Версия для печати
Вернуться к списку

НОВАЯ "АТОМНАЯ РЕВОЛЮЦИЯ"

В номере, посвященном 20-летию трагедии на Чернобыльской АЭС, которая признана едва ли не крупнейшей техногенной катастрофой в истории человечества, мы пытаемся осмыслить ее уроки в разных аспектах: философском, психологическом, экономическом, геополитическом, экологическом, медицинском. Здесь же речь пойдет, преимущественно, о технологическом и образовательном аспектах, о возможных перспективах атомной энергетики, которую, несмотря на случившуюся беду, многие эксперты по-прежнему считают одним из наиболее прогрессивных и "чистых" (по влиянию на окружающую среду) способов получения энергии. Между тем, после Чернобыля "мирный атом" из воплощения достижений цивилизации, коим он был десятилетиями, в общественном сознании враз превратился в символ ее ошибок, объект яростных нападок. Новые проекты и разработки в этой сфере позволяют судить о выводах, которые извлекли из жестокого урока специалисты, дают представление об их "осмыслении Чернобыля".

В 1 см3 урана заключено столько же энергии, сколько в 60 м3 бензина, 100-150 т угля или 60 тыс. м природного газа. Его ресурсы способны обеспечить прогнозируемые энергетические потребности мира, по меньшей мере, на тысячу лет. Может ли человечество, все больше зависящее сегодня от истощающихся на глазах запасов углеводородов, игнорировать этот факт?

Осенью 2003 г. на сессии Всемирной ядерной ассоциации (ВЯА) в Лондоне произошло событие, не замеченное мировыми СМИ, но важное для всей цивилизации: создание Всемирного ядерного университета, учредителем которого наряду с ВЯА выступило МАГАТЭ. Девиз нового университета: "Атом - устойчивому развитию!"* Документ об образовании университета подписали представители 25 стран и нескольких международных организаций. Основная идея проекта - объединить усилия учебных заведений, готовящих специалистов по атомной энергетике, организовать обмен студентами и преподавателями и в будущем добиться взаимного признания дипломов. Пока же квалификация специалистов в области атомной и ядерной физики, соответствующих областей техники и энергетики в разных странах различается столь сильно, что это не только тормозит развитие атомной энергетики во многих регионах мира, но и создает немалую опасность для мирового сообщества. Необходимость особой подготовки кадров для работы на сверхсложном оборудовании остается, пожалуй, одним из главных уроков Чернобыля. Недостаточно квалифицированный оператор за пультом АЭС - угроза миллионам.

* Этот девиз отвечает позиции премьер-министра Великобритании Т. Блэра, которую недавно подвергла жесткой критике Комиссия по устойчивому развитию (SDC). Подробнее о ходе дебатов см. www.sdc.co.uk - Прим. ред.

По мнению авторов проекта, успешная деятельность новой организации позволит изменить отношение к атомной энергетике как в отдельных странах, так и в мире в целом.

В России уровень образования в этой области, несмотря на все перипетии в судьбе отечественной атомной энергетики, остается традиционно высоким. В международной программе будут участвовать несколько российских вузов. В одном из них - Московском инженерно-физическом институте - в рамках этой программы уже создан международный научно-образовательный центр.

Новый университет с небольшой штаб-квартирой в Лондоне возглавит совет управляющих, в который войдут представители двух десятков стран (США и Россия, ряд стран ЕС, Аргентина, Бразилия, Индия, Китай и некоторые другие). Россию в нем будет представлять вице-президент Российского научного центра "Курчатовский институт", академик Н.Н. Пономарев-Степной, который ответил для журнала на несколько вопросов.

- Николай Николаевич, в чем смысл и значение организации учебного заведения принципиально нового типа?

- Ответ потребует экскурса в историю. В ближайшем будущем мир может испытать второе пришествие "мирного атома". Первое провозгласил с трибуны ООН полвека назад в своей памятной речи "Атом для мира" президент США Дуайт Эйзенхауэр. "Атомной проблемой" в те времена занимались самые выдающиеся умы. К середине 1950-х годов они поняли, что этап бурного развития "военного атома", в результате которого было создано сверхоружие, способное избавить человечество от соблазнов войн за передел мира, завершен. (Что бы ни внушали нам политики и СМИ, именно атомная и водородная бомбы в арсеналах двух самых могущественных государств планеты обеспечили "миру - мир" на шесть десятилетий - невиданный срок в новейшей истории.) К концу этого этапа в данной сфере был накоплен огромный интеллектуальный потенциал, разработаны уникальные приборы и инфраструктура, задействованы сотни тысяч работников разных специальностей высочайшей квалификации. Возник естественный вопрос: что со всем этим делать после создания бомбы? По сути, вариантов было всего два: разбазарить это несметное богатство или найти ему применение. Те, от кого тогда зависело принятие исторических решений, отнеслись к выбору ответственнее, чем их преемники в наши дни, и предпочли второй вариант.

В итоге уже в 1954 г. в Обнинске (Калужская обл.) была пущена первая в мире АЭС мощностью 5 МВт, давшая старт второму - мирному - этапу "первой атомной революции" в истории человечества. Ныне только в России действуют 10 АЭС общей мощностью свыше 22 ГВт, покрывающих 16% энергетических потребностей страны. А по недавно принятой Правительством РФ Программе развития атомной энергетики к 2020 г. мощность АЭС возрастет вдвое. (Для сравнения: в США АЭС вырабатывают 21% электроэнергии, а во Франции - свыше 40%.)

В мире сегодня действуют более 400 энергетических реакторов, почти все страны присоединились к Договору о нераспространении ядерного оружия, соблюдение которого контролируют авторитетные международные органы. Но, повторю, главным итогом "первой атомной революции" стало то, что мир удалось уберечь от масштабных войн. Вступление же во "вторую атомную эру" связано с резким изменением исторически сложившихся скромных норм энергопотребления в развивающихся странах и катастрофическим ухудшением состояния окружающей среды, наблюдаемым в последние полвека.

- Похоже, именно энергия по разумной цене оказывается ключевым фактором роста экономики любого государства и уровня жизни его граждан?

- Несомненно. Одним из результатов войны в Ираке стало осознание того факта, что почти половина мировой нефти поставляется из самого нестабильного региона мира. Эта проблема станет еще острее по мере индустриализации развивающихся стран и усиления их конкуренции с развитыми странами за доступ к ограниченным ресурсам углеводородов. Сегодня энергопотребление на душу населения во многих странах Азии и Африки раз в 30 ниже, чем в США. Станут ли они мириться с этим через 50 лет?

Потребление энергии в XXI в. резко возрастет, особенно в развивающихся странах. Глобальное энергопотребление, очевидно, удвоится к середине века, даже если исходить из самых низких темпов роста экономики. Ныне свыше 80% мировых потребностей покрывают ТЭС, АЭС дают около 6% (главным образом в развитых странах), еще 6% приходится на долю гидроэнергетики, а суммарный вклад от других возобновляемых источников не превышает 1%.

Одним из наиболее эффективных способов снижения зависимости от "нефтяной иглы" стало бы повсеместное использование атомной энергии. Но обслуживать ядерные энергоустановки, как мы хорошо усвоили после Чернобыля, может лишь персонал, обладающий необходимой квалификацией, и квалификация эта должна быть одинаково высокой, независимо от того, где расположена АЭС. Способствовать этому, унифицировать требования, предъявляемые к сотрудникам любой национальности и гражданства, в конечном итоге, обеспечить международную безопасность при стремительном распространении АЭС по планете и призвано создаваемое по инициативе крупных специалистов мировой атомной энергетики новое учебное заведение. Его главная задача - гарантировать определенный уровень культуры в обращении с ядерными технологиями во всем мире.

- Почему инициаторами нового - глобального - подхода к обучению выступили представители Вашей, а не какой-нибудь другой отрасли?

- Я уже отмечал, что при становлении атомной энергетики, возникшей как мирное продолжение оборонных "атомных проектов", в ней собрались выдающиеся представители самых разных специальностей: от физиков и химиков до металлургов и строителей. Именно в этой "популяции профессионалов" и разработали заповеди строжайшего кодекса поведения в этой экстремальной области, многие из которых были оплачены жизнями. Одной из них остаются высочайшие требования к образованию, квалификации и опыту персонала. Это уж потом, когда по чьему-то недомыслию атомная энергетика стала числиться по обычному энергетическому ведомству, начали происходить странные вещи, и эти требования заметно изменились, что не замедлило сказаться. А так, по самой сути, эта область, думается, как никакая другая область человеческой деятельности, требует серьезного отношения к серьезным задачам. Отсюда и требования к образованию, и критерии отбора. Использование лома и кувалды для устранения неполадок здесь исключено.

- Не секрет, что АЭС - потенциальные источники наиболее серьезного риска, например, при внезапной атаке террористов. Почему же международное сообщество так легкомысленно соглашается на "повышение квалификации" в столь прежде закрытой области едва ли не для всех желающих, в том числе и в "горячих точках" планеты? Не облегчит ли этот "всемирный ликбез" доступ экстремистам к весьма опасным объектам и технологиям?

- Это один из пунктов наших расхождений с коллегами из США, в том числе и по "иранской проблеме". Они надеются разработать критерии, по которым некоторые страны получат право строить АЭС и готовить собственные кадры для них, а другим в этом откажут. По мнению же наших экспертов, рассчитывать на это можно только по наивности. Начав делить мир на "чистых" и "нечистых", человечество рискует окончательно запутаться. Едва ли эти запреты остановят тех, кому предназначены, скорее, осложнят жизнь другим. Кроме того, не меньшую опасность представляет и проникновение злоумышленников на территорию, скажем, крупного нефтехранилища. Так что подход должен быть одним для всех, а принцип безопасности предельно простым - максимальная открытость планов, абсолютная прозрачность проектов, возможность международной проверки любой продукции в любое время на любом складе в любой стране.

- Какой из результатов развития атомной энергетики Вы считаете наиболее значимым для человечества, как оцениваете ее перспективы, какие из направлений считаете наиболее интересными?

- Немыслимая прежде независимость стран от источников энергии, от месторождений энергоресурсов, конъюнктуры цен на них и т. д. Это ощущение подлинной свободы и энергетического могущества вряд ли можно сравнить с каким-либо достижением в других областях. На мой взгляд, это главная заслуга отрасли, ее цель и, если не страшиться высоких слов, миссия. Что касается перспектив, мне они представляются обнадеживающими, а из направлений мне ближе всего водородная энергетика, выросшая из недр атомной и сулящая человечеству абсолютно "чистый" двигатель с так называемым нулевым выхлопом (таковым в нем оказывается водяной пар). Впрочем, эта тема заслуживает отдельного разговора.

Энергетика без АЭС - нонсенс

В продолжение этой темы мы поинтересовались мнением о перспективах отечественной энергетики еще нескольких известных ученых. И вот что они сказали.

Член Президиума РАН, академик-секретарь Отделения энергетики, машиностроения, механики и процессов управления РАН В.Е. Фортов: Анализ состояния и планов развития энергетики России до 2020 г. приводит к выводу о грядущем дефиците энергии в стране и необходимости срочного ввода новых мощностей. Но и это не поможет удовлетворить все нужды без децентрализации энергоснабжения и полномасштабного использования энергии "мирного атома". Для оптимального развития отечественной энергетики и надежного снабжения регионов целесообразно обеспечивать их энергией от разных источников: ГЭС, АЭС и ТЭС (прежде всего - на газе и угле). Перспективы связаны также с повышением КПД существующих и новых установок (в частности, за счет роста температуры рабочей среды), применением мощных полупроводниковых преобразователей, новых материалов (в том числе высокотемпературных сверхпроводников) и, конечно же, с энергосбережением.

Вице-президент РАН, председатель Научного совета РАН по проблемам экологии Н.П. Лаверов: Обеспечение энергоресурсами - острая глобальная и национальная проблема. Поэтому так важна точность оценок их запасов.А после развала СССР мы потеряли доступ к большинству урановых месторождений, и нехватка урана уже сказывается на развитии отечественной атомной энергетики, мощности которой для удовлетворения потребностей нашей экономики должны были бы расти гораздо быстрее. В последние годы в мире отмечается устойчивая тенденция: чем ниже удельное энергопотребление в стране, тем выше в ней величина ВВП на душу населения. По нашим оценкам, только снижение удельного энергопотребления до 10 т условного топлива на душу населения в год позволит повысить ВВП до среднего европейского уровня - около 25 тыс. долл. на человека. Главной проблемой нашей энергетики остается нерациональное использование ресурсов. В последние годы к этой извечной беде добавились резкое отставание геологоразведочных работ и рост потерь при добыче. Перспективы отечественного ТЭКа зависят от инвестиций. На 25 лет ему нужно не менее 1 трлн долл., 70% из которых следовало бы вложить в новые АЭС и ТЭС (прежде всего на газе и угле).

Академик А.Ю. Румянцев, в прошлом руководитель Федерального агентства по атомной энергии (Росатом): В соответствии с Энергетической стратегией России, мощность АЭС к 2020 г. вырастет на 40 ГВт, выработка энергии - до 300 млрд кВт-ч, а доля АЭС в электроэнергетике - до 23%. Если в атомную энергетику вкладывать хотя бы часть средств от экспорта газа, сэкономленного благодаря выработанной на АЭС энергии, это дало бы начало структурной перестройке всей российской экономики. Роль атомной энергии будет возрастать. Большие надежды связаны с реакторами на быстрых нейтронах, обладающими замкнутым (безотходным) топливным циклом, что облегчит соблюдение режима нераспространения ядерного оружия и материалов для его производства. Приятно, что Россия все еще лидирует в разработке реакторов, которые станут основой атомной энергетики будущего.

В этих высказываниях обращает на себя внимание редкое единодушие и убежденность в том, что реальной альтернативы атомной энергетике пока нет. А чтобы у читателя не сложилось впечатления односторонности материала, приведем и результаты изучения общественного мнения в одной из самых экологически "озабоченных" стран мира - Великобритании. В опросе, проведенном агентством "Mori" по заказу Университета Восточной Англии, 54% британцев высказались за сооружение новых АЭС как эффективного средства в борьбе с выбросами парниковых газов и изменениями климата. А в недавнем правительственном докладе отмечается: "Новое поколение АЭС может стать определяющей частью британской энергетики".

Но что это за "новое поколение"? Как изменились атомные электростанции за истекшие после Чернобыльской трагедии 20 лет? Вот лишь один из любопытных проектов.

АЭС и безопасность

Россия и США уже свыше 10 лет совместно изобретают новую АЭС, не имеющую аналогов по безопасности, экономичности и ряду других параметров. Эксперты обеих стран сошлись во мнении, что несмотря на повсеместное увлечение энергосбережением и использованием возобновляемых источников энергии без "классической" энергетики в ближайшие десятилетия не обойтись. При работе в штатном режиме АЭС почти не вредит природе - ее выбросы нулевые. А вот ТЭС отравляют атмосферу миллионами тонн не только ядовитых выбросов и парниковых газов, но и радиоактивными веществами, которых немало в продуктах сгорания ископаемого топлива (особенно некоторых сортов угля).

В АЭС этого типа, оснащенных энергоустановками "газовая турбина - модульный гелиевый реактор" (ГТ-МГР), некоторые специалисты видят будущее атомной энергетики. Отличие проекта обусловлено двумя основными идеями. Во-первых, охлаждаемый гелием ядерный реактор обладает так называемой внутренне присущей безопасностью (т. е. чем сильнее нагревается рабочая зона реактора, тем слабее протекает реакция - вплоть до естественной остановки, если не вмешается оператор). Во-вторых, в этой схеме энергия теплоносителя (горячего гелия) преобразуется в электричество кратчайшим и простейшим образом - с помощью газовой турбины. При этом все основные блоки АЭС (реактор, турбогенератор и т. д.) расположатся под землей - никаких устрашающих труб, насосов, турбин и другого "железа" над поверхностью. Устройство АЭС упрощается многократно. Исчезают десятки узлов, в том числе громоздкие теплообменники, а с ними и основные каналы возможного радиоактивного заражения местности при разгерметизации.

Все оборудование сгруппировано в модули, заключенные в герметичные теплоизолирующие капсулы, которые не могут расплавиться даже при неисправности системы управления или ошибке оператора. Реакция, как уже отмечалось, автоматически затухнет, и теплоноситель станет медленно остывать, рассеивая тепло в грунт, окружающий станцию.

Топливом для новой АЭС будут шарики из оксида и карбида урана или плутония. Их диаметр всего 0,2 мм и покрыты они несколькими слоями термостойкой керамики. Параметры реактора таковы (сравнительно низкая плотность энергии, например), что при любом развитии событий, включая полную потерю теплоносителя, шарики не расплавятся. Да и вся активная зона выполнена из графита - никаких металлоконструкций тут нет и в помине, а из жаропрочного сплава изготовлен лишь внешний корпус реакторной капсулы. Температура в активной зоне не может превысить 1600 °С, так что капсула не расплавится ни при каких обстоятельствах.

У гелия в роли теплоносителя тоже ряд преимуществ перед традиционными жидкостями. Он химически инертен и не вызывает коррозии, не меняет агрегатного состояния, не влияет на такую важную характеристику реакции деления ядер, как коэффициент размножения нейтронов, наконец, весьма удобен для передачи энергии газовой турбине.

КПД новой АЭС, по оценкам, достигнет 50% (против 32% у существующих). Кроме того, важным ее достоинством станет более полная выработка ядерного топлива (меньше высокоактивного ОЯТ на 1 кВт-ч полученной энергии) и уже отмеченная простота конструкции (меньше стоимость и проще контроль). Главное же, конечно, безопасность. По мнению американских экспертов, это первая в мире атомная электростанция, соответствующая первому уровню безопасности (высшему из реально достижимых). Всего уровней четыре, из них самый высокий (нулевой) относится к области фантастики, характеризуя гипотетическую систему, в которой никогда ничего случиться не может и вообще нет опасных компонентов.

Чернобыльская АЭС, по классификации американцев, имела третий (низший) уровень безопасности, что означает критичность системы к возможным ошибкам персонала или неисправности отдельных элементов оборудования. Сейчас большинство действующих АЭС достигли второго уровня.

Создать первую такую АЭС и наладить производство топлива для нее (на Сибирском химическом комбинате в г. Северске Томской области) в Росатоме планируют к 2012-2015 гг. Тепловая мощность одного блока составит 600 МВт, электрическая - около 300 МВт. Расчетный срок службы - 60 лет.

Поскольку новая АЭС сможет потреблять не только уран, но и оружейный плутоний, она, по мнению экспертов, позволит обеспечить его утилизацию не только безопасную, но и экономически выгодную. Например, как считают в Росатоме, Северск отчасти обеспечит себя энергией за счет "сокращаемых" российских боеголовок. А плутоний после "работы" в реакторе нельзя будет использовать для производства ядерного оружия, что может стать решающим фактором для всемирного признания проекта.

Конечно, проблемой остается утилизация отработанного ядерного топлива. Впрочем, уже сегодня специалисты предлагают проекты хранилищ для отходов любой активности на 10 тыс. лет (за такой срок, думается, человечество решит эту проблему). А ученые обсуждают и такие радикальные проекты, как возврат радиоактивных отходов в мантию, откуда они уже не смогут представлять никакой опасности. Для этого предлагается в зонах тектонических разломов, где кора потоньше, бурить скважины глубиной около 10 км (что сегодня уже не выглядит неразрешимой задачей) и загружать в них отработанные топливные элементы. При достаточной массе такого груза выделяемое им тепло, расплавляя дно скважины, обеспечит его самостоятельное погружение вглубь коры.

Чем будем "топить"?

Между тем, совершенствуются не только ядерные "котлы", но и топливо для них. Так, недавно в Университете Пердью (Вест-Лафайет, штат Индиана, США) разработали новое ядерное топливо, способное повысить безопасность и эффективность существующих АЭС. Прежде топливом для АЭС служил диоксид природного урана (в нем свыше 99% 238 U и меньше 1% 235 U), низкая теплопроводность которого ограничивала мощность реактора и способствовала повреждению топливных шариков, что требовало их замены еще до "выгорания ядерной начинки". Из-за плохой теплопроводности температура в центре каждого шарика (ими заполнены топливные стержни и, в конечном счете, топливные сборки реактора) оказывалась намного выше, чем на поверхности, откуда теплоноситель отводит тепло, используемое для привода генератора.

В новом топливе оксид урана смешан с оксидом бериллия, что на 50% повышает теплопроводность, разницу температур в центре и снаружи (не только отдельного шарика, но и топливных сборок в целом), что снижает риск расплавления и повреждения активной зоны реактора и позволяет полнее использовать топливо.

Новый рецепт проверен пока только на компьютерных моделях, но вскоре будет испытан и в реальном реакторе.

Плавучее детище Росатома

В Росатоме с 2006 г. появился департамент плавучих АЭС, и в очередной раз заговорили о новой странице в истории отечественной атомной энергетики. О том, что эта страница будет связана со строительством плавучей АЭС, сообщил еще год назад академик Румянцев. Однако тогда это не вызвало должного интереса в СМИ и обществе, ибо все внимание было привлечено к не менее важному для мировой энергетики событию - выбору места для строительства Международного экспериментального термоядерного реактора ИТЭР.

Впрочем, наша плавучая АЭС, как и ИТЭР, тоже первая и тоже предмет переговоров между государствами. Она позволит получать электричество и тепло там, где производить их из других источников неоправданно дорого или сложно. Ведь если передавать электричество на большие расстояния мы, хотя и с немалыми потерями, все-таки умеем, то с теплом дело обстоит совсем неважно. Между тем, в реакторах энергия деления ядер высвобождается именно в виде тепла, но в наземных АЭС его с неизбежными потерями преобразуют в ток, ибо тепло передать не удается. В плавучей АЭС потери снизят, направив большую часть пара не к турбинам, а на обогрев близлежащих населенных пунктов. Кроме того, станция сможет опреснять морскую воду, так что пригодится не только в высоких широтах.

У плавучей АЭС немало преимуществ перед наземной конструкцией. Корабль не привязан к конкретной точке и может дать энергию тем, кто в данный момент в ней особо нуждается. Его не нужно собирать в точке назначения - достаточно сделать это на заводе, а затем доставить на место в готовом виде. Кроме того АЭС на корабле проще наземной - в ней, например, отсутствует разветвленная схема трубопроводов для подачи воды в систему охлаждения.

Как будет выглядеть плавучая АЭС, выяснилось еще 4 года назад. Два модифицированных реактора KLT-40, обычно устанавливаемых на атомных ледоколах, разместят на борту 140-метровой баржи водоизмещением свыше 20 тыс. т., где возведут 10-этажный "дом" для обслуживающего персонала и техники. Баржа будет швартоваться к специальным причалам.

На осуществление проекта уже потрачено 30 млн долл., еще 150 млн уйдет на строительство, которое должно завершиться через 5 лет. По расчетам, станция прослужит не меньше 40 лет, а окупится уже через 8 лет. Первую плавучую АЭС, способную обеспечить энергией город с населением 200 тыс. человек, собираются разместить в Северодвинске (Архангельская обл.). Серьезный интерес к проекту проявили Индия, Индонезия, Китай и Южная Корея.