання відразу викликав позитивне ставлення безлічі європейських енергокомпаній, але були й противники такої пропозиції. Ось зауваження деяких учасників дискусії:
- Представник EON (Німеччина) Д. Броше: якщо це паливо дешевше, компанія його візьме;
- Представник NOK Г. Бей: лізинг палива звучить привабливо, особливо для таких невеликих програм, якими займається NOK. Відносно даної ідеї сумнівів немає, якщо це має економічний сенс. Однак треба поспішати, оскільки термін роботи наявних реакторів обмежений;
- Представник OKG (Швеція) С. Нордлоф: компанія не стане зв'язуватися з MOX-паливом, "якщо за нього доведеться боротися"; побоювання викликає ціна на паливо на нерегульованому ринку (до речі, недавнє опитування показав, що 72% шведів виступають за використання шведських реакторів для знищення надлишків збройового плутонію);
- Представник "Duke Power" (США) С. Несбіт: "Duke" має намір закупити MOX-паливо у випадку, якщо це дає економію в порівнянні з покупкою еквівалентної кількості уранового палива;
- Представник "Electricite de France" Ж. -Л.Прово: на виробничих потужностях немає місця для чужого плутонію, оскільки і так вистачає проблем з переробкою власного;
- Представник "Tokyo Electric Power" (Японія) С. Муто: японський уряд і Японський інститут розробки ядерного циклу допомагають Росії з програмою знищення військового плутонію на російському реакторі БН-600.
Ця дискусія висвітлила дуже цікаву тенденцію. Поки французькі і японські електричні компанії будуть продовжувати переробляти свій плутоній, компанії з досвідом утилізації MOX-палива з Бельгії, Німеччини, Швейцарії і незабаром Швеції планують поступово, протягом наступних кількох років, у міру повної переробки власних запасів виділеного плутонію, припинити роботу з MOX-паливом. Але цілком можна очікувати, що одна (або кілька) з цих європейських компаній надалі звернеться до нових програм утилізації MOX-палива, включаючи програму знищення російського збройового плутонію, замість того щоб повністю виключити використання MOX, як бачиться сьогодні. Звичайно, це буде залежати від економічних умов і позицій національних урядів.
Попереду складні завдання
На конференції висвітилися численні проблеми, пов'язані з утилізацією цивільного і збройового плутонію. Наприклад, необхідно терміново прийняти політичні рішення, намічені в Окінаві; залишається і ряд технічних проблем. MOX-шлях скорочення запасів збройового плутонію може стати позитивним підсумком досвіду комерційного виробництва і використання MOX-палива, але для цього потрібно проведення тестового опромінення безпосередньо збройового плутонію, який відрізняється від цивільного. Пробні зразки будуть опромінені в американських і російських реакторах перед тим, як дати старт повномасштабної реалізації програми. Для США повинна бути розроблена і продемонстрована технологія консервації збройового плутонію. Можуть виникнути труднощі із забезпеченням достатньою кількістю цезію для пристрою радіаційного бар'єру. І необхідно провести випробування, які підтверджують, що метод "банку в каністрі" задовольняє прийнятим вимогам безпеки.
На конференції професор А. Сузукі з Токійського університету висловив думку, що для вирішення технічної частини завдання буде потрібно більш тісне співробітництво членів міжнародного технічного співтовариства, але завдання більшою мірою політична, ніж технічна.
Крім проблем нових технологій, основними питаннями залишаються ресурси - люди і гроші. П.Д 'Хонд з Бельгійського центру ядерних досліджень відзначив виснаження наукового потенціалу і потребу в залученні в поле ядерних технологій нових вчених. В. Гмелін підкреслив, що дуже важливо підтримувати на достатньому рівні фінансування Управління безпеки Євроатому з боку Євросоюзу.
Завершуючи конференцію "Плутоній-2000", голова програмного комітету П. Говарта зазначив, що в основному досягнуто консенсус: треба не тільки вирішувати проблему нерозповсюдження запасів плутонію, наростаючих в процесі роззброєння, але й не забувати про мирне використання ядерної енергії. Він назвав недавню угоду Гора - Касьянова закликом до інших зацікавленим країнам визначитися зі своєю політикою в області плутонію. "Перші переговори про скорочення ядерних арсеналів, - сказав Говарта, - почалися вже більше 25 років тому. Зараз склалися всі умови для реалізації цього скорочення. Ми всі зобов'язані разом усунути страшні наслідки холодної війни, знайти правильне рішення проблеми плутонію. З цією речовиною потрібно звертатися обережно, але міститься в ньому високу енергію необхідно використовувати в реакторах, а не втрачати дарма ". Як зауважив на закінчення президент Бельгійського ядерного товариства Ж. Корне, конференція показала, що ефективні способи поводження з плутонієм є, і справа за урядами, які повинні прийняти відповідні рішення.
Література
Стаття Барона Андре Жомотта (Andre Jaumotte), почесний голова міжнародної конференції "Плутоній-2000",
президент асоціації "Бельгійська ядерна промисловість".
Був ректором і президентом Вільного університету Брюсселя.