Я́дерная энерге́тика (а́томная энерге́тика) — отрасль энергетики, занимающаяся производством электрической и тепловой энергии путём преобразования ядерной энергии[www.vedu.ru/bigencdic/74793] .
Обычно для получения ядерной энергии используют цепную ядерную реакцию деления ядер плутония-239 или урана-235. Ядра делятся при попадании в них нейтрона, при этом получаются новые нейтроны и осколки деления. Нейтроны деления и осколки деления обладают большой кинетической энергией. В результате столкновений осколков с другими атомами эта кинетическая энергия быстро преобразуется в тепло.
Ядерная энергия производится в атомных электрических станциях, используется на атомных ледоколах, атомных подводных лодках; Россия осуществляет программу создания и испытания ядерного ракетного двигателя, США прекратили программу по созданию ядерного двигателя для космических кораблей, кроме того, предпринимались попытки создать ядерный двигатель для самолётов (атомолётов) и «атомных» танков.
Технология
Топливный цикл
Ядерная энергетика основана на использовании ядерного топлива, совокупность промышленных процессов которого составляют топливный ядерный цикл. Хотя существуют различные типы топливных циклов, зависящие как от типа реактора, так и от характеристик конечной стадии цикла, в целом у них существуют общие этапы. Добыча урановой руды. Измельчение урановой руды Отделение диоксида урана, т. н. жёлтого хека, от отходов, тоже радиоактивных, идущих в отвал. Преобразование диоксида урана в газообразный гексафторид урана. Обогащение урана — процесс повышения концентрации урана-235, производится на специальных заводах по разделению изотопов. Обратное превращение гексафторида урана в диоксид урана в виде топливных таблеток. Изготовление из таблеток тепловыделяющих элементов (сокр. твэл), которые в скомпонованном виде вводятся в активную зону ядерного реактора АЭС. Извлечение отработанного топлива. Охлаждение отработанного топлива. Захоронение отработанного топлива в специальном хранилище. В ходе эксплуатации в процессах технического обслуживания удаляются образующиеся низкорадиоактивные отходы. С окончанием срока службы производится вывод из эксплуатации самого реактора, демонтаж сопровождается дезактивацией и удалением в отходы деталей реактора.
Ядерный реактор
Ядерный реактор — устройство, предназначенное для организации управляемой самоподдерживающейся цепной реакции деления, которая всегда сопровождается выделением энергии.
Первый ядерный реактор построен и запущен в декабре 1942 года в США под руководством Э. Ферми. Первым реактором, построенным за пределами США, стал ZEEP, запущенный в Канаде 5 сентября 1945 года«ZEEP — Canada’s First Nuclear Reactor» , Canada Science and Technology Museum.. В Европе первым ядерным реактором стала установка Ф-1, заработавшая 25 декабря 1946 года в Москве под руководством И. В. Курчатова. К 1978 году в мире работало уже около сотни ядерных реакторов различных типов.
Существуют разные типы реакторов, основные отличия в них обусловлены используемым топливом и теплоносителем, применяемым для поддержания нужной температуры активной зоны, и замедлителем, используемым для снижения скорости нейтронов, которые выделяются в результате распада ядер, для поддержания нужной скорости цепной реакции.
Наиболее распространенным типом является легководный реактор, использующий в качестве топлива обогащённый уран, в нём в качестве и теплоносителя, и замедлителя используется обычная вода, т. н. «легкая». У него есть две основные разновидности: кипящий реактор, где пар, вращающий турбины, образуется непосредственно в активной зоне водо-водяной энергетический реактор, где пар образуется в контуре, связанном с активной зоной теплообменниками и парогенераторами. Газоохлаждаемый ядерный реактор с графитовым замедлителем получил широкое распространение благодаря возможности эффективно вырабатывать оружейный плутоний и возможности использовать необогащённый уран. В тяжеловодном реакторе в качестве и теплоносителя, и замедлителя используется тяжелая вода, а топливом является необогащённый уран, используется в основном в Канаде, имеющей собственные месторождения урановых руд.
История
Впервые цепная реакция ядерного распада была осуществлена 2 декабря 1942 года в Чикагском университете с использованием урана в качестве топлива и графита в качестве замедлителя. Первая электроэнергия из энергии ядерного распада была получена 20 декабря 1951 года в Национальной лаборатории Айдахо с помощью реактора на быстрых нейтронах EBR-I (Experimental Breeder Reactor-I). Произведённая мощность составляла около 100 кВт.
9 мая 1954 года на ядерном реакторе в Обнинске, СССР была достигнута устойчивая цепная ядерная реакция. Реактор мощностью 5 МВт работал на обогащённом уране с графитом в качестве замедлителя, для охлаждения использовалась вода с обычным изотопным составом. 26 июня в 17:30 энергия, выработанная здесь, стала поступать в потребительскую электросеть Мосэнерго.
В декабре 1954 года в США вошла в строй первая атомная подводная лодка «Наутилус».
В 1956 году в Великобритании начала работу пятидесятимегаваттная АЭС «Calder Hall-1». Далее последовали в 1957 году АЭС Шиппингпорт в США — 60 МВт и в 1959 году АЭС Маркуль во Франции — 37 МВт. В 1958 начала выдавать электроэнергию первая очередь второй советской АЭС — Сибирской, мощностью 100 МВт, полная проектная мощность которой составляла 600 МВт. В 1959 году в СССР спущено на воду первое в мире невоенное атомное судно — ледокол «Ленин».
Ядерная энергетика, как новое направление в энергетике, получила признание на проходившей в Женеве в августе 1955 года 1-й Международной научно-технической конференции по мирному использованию атомной энергии, положившей начало международному сотрудничеству в области мирного использования ядерной энергии и ослабившей завесу секретности над ядерными исследованиями, существовавшей со времён Второй мировой войны.
В 1960-х годах в США происходил перевод ядерной энергетики на коммерческую основу. Первой коммерческой АЭС стала «Yankee Rowe» мощностью 250 МВТ, проработавшая с 1960 до 1992 года. Первой атомной станцией в США, строительство которой финансировалось из частных источников, стала АЭС Дрезден.
В СССР в 1964 году вступили в строй Белоярская АЭС (первый блок 100 МВт) и Нововоронежская АЭС (первый блок 240 МВт). В 1973 году на Ленинградской АЭС в городе Сосновый бор был запущен первый высокомощный энергоблок (1000 МВт). Энергия пущенного в 1972 году в Казахстане первого промышленного реактора на быстрых нейтронах (150 МВт) использовалась для производства электроэнергии и опреснения воды из Каспийского моря.
В начале 1970-х годов существовали видимые предпосылки для развития ядерной энергетики. Потребность в электроэнергии росла, гидроэнергетические ресурсы большинства развитых стран были практически полностью задействованы, соответственно росли цены на основные виды топлива. Ситуацию усугубляло введение эмбарго на поставки нефти арабскими странами в 1973—1974 годах. Предполагалось снижение стоимости строительства АЭС.
Тем не менее, к началу 1980-х годов обозначились серьёзные экономические трудности, причинами которых стали стабилизация спроса на электроэнергию, прекращение роста цен на природное топливо, удорожание, вместо прогнозируемого удешевления, строительства новых АЭС.
Экономическое значение
В 2010 году ядерная энергия обеспечивала 12,9 % от производства электроэнергии и 5,7 % от всей потребляемой человечеством энергии, по данным Международного энергетического агентства (IEA). Ядерный сектор энергетики наиболее значителен в промышленно развитых странах, где недостаточно природных энергоресурсов — во Франции, Украине, в Бельгии, Финляндии, Швеции, Болгарии и Швейцарии. Эти страны производят от 20 до 76 % (во Франции) электроэнергии на АЭС.
В 2013 году мировое производство ядерной энергии выросло впервые с 2010 года — по сравнению с 2012 годом произошёл рост на 0,5 % — до 6,55 млрд МВт ч (562,9 млн тонн нефтяного эквивалента). Наибольшее потребление энергии атомных станций в 2013 году составило в США — 187,9 млн тонн нефтяного эквивалента. В России потребление составило 39,1 млн тонн нефтяного эквивалента, в Китае — 25 млн тонн нефтяного эквивалента, в Индии — 7,5 млн тонн.
Согласно отчёту Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), на 2019 год насчитывалось ядерных энергетических (то есть производящих утилизируемую электрическую и/или тепловую энергию) реакторов в мира; на середину 2019 года 54 реактора строились
Примерно половина мирового производства электроэнергии на АЭС приходится на две страны — США и Францию. США на АЭС производят только 1/8 своей электроэнергии, однако это составляет около 20 % мирового производства.
Абсолютным лидером по использованию ядерной энергии являлась Литва. Единственная Игналинская АЭС, расположенная на её территории, вырабатывала электрической энергии больше, чем потребляла вся республика (например, в 2003 году в Литве всего было выработано 19,2 млрд , из них — 15,5 Игналинской АЭС). Обладая её избытком (а в Литве есть и другие электростанции), «лишнюю» энергию отправляли на экспортenergo.net.ua — НОВОСТИ ЭНЕРГЕТИКИ в 2003 году Игналинская АЭС реализовала на внутреннем рынке Литвы 6,8 млрд электроэнергии и экспортировала 7,5 млрд .
Однако, под давлением ЕС (из-за сомнений в её безопасности — ИАЭС использовала энергоблоки того же типа, что и Чернобыльская АЭС), с 1 января 2010 года эта АЭС была окончательно закрыта (предпринимались попытки добиться продолжения эксплуатации станции и после 2009 года, но они не увенчались успехом), сейчас решается вопрос о строительстве на той же площадке АЭС современного типа.
В октябре 2022 года глава МАГАТЭ Рафаэль Гросси заявил о том, что Россия обошла США и захватила лидерство на международных коммерческих рынках атомных реакторов, став главным поставщиком ядерных технологий в мире. Гросси, назвал данный факт вызовом США, которые традиционно доминировали на этом рынке, особенно ввиду текущего энергетического кризиса. Однако, по словам главы МАГАТЭ, «Росатом» и Китайская национальная ядерная корпорация используют более гибкие модели финансирования, что позволяют им прогрессировать с большей гибкостью, в том числе и на мировых рынках.
25 сентября 2025 года на Мировой атомной неделе первый заместитель руководителя администрации президента РФ Сергей Кириенко заявил, что из 28 атомных энергоблоков, одновременно строящихся в мире, 22 возводит «Росатом».
Объёмы производства ядерной электроэнергии по странам
За 2016 год суммарно АЭС мира выработали 2477 млрд кВт⋅ч энергии, что составило 10,8 % всемирной генерации электричества.
Мировыми лидерами в производстве ядерной электроэнергии на 2017 год являются: США (804 млрд кВт·ч/год), работает 99 атомных реакторов (20 % от вырабатываемой электроэнергии) Франция (379 млрд кВт·ч/год), 58 реакторов, 71,6 %. Китай (210 млрд кВт·ч/год), 39 реакторов, 3,6 %. Россия (202,868 млрд кВт.ч /год), 35 реакторов, 18,9 %. Южная Корея (141 млрд кВт·ч/год), 24 реактора, 27,1 %. Канада (96 млрд кВт·ч/год), 19 реакторов, 14,6 %. Украина (85 млрд кВт·ч/год), 15 реакторов, 55,1 %. Германия (72 млрд кВт·ч/год), 9 реакторов, 11,6 %. Швеция (63 млрд кВт·ч/год), 8 реакторов, 39,6 %. Великобритания (65 млрд кВт·ч/год), 15 реакторов, 19,3 %.
Примерно половина всемирной выработки электроэнергии на АЭС приходится на США и Францию.
В 2017 году АЭС произвели 2503 ТВт·ч электроэнергии. На долю «большой пятерки» стран пришлось 70 % всей атомной генерации в мире — США, Франция, Китай, Россия и Южная Корея, по убывающей. В 2017 году производство электроэнергии на АЭС увеличилось в тринадцати странах, снизилось в одиннадцати и осталось неизменным в семи.