Перспективы развития атомной энергетики

В преддверии величайшей социальной революции в истории человечества разум обязан искать пути смягчения предстоящего переходного процесса. Такое смягчение может быть достигнуто, если мы сумеем сформулировать такие энергетические программы, которые дадут надежду людям на существенное увеличение энергетического производства без воздействия на биосферу Земли.

Поэтому сегодня важнейшей задачей, стоящей перед человечеством, является проблема создания экологически чистой энергетики, энергетики, способной работать длительное время без существенного влияния на биологическое равновесие планеты.

После решения уйти из ракетной тематики я, по рекомендации моего друга, профессора Московского энергетического института Михаила Ефимовича Дейча, встретился с его учеником, директором ВНИИ атомного энергетического машиностроения Геннадием Алексеевичем Филипповым. На моё признание в том, что я не знаю даже терминологии в стационарной энергетике, он ответил просто: «Ничего, разберётесь. Для меня главное то, что Вас рекомендовал Дейч». В результате, не зная ни тематики, ни одного человека в институте, я стал его заместителем по науке.

Я достаточно быстро вошёл в новую для себя проблематику. После Чернобыльской катастрофы министр энергетического машиностроения СССР Владимир Макарович Величко назначил меня руководителем работ по линии министерства на ЧАЭС. Наше министерство, обладая десятками крупнейших заводов, было поставщиком примерно 70% оборудования на все АЭС страны. Близкое знакомство в течение примерно года (с мая 1986 по июль 1987) с реальными проблемами радиационного поражения заставили меня начать плотно думать о будущей энергетике. В результате я пришёл к пониманию того, что в современном виде у атомной энергетики перспектив нет.

Основное назначение атомной энергетики – сократить потребление органического топлива и тем самым уменьшить потребление атмосферного кислорода и эмиссию углекислого газа в атмосферу Земли. Атомная энергетика в современном виде не в состоянии решить эту проблему. Несмотря на сорокалетнюю историю развития, её доля в общем энергетическом балансе планеты составляет всего несколько процентов. С точки зрения влияния на решение основной задачи, атомной энергетики сегодня просто нет. Есть только связанные с ней проблемы.

Прогнозы развития атомной энергетики, базирующейся на реакциях деления изотопов U²³⁵ и Pu²³⁹, являются крайне пессимистическими. Увеличение генерирующих мощностей было запланировано только до 2007–2008 годов, да и то в основном за счёт Юго-Восточной Азии (3/4 всех новых мощностей планировалось ввести именно там). Во всех западных странах заказы на ввод новых блоков в предстоявшее десятилетие и далее были аннулированы. После 2008–2010 годов предполагалось начать массовый вывод из эксплуатации блоков, отработавших свой ресурс, что всегда бывает сопряжено с перемещением и захоронением огромных масс радиоактивных отходов. Западная общественность к проблеме перемещения отходов и сооружению хранилищ на своей территории относится резко отрицательно.

В учёном совете нашего института, например, начали появляться работы по выводу АЭС из эксплуатации. Предлагается практически их не трогать, а просто консервировать и ждать сотни лет. Причём стоить всё это будет сотни миллионов долларов по каждой станции плюс десятки миллионов ежегодно. Если и далее продолжить строительство современных АЭС, сколько же таких дорогостоящих памятников мы будем иметь уже в ближайшее время?

Далее следует разобраться, смогут ли современные перспективные разработки в области атомной энергетики решить её основную задачу – сокращение эмиссии углекислоты в атмосферу.

Наиболее популярна программа замкнутого топливного цикла с использованием быстрых реакторов для наработки плутония. В этой программе плутонию предназначается роль основного делящегося материала. (При широком развитии современной атомной энергетики без плутония не обойтись просто потому, что запасы 35-го урана по энергоёмкости не превышают разведанных запасов, например, нефти и газа). Программа абсолютно бесперспективна просто потому, что технологии с плутонием не могут найти широкого применения, поскольку плутоний является основным материалом для бомб. Для Запада нет ничего страшнее передачи плутониевых технологий развивающимся странам. А без развития атомной энергетики в этих странах проблему эмиссии не решить. Западные страны не будут развивать атомную энергетику из-за отходов, а развивающимся не дадут, поскольку Запад не хочет, чтобы плутоний оказался в других руках. Так что с бридерами тупик, и напрашивается следующий вывод: сегодня нет реальных предложений для решения основной технологической проблемы нашего времени, проблемы сокращения эмиссии углекислоты и потребления атмосферного кислорода. Есть только, что называется, организационные подходы, о которых говорилось выше. Они приведут к резкому обострению ситуации между 2010 и 2015 годами. Поэтому сегодня крайне важно предложить энергетическую программу, которая сумела бы ослабить напряжённость в международных отношениях в период перехода к адекватным формам социальной организации. По существу, сегодня речь идёт о спасении западной цивилизации от чрезмерных потерь.

Есть ещё одно чрезвычайно важное обстоятельство, которое делает невозможным широкое распространение современных ядерных технологий. Оно заключается в том, что современные технологии ориентированы на использование урана-235, а его, как было сказано, мало. К середине текущего века энергетические потребности человечества за счёт только земных ресурсов удовлетворить будет невозможно. Потребуется промышленно-энергетический выход в космос. Единственным средством для этого является как раз уран-235, поскольку с помощью химии крупные задачи в космосе решены быть не могут. Поэтому бездумное сжигание урана-235 – это не просто глупость, а преступление перед человечеством.

Для того чтобы найти подходы к решению энергетической проблемы, я в течение всех 90-х годов искал пути создания чистой ядерной энергетики. Такая схема вроде бы обозначилась. И если это действительно так, то это будет последний сравнительно дешёвый технологический подарок человечеству в период наступления сложнейших социальных преобразований.

Дело в том, что выделение положительной энергии при делении ядер начинается с массовых чисел в районе 60. В частности, деление ядер свинца и висмута, имеющих массовое число несколько больше двухсот, даёт энергию около 140–150 MэВ, в то время как уран и плутоний дают примерно 200 MэВ. Однако деление U²³⁵ и Pu²³⁹, составляющих основу современной ядерной энергетики, происходит под действием нейтронов сравнительно низкой энергии (до 1 МэВ). Ядра же «неделящихся» актиноидов (Th, U²³⁸) делятся при энергии более 1 MэВ. Нейтроны высоких энергий (более 10 МэВ) на Земле имеются только в космических лучах, интенсивность которых крайне мала. Поэтому основные процессы взаимодействия нейтронов высоких энергий с ядрами различных веществ (сечения ядерных реакций) изучены довольно слабо.

В принципе, нейтроны любых энергий можно получить при использовании ускорителей протонов. Однако эти ускорители имели до последнего времени крайне малые коэффициенты полезного действия. Только в конце XX века появились технологии, позволяющие создать ускорители протонов достаточно высокой эффективности. Это дало возможность начать эксперименты в области так называемой электроядерной энергетики. Все в мире пошли по пути получения на ускорителях нейтронов с энергией, достаточной для деления U²³⁵. Для этой цели требовались ускорители с энергией не более 1–1,5 ГэВ. В случае с «неделящимися» изотопами этой энергии мало.

Включиться в программу электроядерных экспериментов по урановой программе на ускорителе в г. Дубна нам помог последний из могикан советской атомной техники академик Валерий Иванович Субботин. Я с ним познакомился в 1986 году во время работы чернобыльских комиссий. В. И. Субботин познакомил меня с Александром Михайловичем Балдиным, директором лаборатории физики высоких энергий Объединённого института ядерной физики в г. Дубна. Александр Михайлович дал нам возможность принять участие в эксперименте на синхрофазотроне ИЯФ. Формально мы должны были разработать аппаратуру теплофизических измерений для уран-свинцовых сборок, используемых в электроядерных экспериментах. Поставить вопрос о проведении эксперимента сразу на сборках, состоящих из материалов актиноидной группы, было абсолютно нереально. Поэтому я договорился о проведении эксперимента на большой чисто свинцовой сборке при энергии протонов в 5 ГэВ. Однако принять участие в работе я не смог, поскольку после этого я надолго попал в больницу.

Эксперимент был выполнен в июле 1998 года. Его проводила большая международная группа, лидерами в которой были учёные из ФРГ. К сожалению, в части методического обеспечения той задачи, которую я ставил, он был сделан плохо. Я не был поставлен в известность о проведении эксперимента. Поэтому я не смог дать своих предложений по его методическому обеспечению. Термопары нормально сработали, большего для программы деления урана не требовалось, а потому материалы эксперимента, никем не востребованные, пролежали почти год. Когда после выхода из больницы в мае 1999 года я узнал, что эксперимент выполнен, я попросил показать мне его результаты. Одного взгляда на экспериментальные кривые было достаточно, чтобы увидеть то, что положительный результат всей программы не исключён.

Дело в том, что если реакция деления свинца не играет особой роли, то тепловыделение должно происходить только в центре свинцовой сборки за счёт торможения заряженных частиц, образующихся после разрушения ядер свинца и имеющих малый пробег в плотном веществе свинца. Однако было обнаружено, что термопара, расположенная на периферии мишени, начала нагреваться одновременно с центральными термопарами в момент включения пучка, к тому же всего в два раза слабее, чем центральная. Оценки показывают, что ни теплопроводность, ни нагрев за счёт термализации[93] нейтронов, ни гамма-излучение, ни нагрев за счёт заряженных частиц не могут обеспечить наблюдаемый темп разогрева периферийной зоны. Об этом же говорят расчёты, которые были выполнены по моей просьбе Институтом прикладной математики РАН им. М. В. Келдыша по коду Лос-Аламосской лаборатории США. В эксперименте же грелась и периферия сборки. Это могло быть связано только с делением свинца. Результат требовал немедленной проверки, ввиду его исключительной важности.

Я начал требовать проведения чистого эксперимента по своей методике. Я написал массу писем В. В. Путину и членам его Правительства. Всё безрезультатно. Дело упирается, очевидно, в то, что у атомного лобби имеется огромное желание заработать на завозе отработавшего топлива из-за рубежа в Россию. Доказательство возможности создания ядерной энергетики, не использующей U²³⁵ и Pu²³⁹, закроет навсегда этот миф. (Когда проводились слушания по этому вопросу в Думе, из всех специалистов, работающих в атомной энергетике, только В. И. Субботин и я выступили против варианта с завозом отработанного топлива. Нам не давали говорить. У меня, например, просто выключили микрофон.)

Каких-либо перспектив у современной схемы ядерной энергетики в любом случае просто нет. Видит Бог, я делал и буду делать всё, что могу, чтобы провести свой эксперимент. Его необходимо выполнить, ввиду его чрезвычайной важности. Тем более, что Миннауки и Минатом финансируют совершенно бессмысленные работы по делению урана в электроядерных схемах. Будто бы уран не делится и без ускорителей. В России существует большая, хорошо финансируемая программа по этой теме, руководимая министром Минатома.

Когда этот раздел был уже написан, мне позвонили из Миннауки и сообщили, что решение о финансировании эксперимента, наконец, после трёх лет изнурительной борьбы принято и его финансирование открыто. Эксперимент пройдёт в Протвино на ускорителе Института физики высоких энергий в марте – апреле 2002 года. Я не знаю, что повлияло на принятие этого решения. Депутат Государственной Думы от Арзамаса доктор физико-математических наук Иван Игнатьевич Никитчук послал два запроса в Министерство науки. В последнее время я предпринял несколько достаточно резких шагов. В частности, я имел откровенный разговор по телефону с первым заместителем министра Миннауки С. Б. Алёшиным. Мне представляется, что мне удалось его убедить.

Этот эксперимент мне нужен, чтобы точно знать, имеем ли мы последний технологический резерв для смягчения сложнейших социальных процессов в ближайшем будущем. Но если и его результат окажется отрицательным, то остаются только весьма болезненные организационные решения, о которых я говорил выше.