Недавно в Санкт-Петербурге прошла ХХV Международная конференция по энергии термоядерного синтеза, организованная Международным агентством по атомной энергии (МАГАТЭ), Правительством РФ и поддержанная “Росатомом”. В ней приняли участие делегаты из 43 стран. Россия представила 75 докладов, из которых более половины сделаны при участии сотрудников НИЦ “Курчатовский институт”. Особый интерес вызвало выступление президента Курчатовского института академика Евгения Велихова. По просьбе “Поиска” он рассказал о сути своего сообщения - преимуществах развития гибридной схемы термоядерных исследований: “синтез плюс деление”.
- Физики Запада разделены на два конкурирующих, можно даже сказать, враждующих лагеря, - начал рассказ Евгений Павлович. - Приверженцы термоядерного синтеза утверждают, что атомная энергетика опасная и “грязная”. Их противники, верные избранному пути, обвинения эти напрочь отрицают. По сути, такова главная причина разногласий. Замечу, что конкуренты не удовлетворяются обсуждениями на научных встречах, а ведут публичную полемику, обращаясь к правительственным структурам, в частности, ведающим финансированием научных проектов.
Примирить спорщиков, сблизив их точки зрения, по мнению физиков Курчатовского института, поможет гибридная энергетика. В гибридной схеме термоядерный реактор выступает в качестве источника нейтронов для наработки топлива в ядерном цикле и для дожигания продуктов деления топлива обычных ядерных реакторов.
Причем создать такую фабрику, по нашему мнению, можно лет на десять раньше международного экспериментального термоядерного реактора ИТЭР, строящегося сейчас на юге Франции.
Удивительно, но первым идею гибридной энергетики высказал Игорь Васильевич Курчатов. В 1951 году он передал Сталину письмо, совсем недавно ставшее достоянием общественности. В нем ученый писал, что практически вся энергия (приблизительно 98%), накопленная на Земле, заключена в трех элементах: уране-238, тории или взаимозаменяемом дейтерии и литии. А в оставшиеся приблизительно 2% укладываются нефть, газ и уголь.
Вот как выдающийся физик предлагал технически решить проблему энергетики. Поскольку ни уран, ни торий не являются топливом, необходим внешний источник для его получения - нейтроны, а для этого нужен термоядерный реактор. Фактически речь шла о создании Токамака - установки для обеспечения процесса управляемого термоядерного синтеза, протекающего при гигантских температурах в 100-150 миллионов градусов Цельсия.
Устойчивость термоядерного процесса обеспечивается созданием магнитных ловушек, способных удержать высоко разогретую плазму в ограниченном объеме. (Кстати, идея магнитных ловушек для плазмы впервые была описана в учебнике Игоря Евгеньевича Тамма “Основы теории электричества”, изданном еще в 1928 году). А теорию разогрева плазмы изложил Андрей Дмитриевич Сахаров. Ссылаясь на работы своих сподвижников, Курчатов предлагал разработать программу получения оружейного плутония с использованием термоядерных нейтронов - не будем забывать, что тогда шла “холодная война”, продолжалась гонка вооружений. Но очень быстро Курчатов и его сотрудники поняли: следующий шаг - создание большой энергетики - атомной. Для нее был разработан ставший затем очень популярным в мире легководяной реактор, топливом для которого послужил обогащенный природный уран.
На рис. 1 видно, как величина мирового валового продукта связана с потреблением энергии. С 1980 года почти прямая линия роста круто идет вверх - до 2012-го. Понятно: чтобы хорошо жить, странам нужно много энергии. Но нельзя все заработанные средства тратить только на нее, иначе ни на что другое денег просто не останется.
На рис. 2 обозначен некий предел затрат на первичную энергию, принятый мировой экономикой. На сегодняшний день он составляет менее 10%. Его превышение, как показано на схеме, делает экономику страны неустойчивой. В 1980 году мировые затраты на энергию составили 10% - и разразился кризис. После чего снова начался подъем, но не ровный, а волнообразный, отражающий кризисные явления в экономике.
Строящийся экспериментальный термоядерный реактор ИТЭР призван осуществить “голубую” мечту Запада, связанную с созданием чистой термоядерной энергетики. Однако физикам Курчатовского института эта идея кажется весьма сомнительной. Мы продолжаем настаивать: реакторам необходимы нейтроны.
Термоядерный нейтрон можно использовать в бланкете гибридного реактора для получения нового топлива. Бланкет - слой материала, которым окружают активную зону, например, термоядерного реактора, она предназначена для задержки вылетающих из активной зоны частиц, а также для превращения энергии частиц в тепло и для наработки вторичного горючего. Разместив в ней жидкосолевые композиции на основе фторидов металлов с сырьевыми изотопами уран-238 или торий-232 и обеспечив быструю химическую переработку соли, облученной термоядерными нейтронами, можно выделять новые делящиеся изотопы и в дальнейшем использовать их в ядерных реакторах.
На рис. 3 показана радиоактивность, высвобождаемая из отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) в зависимости от типа реакторов при производстве одинакового количества новых делящихся изотопов. Разница огромная - в тысячу раз. Именно реакторы деления выдают высокую радиоактивность. При этом облученное топливо из реактора должно быть выдержано в специальном хранилище пять - семь лет, и только после этого его можно отправлять на переработку. И если мы и дальше будем использовать традиционные способы, то превратим нашу планету в радиоактивную помойку.
На наш взгляд, производство новых делящихся изотопов из тория и урана-238 с использованием термоядерного источника нейтронов - это самый эффективный способ обеспечения атомной энергетики топливом в замкнутом цикле с минимальным радиоактивным загрязнением. Как видно из сравнения на рис. 3, непрерывная переработка солевой композиции бланкета гибридного реактора позволяет максимально снизить высвобождаемую из облученного топлива радиоактивность и обеспечить за счет этого максимальную радиационную чистоту топливного цикла.
Таков был главный посыл моего выступления на конференции в Санкт-Петербурге.
Курчатов исходил из положений классической физики, он считал, что наилучшее использование термоядерного синтеза - получение нового топлива. Во времена Курчатова это был плутоний, сегодня наиболее чистый материал - торий и получаемый из него делящийся изотоп уран-233. (О его цене говорить еще рано, возможно, она будет даже ниже, чем сейчас, но это зависит от эффективности технологий и оборудования).
Еще в 1973 году я обсуждал эту идею с американским специалистом Джоном Холдреном, сегодня главным научным советником президента США. А в 1978 году мы выполнили первые проекты гибридных реакторов, но тогда у нас не было технической основы для их осуществления. Сегодня, благодаря освоению термоядерного синтеза, мы приобрели колоссальный опыт, создали мощную техническую базу. И теперь в состоянии построить своего рода “фабрики питания”: они будут производить ядерное топливо и снабжать им атомную энергетику всего мира. Условия работы на таких предприятиях будут не только безопасными, комфортными, но и привлекательными для обслуживающего персонала, обладающего высокой квалификацией. Работать там будет почетно.
Мы приобретем огромный опыт, знания, наработки, которые будут использованы во многих отраслях промышленности. Так же, как сейчас происходит с ИТЭР. Наша страна вкладывает немалые средства (9% от затрат всех стран - участниц проекта ИТЭР) в создание промышленного термоядерного реактора. Но за это мы имеем право использовать всю интеллектуальную собственность, полученную в результате освоения этого уникального проекта. Эти знания, безусловно, нам очень пригодятся. Естественно, возникает вопрос: каким должен быть главный источник энергии гибридной энергетики? Опыт всей моей жизни доказывает - это Токамак. Курчатов и Тамм были убеждены в его достоинствах, и сегодня, уверен, ничего не изменилось.
Физики мира стремятся исключить аварии атомной энергетики. После аварии на Чернобыльской АЭС 25 лет наш институт работал над этим вопросом, и, в конце концов, мы поняли, как надо строить практически безопасные реакторы. И тут же произошла катастрофа на Фукусиме! Авария на станции была связана с нарушением отвода тепла от облученного топлива. В ядерных реакторах после деления ядер образуются осколки деления - радиоактивные изотопы, которые длительное время выделяют энергию и их надо охлаждать. И если будет нарушена система отвода тепла - случится несчастье. К сожалению, сегодня природные катаклизмы - ураганы, цунами - происходят все чаще и могут инициировать разрушение систем безопасности атомной станции.
Поэтому перед нами стоит задача свести к минимуму возникающие опасности. Самый радикальный способ - добиться, чтобы внутри реактора не было радиоактивности. Достичь этого сейчас вряд ли удастся, однако опасность можно значительно снизить. Возможности для этого есть, например, ввести в реактор различные соли, в которых растворяются торий и уран-233, а жидкую солевую композицию постоянно очищать от радиоактивных продуктов деления.
Есть и такая проблема. Нейтроны сталкиваются ядрами - происходит нарушение первоначальной структуры материала, в конструкционных материалах накапливаются радиационные дефекты, ухудшаются прочностные свойства материала. Чтобы избавиться от этих неприятностей, наш институт разработал оригинальную систему восстановления прочностных свойств корпусов ядерных реакторов, главных конструктивных элементов безопасности. Так атомные реакторы становятся все более совершенными, безопасными, экологически чистыми. Срок их работы постоянно повышается, достигая 100 лет.
Мы стремимся сделать гибридный термоядерный реактор практически безопасным, не дающим радиоактивных загрязнений, на тысячи лет обеспечивающим человечество энергией. Не забудем, что население планеты в ближайшие полвека достигнет 10-12 миллиардов человек. Растет число мегаполисов, в которых больше 10 миллионов жителей. Им нужно все больше энергии и мощная система ее производства - нужны надежные, ядернобезопасные и экологически приемлемые установки, производящие самое чистое на сегодняшний день ядерное топливо.
...В заключение хотел бы сказать, что авторы концепции гибридной энергетики: НИЦ “Курчатовский институт”, Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники им. Н.А.Доллежаля и НИИ электрофизической аппаратуры им. Д.В.Ефремова - готовы к сотрудничеству с коллегами со всего мира. Если же по каким-то причинам этого сделать не удастся, уверен, мы и сами вместе с приблизительно сотней отечественных организаций в состоянии разработать гибридный термоядерный реактор. У нас есть для этого необходимый опыт и наработки, квалифицированные кадры и производственные мощности.
Подготовил Юрий ДРИЗЕ
Комментарии (0)