Атомная электростанция – это комплекс сооружений и оборудования, обычно включающий несколько реакторов, которые называют энергоблоками. Реакторный зал расположен в главном корпусе АЭС. При работе станции происходит три взаимных преобразования форм энергии: ядерная энергия переходит в тепловую, тепловая – в механическую, механическая – в электрическую. Тепло, отбираемое теплоносителем в активной зоне реактора, создает водяной пар, вращающий турбину электрогенератора в турбинном зале. В реакторах на тепловых нейтронах в качестве теплоносителя чаще всего используется вода, в реакторах на быстрых нейтронах – расплавы металлов. Так, в реакторе БН-600 теплоносителем выступает расплав натрия.

Основной элемент ядерного реактора – активная зона, куда загружается ядерное топливо и где протекает управляемая цепная реакция. Уран-235, являющийся основой ядерного топлива, делится медленными нейтронами лучше, чем быстрыми, поэтому важным элементом подавляющего большинства реакторов является замедлитель. При столкновении с ядрами вещества замедлителя нейтроны деления теряют свою первоначальную энергию, вплоть до тепловой. Такие реакторы называют реакторами на тепловых нейтронах. Активные зоны реакторов на быстрых нейтронах лишены замедлителя, поэтому концентрация урана-235 или плутония в ядерном топливе таких реакторов гораздо выше. При протекании цепной реакции выделяется огромное количество тепла, которое отводится теплоносителем. Одновременно тепловая энергия используется для производства пара под давлением. Пар поступает на турбину, вращающую электрогенератор.

По данным Всемирной ядерной ассоциации (WNA), в настоящее время в 31 стране мира работает 448 ядерных энергоблоков общей мощностью около 372,7 ГВт. Больше всего действующих ядерных энергоблоков в США (97), далее идут Франция (58), Китай (47), Россия (36) и Япония (33). На сегодняшний день в России функционирует 10 АЭС, на которых установлено 36 энергоблоков. Их суммарная электрическая мощность делится примерно поровну между двумя группами реакторов: водо-водяными и кипящими канальными водо-графитовыми. Кроме того, на Белоярской АЭС работают уникальные реакторы на быстрых нейтронах БН-600 и БН-800. Атомная энергетика обеспечивает примерно 11% мировой электрогенерации. В России этот показатель в 2018 году составил 19% (204,275 млрд киловатт-часов).

Радиоактивность – неустойчивость ядер некоторых атомов, проявляющаяся в их способности к самопроизвольным превращениям с испусканием ионизирующего излучения. На практике значимы такие типы излучения как альфа- и бета-распад. Проникающая способность альфа-излучения так мала, что оно полностью задерживается несколькими сантиметрами воздуха или листом бумаги. Чтобы задержать бета-излучение, необходимы метры воздуха или несколько миллиметров алюминия или оргстекла. При радиоактивном распаде ядер образуется также электромагнитное (квантовое) излучение с малой длиной волны – гамма-излучение. Чтобы поглотить его, необходимы метры плотных сред, например, свинца. Важно, что все живое на Земле находится под воздействием естественного радиационного фона, формируемого ионизирующим излучением из недр планеты и космоса. Существует техногенная компонента фона, обусловленная технической деятельностью человека. Отметим, что атомная энергетика вносит в среднюю годовую дозу облучения чрезвычайно малый вклад – около 0, 001 мЗв.

Радиоактивные отходы (РАО) – это побочные продукты, образующиеся на всех стадиях ядерного топливного цикла и не представляющие ценности для дальнейшего использования. Также радиоактивными отходами считаются все вещества и изделия, загрязненные радионуклидами свыше норм радиационной безопасности. Обращение с РАО – важнейшая часть вопроса о безопасности атомной энергетики. Основная задача состоит в том, чтобы исключить распространение радиоактивных веществ в окружающей среде и предотвратить воздействие их излучения на человека и природу. РАО могут быть твердыми, жидкими и газообразными; по удельной активности и уровню тепловыделения их подразделяют на высокоактивные, среднеактивные и низкоактивные. Для РАО разных категорий применяются различные способы обращения и утилизации.

ОЯТ – это отработанное (облученное) ядерное топливо. Оно образуется за 3-5 лет работы топлива в активной зоне реактора. По сравнению со свежим топливом в его составе меньше урана-235, зато накапливаются изотопы плутония, другие трансурановые элементы и осколки деления. Первый этап работы с ОЯТ – удаление облученных сборок из активной зоны и их перемещение во временное хранилище в пристанционных бассейнах выдержки. Через 3-5 лет излучение сборок ослабевает, и их вывозят с площадки АЭС. В России ОЯТ транспортируется либо на ПО «Маяк» (г. Озерск, Челябинская обл.) для переработки, либо на Горно-химический комбинат (г. Железногорск, Красноярский край) для длительного хранения. При замыкании ядерного топливного цикла или в сценарии «отложенного решения», который принят в России, ОЯТ становится ценным энергетическим сырьем – в нем содержится достаточно урана и вновь наработанного плутония, которые в перспективе можно использовать как топливо для определенного типа реакторов.

Ядерно-топливный цикл (ЯТЦ) – это вся последовательность повторяющихся производственных процессов, начиная добычей урановой руды и заканчивая утилизацией радиоактивных отходов. Термин указывает, что ОЯТ после специальной переработки может использоваться повторно. В упрощенном понимании ЯТЦ можно разделить на три стадии. Начальная включает операции от добычи руды до поставки тепловыделяющих сборок на площадку АЭС. Далее идет стадия использования топлива для выработки электроэнергии. Заключительная стадия ЯТЦ предполагает отправку облученного топлива в хранилище или на завод по переработке. В простейшем варианте ЯТЦ дальнейшее использование ОЯТ после его удаления из реактора не предусматривается. Такой цикл называется «открытым» и в современной атомной энергетике является преобладающим. Однако отработанное ядерное топливо можно переработать на радиохимическом заводе, чтобы вновь использовать невыгоревший уран-235 и образовавшийся плутоний. Такой ядерно-топливный цикл называется «замкнутым».

В процессе производства электроэнергии на АЭС отсутствуют потребление кислорода и выбросы загрязняющих, токсичных и канцерогенных веществ, а также «парниковых» газов. Например, в угле всегда содержатся природные радиоактивные вещества – торий, два долгоживущих изотопа урана, продукты их распада (включая радий, радон и полоний) и долгоживущий радиоактивный изотоп калия – калий-40. При сжигании угля они попадают во внешнюю среду. Следует также учитывать серьезный экологический ущерб, наносимый тепловой энергетикой при прокладке и эксплуатации нефте- и газопроводов. Этот фактор также отсутствует в атомной энергетике. Совокупность негативных последствий реализации любой технологии объединяется понятием ее «внешней цены», которая определяется уровнем затрат на ликвидацию этих последствий. Так, по данным российских специалистов, «внешняя цена» энергетических технологий может быть оценена так: (евроцент/кВт*час): уголь – 15; мазут – 4,5; газ – 3; атомная энергия – 0,2.

Безусловно. Речь идет о множестве областей жизнедеятельности человека – индустриальных технологиях, интенсификации производства продуктов питания, совершенствовании водообеспечения, борьбе с вредителями, опасными для сельского хозяйства и для человека, и других сферах. Сферы применения основаны на свойствах ядерных ионизирующих излучений. Они пользуются неизменным вниманием и приоритетной поддержкой со стороны Международного Агентства по атомной энергии (МАГАТЭ). Благодаря атомным технологиям Россия обладает единственным в мире атомным ледокольным флотом. Следует особо отметить медицинское применение ядерных технологий – лучевая терапия онкологических заболеваний, радиофармакология, диагностика. Мировое количество процедур с использованием средств ядерной медицины в настоящее время исчисляется миллиардами, их суммарная рыночная стоимость огромна.

Нет. Несмотря на то, что физический принцип действия атомной бомбы и ядерного реактора один и тот же, базовой физической общности недостаточно для выводов об общности основных закономерностей. Например, в космической ракете и турбореактивном самолете используется один базовый принцип движения – реактивный. Однако, из этого вовсе не следует, что на самолете можно достигнуть Луны. Так же обстоит дело с атомной бомбой и ядерным реактором. Главным различием является соотношение между важнейшими временными параметрами работы бомбы и реактора. Бомба является «быстрым» устройством – в ней время полного выделения энергии многократно (примерно в 1000 раз) мало в сравнении со временем разрушения конструкции. Для реактора как для «медленного» устройства характерна обратная картина, и конструкция разрушается раньше полного энерговыделения. Поэтому даже в самых гипотетических сценариях развития аварии на АЭС ничего похожего на взрыв ядерной бомбы произойти не может.

Потребности человечества в электричестве могут быть удовлетворены преимущественно за счет атомной энергии, ведь запасы нефти и газа истощаются, а угольная энергетика наносит непоправимый вред окружающей среде. В настоящее время в 16 странах мира уже строится 61 энергоблок АЭС. В 80-х годах прошлого века было построено 218 атомных энергоблоков – в среднем энергоблок строился каждые 17 дней. А в 2015 году, согласно одному из сценариев Международного Агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), в мире будет в среднем вводиться по 1000 МВт атомной энергии каждые 5 дней, что равняется мощности одного энергоблока. «Атомная пауза» сменилась «атомным ренессансом». К 2030 году планируется построить не менее 40 энергоблоков, что позволит повысить долю атомной генерации до 25 %.

Базовым вузом атомной отрасли России является Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» (НИЯУ МИФИ), созданный на базе Московского инженерно-физического института. НИЯУ МИФИ – это университет нового типа, реальное воплощением нового подхода к модернизации отечественной науки и образования. Он сформирован как инновационный сетевой регионально-распределенный образовательно-научный комплекс, в состав которого входят 22 образовательных учреждения в 5 федеральных округах России. Кроме НИЯУ МИФИ, подготовку отечественных специалистов по отдельным направлениям ядерных технологий осуществляют Московский энергетический институт (технический университет), Московский государственный технический университет, Российский химико-технологический университет, Томский политехнический университет, Уральский государственный технический университет, Нижегородский государственный технический университет и некоторые другие.