Методические материалы, статьи

Электрояд — это противо-яд?

В истекшем апреле исполнилось 15 лет самой крупной атомной катастрофе — взрыву реактора Чернобыльской АЭС. Но не только этот печальный юбилей возвращает нас к теме безопасной эксплуатации атомных электростанций. Остроту в ее обсуждение внес вопрос о ввозе в нашу страну радиоактивных отходов из-за рубежа. В дискуссии немало перехлестов, заслоняющих существо дела, а также мнения и расчеты разбирающихся в нем специалистов. Тем временем они предлагают нестандартные решения накопившихся в атомной энергетике (и не только в ней!) проблем.
Мы продолжаем следить за материализацией идей, приобретающих все более важное для нашей с вами безопасности значение, особенно в нынешней стадии развития конфликта «за — против». А именно — о так называемом электрояде.
Опасность атомных предприятий и хранения радиоактивных шлаков, заражение окружающей среды — все это крайне беспокоит и пугает общество. В Западной Европе это беспокойство уже не раз перерастало в уличные беспорядки. В нашей стране собрано более двух миллионов подписей в пользу проведения всенародного референдума: следует ли нам принимать на переработку и хранение отработавшее топливо с атомных предприятий других стран? Успокаивающим словам чиновников мало кто верит…
Как тут быть? Может, следуя призывам «зеленых», нужно вообще отказаться от атомной энергии? Как грубовато говорил известный персонаж анекдотов — наплевать и забыть? Вместе с тем оценки известных экономистов и экологов убеждают в том, что без атомной энергетики нашей планете не обойтись, во всяком случае в XXI веке.
К тому же физики обещают найти обходные, безопасные пути ее дальнейшего развития. Насколько серьезны эти обещания и когда они сбудутся? Не получится ли по пословице: пока солнце взойдет, роса очи выест?!

Стоп — это захват!

Голландский атомный центр расположен на побережье Северного моря среди невысоких, покрытых вереском дюн. Прилегающая область Голландии похожа на большой, тщательно ухоженный парк.

Как игрушечные, домики с островерхой черепичной крышей, аккуратно размеченные автомобильные шоссе и асфальтированные велосипедные дорожки. Ровные, как стол, изумрудные прямоугольники полей, прорезанные узкими, заполненными водой каналами (так и хочется сказать — арыками, только вычищенными и прямыми, как по линеечке). То тут, то там, группами и поодиночке, как грибы на тонких бетонных ножках, расставлены ветряные двигатели с неторопливо вращающимися лопастями. Иногда встречаются и деревянные ветряные мельницы с крестообразными крыльями, с которыми когда-то сражался отважный Дон Кихот, — но это для туристов…

Огромный двухэтажный автобус с участниками международной конференции, посвященной новым, «нетрадиционным атомным технологиям», тяжело катит по узкому, зажатому между дюн шоссе. И вдруг дорогу перебегают несколько «марсианских» фигур в белых пластиковых комбинезонах, с такими же капюшонами на головах и черными противогазами на лицах! Спереди и сзади автобуса шоссе мгновенно перерезают белые полосы транспарантов. Под колеса застывшего, как вкопанный, автобуса, намертво отрезая ему путь, бросается пара хрупких, явно женских белых фигурок. Выход из автобуса блокирует еще одна группа крепко сцепившихся руками белых фигур.

— Внимание! Это — захват! Мы из «Гринпис»! Мы требуем закрытия атомных предприятий и полного запрета атомной энергии! Ради наших детей и внуков! Она наносит непоправимый вред всему живому на нашей планете! Мы не выпустим вас из автобуса — катите обратно!

Откуда-то, словно из пустоты, появляются крепкие ребята в кожаных куртках с телевизионными камерами и длинными «удочками» подвесных микрофонов. Кто-то пытается выбраться из автобуса — небольшая потасовка у дверей. Крики… Общее замешательство…

— Вы — настоящие убийцы! Радиоактивные выбросы отравляют моря! — Темпераментно убеждает нас руководительница «зеленых». —Вы губите не только нас, но и наших внуков!

— Но ведь мы и собрались, чтобы обсудить, как сделать атомную энергетику безопасной!

— Это — пустые слова для отвода глаз! Атомная энергия и радиоактивность — сиамские близнецы! Не морочьте нам голову и катите обратно!!

— А вы знаете, что физики изобрели трансмутацию — способ превратить опасные радиоактивные атомы в безобидные?

Словесная перепалка, когда каждый слышит лишь самого себя, сменяется более спокойным обменом мнений. Страсти утихают. «Зеленые» делают вид, что не замечают, как участники конференции один за другим, через заднюю дверь, покидают автобус…

Альтернативы

Хотя в некоторых странах (в Германии, Франции, в нашей соседке Литве) на долю атомных электростанций приходится более половины вырабатываемой в стране энергии, в среднем их вклад в мировое производство электроэнергии составляет пока лишь около 17 процентов. Сравнительно немного. Такое количество энергии могут дать гидростанции, ветряные двигатели, солнечные батареи и другие экологически чистые самовозобновляемые источники энергии. А раз так, то от атомной энергии, казалось бы, можно и отказаться. Но не будем торопиться с выводами.

Основную часть энергии сегодня дает сжигание углеводородного топлива — газа, нефти, каменного угля. Даже если не задаваться вопросом, на сколько хватит нам запасов газа и нефти — на 20, 30 лет или на более длительный срок, ясно, что этот энергетический ресурс ограничен, не говоря уж о том, что сжигать в топках электростанций такое уникальное химическое сырье — это непростительное варварство и обкрадывание наших потомков. Дарованных нам природой запасов каменного угля хватит на сотни лет интенсивной экономики, однако при этом будет использована значительная часть атмосферного кислорода, и нам просто станет трудно дышать, а образовавшийся углекислый газ, как стекло в парнике, будет удерживать накапливающееся тепло, что приведет к таянию ледников, повышению уровня Мирового океана и затоплению многих густонаселенных участков суши. К тому же дорогостоящая очистка выделяемых нефтяными и угольными электростанциям газов от золы, серных окислов и других вредных для всего живого химических веществ делают производимую таким образом энергию в несколько раз более дорогой по сравнению с атомной. Оценки показывают, что электростанциям на углеводородном топливе не выдержать конкуренции с новыми атомными технологиями, о которых пойдет речь ниже.

В Германии под нажимом «зеленых» недавно принято решение к 2021 году закрыть все атомные электростанции. Можно сомневаться в выполнении этого решения. Конкуренция и экономическая эффективность — мощная сила, особенно в условиях свободного рынка!

Иногда в качестве радикального решения проблемы предлагается ограничить наши энергетические аппетиты. Однако в обозримом будущем это едва ли удалось бы сделать. Количество энергии, приходящееся сегодня на одного жителя США, примерно в 10 раз больше, чем в развивающихся странах так называемого третьего мира, где проживает основная часть населения планеты. Трудно думать, что американцы согласятся отказаться от привычного комфортного образа жизни, а густонаселенные развивающиеся страны нельзя «заморозить» на современном голодном уровне энергетики. Многие из них испытывают хронический энергетический кризис. Например, недавно я был в Джайпу-ре — крупном индийском городе недалеко от Дели. Там регулярно происходят веерные отключения электроэнергии. Ежедневно на несколько часов.

Трудности усугубляются еще и тем, что все большее количество энергии — и как раз в бедных густонаселенных странах — требуется для очистки и опреснения воды. В настоящее время 20 процентов населения Земли пьет заведомо вредную для здоровья воду, 50 процентов (каждый второй житель Земли!) использует плохо очищенную воду низкого качества. Пресной, пригодной для питья воды на Земле всего лишь 2,5 процента, да и та в основном в виде уменьшающихся благодаря таянию ледников Гренландии и Антарктиды.

Таким образом, все говорит о том, что без атомной энергетики человечеству не обойтись. Вместе с тем надо прислушаться и к «зеленым»: атомная энергетика сопряжена с огромной опасностью. И вопрос в том, можно ли эту опасность устранить. Если — нет, то, несмотря на все ее достоинства, от атомной энергии придется отказаться.

Две проблемы

Как шутят противники атомной энергии, использовать ее — это все равно как целоваться с тигром: удовольствия мало, а страху натерпишься!

Прежде всего, страх вызывает возможность атомного взрыва, поскольку всякий атомный реактор работает в режиме «на лезвии ножа». Имея в виду безопасность атомной энергетики, эту возможность рассматривают как проблему № 1. Однако, как любил говорить Эйнштейн, не этот ботинок жмет. После Чернобыльской катастрофы атомные реакторы стали несравненно более надежными, и вероятность серьезной аварии с заражением окружающей среды крайне мала, хотя, как показала недавняя история нашей страны, абсолютной гарантии не дает даже хваленый страховой полис. Ни одна технология, понятно, не может быть безопасной «на все 100». Важно, чтобы были исключены крупные атомные аварии, а мелкие, локальные неполадки с быстро устраняемыми последствиями не страшны.

Основная «атомная опасность» кроется в крайне вредных для всего живого радиоактивных отходах атомного производства — в шлаках, накапливающихся в атомных реакторах и теряющих свою радиоактивность лишь через сотни тысяч и миллионы лет. Все это время шлаки должны оставаться надежно изолированными от окружающей среды, хотя за столь длительный период может произойти масса непредвиденных событий: землетрясения и сдвиги земной коры, падение крупного астероида, как это уже не раз случалось, и мало ли что еще! Достаточно перелистать страницы научно-фантастических романов или посмотреть пару-тройку футуристических фильмов, чтобы убедиться, как много разнообразных природных и социальных катаклизмов грозит безопасности таких хранилищ и вместе с тем, возможно, самому существованию нашей цивилизации. На Земле нет надежно изолированных областей, через грунтовые и поверхностные воды, через Мировой океан мы все вовлечены в единый кругооборот. Тут лишь вопрос времени, а миллионов лет для этого более чем достаточно.

В последнее время идут ожесточенные споры о том, можно ли ввозить для очистки от шлаков на наших заводах топливо из зарубежных атомных реакторов. Все дело в том, где будут сохраняться сепарированные шлаки. Если они будут возвращаться за рубеж, то против такого весьма выгодного в экономическом отношении бизнеса нет серьезных возражений. Иное дело, если шлаки будут оставаться в нашей стране, даже, казалось бы, в весьма удаленном районе, превращая его в потенциально опасную радиоактивную свалку. Тем более что стоимость эксплуатации и обеспечения безопасности «ядерных могильников» в течение миллионов лет (!!) превзойдет любую получаемую сегодня выгоду. Учитывая любовь политиков к так называемому расширенному толкованию соглашений, вопрос о сохранении сепарированных шлаков должен быть четко и однозначно прописан в государственном законе.

Трансмутация

А нельзя ли каким-либо образом искусственно снизить радиоактивность атомных шлаков и тем самым вообще избавиться от долговременных радиационных «могильников»? Если к тому же удастся так изменить устройство атомных электростанций, чтобы они работали значительно ниже критического уровня «на острие ножа», это сделало бы атомную энергию гарантированно безопасной и планета на многие сотни и даже тысячи лет имела бы неиссякаемый источник энергии.

Оказывается, эта, с первого взгляда совершенно фантастическая задача вполне разрешима и, более того, близка к практическому осуществлению. Надежды физиков связаны с «промышленной алхимией» — переработкой долгоживущих радиоактивных изотопов в ядра с коротким временем жизни внутри так называемых электроядерных трансмутаторов.

Вообще говоря, перерабатывать долгоживущие радиоактивные атомные ядра в короткоживущие можно уже внутри самих атомных реакторов, подобрав такой режим их работы, когда основная часть нейтронов внутри атомного топлива обладает достаточно большой энергией для того, чтобы раскалывать наиболее опасные тяжелые изотопы ядерных шлаков на более легкие. К сожалению, различие между количеством образующихся и расщепляемых тяжелых шлаков невелико, и переработка уже накопленных нами шлаков займет, по-видимому, несколько сотен лет. К тому же, поскольку реакторы-трансмутаторы всегда работают «на лезвии ножа», по-прежнему остается пугающая опасность крупных атомных аварий.

Однако, если через специальную щель внутри реактора ввести пучок движущихся с большими скоростями протонов или других частиц, они будут бомбардировать атомные ядра, вышибая из них дополнительные нейтроны, и тогда реактор, получив такую «подсветку», сможет работать значительно ниже «острия ножа» — в безопасном режиме. Ему не нужно соблюдать строгий баланс рождающихся и поглощаемых нейтронов — недостаток покрывается пучком бомбардирующих частиц из расположенного рядом ускорителя. Реактор не способен взорваться.

Он может работать с большой примесью радиоактивных шлаков, которые расщепляются нейтронами, превращаясь (трансмутируя) в более легкие ядра, радиоактивность которых спадает за сравнительно короткий отрезок времени. «Могильники» становятся ненужными.

Гибридная система «ускоритель плюс безопасный реактор», который в силу недогрузки ядерным горючим никогда, ни при каких условиях не может «сорваться» в режим самоускоряющейся цепной реакции, будет производить большое количество энергии и одновременно уничтожать, трансмутировать свои радиоактивные отходы. Более того, такая система может переработать и уже накопленные радиоактивные шлаки.

Впервые идея электроядерных трансмутаторов была независимо (в условиях глубокой секретности!) выдвинута американским физиком Лоуренсом и российским академиком Семеновым. Экспериментально идея была подтверждена в начале пятидесятых годов на ускорителе в подмосковном (в то время тоже секретном, известном лишь небольшому числу людей) городе физиков Дубне. Это сделала группа ученых во главе с недавно умершим академиком В. Гольданским — в то время молодым, веселым научным сотрудником. Там же, в Дубне, была создана первая математическая модель трансмутатора, позволившая заменить трудные и дорогостоящие опыты на ускорителях математическим экспериментом на ЭВМ.

Сегодня в мире не работает еще ни одна электроядерная установка, хотя в нескольких странах разработано около десятка проектов больших и малых электроядерных устройств. Одно из них будет построено в Дубне. Для этого будет использован тот же ускоритель, на котором группой Гольданского были выполнены первые электроядерные эксперименты, когда-то самый крупный в мире. Он проработал более полувека и почти выработал свой «научный ресурс»— сегодня у нас в России и в других странах работают более мощные и совершенные машины. Однако дубненский ветеран может послужить мощным источником протонов для электроядерной установки.

Это будет сравнительно небольшое устройство, производящее столько же тепла, сколько выделяют его одновременно работающие 15-20 бытовых электроплиток. Немного по сравнению с мощностью атомных электростанций, однако вполне достаточно, чтобы в безопасных условиях и за сравнительно небольшую цену проверить расчеты теоретиков. Все это поможет более уверенно проектировать полномасштабные промышленные электроядерные комплексы.

В отличие от пионерских опытов Гольданского, использовавших уран, ядерным топливом в новой дубненской установке будет смесь урана и плутония. Это позволит также отработать технологию экономически выгодной, а главное, экологически безопасной утилизации запасов плутония — начинки атомных боеприпасов.

Нобелевский лауреат Карл Руббиа с группой сотрудников спроектировал промышленную электроядерную установку с тепловой мощностью 500 мегаватт. Предполагается, что ее построят в Испании. Она будет производить электроэнергию и перерабатывать радиоактивные отходы нескольких испанских атомных электростанций. Уже выполнены предварительные эксперименты, в ходе которых под пучок ускоренных протонов была поставлена часть отработавшего свой срок атомного реактора и было показано, что развивающийся в нем каскад ядерных реакций соответствует предсказаниям теоретиков.

Есть еще один интересный проект. Он предполагает использовать вместо твердых топливных стержней жидкие соли урана и плутония, расплавленные теплом происходящих в них ядерных реакций деления. Вытекающий из активной зоны поток солей можно очищать от образующихся в них легких радиоактивных шлаков с короткими периодами распада, а тяжелые долгоживущие шлаки, которые, подобно урану и плутонию, способны делиться с выделением тепла и новых нейтронов, вместе с потоком жидкой уран-плутониевой соли возвращать обратно в активную зону под пучок протонов. Такая система не требует периодической перегрузки топливных стержней и может работать очень долго, без внешнего вмешательства и в совершенно безопасных условиях. Сепарированные из расплава интенсивно распадающиеся изотопы выделяют большое количество тепла и могут использоваться в качестве компактных, безотказно действующих в течение десятков лет источников энергии, на космических кораблях и спутниках, в труднодоступной горной местности и так далее.

Конечно, электроядерная технология еще не вышла из пеленок экспериментальных исследований, и тут еще много нерешенных проблем. Одна из них — создание надежно работающего ускорителя с мощным током протонов. Он должен по крайней мере на порядок превосходить ток самых мощных действующих сегодня машин. Как вывести такой пучок, не коснувшись стенок ускорительного канала и не образовав в них радиоактивных изотопов? Есть разные решения, и только практика покажет, какое из них лучше.

Даже вокруг рентгеновской установки, используемой в больнице, есть зона опасности, где действует излучение. Тем более вокруг мощного ускорителя. Для ремонта его деталей необходимо безопасное дистанционное оборудование. Пока его тоже еще нет. В общем, тут много еще такого, над чем придется серьезно поработать, и пройдут еще годы (хотя, по-видимому, не очень долгие), прежде чем электроядерная переработка отходов приобретет промышленные масштабы. А пока по-прежнему будут расти число и стоимость «могильников» радиоактивных отходов. Безопасная атомная энергия — дело будущего. Но очень важно, что такая возможность имеется и ее можно реализовать в обозримые сроки.

Дамоклов меч плутония

Кроме радиационной, есть еще одна грозная атомная опасность.

В древнегреческой легенде рассказывается о том, как однажды в ответ на восторженные слова царедворца Дамокла о великолепии и беззаботности царской жизни царь Дионисий приказал посадить льстеца за стол с роскошными яствами, над которым на тонком волосе висел острый, готовый сорваться меч. Ощущение не из приятных… А вот наша планета уже много лет живет над таким «дамокловым мечом». В нескольких, а сегодня уже можно сказать, что во многих странах накоплено большое количество плутония. Очищенного, для использования в высокоэффективных атомных боеприпасах, и «грозного», так называемого технического плутония, нарабатываемого на всех атомных электростанциях.

Как пишут газеты, у одних только США накоплено оружейного плутония столько, что все живое на Земле можно уничтожить более 15 раз! Но, пожалуй, наибольшая угроза сегодня исходит от технического плутония. То, что это не чистый «оружейный изотоп» и в нем есть примесь «мешающих» изотопов, несколько снижает его боевые свойства, тем не менее атомные заряды из него изготовить можно.

Конечно, работа с сильно радиоактивными топливными стержнями, побывавшими в атомном реакторе, требует специальной технологии. Однако, если не предъявлять высоких требований к безопасности (а для террористических организаций это в порядке вещей), то изготовление ядерных зарядов из плутония, выделенного из топливных стержней, — задача вполне разрешимая и без владения высокими технологиями.

Выход тут, по-видимому, только один — отказаться от использования урана, заменив его торием. В ториевых реакторах нет плутония, вместо этого при захвате нейтронов там образуются изотопы урана. Один из них может служить ядерной взрывчаткой, однако он образуется в сопровождении нескольких настолько плохо делящихся изотопов, что изготовить из этой смеси ядерный заряд невозможно. Для этого нужно разделить изотопы, а это — чрезвычайно трудная задача, поскольку их химические свойства практически одинаковы. Но даже если задаться целью все же осуществить такое разделение, используя тонкие физические методы (в принципе это возможно), масштабы и энергоемкость очистительных заводов исключают их сокрытие и маскировку.

Правда, практическому использованию тория мешает то, что делится он несколько хуже урана и тепла выделяет в полтора-два раза меньше. Тем не менее расчеты показывают, что в электроядерных системах с торием на каждый киловатт энергии, затраченной на ускорение бомбардирующих протонов, можно получить десятки киловатт тепловой и электрической энергии. Такие системы вполне рентабельны. Как и в случае уран-плутониевой энергетики, они будут служить источниками энергии и трансмутаторами радиоактивных отходов. Тория на Земле много — хватит нам на тысячи лет.

Экспериментальная электроядерная установка с торием разрабатывается совместно физиками Дубны и индийскими учеными из Реджистанского университета. Для Индии такие системы особенно важны, поскольку эта страна обладает огромными запасами тория.

Атомная энергетика станет безопасной, хотя нельзя не согласиться с «зелеными»: за ее развитием нужно внимательно следить общественности, поскольку на этом пути очень легко пожертвовать безопасностью в пользу экономической выгоды и политических преимуществ.

Владилен Барашенков



См. также:
Самые популярные стратегии онлайн-ставок
Микрозаймы на карту – быстро и удобно
Современные курсы ораторского мастерства
Порядок и особенности оформления инвалидности
Праздник в каждый дом
Все что вы хотели знать об онлайн-слотах
Зеркала игорных клубов
ПРОЕКТ
осуществляется
при поддержке

Окружной ресурсный центр информационных технологий (ОРЦИТ) СЗОУО г. Москвы Академия повышения квалификации и профессиональной переподготовки работников образования (АПКиППРО) АСКОН - разработчик САПР КОМПАС-3D. Группа компаний. Коломенский государственный педагогический институт (КГПИ) Информационные технологии в образовании. Международная конференция-выставка Издательский дом "СОЛОН-Пресс" Отраслевой фонд алгоритмов и программ ФГНУ "Государственный координационный центр информационных технологий" Еженедельник Издательского дома "1 сентября"  "Информатика" Московский  институт открытого образования (МИОО) Московский городской педагогический университет (МГПУ)
ГЛАВНАЯ
Участие вовсех направлениях олимпиады бесплатное
Новые технологии протезирования зубов доступны теперь и в нашем городе Если раньше художественная реставрация была доступна немногим, то в современном мире такие процедуры доступны каждому. Цены на эстетическое восстановление зубов варьируются в зависимости от метода. Необходимо серьезно подходить к выбору клиники.

Номинант Примии Рунета 2007

Всероссийский Интернет-педсовет - 2005