Зачем это нужно?
Совсем не случайно сегодня так модно говорить о возобновляемых источниках энергии. То, что нам, обывателям, кажется отвлеченными развлечениями ученых, на самом деле скрывает за собой целенаправленную и трудную работу людей, которые не понаслышке знают о серьезности глобальной ситуации с энергоносителями и пытаются найти выход. По роду своей деятельности ученые мыслят более длинно, чем мы, и знают, сколько на земле осталось нефти, угля и ядерного топлива, чтобы подсчитать, сколько времени человечество сможет обслуживать свои растущие нужды при существующих технологиях извлечения энергии. Вероятно, сроки эти не слишком утешают, иначе в последние десятилетия мы бы не увидели столько войн на территориях стран, богатых нефтью.
Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы России признается специальным государственным положением фактором территориальной целостности нашей страны. То, что мы знаем в быту как «свет в лампочке», производимый простым нажатием клавиши на стене и уплатой небольшой подати, на самом деле явление очень многогранное и масштабное. Мы и не осознаем, что за этим простым нажатием клавиши скрывается огромный технологический процесс, цивилизационные и научные достижения. «Свет» воспринимается как само собой разумеющееся явление природы, как многие блага цивилизации и вся советская техносфера. Не случайно мы электричество в быту называем «свет», как свет солнца, который просто светит без вмешательства человека. Между тем, всё это требует постоянного поддержания и обеспечения.
Чтобы понять основополагающую цивилизационную важность этого простого блага в нашей жизни, можно обратиться к примеру нью-йоркского отключения электричества (блэкаута) 1977 года. Автор одной из статей на эту тему выразился очень точно: «От каменного века человечество отделяют 24 часа без электричества». Тогда удар молнии вывел из строя две линии электропередач длиной 345 километров, доставлявших электричество от атомной станции. Попытки запитать городскую сеть от других источников ухудшили положение: как только сеть оживала, молнии вновь поражали ее, выводя из строя и другие участки. Грабежи и поджоги обошлись городу в миллиард долларов ущерба, более 2000 разгромленных магазинов, десятки пожаров. И не стоит думать, что подобное возможно только в США. В постреволюционном Петрограде безопасная цивилизованная жизнь закончилась во многом из-за того, что перестало работать электричество и водоснабжение. Нефтяные войны последнего десятилетия показывают, что даже и без планетарного блэкаута наши однопланетяне готовы на грабежи и насилие за энергоносители.
До и после Фукусимы
До Фукусимы в Японии работали 54 атомные электростанции, которые обеспечивали 30% электроэнергии страны. После Фукусимы не работает ни одна, а образовавшийся дефицит восполняется за счет тепловых электростанций, топливо для которых приходится дорого закупать. Вскоре после аварии японское правительство планировало заменить атомную энергию на энергию из альтернативных источников. Однако, по словам японского министра науки и технологий Хакубуна Симуморы, в ходе обсуждения такой альтернативы выяснилось, что для выработки одного МВт электроэнергии, что равно мощности только одной атомной станции, потребуется линия из солнечных батарей длиной 35 км. Нетрудно сосчитать, что для замены всех 54-х станций потребуется линия из батарей длиной в 1890 км. Это практически равняется общей протяженности страны с севера на юг. Высокая себестоимость оборудования делает такую замену нецелесообразной. К этому стоит прибавить, что солнечные батареи на стадии производства наносят серьезный вред окружающей среде и требуют крупных затрат на безопасную утилизацию.
В результате японское правительство развернуло среди населения страны пропагандистскую кампанию за атомную энергетику и новые, более строгие стандарты ее безопасности. При этом японцы активизировали свой интерес к единственному в мире действующему реактору на быстрых нейтронах БН-600, который был создан и по сию пору работает в России.
Проект «Прорыв»
Сергей Киндерсюрприз Кириенко давно не мелькает на телевизионных экранах, но недавно стал проявлять некоторую публичную активность в качестве директора Росатома. Одно из последних таких проявлений состоялось в области… современного искусства. Директор Росатома стал инициатором спецпроекта «Ленин: Ледокол» в рамках 5-й Московской биеннале современного искусства и Австрийского культурного сезона в России. Заинтересованное и плотное участие Сергея Владиленовича проявляется, например, в том, что буклет проекта открывает его краткое, но неожиданно емкое обращение. В ходе русско-австрийского художественного проекта на борт ледокола-музея, стоящего на приколе в Мурманске, поселили десять русских и десять австрийских художников, которые создали и выставили там свои произведения, вдохновленные прошлым и настоящим этого судна. Этот крупнейший художественный проект на территории Мурманской области будет открыт для посетителей до 10 января. Кураторами выставки выступили Стелла Роллиг, отвечавшая за австрийскую часть, и атташе по культуре при посольстве Австрии в РФ Симон Мраз. В интерьерах ледокола выставлены работы современных художников Игоря Макаревича, Елены Елагиной, Таисии Коротковой, Леонида Тишкова, Юдит Фегерль, Катрин Шaррер, Михаэля Штрассера.
Но не в этом прорыв. Этот художественный проект безусловно выглядит красивым жестом открытости «Росатома» и в выгодном позитивном свете представляет государственную корпорацию на международной арене. Атомную энергию, вызывающую целый букет пугающих ассоциаций, связали этим проектом с современным искусством, священной коровой современной западной культуры. Круче было бы только связать атомный проект с экологистами, пацифистами и Greenpeace. Такими темпами, дойдет и до этого, ведь сама идея реактора с замкнутым топливным циклом предполагает резкое сокращение новых ядерных отходов и использование в качестве топлива уже существующих. Таким изящным способом предлагая миру взглянуть на первый в мире атомный ледокол, Сергей Кириенко, по-видимому, готовит не менее впечатляющую премьеру в атомной отрасли. Что же это за премьера?
30 июля 2013 года под председательством генерального директора госкорпорации «Росатом» Сергея Кириенко состоялось заседание Координационного совета по проекту «Прорыв». Хлестко и хорошо назвали, даже круче, чем проект «Разгром» из «Бойцовского клуба». Проект «Прорыв» направлен на создание новой технологической платформы для крупномасштабной безопасной ядерной энергетики с замкнутым топливным циклом. Он является частью федеральной целевой программы «Ядерные энерготехнологии нового поколения на период одов и на перспективу до 2020 года». «Прорыв» предполагает поточное внедрение атомных электростанций двух типов: на основе реактора со свинцовым теплоностителем – БРЕСТ-300 и реактора с натриевым теплоносителем – БН-1200. Один из руководителей проекта Вячеслав Петрушков говорит об этом так: «Наиболее глубокой проработке в последние десятилетия подвергались реакторы БН. На их основе и можно ожидать наиболее быстрого решения большинства задач проекта. Конечно, тогда останутся нерешенными специфические проблемы, связанные с применением натрия: его химической активностью, высокой активируемостью под нейтронным воздействием. Освоение свинцового теплоносителя в опытном прототипе БРЕСТ позволит в дальнейшем снять и эти вопросы, поставив красивую технологическую точку, когда 80% ключевых задач программы будут выполнены. Сроки определить сложно, но точно после 2020 года, когда мы планируем построить реакторы».
Таких реакторов нет нигде в мире, и в случае успеха Россия окажется абсолютным планетарным лидером в области атомной энергетики. Русские взялись за то, чего еще никто в мире не делал. Новые реакторы при намного большей безопасности предполагают использование полного энергетического потенциала урана, который в современных реакторах используется лишь на 0,7%. Трудно даже вообразить, какие даст результаты успешный исход дела. При этом решаются вопросы отработанного ядерного топлива и высокоактивных отходов. Уран, который сегодня идет в отходы и создает массу проблем при захоронении, можно будет использовать в новых реакторах с замкнутым циклом. Это представляет оскорбительный завоз в Россию ядерных отходов из разных стран в совершенно ином свете.
Амбициозность проекта вынудила его руководителей обратиться к управленческому опыту советского атомного проекта. Сегодня многие считают, что на отработку топлива потребуется около 30 лет, тогда как в советском атомном проекте от распоряжения сверху до получения плутония прошло всего три года, и за такое же время были сооружены реакторы. Необходимо вновь учиться работать и мыслить эффективно. Именно поэтому проект «Прорыв» многое позаимствовал в организационной структуре советского атомного проекта от создания специальной интегрирующей структуры проекта до персональной административной и даже уголовной ответственности участников проекта за последствия принятых решений. Естественно в рамках современного законодательства Российской Федерации. По словам Вячеслава Першукова, в ходе советского атомного проекта было осуществлено невозможное, а сегодня стоит более простая задача, в которой уже решены фундаментальные вопросы, а нерешенными остаются конкретные инженерные задачи. Остается надеяться, что это предприятие увенчается успехом и действительно выведет Россию в энергетические лидеры планеты не только за счет сырьевого богатства.
Важное дополнение
Тепловые или быстрые?
Сегодняшние атомные реакторы – это так называемые реакторы на тепловых нейтронах. Если сильно упростить, выделение энергии происходит при попадании в ядро урана-235 нейтрона. В этом случае ядро делится, и из него вылетают еще 2-3 нейтрона, которые в свою очередь могут столкнуться с другими ядрами, продолжая цепную реакцию. При этом многое зависит от энергии этого начального нейтрона. Вероятность попадания нейтрона в ядро с последующим выделением энергии для урана-235 растет с понижением энергии-скорости нейтрона. Именно поэтому в современных ядерных реакторах нейтроны замедляют в графите или воде, чтобы их скорость становилась того же порядка, что и скорость теплового колебания атомов в кристаллической решетке (из-за этого нейтроны и называют тепловыми). Это увеличивает вероятность искомого столкновения. При этом вероятность выделения энергии при столкновении замедленного нейтрона с ядром урана-238 в 10 млн раз меньше, чем с ядром урана-235. В связи с этим природный уран-238 и перерабатывают в уран-235.
Вместе с тем, при подходящей скорости нейтрона уран-238 всё же может захватить его и после двух распадов стать плутонием-239, который уже является подходящим топливом для тепловых реакторов. Эти реакции могут идти и в современных реакторах, но из-за замедления нейтронов водой и поглощения их графитовыми стержнями количество сгенерированного топлива очень мало. Если же отказаться от замедления нейтронов водой и графитовых стержней поглотителей, при этом увеличив концентрацию делящегося вещества в ядре реактора, становится возможным одновременно осуществлять два процесса: наработку нового топлива и выделение энергии. Логическая цепочка тут следующая: чтобы перерабатывать природный уран-238 в топливо, нужны более быстрые нейтроны, чем те, что используются для получения энергии в современных реакторах. Для этого нужно отказаться от замедления нейтронов водой и поглощения их графитовыми стержнями. При возрастании скорости нейтронов снижается вероятность необходимых для реакции столкновений. Чтобы это компенсировать, концентрацию делящегося вещества в ядре реактора увеличивают с 2–4% до 20%. При этом при столкновении быстрых нейтронов с ядрами из них вылетает в полтора раза больше новых нейтронов, чем при столкновении медленных. Благодаря этому естественному обстоятельству также компенсируется низкая вероятность столкновения каждого быстрого нейтрона с ядром. Это обеспечивает устойчивость цепной реакции и одновременно сжигание ядерного топлива с выделением энергии и переработку природного урана в новое топливо. В этом главное преимущество реакторов на быстрых нейтронах, или, иначе, реакторов с замкнутым топливным циклом, по сравнению с тепловыми реакторами.
Однако на пути к реализации этого решения остается много технических проблем. В частности, воду, которая помимо замедлителя является в реакторе еще и теплоносителем, необходимо заменить таким теплоносителем, который не замедлял бы нейтроны. В качестве такового могут выступать, например, свинец или натрий, но их применение порождает новый букет технических проблем, которые необходимо решать.
