Российская наука и техника

Александр Болсуновский

Институт биофизики, Красноярск

 

 

Число ядерных боеголовок ныне принадлежащих России, как преемнице СССР, по разным оценкам составляет не менее тридцати тысяч единиц. Согласно российско- американским соглашениям, к 2000 году число ядерных боеголовок у каждой стороны не должно превышать пяти тысяч . Это значит, что большая часть боеголовок должна быть демонтирована. Демонтаж уже проводится, причем на тех же заводах, где и создавали боеголовки. 

 

Длительное время местонахождение этих заводов в России было строго засекречено. Но сегодня стало известно, что ядерные боеголовки производятся в гг.Екатеринбурге-45, Пензе-19 и Златоусте-36.

 

В результате демонтажа из боеголовки извлекается таблетка ядерного материала, так называемый "пит" (в качестве ядерного материала для производства боеголовок используется высокообогащенный уран-235, который может производиться в Екатеринбурге-44, Красноярске-45, Ангарске и Томске-7, и оружейный плутоний-239, который нарабатывался ранее в Челябинске-40, а в настоящее время - в Красноярске-26 и Томске-7). После демонтажа должны высвободиться сотни тонн высокообогащенного урана и десятки тонн плутония. В то же время общее производство высокообогащенного урана в России оценивается в девятьсот тонн, а оружейного плутония - в сто сорок-сто шестьдесят тонн.

 

Использование высокообогащенного урана (ВОУ) в отличие от плутония не представляет особой проблемы, так как после разбавления до низкого уровня ВОУ может использоваться в качестве топлива для АЭС. Как известно, Россия заключила с США долгосрочный контракт на поставку 500 тонн высокообогащенного урана. Однако из-за требований безопасности, а также в связи с отсутствием в США незагруженных предприятий по разбавлению, этот высокообогащенный уран будет разбавлен в России на Уральском электрохимическом комбинате (Екатеринбург-44) до требуемого США обогащения топлива АЭС (4,4 %). Точная технология, используемая для разбавления ВОУ на Уральском электрохимкомбинате, неизвестна. Но, по-видимому, ВОУ в металлической форме будет превращен в диоксид урана, а затем в гексафторид ВОУ и разбавлен низкообогащенным гексафторидом урана. Существуют и другие технологии разбавления ВОУ.

 

Американские стандарты на атомное топливо для АЭС ограничивают концентрацию урана-236 и урана-234 в топливе. Поэтому в России вынуждены были разрабатывать технологию не только разбавления ВОУ, но и очистки его от нежелательных изотопов урана. В 1995 году Россия осуществила первую поставку в США 180 тонн гексафторида урана, полученного от переработки шести тонн ВОУ, что соответствует уничтожению более двухсот ядерных боеголовок. По итогам 1996 года планируется переработать двенадцать тонн ВОУ и в дальнейшем увеличить производительность до тридцати тонн в год.

 

В конце ноября 1996 года российско-американский контракт был подтвержден и уточнен. В то же время, известно, что в США по-прежнему обеспокоены возможностью повторного использования ВОУ в России для военных целей, а также существованием угрозы несанкционированного доступа. Не случайно в конце 1995 года на одной из сессий российско-американского комитета по мерам гласности были согласованы процедуры и сроки наблюдения как на Уральском электрохимкомбинате в России, так и на газодиффузном заводе в Портсмуте в США. Как для ВОУ, так и для оружейного плутония сохраняется проблема безопасности при переработке и хранении.

 

После реализации российско-американского контракта в России остается достаточное количество ВОУ, чтобы обеспечить в будущем все российские АЭС ядерным топливом. Поэтому нет особой необходимости реализовывать замкнутый по урану ядерный цикл в России и строить завод РТ-2 по переработке отработавшего ядерного топлива в г. Красноярске-26. Наличие незагруженных мощностей по обогащению природного или регенерированного урана в России покрывает потребность в свежем ядерном топливе для АЭС не только России, но также и других стран. Кроме США, уже заключивших контракт на поставку в ВОУ, ряд других государств, например Япония, также хотели бы заполучить этот расщепляющийся материал для нужд атомной энергетики.

 

Что же делать с плутонием, который нельзя разбавить, как высокообогащенный уран, и использовать напрямую в качестве топлива? В настоящее время в мире нет единого мнения относительно использования плутония: США придерживаются концепции длительного хранения плутония и выступают против его вторичного использования; в России предлагают использовать оружейный плутоний в качестве топлива АЭС.

 

В любом случае, оружейный плутоний (так же как и ВОУ ) необходимо хранить в специально оборудованных хранилищах. Оружейный плутоний может храниться в трех различных формах. Во-первых, в виде недемонтируемых таблеток (пит), которые представляют собой металлический плутоний, герметично запакованный в оболочку из тугоплавкого металла. Во-вторых, это может быть плутоний в металлической форме и, в третьих, в виде оксида. Хранение в виде оксида относительно безопасно, но требует затрат по переводу металлического плутония в оксид. 

 

Хранение металлического плутония или урана, как известно, может привести к самовозгоранию. В виде пит плутоний может храниться длительное время, хотя при этом не исключается коррозия таблеток и нарушение герметичности металлической оболочки со всеми вытекающими последствиями.

 

Первое время после демонтажа боеголовки плутоний в форме пит поступает в хранилище предприятия по производству и демонтажу боеголовок. По мере заполнения временного хранилища плутоний должен передаваться в специально оборудованное долгосрочное хранилище. Такое хранилище было предложено построить в Томске-7. Конгресс США выделил на строительство хранилища триста миллионов долларов, однако эти деньги так и не были истрачены полностью. По экологическим, экономическим и социальным причинам строительство хранилища плутония в г.Томск-7 остановлено. Основную роль в прекращении строительства сыграла авария на Сибирском химкомбинате Томска-7 в апреле 1993 года. Но руководство Минатома России не оставляет надежду продолжить строительство хранилища плутония в Томске-7 и делает попытки убедить администрацию области и общественность в его необходимости. Это связано с тем, что на промплощадке Сибирского химкомбината уже хранятся двадцать четыре тысячи контейнеров с ядерными компонентами боеголовок. Условия хранения и сами контейнеры не соответствуют современным требованиям безопасности. По неофициальной информации, работы по строительству хранилища продолжаются, и современные контейнеры доставляются в Томск-7.

 

В настоящее время проектируется и строится хранилище ядерных материалов в Челябинской области на ПО "Маяк". Строительство ведется при финансовой помощи США, составляющей пятьдесят процентов от стоимости хранилища (сто пятьдесят миллионов долларов) в виде поставок оборудования и машин. Недостаточное финансирование строительства хранилища со стороны российского правительства ставит под сомнение быстрое его окончание, что может вызвать задержку темпов демонтажа ядерных боеприпасов. В настоящее время негде складировать разбираемые детали боеголовок. Как заявил президент Борис Ельцин на Московской встрече по ядерной безопасности в апреле 1996 года, в хранилище будет находиться около сорока процентов запасов оружейного плутония России. После завершения строительства предполагается поставить его под контроль МАГАТЭ.

 

В открытой печати не фигурирует строительство хранилища ядерных материалов на площадке Горнохимического комбината в Красноярске-26. Действующие радиохимическое производство и ядерный реактор продолжают нарабатывать оружейный плутоний, который в настоящее время не вывозится с территории комбината. Оружейный плутоний будет храниться в форме диоксида. Отсутствие проекта хранилища ядерных материалов и недостаточное финансирование сдерживают строительство хранилища. Отсутствие необходимого контроля за сохранностью оружейного плутония в подобном хранилище чревато серьезными проблемами. 

 

Строительство подобного хранилища за пределами России приведет к большим затратам. По имеющимся оценкам, стоимость временного хранения ста тонн плутония в течение десяти лет оценивается в триста пятьдесят миллионов долларов. В случае строительства долгосрочного хранилища затраты возрастут в несколько раз и могут составить миллиард долларов. Проектирование и выбор площадки подобного хранилища за рубежом требуют около десяти лет при условии достаточного финансирования. В России этап проектирования, как правило, совпадает с этапом строительства, и планируемый срок строительства не превышает двух-трех лет.

 

В отличие от США, Минатом России не заинтересован в строительстве долговременного хранилища, и оружейный плутоний будет находиться во временных хранилищах в форме, допускающей быстрое его использование в качестве топлива. Временные хранилища оружейного плутония располагаются на площадках, где в дальнейшем будут построены (или уже строятся) заводы по производству уран-плутониевого (МОКС) топлива. Подобный завод уже наполовину построен в Челябинске-40 на ПО "Маяк". Планируется строительство завода по производству МОКС-топлива на Горнохимическом комбинате в Красноярске-26. Наличие хранилищ делящихся материалов, заводов по производству МОКС-топлива, заводов по переработке отработавшего топлива РТ-1 и РТ-2 неизбежно предполагают строительство АЭС, которые могли бы использовать МОКС-топливо. Это - строящаяся Южно-Уральская АЭС с реакторами на быстрых нейтронах БН-800 в Челябинске-40, подземная АЭС с реакторами ВК-300, которые могут использоваться для выжигания оружейного плутония, в Красноярске-26. 

 

Минатом России рассматривает плутоний (оружейный и энергетический) как национальное богатство и стремится найти ему достойное применение в атомной энергетике. Многие годы интенсивно отрабатывается технология использования плутония в качестве ядерного топлива для реакторов на быстрых нейтронах. В экспериментальном реакторе на быстрых нейтронах БР-10 в Физико-энергетическом институте (Обнинск) прошли испытания двух активных зон из оксида плутония оружейного состава. В реакторе БОР-60 в Научно-исследовательском институте ядерных реакторов в Димитровграде (НИИАР) были испытаны и исследованы большие партии ТВЭЛов из смешанного уран-плутониевого топлива, изготовленного по разным технологиям с плутонием различного изотопного состава. Уже много лет этот реактор работает на смешанном оксидном топливе на основе энергетического плутония различного изотопного состава. В опытно-промышленном реакторе БН-350 прошли реакторные испытания смешанного топлива, содержащего триста пятьдесят килограмм оружейного плутония. К настоящему времени в реакторах БН-350 и БН-600 испытано около двух тысяч ТВЭЛов на основе таблетированного плутониевого топлива. Проект реактора БН-800 Южно-Уральской АЭС рассчитан на использование 2,3 тонн плутония для начальной загрузки и 1,6 тонн для ежегодной подпитки.

 

Кроме технологии использования плутония в реакторах на быстрых нейтронах, в мире существуют технологии его использования в легководных реакторах. Сторонники развития реакторов на быстрых нейтронах критикуют возможность использования российских реакторов ВВЭР-1000 для использования МОКС-топлива. Они утверждают, что, во-первых, мы далеко отстали от западных стран в использовании МОКС-топлива в легководных реакторах и , во-вторых, потребуется переделывать реактор ВВЭР-1000 для использования смешанного топлива.

 

На совещании по использованию плутония в Красноярске-26, состоявшемся в начале 1996 года, сторонники использования легководных реакторов выставили свои аргументы. Большинство из них кажутся довольно убедительными. Действительно, существует отставание от зарубежных стран в использовании МОКС-топлива в легководных реакторах, но оно может быть относительно быстро преодолено. Использование смешанного топлива в легководных реакторах при загрузке одной трети активной зоны не требует конструкторских переделок реактора. Получить лицензию на использование МОКС-топлива в действующих легководных реакторах легче, чем на вновь построенный реактор на быстрых нейтронах. При этом необходимо учитывать сегодняшнюю ситуацию в мире с реакторами на быстрых нейтронах. Реактор-бридер Суперфеникс во Франции после аварии не получил и вряд ли в будущем получит лицензию на деятельность, после аварии в декабре 1995 года с утечкой двух-трех тонн натриевого теплоносителя надолго остановлен японский бридер Мондзю. Учитывая высокую стоимость реактора на быстрых нейтронах, а также потенциальную опасность МОКС-топлива для режима нераспространения, маловероятно ожидать скорого использования в России оружейного плутония в реакторах на быстрых нейтронах.

 

По оценке экспертов США затраты на строительство завода по производству плутониевого топлива составляют три миллиарда долларов, а строительство мощной АЭС с реакторами на быстрых нейтронах обойдется в не меньшую сумму. Как видно, затраты на осуществление бридерной программы огромны. Даже при использовании плутония в качестве топлива имеющихся российских атомных реакторов ВВЭР и отказе от строительства новых, затраты будут в несколько раз выше, чем при традиционном урановом топливе.

 

В 1993 году было заключено российско-американское соглашение по совместной разработке и строительству в России нового высокоэффективного типа реактора с плутонием в качестве топлива. Но этот реактор может появиться не раньше чем через десять лет, так как его строительство требует затрат в полтора миллиарда долларов. В 1994 году в докладе Национальной Академии наук США по плутонию разработка подобного реактора подверглась критике и были высказаны сомнения в целесообразности его строительства. В октябре 1994 года представители сорока трех организаций, а также ряд видных общественных деятелей США направили президенту Клинтону письмо с призывом принять заявление США о плутонии как угрозе безопасности, экономическому развитию и окружающей среде. В 1995 году по запросу Министерства энергетики Конгресс США прекратил финансирование усовершенствованного жидкометаллического реактора (ALMR ), но выделил некоторые средства на поддержание технологии пиропереработки.

 

На Московской встрече на высшем уровне по ядерной безопасности президент Ельцина заявил, что проекты использования оружейного плутония должны развиваться и уже развиваются при международном участии США, Германии, Канады, Франции и Японии. В качестве совместных проектов, в частности, был назван проект по реакторам на быстрых нейтронах с участием Японии и Франции. 

 

Одно из направлений уничтожения плутония - трансмутация, т.е. перевод долгоживущего радионуклида в короткоживущий. Это потребует мощных ускорителей частиц, создание которых планируется в США и Японии. Строительство и работа ускорителей ведет к большим затратам, в несколько раз превышающим затраты на хранение плутония. В США, например, в 1992 году из бюджета на работы по трансмутации было выделено два миллиарда долларов.

В ближайшие годы, пока будет отрабатываться технология производства и использования МОКС-топлива в реакторах ВВЭР (это займет не менее десяти лет), оружейный плутоний будет находиться в хранилищах. В дальнейшем, при использовании реакторов ВВЭР, в зависимости от величины загрузки активной зоны МОКС-топливом, может ежегодно потребляться не менее одной тонны оружейного плутония. Величина потребленного плутония может существенно возрасти при использовании МОКС-топлива украинскими реакторами ВВЭР. Украина вынуждена будет пойти на это предложение, так как претендует на свою долю в ядерных материалах после демонтажа боеголовок. И она получит эту долю, но не в виде желаемой конвертируемой денежной валюты, а в виде уран-плутониевого топлива.

 

Длительная отсрочка в использовании оружейного плутония в качестве МОКС-топлива в России требует особого внимания к состоянию хранилищ ядерных материалов. Хранение десятков тонн оружейного плутония, а также тридцати тонн и более энергетического плутония не менее пятнадцати-двадцати лет в виде материалов, доступных для использования, несет явную угрозу режиму нераспространения. Эта угроза существенно возрастет при завершении строительства завода по регенерации отработанного топлива РТ-2 и выделении новых количеств плутония.

 

В этих условиях необходимо снять с рассмотрения вопрос о строительстве завода РТ-2 до тех пор, пока не будут переработаны существующие запасы плутония. В ближайшие годы требуется установить строгий международный контроль над хранением плутония в России, чтобы исключить возможность его утечки в окружающую среду и несанкционированную передачу в заинтересованные государства. Будет ли этим контролирующим органом МАГАТЭ, как заявил президент Ельцин на встрече на высшем уровне в Москве, или другая организация, - покажет время.