Как укротить невидимку?

После того, как стали известны основные характеристики реакции деления атомных ядер, после того, как стали понятны основы процесса управления ядерными силами — как создать условия для зажигания ядерной реакции, ее поддержания или остановки, — у человека появилась реальная возможность извлекать энергию, используя свои знания о глубинном, атомном и ядерном, уровне строения материи.

Теоретические представления и расчеты, многочисленные эксперименты — все это легло в основу создания первых атомных реакторов. В 40-е годы 20-го века этим занималась в США группа под руководством Энрико Ферми. Первый атомный реактор заработал. Устройство механизма управления им было чрезвычайно простым — набор графитовых стержней, которые вручную вводились внутрь атомного «котла», когда требовалось замедлить или вообще остановить работу реактора, прекратить ядерную реакцию деления. Дело в том, что графит эффективно поглощает нейтроны, так что при уменьшении числа нейтронов в активной зоне реактора, там, где происходят многочисленные акты деления ядер, просто некому становится осуществлять эти акты деления. Резко уменьшается число элементарных событий, когда нейтрон, поглощаясь ядром, вызывает разделение ядра примерно пополам. Цепная реакция деления затухает. Если же в реакторе «кипит жизнь», выделяемая в каждом акте деления энергия используется для нагревания воды в трубах, обвивающих атомный реактор. То есть, он практически используется как нагреватель. Только вместо энергии, выделяющейся при химической реакции горения вещества — дров, угля, нефти, газа, — в нем выделяется энергия, скрытая в ядерной материи.

Закипев, вода превращается в пар, который под большим давлением подается на турбину и вращает ее. Турбина же, в свою очередь, вращает электромагнит, так что в замкнутых витках, которые попадают в переменное магнитное поле, индуцируется электрический ток. Это работает хорошо известное открытие Майкла Фарадея, сделанное еще в 19-м веке, — явление электромагнитной индукции. Вот, собственно, и вся технология производства энергии с использованием ядерной структуры вещества.

Конечно, это только начало истории. Потому что, как мы помним, явление радиоактивности обязательно связано с возникновением ионизирующего излучения трех типов или с производством большого количества нейтронов при делении ядер. Так что опасаться следует еще и потоков нейтронов. В каждом акте деления ядра урана возникает от 2 до 3 нейтронов, а каждый ватт энергии, производимой в ядерном реакторе, — это 30 миллиардов таких элементарных событий микромира. Добыча энергии из запасов природы — не такое уж безопасное дело. Но ведь и добыча энергии с помощью огня, воды или ветра, те способы, которые человечество знает и применяет тысячи лет, унесла множество людских жизней, не раз выходя из-под контроля.

Любая попытка взять что-либо у природы пробуждает мощные процессы, которые далеко не всегда повинуются человеку. До сих пор человечество уже 21-го века, высокоразвитое и много знающее, создавшее высокотехнологичную и удобную для обитания среду, не может победить привычный, давно знакомый и хорошо изученный процесс окисления вещества в разных его формах. То есть, например, огонь. До сих пор пожары уносят безвозвратно и человеческие жизни, и материальные ценности. Так что же — вернуться в землянки, к "безопасной" лучине и сохе? Новые технологии не редко представляются опасными и ненужными. До тех пор, пока человек не научится эффективно управлять неизвестными ему ранее процессами, не сформулирует основные принципы безопасного взаимодействия с силами природы и не научится следовать этим принципам. Силы природы требуют уважения и аккуратности, знаний и уверенности. Но даже во всеоружии своих знаний человек никогда не застрахован от неожиданностей и случайностей.

Современная атомная электростанция — огромный и сложный комплекс по производству электроэнергии. Одна из самых важных задач, которую разработчики, строители и эксплуатационники-ядерщики считают приоритетной, — обеспечение безопасного функционирования станции. Процесс высвобождения атомной энергии часто сравнивали с выпусканием из бутылки джинна, который, оказавшись на свободе, тут же перестает подчиняться своему хозяину. Именно для того, чтобы не оказаться во власти разбушевавшегося «джинна» — стихийного потока энергии огромной интенсивности, — на современных атомных станциях обеспечивается надежная многоуровневая защита. Несколько барьеров безопасности предназначены для того, чтобы опасные проникающие невидимки не вышли из-под контроля человека и не попали в окружающую среду.

Задача состоит в том, чтобы обеспечить производство большого количества энергии максимально безопасным образом. Образующиеся в процессе радиоактивного деления радиоактивные «осколки», а также ионизирующие излучения (в первую очередь нейтронные потоки) должны оставаться там, где они образуются — в тепловыделяющих элементах (компактных блоках радиоактивного топлива для ядерной «печки»). Поэтому при эксплуатации АЭС одна из серьезнейших задач обеспечения радиационной безопасности — снижение потоков излучения, главным образом, нейтронов в рабочей зоне до допустимого уровня. За пределы технологического контура, где происходит контакт радиоактивных веществ с теплоносителем, например, водой первого контура, радиоактивные вещества и потоки излучения никоим образом не должны проникать. Инженеры и ученые предусматривают изготовление атомного топлива в виде твердых блоков в прочных оболочках (это и есть ТВЭЛы) и прочное, надежное оборудование первого контура (того, в котором происходит непосредственное выделение ядерной энергии и передача ее теплоносителю, например, воде, в форме теплоты). Продуманное создание нескольких систем безопасности дает возможность человеку с уверенностью говорить об управляемой ядерной реакции.

На пути к осуществлению управления ядерной мощью люди выполнили огромное количество экспериментов и расчетов. Исследования в области ядерной энергетики никогда не останавливались, продолжаются и сейчас. По-прежнему, в центре внимания физиков-ядерщиков, биологов, экологов находится поиск наиболее эффективных способов защиты внешней среды — окружающей природы — и человека от излучений при работе ядерных установок. Ученые проверяли, как влияет работа ядерных установок не только на рядом расположенные, но и на удаленные объекты, в 10-12 км и более от реактора. Вот, например, что показывают многолетние данные о работе ядерного реактора в Пражском Институте ядерных исследований и последствиях этой работы. Каждую неделю в течение многих лет брались образцы почвы, собиралось и анализировалось содержимое воздушных фильтров. Результаты показали, что за длительный период — в течение многих лет — работа реактора не привела ни к какому увеличению естественного фона. График же зависимости радиационного фона от времени выглядел изломанным. Как оказалось, в этом были виноваты проводимые многими странами ядерные испытания в атмосфере (ныне запрещенные), которые фиксировались и в Праге. После прекращения испытаний уровень фона снизился в 10 раз! К сожалению, радиационный фон во многих регионах нашей страны и планеты изменился и после того, как 26 апреля 1986 года на четвертом энергоблоке Чернобыльской АЭС (СССР) в результате эксплуатационных ошибок персонала и технических недоработок произошла самая крупная в истории атомной энергетики радиационная авария.