Как разрабатываются и внедряются ядерные технологии в Казахстане
- Расскажите о роли ядерных технологий в Казахстане?
- В первую очередь, хочется рассказать, что такое ядерные технологии. Ядерные технологии - это такие технологии, в которых используются ядерные реакции или ионизирующее излучение. Ядерные технологии очень тесно связаны с ядерной энергетикой. Их развитие взаимосвязано. Ядерная энергетика является низкоуглеродным источником энергии. Как известно, Казахстан в 2016 году ратифицировал Парижское соглашение по климату, согласно которому развитие низкоуглеродных источников энергии должно стать основной моделью экономики. Ядерная энергетика способна сыграть ключевую роль в переходе к чистой энергии в будущем.
Что касается роли ядерных технологий в Казахстане, несомненно, они играют важную роль в социально-экономическом развитии страны. На сегодняшний день в Казахстане нет действующей атомной электрической станции (АЭС). В 1999 году в городе Актау была остановлена эксплуатация первой в мире АЭС на быстрых нейтронах БН-350. Она была единственной АЭС в Казахстане. Сейчас данная АЭС находится в режиме вывода из эксплуатации. Но, тем не менее, в Казахстане эксплуатируются три исследовательских реактора и один критический стенд (реактор нулевой мощности). Два исследовательских реактора расположены в городе Курчатов (Восточно-Казахстанская область), которые эксплуатируются Национальным ядерным центром Республики Казахстан. Недалеко от Алматы расположен критический стенд и еще один исследовательский реактор и комплекс ускорителей. Современный ускоритель тяжелых ионов DC-60 расположен в городе Нур-Султан. Эти установки эксплуатируются Институтом ядерной физики. На базе перечисленных установок проводится большой объем фундаментальных и прикладных исследовательских работ, разрабатываются и внедряются ядерные технологии, а также выпускается готовая продукция.
- В каких отраслях экономики применяются ядерные технологии у нас?
- В Казахстане ядерные технологии применяются в разных отраслях. И я уверен, что некоторые наши граждане не знают, как широко они уже внедрены. В медицине сейчас очень широко применяются радиоизотопы для диагностики раковых и сердечно-сосудистых заболеваний. Данный раздел медицины называется ядерной медициной. В развитых странах, уровень развития ядерной медицины является важным показателем состояния здравоохранения. Радиоизотопы производят на ядерных реакторах или ускорителях. Такой метод диагностирования заболевания позволяет это сделать на ранних стадиях и с хорошей точностью, что в итоге может спасти человеческую жизнь.
Радиоизотопы активно применяются в промышленности. Например, радиография широко используется при контроле качества сварных швов, трубопроводов, изделий и других. Такой метод контроля является неразрушающим и позволяет предотвратить случаи серьезных повреждений и отказов на промышленных участках и линиях. В промышленности также применяются изотопные индикаторы для исследования переноса материалов в технологических процессах. Нейтронный каротаж применяется при геологической разведке и разработке полезных ископаемых. Применение этого метода позволяет повысить эффективность и снизить затраты при разведке ресурсов.
Облучение пищевых продуктов радиоактивным излучением (в основном, гамма-излучение) для уничтожения вредоносных бактерий, что в итоге позволяет увеличить срок хранения продуктов.
Радиационная стерилизация медицинских инструментов и изделий. Преимущества радиационной стерилизации по сравнению с другими методами заключаются в следующем: более высокая степень инактивации микроорганизмов, обработка изделий в конечной транспортной упаковке, что обеспечивает длительные сроки сохранения стерильности, возможность обработки изделий из термолабильных материалов, экологичность и безопасность процесса и обработанных изделий, которые можно использовать сразу после стерилизации.
Ядерно-физические методы способствуют развитию науки Казахстана. На базе вышеупомянутых установок, проводится большой объем экспериментальных работ, что позволяет получать новые данные о том или ином процессе или исследуемом материале. В экологии и защите окружающей среды используются индикаторы-радиоизотопы, которые играют важную роль в обнаружении и анализе загрязнителей.
- Расскажите о вреде и пользе ядерных технологий?
- В 1957 году при Организации Объединенных Наций (ООН) было основано Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ), которое реализует программы по увеличению важного вклада ядерных технологий в жизнь общества и тем самым, подтверждая возможность использования ядерных технологий в мирных целях. Ядерные технологии способствуют достижению девяти из 17 целей устойчивого развития изложенных в принятой ООН Повестке дня в области устойчивого развития на период до 2030 года. Они используются для содействия решению и выполнения задач развития в таких областях, как энергетика, здоровье человека, промышленность, производство продовольствия, управление водными ресурсами и защита окружающей среды.
Основными двумя вредными факторами ядерных технологий являются образование радиоактивных отходов и возможность распространения ядерных материалов. Радиоактивные отходы образуются в процессе операционной деятельности ядерных и радиационных установок. Они оказывают негативное действие на окружающую среду. Развитие ядерных технологий связано с рисками распространения ядерных материалов в военных целях.
По каждому из этих факторов, в мире, проводятся научно-исследовательские работы, направленные на решение и/или минимизацию негативных эффектов. Например, разрабатываются и отрабатываются технологии по трансмутации долгоживущих изотопов, содержащиеся в радиоактивных отходах и тем самым снижается их удельная радиоактивность. Также разрабатываются и отрабатываются технологии по обращению и захоронению радиоактивных отходов с целью минимизации влияния на окружающую среду. Следует отметить, что активно ведутся разработки в области ядерных реакторов на быстрых нейтронах с замкнутым топливным циклом. Такие реакторы практически не будут образовывать радиоактивные отходы, особенно в части отработанного ядерного топлива, и они будут способны выжигать имеющееся отработанное ядерное топливо.
По поводу распространения ядерных материалов, одним из вариантов решения является минимизация использования высокообогащенного урана. Так практически во всех процессах, МАГАТЭ настоятельно рекомендует использовать уран с обогащением по урану - 235 ниже 20%, что исключает применение такого урана в военных целях. Например, практически все проекты современных исследовательских реакторов проектируются с использованием уранового топлива с обогащением по урану - 235 ниже 20%. Например, мишени, содержащие высокообогащенный уран для производства молибдена или технециевого генератора, теперь содержат низкообогащенный уран. Разрабатываются материалы стойкие к распространению. Ужесточаются требования к физической защите установок. В комплексе это делает ядерные технологии достаточно конкурентоспособными.
- Каковы перспективы развития ядерных исследований и технологий в Казахстане, которые имеют значение в экономическом развитии страны.
- Любые технологии базируются на результатах научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР). В Казахстане такие исследования проводятся не только на базе научно-исследовательских институтов, но и на базе университетов. Исследования проводятся достаточно активно, это можно судить по количеству публикаций в этой области. Например, в Институте ядерной физики уже более 10 лет, совместно с учеными из Японии, проводятся НИОКР в области высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов четвертого поколения. Данный тип ядерных реакторов позволяется не только вырабатывать электричество, но и высокоэнтальпийное тепло, а также водород, который может быть использован в топливных элементах будущих автомобилей и для получения тепла при его сжигании без выбросов углекислого газа.
Индустриальное развитие Казахстана приведет к росту энергопотребления, что потребует ввода новых электрических станций, и с учетом того, что Казахстан планирует перейти к «зеленой» экономике, альтернативные источники энергии пока еще не могут покрыть необходимые потребности и не могут быть альтернативой для ядерной энергетики. Следует учитывать, что ядерная энергетика оказывает заметное стимулирующее воздействие на развитие таких смежных областей как механика, металлургия, электроника, химия, проектирование, приборостроение. Поэтому развитие ядерной энергетики приведет к комплексному развитию технологий, что в свою очередь повысит научно-технический и инновационный уровень страны.
Конечно же, оценивая перспективы развития ядерных исследований и технологий в Казахстане необходимо учитывать имеющуюся радиофобию, связанную с наследием Семипалатинского ядерного полигона и авариями, произошедшими на АЭС. Все это негативно влияет на развитие ядерной энергетики и технологий. Но, тем не менее, существующие современные технологии делают ядерную энергетику безопасной, перспективной и конкурентоспособной.
В целом, перспективы развития ядерных исследований и технологий в Казахстане, по-моему, мнению хорошие. Это связано с тем, что в Казахстане имеются установки с достаточно современным оборудованием и необходимый человеческий потенциал. Большая часть сотрудников, задействованных в таких работах, прошла обучение и курсы повышения квалификации в ведущих научных организациях мира. Важными задачами для устойчивого развития ядерных технологий являются сохранение и передача ядерных знаний, а также обновление и модернизация оборудования. Развитие ядерной энергетики и технологий имеет важной значение для экономического развития страны.
- Имеются ли у нас новые разработки в области наукоемких и инновационных технологий?
- Да, конечно. Научные коллективы по всему миру активно занимаются разработками наукоемких и инновационных технологий на базе ядерных технологий. Потому что по уровню развития ядерных технологий в той или иной стране можно судить об уровне развития промышленности и, в целом, всей экономики.
Из наукоемких и инновационных технологий можно выделить разработку учеными из России и США «вечных» батарей, в которых происходит преобразование радиоактивного излучения в электрический ток. Такие батареи мощнее обычных, безопасны и могут работать практически вечно (зависит от используемого радиоизотопа). Ядерная батарейка может использоваться для питания электронной аппаратуры и различных устройств. Например, батарея в кардиостимуляторе является важным элементом, от которого зависит жизнь человека, поэтому требуется постоянный контроль и периодическая замена. Замена батареи производится хирургическим вмешательством. Использование ядерной батареи исключает необходимость периодической замены.
Относительно нового направления в сельском хозяйстве – это применение ядерных технологий для селекции растений с мутациями. На семена или черенки растения воздействуют радиацией (облучение гамма-излучением) и тем самым вызывается мутация. Затем облученный материал культивируют для получения проростка. Саженцы отбираются и размножаются, если они проявляют желаемые признаки. Использование радиоактивного излучения существенно усиливает естественный процесс спонтанной генетической мутации, значительно сокращая время, которое на это требуется.
Методы радиоизотопной гидрологии позволяют точно отслеживать и измерять объем подземных водных ресурсов. Такие методы обеспечивают важные аналитические инструменты в управлении и сохранении существующих запасов воды, а также в выявлении новых источников. Если рассматривать новые разработки в области наукоемких и инновационных технологий в Казахстане, то можно отметить НИОКР, проводимый в Институте ядерной физики по производству лютеция-177.
Данный радиоизотоп нарабатывается в исследовательских реакторах при облучении мишени нейтронами оксида или хлорида лютеция. Лютеций-177 является перспективным радиоизотопом, из-за своих физико-химических свойств, для целевой радионуклидной терапии. Он применяется для терапии рака предстательной железы. Производство лютеция-177 и внедрение его в клиническую практику, безусловно, является наукоемкой и инновационной технологией.
Конечно же, в Казахстане ведутся и другие перспективные разработки в области наукоемких и инновационных технологий, но на их освещение потребуется много времени.