9.9. Атомная энергетика

Развитие атомной энергетики. В настоящее время примерно 17%

объема мирового производства электроэнергии приходится на атомные

электростанции (АЭС). В некоторых странах ее доля значительно боль-

ше. Например, в Бельгии и Швеции она составляет около половины всей

производимой электроэнергии, во Франции и Литве — около трех чет-

вертей. Согласно принятой в Китае программе, вклад энергии АЭС пред-

полагается увеличить в пять-шесть раз (сейчас он составляет около 1%).

Заметную, хотя пока не определяющую роль, АЭС играют в США и Рос-

сии, где на долю атомной энергии приходится соответственно 20 и 15%.

Более сорока лет назад, когда дала ток первая в мире атомная станция

в мало кому известном в то время городке Обнинске Калужской области,

считалось, что атомная энергетика вполне безопасна. Аварии на амери-

канских АЭС, а затем катастрофа в Чернобыле показали, что на самом

деле атомная энергетика сопряжена с опасностью. Люди напуганы. Об-

щественное мнение сегодня таково, что строительство новых АЭС в

большинстве стран практически остановлено. Исключение составляют

лишь восточно-азиатские страны — Япония, Корея, Китай, где атомная

энергетика продолжает развиваться.

Однако накопленный опыт и новые технологии позволяют строить

ядерные реакторы, вероятность выхода которых из-под контроля хотя и

не равна нулю, но крайне мала. На современных АЭС обеспечен строжай-

ший контроль за уровнем радиации в помещениях и в каналах реакторов,

налажена высокоэффективная система автоматического регулирова-

ния — все это позволяет повысить надежность работы АЭС и свести к

минимуму вероятность возникновения аварии.

Атомной энергетике предшествовали испытания ядерного оружия.

На земле и в атмосфере испытывались атомные и термоядерные бомбы. В

то же время инженеры разрабатывали и ядерные реакторы для производ-

ства электрической энергии. Приоритет получило военное направле-

ние — разработка реакторов для кораблей военно-морского флота и пре-

жде всего подводных лодок с большим радиусом действия при длитель-

ном пребывании под водой. Американцы разрабатывали корпусные во-

до-водяные реакторы, в которых замедлителем нейтронов и теплоноси-

телем служила обычная («легкая») вода. В середине 50-х годов XX в. пер-

392

вая американская подводная лодка с атомным двигателем «Наутилус»

прошла под льдами Ледовитого океана.

Аналогичные работы велись и в нашей стране, только наряду с во-

до-водяными реакторами разрабатывался канальный графитовый реак-

тор (в нем теплоноситель — вода, а замедлитель — графит). Однако по

сравнению с водо-водяным реактором графитовый имел меньшую мощ-

ность и оказался бесперспективным для применения в транспортных ус-

тановках. И тогда было решено использовать его для атомной энергетики.

Ядерный графитовый реактор, а точнее, его турбогенератор мощностью

5000 кВт 27 июня 1954 г. подключили к электрической сети, и весь мир

узнал, что в СССР пущена первая в мире АЭС, в разработке которой

принимали участие выдающиеся ученые-физики Н.Н. Доллежаль

(1899—2000), И.В. Курчатов (1902/03—1960), Д. И. Блохинцев

(1907/08—1979) и др.

Наряду с канальными графитовыми реакторами в нашей стране, как и

в США, с середины 50-х годов XX в. разрабатывались водо-водяные

энергетические реакторы (ВВЭР). Однако для них не была создана про-

мышленная база. В то же время в СССР развертывалось серийное строи-

тельство реакторов большой мощности канальных (РБМК), которые

были созданы в результате модернизации канальных графитовых реакто-

ров. При эксплуатации реакторов РБМК была выявлена неустойчивость

их работы. Для повышения устойчивости разработана специальная систе-

ма автоматического регулирования. Несмотря на это, в результате нару-

шения регламентных работ на Чернобыльской АЭС в 1986 г. случилась

авария.

Так нужно ли развивать атомную энергетику? Выработка энергии на

АЭС — это наиболее экологически чистый способ производства энергии.

Энергия ветра, Солнца, подземного тепла и т.д. не может сразу и быстро

заменить другие виды энергии. Спасти нашу планету от загрязнения мил-

лионами тонн углекислого газа, оксидов азота и серы, выбрасываемыми

тепловыми электростанциями, работающими на угле, мазуте и т.п., мож-

но лишь с помощью атомной энергетики. Но только при условии: черно-

быльская авария не должна повториться. Для этого необходимо повысить

надежность работы реактора. Вынужденная пауза, возникшая в развитии

атомной энергетики, должна быть использована для разработки доста-

точно безопасного энергетического реактора на базе реактора ВВЭР и

других безопасных энергетических установок.

С течением времени начинает меняться общественное мнение об

атомной энергетике. Например, в Швеции, где существенную долю энер-

гии вырабатывают АЭС, еще в 1980 г. (вскоре после серьезной аварии на

АЭС в США) под давлением общественности принято решение о посте-

пенном прекращении эксплуатации АЭС. Тем не менее в этой стране до

393

сих пор работают 12 ядерных реакторов. Предстоящее повышение цен на

электроэнергию в связи с остановкой АЭС заставила большую часть на-

селения переосмыслить свое отношение к атомной энергетике — при-

мерно 80 % населения относятся к закрытию АЭС весьма сдержанно.

В последнее время предлагаются различные конструктивные реше-

ния атомных электростанций, в том числе и модульные модификации при

подземном расположении ядерного реактора.

Ядерное топливо. Цепная реакция деления ядер сопровождается вы-

делением огромного количества энергии. Так, при делении тяжелого ядра

на два осколка освобождается энергия, равная примерно 1,1 МэВ на один

нуклон. Расчеты показывают, что 1 кг урана выделяет в миллионы раз

больше энергии, чем 1 кг каменного угля. Следовательно, ядерное топли-

во — чрезвычайно энергоемкий источник энергии. В то же время ядер-

ный топливный цикл — это сложнейший технологический процесс

(рис. 9.13).

В отличие от углеродсодержащих носителей энергии, применяемых и

как сырье для химической промышленности, ядерное топливо представ-

ляет практический интерес преимущественно для производства электри-

ческой и тепловой энергии. Огромные возможности для развития атом-

ной энергетики открываются с созданием реакторов-размножителей на

быстрых нейтронах (бридеров), в которых выработка энергии сопровож-

дается производством вторичного горючего — плутония, что позволит

кардинально решить проблему обеспечения ядерным топливом. Как по-

казывают оценки, 1 т гранита содержит примерно 3 г урана-238 и 12 г то-

рия-232 (именно они используются в качестве сырья в бридерах). При по-

треблении энергии 5 • 108 МВт (на два порядка выше, чем сейчас) запаса

урана и тория в граните хватит на 109 лет. Первый опытно-промышлен-

ный реактор на быстрых нейтронах мощностью до 350 МВт построен на

берегу Каспийского моря. Он производит электроэнергию и опресняет

морскую воду, обеспечивая пресной водой город и прилегающий район

нефтедобычи с численностью населения около 150 000 человек.

Колоссальная энергия выделяется при термоядерном синтезе. Если

при делении ядра урана высвобождается энергия около 0,84 МэВ на один

нуклон, то при термоядерном синтезе дейтерия и трития — примерно

3,5 МэВ. Следовательно, из всех реакций термоядерные дают наиболь-

ший выход энергии на единицу массы «горючего». Например, по энерге-

тической емкости количество дейтерия в стакане простой воды эквива-

лентно приблизительно 60 л бензина. В этой связи весьма заманчива пер-

спектива управляемого термоядерного синтеза, который открывает чело-

вечеству доступ к неисчерпаемой кладовой энергии, заключенной в ядрах

атомов легких элементов. Расчеты показывают, что Мировой океан со-

держит примерно 4 • 1013 т дейтерия, что соответствует энергетическому

394

только надеяться, что проблема управляемого термоядерного синтеза в

недалеком будущем будет успешно решена.

395