Атомная энергия

Атомная энергия

Все так называемые альтернативные источники энергии, описанные выше, так или иначе не смогут долго обходиться без нефтяной поддержки. Последняя возможная замена нефти — это атомная энергия. Около 20 % электричества в США вырабатывают АЭС. Во Франции такие станции дают почти 70 % энергии (оставшуюся часть, в большей степени, вырабатывают гидроэлектростанции). Несмотря на то что использование атомной энергии превратилось в нечто естественное, со временем она выльется в очень большую проблему как в экономическом, так и политическом плане.

Для поддержания привычного образа жизни нам придется в XXI веке какое-то время использовать атомную энергию как основной способ получения электроэнергии.

В конце концов, мы будем вынуждены изменить наше отношение к землепользованию и транспорту. Нам придется радикально поменять жизнь, от многого отказаться. Политика также перейдет на новый уровень отношений, форм и ценностей. Но если мы хотим, чтобы цивилизация продолжила существовать как прежде, потребуется электричество, а получить его в середине XXI века можно будет только с использованием атомных реакторов.

Я не убежден, что без природного топлива мы сможем длительное время строить и обслуживать атомные реакторы. Но энергия ядерного распада настолько мощнее чем энергия солнца, ветра, биомассы и прочего «альтернативного» топлива, что капиталовложения оставшихся запасов природного горючего в атомную энергетику смогут дать больше, чем размышления о том, покроет ли это расходы или нет. И возможно, человечество получит больше времени, чтобы выйти из создавшегося положения. Может быть, через 30 лет для обслуживания реакторов нам придется прибегнуть к углю или синтетической нефти. Но основное уравнение атомной энергетики очень простое: при расщеплении одного атома урана получается в 10 миллионов раз больше энергии, чем при горении одного атома угля. Уран даст в 2 миллиона раз больше энергии на единицу массы, чем нефть.

Для выработки электроэнергии урана хватит примерно на сотню лет. Встречающийся в природе уран состоит из двух изотопов: на 99,3 % из урана U-238 и на 0,7 % из урана U-235. Последний более подвержен ядерному делению. Сегодня большинство атомных заводов используют обогащенный уран, в котором концентрация урана U-235 увеличена с 0,7 % до 4–5 %. Уран относительно дешевый — он стоит приблизительно $30 за килограмм. Количество урана, необходимое для обеспечения электроэнергией в течение всей жизни семьи из четырех человек, уместится в банке из-под пива.

В мире примерно 400 запатентованных ядерных реакторов-электрогенераторов. Реакторы выделяют тепло в процессе контролируемого расщепления атомного ядра. Тепло используется для создания пара, который выбрасывается в электротурбины. При этом не образуется никаких газов, способных навредить экологии, — ни углекислого газа, ни озона, ни какого-либо еще. Но огромное количество загрязняющих атмосферу газов выделяется в процессе сооружения и обслуживания реактора. Сами отходы реактора содержат сотни радиоактивных токсинов.

Топливные стержни у большинства реакторов содержат гранулы обогащенного урана. Критическая масса расщепляющегося вещества регулируется увеличением или сокращением этих стержней внутри активной зоны реактора. Примерно каждые два года топливные стержни в реакторе истощаются и требуют замены. Процесс замены стрежней может занять месяцы, хотя прогрессивные методы сократили срок в некоторых случаях до нескольких недель. Использованные топливные стержни все еще радиоактивны и накалены. Самая большая проблема в работе атомной электростанции — это утилизация использованного топлива. И это больше политическая проблема, чем материальная. Никто не хочет иметь по соседству хранилища опасных для жизни и здоровья отходов.

Использованные топливные стержни можно перерабатывать. При этом достаточное количество расщепляющего материала, получаемого от одной загрузки сырья, обеспечивает еще один год работы реактора. Хотя в итоге отходы все равно необходимо утилизировать. В течение десятилетий они скапливаются по всему миру. Средний реактор производит примерно 1,5 тонны отходов в год. С тех пор как в 1957 году первая промышленная атомная электростанция начала вырабатывать электричество, общий объем использованного топлива составил 9000 тонн.

Надо сказать, что требуется 500 лет, чтобы отработанное ядерное топливо стало не более опасным, чем встречающаяся в природе урановая руда.

На самом деле здесь можно говорить лишь об относительной безопасности. Не стоит забывать, что угольная промышленность унесла больше жизней, чем ядерная промышленность за прошедшие 50 лет. За последние 40 лет в США, Западной Европе, Японии и Южной Корее на атомных электростанциях не произошло ни одного чрезвычайного происшествия, унесшего человеческие жизни. Несчастье на Чернобыльской атомной электростанции 26 апреля 1986 года в бывшем Советском Союзе — другое дело. Тридцать один человек погиб из-за взрыва и последовавшего за ним пожара. Многие тысячи, кто имел отношение к устранению последствий аварии, умерли от рака.

Чернобыльский реактор представлял собой разработанную в России модель РБМК. Он был спроектирован таким образом, что в случае перегрева скорость реакции автоматически увеличивалась, а не уменьшалась. Говоря простым языком, на Чернобыльской АЭС изначально существовала угроза аварии. В бывшем Советском Союзе было создано 16 реакторов РМБК. Многие из них до сих пор работают. Реакторы в Соединенных Штатах и в Западной Европе, Японии и Южной Корее спроектированы по-другому.

Использование так называемых бридерных реакторов, реакторов-размножителей, может расширить в далеком будущем горизонты получения атомной электроэнергии. Реакторы-размножители используют широкодоступный изотоп урана U-238 вместе с небольшим количеством расщепляющегося урана U-235 для производства расщепляющегося изотопа плутония Ри-239. Но плутоний чрезвычайно токсичен и взрывоопасен.

США отключили свой единственный опытный образец реактора-размножителя и сейчас не проводят никаких существенных исследовательских программ или программ-разработок. Но в других странах, например в Японии и России, разработки такого реактора продолжаются. В Великобритании и Франции работы прекращены.

С тех пор как была создана водородная бомба, появились надежды разработать процесс промышленного ядерного синтеза, с помощью которого можно было бы вырабатывать электроэнергию. При синтезе атомные ядра больше объединяются, чем раскалываются, а именно связываются два атома водорода, образуя элемент гелий. Такой же процесс заставляет Солнце светить. Во время ядерного синтеза выделяется просто огромное количество энергии. Люди воспроизвели этот процесс при разработке водородной бомбы. Но мы еще не изобрели никакого практического метода, позволяющего контролировать эту невероятную силу.

Возможно, самая сложная атомная загадка заключается в следующем: ядерный синтез хорош для выработки электроэнергии, но для многих процессов, которые зависят от электричества, этот способ не подойдет. Например, вы не сможете летать на самолетах, работающих на энергии ядерных реакторов[34]. Сложно на такой энергии ездить и грузовым машинам. В современной жизни только 36 % потребляемой энергии существует в форме электроэнергии, получаемой разными способами: при использовании угля, воды, ядерного деления. Так продолжалось несколько десятилетий. Остальную энергию получали в результате горения углеводородов — нефти и природного газа. Таким образом, в XXI веке количество электроэнергии, получаемой путем ядерного деления, скорее всего, увеличится, но необязательно компенсирует потери, которые придется пережить из-за истощения запасов природного топлива (и вследствие борьбы за оставшиеся запасы). В домах будет гореть свет и холодильник будет охлаждать продукты, но без химических удобрений, которые производятся с использованием природного газа, и сельскохозяйственных машин и оборудования, работающих на дизельном топливе, нам придется полностью изменить принципы ведения сельского хозяйства. В итоге мы должны будем практически полностью изменить уклад нашей жизни. И атомная энергия — это, возможно, единственное, что будет связывать нас с нынешней цивилизацией.