ЯДЕРНАЯ ВЕСНА

Ядерная война со всеми ее ужасами нас, кажется, миновала. Но не миновал ядерный мир со всеми его проблемами типа чернобыльского взрыва, печальный 10-летний юбилей которого мы отметили 26 апреля

Наука и техника

Когда-то военное дело, а вслед за ним и прогресс мирной техники двигали инженеры, начиная со знаменитого военспеца Архимеда (тараны, катапульты). Затем эстафету перехватили химики (порох, взрывчатка, новые материалы). В ХХ веке главными военными разработчиками стали физики-теоретики. Продвигаясь в глубины вещества, человечество находит все более мощные источники энергии. Сможет ли оно с ними справиться?

ЮБИЛЕИ

Весна этого года богата на "ядерные" юбилеи. Полвека стукнуло Физико-энергетическому институту в Обнинске, НИИ экспериментальной физики в Арзамасе-16, первому атомному реактору в Евразии, который расположен в институте Курчатова. Сорокалетний юбилей справил объединенный институт ядерных исследований в Дубне.

Это не случайные совпадения. Просто, подстегиваемые военными нуждами, полвека назад советские физики начали штурм атомного ядра. Сразу как грибы выросли разнообразные центры, откуда и началось наступление, возглавлял которое "отец ядерной физики в СССР" Иосиф Сталин.

А вот случайные совпадения. 100 лет назад Анри Беккерель открыл явление радиоактивности. 10 лет назад взорвался реактор на Чернобыльской АЭС. Сегодняшний наш мир, наверное, уже нельзя представить себе без ядерной энергетики во всех ее видах. Нужна она нам или можно обойтись без ядерных станций, учитывая чернобыльский (и не только чернобыльский) опыт?

Чернобыльские проблемы обсуждались в апреле в Киеве на международной конференции с участием представителей МАГАТЭ, Европейского совета, МВФ. Что прозвучало на этой конференции - панические заявления или взвешенные мнения? Всего понемногу. Фактов для всего хватило. Итоги Чернобыля - свыше ста тысяч погибших от лучевой болезни, заражение огромных территорий. По данным академика Яблокова, на юге Германии, где чернобыльские осадки были наиболее интенсивными, младенческая смертность выросла в 1986 году на 35%, а в южноатлантических штатах США та же смертность выросла на 20 - 28%, что нам представляется совсем уж маловероятным.

Не скрывается ли за подобным нагнетанием "зеленой паники" и разговорами о том, что бывшие советские АЭС опасны, а россияне - неуклюжие медведи, которым нельзя доверять ядерные "игрушки", стремление вытеснить Россию с энергетического рынка? Очень правдоподобно, если учесть, что во Франции, в которой 80% энергии добывается на АЭС, об опасности ядерной энергетики вообще и о катастрофических чернобыльских последствиях в частности, пресса помалкивает в тряпочку, дабы не нагнетать радиофобию. Последняя для Франции стратегически вредна.

ВЫБИРАЙ НА ВКУС

При всем богатстве выбора альтернативы нет

"Зеленые" периодически высказываются за полное запрещение ядерной энергетики, у действующих станций периодически появляются пикеты. Самое незначительное происшествие на АЭС выглядит в прессе чуть ли не катастрофой. Закоротит генератор (какое отношение это имеет к реактору?!) - газеты трубят об аварии на атомной станции. В километре от Томской АЭС погорел кабель - пишут об аварии на АЭС. Периодически появляются сообщения об отсталости нашей ядерной энергетики. В послечернобыльский период общественные настроения порой столь накалялись, что можно было ожидать остановки всех атомных.

20% электроэнергии в России вырабатывается на АЭС. Это, кстати, и среднемировая цифра. Поскольку ядерные станции, как показал Чернобыль, представляют опасность не только для стран, где расположены, но и для соседей, ясно, что запретом станций "в одной отдельно взятой стране" проблему не решишь. Может, тогда всем странам сразу отказаться от АЭС? Может, перебьемся? Франция точно не перебьется. Да и Япония, где 50% энергии производится на АЭС, вряд ли согласится.

Можно ли чем-то заменить "ядерную" электроэнергию?

По подсчетам, горючего для топок нам хватит лет на 50 - 60. Но тепловые электростанции наносят существенный экологический вред. В атмосферу выбрасываются десятки вредных веществ, в частности, оксиды серы, которые порождают знаменитые кислотные дожди. Мало кому известно также, что уголь в небольших концентрациях содержит уран. При сгорании топлива уран выбрасывается в атмосферу. Хоть его концентрации и малы, но при тех объемах угля, что мы сжигаем, урановые выбросы становятся уже существенными. Конечно, с выбросами вредных веществ можно бороться с помощью фильтров (а потом бороться с забитыми токсинами фильтрами, не зная, куда их девать). Но что прикажете делать с выбросами СО2 - углекислого газа, вызывающего парниковый эффект? Солнечное излучение проникает к поверхности Земли и прогревает ее. Нагретая земля испускает излучение уже в несколько другом диапазоне длин волн (примерно 10 микрон). Но углекислый газ, накапливающийся в атмосфере, поглощает это обратное излучение, не "отпуская" его в космос, тем самым вызывая перегрев атмосферы, таяние льдов, повышение уровня мирового океана. На этом принципе, кстати, работают садово-огородные теплицы и парники, потому эффект и назван парниковым. Ледниковые шапки планеты растают, затопив изрядные участки земли, превратив доселе плодородные зоны в пустыни.

Таким образом, теплоэнергетика, основанная на сжигании топлива и являющаяся сегодня основным энергоисточником, - путь тупиковый. Так, что еще есть в запасе? Гидроэнергетика, солнечная, приливная (использующая энергию прилива) и ветровая.

Гидроэнергетика себя уже проявила во всей красе. Затоплены искусственными морями гигантские земельные угодья. Идущей на нерест рыбе созданы препятствия в виде плотин. Трудно сказать, какие локальные климатические изменения возникнут из-за новых зеркал воды, появившихся там, где их никогда раньше не было. Не вполне ясно также влияние на сейсмичность миллиардов тонн этой воды, создающей напряжение в земной коре. А результат? Гидростанции дают 3 - 5% от потребляемой человечеством энергии. Красноречиво.

Солнечная энергетика считается экологически чистой. Что ж, сами по себе солнечные батареи действительно безвредны.

Но солнечная энергетика очень специфична - ночью не вырабатывается, в высоких широтах ее вырабатывается меньше, чем на юге, а наибольшие потребители - развитые страны - лежат как раз в высоких широтах. Придется создать целую гигантскую индустрию по производству материалов, необходимых для изготовления солнечных батарей и аккумуляторов энергии - кремния, мышьяка, свинца, олова, меди, алюминия. А эти производства уже никак экологически чистыми не назовешь. Скорее экологически опасными. Да и стоит солнечная энергия в десятки раз дороже электроэнергии тепловых станций. Полный неудобняк.

Ветровая энергия. Есть одна ветроэлектростанция неподалеку от Национальной лаборатории имени Лоуренса в Ливерморе (США). Мощность ее невелика - 500 тысяч киловатт. На высоких мачтах стоят пропеллеры, которые крутят генераторы. Когда станция работает, мощный гул слышен за несколько километров, поэтому функционирует она только днем, чтобы не мешать окрестным жителям спать. Только увидев воочию эту маломощную электростанцию, начинаешь понимать, какие гигантские территории нужно уставить ветряками для хоть сколь-нибудь заметного вклада в мировой энергорынок. И чем тогда это отличается от рукотворных морей? Все равно жить под мачтами невозможно, а займут они немало земли. В условиях густонаселенной Европы это так же нереально, как и запруживание рек.

По причине небольшой мощности и непостоянности работы не решат проблему приливные и прибойные электростанции.

Так что от ядерной энергии отказываться пока не стоит. Более того, специалисты считают, что пик популярности ядерных станций еще не пришел. Они - наш завтрашний день.

Наша справка:

Ежегодно земляне расходуют 17 млрд. тонн условного топлива. Причем потребление топлива удваивается каждые 20 лет. Сейчас на Земле 2900 млрд. тонн угля; 500 млрд. тонн газа; 370 млрд. тонн нефти; 260 млрд. тонн торфа. Всего - около 4000 млрд. тонн топлива.

ВРЕМЯ СОБИРАТЬ ЯДРА

Мечты о термоядерном синтезе сбудутся. Скоро. Но не очень

С тепловыми станциями пора кончать. Атомные небезопасны. А где же еще в "Девяти днях одного года" обещанная термоядерная энергия? Ведь герой Баталова сулил: буквально вот-вот, ребята. Обещанного три года ждут. Прошло сорок с лишним лет. И где оно?

Сахаров аж в 1950 году говорил о возможности использования термоядерного синтеза в мирных целях, а не только в водородной бомбе. Беспрецедентную водородную бомбу в 50 мегатонн на Новой Земле взорвали, а электростанция где?

Атомные станции выгоднее тепловых, а термоядерные гораздо выгоднее атомных - в 1 грамме урана-234 содержится столько энергии, сколько получается при сгорании 3 тонн угля, 1 же грамм термоядерного топлива энергетически эквивалентен примерно 100 тонн угля.

Термоядерные реакции идут на Солнце (из-за чего оно, собственно, и светит нам с утра пораньше). Температура внутри Солнца 20 миллионов градусов. Это подходяще для термоядерных реакций. Но в чем держать такую горячую плазму на Земле, если никакой реактор, сделанный из вещества, этого не выдержит? Каких там 20 миллионов, когда все вещества плавятся много меньше 20 тысяч градусов! Сахаров предложил удерживать плазму на весу - магнитным полем. Хорошая идея. Попробовали. По теории, должно было получиться. На практике же плазменный шнур оказался неустойчивым и все время норовил вырваться из клетки, прутьями в которой были силовые линии магнитного поля. Пришлось, вздохнув, вплотную заняться физикой плазмы. Все эти десятилетия физики мира изучали поведение плазмы в магнитном поле. Более или менее изучили. В лабораторных токамаках (так называются установки для получения горячей плазмы) удалось достичь рекордных температур в 400 миллионов градусов. В двадцать раз выше внутрисолнечной! Утерли, понимаешь, нос светилу, этому водородному пузырю...

На сегодняшний день физика процесса понятна настолько, что проблема термоядерного синтеза постепенно начинает переходить из области физической в область инженерную, от работ научно-исследовательских - к опытно-конструкторским: в стадии близкой к завершению находится проект Интернационального термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР). В работе участвуют Европейское сообщество, США, Япония и Россия. По чертежам видно, что реактор станет сооружением циклопическим - пятнадцатиэтажное здание, заглубленное в землю на столько же этажей. Размеры диктуются физикой: чтобы реакция не затухла, а самоподдерживалась, очаг реакции должен быть большим. Здесь правомочна аналогия с углем. Спичкой кусок угля не подожжешь, сначала нужно чем-то раскалить топку, а потом уже забрасывать в нее уголь. Тогда тепло, выделяемое при горении массы угля, будет поддерживать в центре горящей кучи необходимую для реакции температуру. Если же кучу разворошить кочергой, теплопотери от каждого горящего кусочка станут слишком велики, кусочки перестанут греть друг друга, и топка погаснет.

Проектные работы по ИТЭР будут завершены в 1998 году, тогда же начнется строительство. Пока неизвестно, в какой из стран- участниц он будет строиться, ясно только, что не в России: нище у нас и нестабильно. Россия этот кус не проглотит. Более всего нужен ИТЭР японцам, они будут за него драться. Потому что строительство реактора позволит японцам наработать технологию, и потом именно они будут продавать оборудование для термоядерных станций всему миру и нам в том числе. К тому же термояд позволит Японии обрести энергетическую независимость (сейчас топливо для АЭС бедная на ископаемые Япония ввозит). Единственное богатство Японии - море. А в море тебе и дейтерий, и литий, необходимые для термоядерной реакции.

США же в последнее время проявляют равнодушие к ИТЭР, уже пошли разговоры, что и свои положенные 25% денег они вносить на строительство не хотят... Не миновать разборок. США - себе на уме. С одной стороны, там мощное нефтяное лобби, с другой - те, кто считает, что термояд позволит Штатам энергетически не зависеть от мусульманского Ближнего Востока. А с третьей - аналитики, говорящие, что всему свое время, что источники энергии постепенно и закономерно сменяют друг друга - сначала были дрова (давно), потом уголь (бум прошел, человечество уже на нисходящей ветви использования, закрываются шахты), затем нефть (сейчас самый пик с последующим долгим, постепенным спадом), на подъеме ядерная энергетика и только в зародыше - термоядерная. Ну и не надо гнать лошадей, незачем сейчас вкладывать миллиарды долларов в то, что пока не остро необходимо. Собственно говоря, была бы острая нужда и соответствующие ей финансовые вливания, термоядерная станция была бы построена так же быстро и давно, как водородная бомба.

В 2003 году ИТЭР будет построен. Десять лет на нем будут обкатывать режимы и оборудование для будущих станций. А в двадцатые годы следующего века построят первую Термоядерную Электростанцию (аббревиатуры еще не придумали).

У обывателя возникает вопрос: если ядерная электростанция может взорваться, как нормальная атомная бомба, то не взорвется ли термоядерная станция, как бомба водородная, ведь и там и там идут одни реакции? Не взорвется. Дело в количестве реагирующего вещества. В бомбе его много, а в реакторе - 1 грамм. То есть, учитывая громадные размеры камеры, плазма ненамного отличается от чистого вакуума.

Все продумывается и просчитывается. Оболочка реактора, называемая бланкетом (от английского "одеяло"), планируется металлической. Но уже сейчас ясно, что металлы - не самый лучший для этого материал. (Какое же из металла одеяло?) Облучаемые пучками быстрых нейтронов металлы имеют обыкновение пухнуть и становиться хрупкими. При этом металл теряет хорошие свойства и приобретает совсем нехорошие - становится радиоактивным. Поэтому менять плиты бланкета будут специально спроектированные роботы. Здесь опять возникает проблема складирования радиоактивных отходов. На этот счет у ученых есть и такая идея - в дальнейшем перейти на безнейтронные реакции синтеза. Например, дейтерий плюс гелий-3. Получится в результате реакции гелий-4 и протон, который в принципе можно использовать сразу для получения электрического тока, направляя пучок протонов в металл. Но вот беда, где брать гелий-3, которого на Земле практически нет?

А на Луне, говорят ученые! В горных лунных породах гелия-3 в связанном состоянии полным-полно. Всего-то навсего - построить на Луне горнообогатительные заводы и возить на Землю жидкий гелий-3.

Прямо кремлевские мечтатели какие-то. А с другой стороны, разве не для того нас мама родила, чтоб сказку сделать былью?

ТАЙНЫ ПОДЗЕМЕЛЬЯ

Несколько лет назад одна тысяча мегаватт, производимая на АЭС, стоила 1 млрд. долларов. Сегодня - 3 млрд. Удорожание связано только с совершенствованием систем безопасности, подстегнутым Чернобылем.

Кстати говоря, чернобыльский реактор тоже не напоминал пороховую бочку, просто предполагалось, что управлять им будут люди нормальные, но "защиты от дурака" на широту нашей дури не хватило. В принципе и молотком можно себе голову разбить, если сильно постараться. Горячие чернобыльские парни старались сильно...

Но атомная защита подразумевает не только технические решения. Взять, например, обнинский физико-энергетический институт. Из 10 000 сотрудников ФЭИ осталась половина (остальные трудятся в США, Франции, Германии и даже на острове Тасмания). В ФЭИ действуют 15 ядерных установок, 2 реактора, 6 ускорителей. Для их поддержания в нормальном состоянии нужны не только люди, но и деньги, которых институт имеет 10 - 15% от нормы. Да еще того гляди отключат электричество за неуплату долгов.

Хорошо хоть в прошлые времена понастроили про запас "лишние" хранилища для радиоактивных отходов. Их хватит на несколько лет. Построить новые сейчас было бы невозможно. Здесь складируют в специальных емкостях после выпаривания жидкие и твердые отходы (одежду, перчатки, "фонящие" детали приборов). Вода, используемая для охлаждения реакторов, берется из реки Протвы, после прохождения второго контура реактора она очищается и сбрасывается в Протву. Специалисты считают, что очищенная вода намного лучше первоначальной по изотопному составу.

По договорам СНВ-1 и СНВ-2 Россия до 2005 года должна сократить ядерные арсеналы в 10 раз. В ФЭИ решают вопрос с утилизацией плутония-239 из боеголовок, количество которого исчисляется десятками тонн. Впрочем, к тоннам ядерных материалов ФЭИ не привыкать: в одном только отделе института находится 10 тонн высокообогащенного урана. Уран расфасован по нескольку грамм в так называемые таблетки в виде металлических пластинок - уран покрыт чехлом из нержавеющей стали. Таких таблеток больше трех миллионов штук, поэтому стоит проблема сохранения их от хищений сотрудниками института. Чтобы учесть миллионы таблеток, ввели компьютерную систему учета. Все добро хранится, как деньги в банке, - в подземелье с толстой дверью. При входе - весы, запоминающие "входной" вес каждого вошедшего, радиационный монитор, чувствительный металлоискатель и устройство, которое идентифицирует личность, как в голливудских фильмах, - по отпечатку ладони. Кроме того, дверь открывается только после предъявления специальной магнитной карточки. Компьютер регистрирует малейшее перемещение ядерных материалов.

ТЯЖКИЙ ГРУЗ ПРОШЛОГО

От теплового взрыва реактора атомной подлодки (АПЛ) в бухте Чажма на Дальнем Востоке погибли люди, произошло радиоактивное загрязнение морского дна и береговой полосы. Огромное облако двинулось в сторону Владивостока, но природа пощадила город. Ветер изменил направление и развеял радиоактивные выбросы в Японском море. Это случилось в 1985 году.

Еще одна беда едва не произошла осенью прошлого года. Из-за несвоевременных ассигнований Северный флот задержал уплату долга Кольской энергосистеме. Подстанция морской базы была отключена. На некоторых списанных подлодках начала выходить из строя система охлаждения. Это грозило тепловыми взрывами реакторов. Взрывы предотвратили военные моряки. Они захватили электростанцию и силой восстановили энергоснабжение.

К сожалению, вероятность таких катастроф растет в арифметической прогрессии. На Северном и Тихоокеанском флотах 140 списанных, но не разрезанных АПЛ. В половине из них даже не выгружено топливо из реакторов. До 2000 года Россия должна вывести из состава флота 160 АПЛ. После 2000 года - еще около ста. По идее, их надо обезвреживать. Но если по идеям Россия всегда впереди, то по исполнению... Некоторые АПЛ ожидают очереди на утилизацию по 20 лет. Кто может сказать, что случится с десятками забытых реакторов за долгие годы?