На этой неделе исполнилось тридцать лет чернобыльской трагедии. О ней публикуется много воспоминаний. Но ядерная проблематика вовсе не ограничивается уроками Чернобыля. Проблемы нарастают как снежный ком.
Мало кто обратил внимание, но власти США только что нарушили условия соглашения с Российской Федерацией «Об утилизации плутония» (СОУП). Согласно этому договору, США и РФ обязались уничтожать оружейный плутоний «определённым способом, а именно – промышленным», для чего планировалось построить заводы по производству уран-плутониевого топлива. «Мы свои обязательства выполнили, мы это предприятие построили. Наши американские партнёры – нет», – констатировал президент Путин. Вместо переработки в США решили прятать этот металл под землю.
Тревогу забили научные эксперты – складируя плутоний под землёй, США – теоретически – оставляют за собой возможность дать процессу обратный ход: при желании плутоний можно извлечь на поверхность и снова напичкать им боеголовки ракет.
О том, что «тема с плутонием» – ключевая проблема ближайшего будущего и суть её вовсе не в бомбах, – расследование «АН».
Наивреднейший из металлов
Плутоний – радиоактивный металл серебристо-белого цвета. В природе его довольно мало. До 1942 года, когда Энрико Ферми запустил в Чикаго первый в мире ядерный реактор, во всей земной коре и в воде Мирового океана находилось менее 50 кг плутония.
Что это за металл? При взрыве одного килограмма плутония‑239 выделяется столько же энергии, сколько при взрыве 20 тыс. т тротила. Даже 50 г этого элемента при делении всех ядер произведут взрыв, равный детонации тысячи тонн тротила.
Получают плутоний из урана. В отличие от плутония в малых количествах он рассеян по всей планете: в гранитах, фосфоритах, апатитах, морской воде, почве и т.д. Так что синтез плутония в наши дни – дело пусть и непростое, но рутинное.
Для получения больших количеств плутония серьёзные державы строили специальные реакторы-размножители (англ. – «бридеры»), которые позволяют нарабатывать значительные количества этого смертоносного вещества. К 90-м годам прошлого века США накопили 103 т плутония, СССР – 170 тонн. Для сравнения: в бомбе, которую американцы сбросили на японский город Нагасаки (в результате чего 70 тыс. человек погибли, а ещё 100 тыс. стали инвалидами), плутония было меньше шести с половиной килограммов.
В надеждах на лучшее будущее для всего человечества в августе 2000 года Россия и США подписали соглашение об уничтожении 68 т плутония. По 34 т с каждой стороны, которые были признаны избыточными для нужд обороны. Подписать этот документ, однако, оказалось куда легче, чем исполнить взятые на себя обязательства. Дело в том, что простым закапыванием плутония в землю не обойдёшься: период его полураспада – 24 тыс. лет. Закапываешь в землю тонну, ждёшь 24 тыс. лет – и его там останется ещё полтонны.
Впрочем, столь длинная жизнь – не единственная особенность плутония. Он примечателен и тем, что имеет аномально низкую для металлов температуру плавления – всего 640°C и необычно высокую температуру кипения – 3235°C.
Поэтому с запасами плутония можно поступить двумя способами. Первый: захоронить их в глубоких геологических формациях в остеклованном виде, смешав с высокоактивными отходами. Этим сейчас занимаются в США. Второй: использовать плутоний в качестве топлива для атомных электростанций – то есть сжигать элемент в упомянутых уже бридерах. Сейчас силами Росатома этот сценарий воплощается в России.
Всё не так радужно
Рассказывая об утилизации плутония, наши СМИ превозносят успехи отечественного научного менеджмента в противовес менеджменту американцев: «За 8 лет США потратили на строительство завода по производству уран-плутониевого топлива (МОКС-топлива) 7,7 миллиарда долларов, но результатов не достигли. Завод на площадке в Саванна-Ривер признали слишком дорогостоящим, и от его строительства решили отказаться. Для сравнения: наши атомщики построили такое предприятие в Красноярском крае, потратив в 30 раз меньше – только 240 миллионов долларов. Завод построен на входящем в структуру Росатома «Горнохимическом комбинате», – пишут отечественные издания, ссылаясь на специалистов нашего атомного монополиста.
Ряд научных аналитиков убеждают нас, что для России создание завода по производству МОКС-топлива из оружейного плутония стало шагом на пути к замыканию ядерного топливного цикла. То есть – к созданию атомной энергетики будущего, когда решится проблема накопления радиоактивных отходов.
В частности, Леонид Гусев, эксперт Аналитического центра МГИМО(У) МИД РФ, заявил, что Россия является единственной страной, достигшей серьёзного успеха в развитии технологии реакторов на быстрых нейтронах (бридерах). В доказательство своих слов Гусев напомнил, что в настоящее время на Белоярской АЭС в Свердловской области эксплуатируются два энергоблока на быстрых нейтронах – БН600 и БН800. Последний предназначен для отработки технологии с использованием МОКС-топлива, получаемого из природного урана и оружейного плутония. «США в решении этой проблемы продвинулись гораздо меньше», – отмечает Гусев.
При этом почему-то никто из компетентных людей не задумывается – а может, в Штатах не потому слабо развита бридерная технология, что она им тяжело даётся, а потому, что они не хотят её развивать? А тот факт, что и другие государства, входящие в мировой ядерный клуб и имеющие запасы плутония, явно сворачивают свои бридерные технологии, только подтверждает эту мысль.
Бридерный тупик?
Развитие бридерной технологии началось в мире ещё в 50-е годы прошлого века. Но на смену энтузиазму быстро пришло определённое разочарование. Почему? Эта технология сложна и крайне опасна. Охлаждать бридеры нужно натрием – легкоплавким металлом, который, попадая на открытый воздух и соединяясь с атмосферной влагой, имеет неприятное обыкновение взрываться. А какой эффект произведут тонны натрия, попав наружу при возможной аварии бридера, да ещё и под завязку набитого радиоактивным топливом?! Погасить натрий водой, как мы теперь понимаем, невозможно – он только сильнее горит.
Первый опытный бридер – «Энрико Ферми» был запущен в США в 1965 году. Однако вскоре произошла серьёзная авария, и реактор остановили. На его месте от греха подальше соорудили тепловой реактор. Япония какое-то время тоже экспериментировала: опытный реактор «Дзее» был сооружён в 1977 году. Но лицензии на эксплуатацию он так и не получил. В 1995 году после тяжёлой аварии был остановлен второй их реактор, «Монзю». Из него вылилось небольшое озеро радиоактивного натрия, почти 20 т, он едва не взлетел на воздух. Неудивительно, что третий японский бридер – «Касивазаки» так и не был переведён на плутониевое топливо: местные жители на референдуме единодушно высказались против использования плутония. Два бридера соорудила Франция: в 1973-м «Феникс», в 1985-м – «Суперфеникс». Первый после 10 лет работы был остановлен из-за различных неполадок, потом запущен снова и окончательно заглушён в 2010 году. Второй бридер проработал в исследовательском режиме до 1998-го и также был остановлен, правда, по политическим причинам.
С приходом к власти президента Обамы США окончательно отказались от бридеров. И впечатление такое, что его предшественник Джордж Буш лишь декларировал развёртывание программы по бридерам – декларировал исключительно для того, чтобы спровоцировать Россию встать на этот путь. И вот когда мы завязли в нём по пояс, Обама объявил о свёртывании аналогичной американской программы как абсолютно абсурдной.
Атомная энергетика обречена
– Плутоний-239, так называемый оружейный плутоний, утилизируют якобы для того, чтобы снизить риск появления новых ядерных бомб. При этом все закрывают глаза на то, что Министерство обороны США давным-давно заявило, что бомбу можно сделать из энергетического плутония любого состава, – рассказывает Игорь Острецов, один из ведущих специалистов по ядерной физике и атомной энергетики бывшего СССР и современной России. По его твёрдому убеждению, любая страна, которая имеет на своей территории атомную станцию, легко может сделать бомбу. Получается, что вопрос утилизации плутония в том виде, в котором он был поставлен в нашем с американцами соглашении от 2000 года, никакого смысла не имеет. Более того, наша позиция получается более проблематичной, чем позиция американцев, поскольку мы этот плутоний взялись использовать в заведомо проблематичной бридерной программе.
– Доля атомной энергетики в общем объёме генерации электроэнергии во всём мире – порядка 13%. А доля потребления электрической энергии в общем энергетическом балансе человечества – где-то процентов 10–12. Помножим одно на другое, получится не более 2–3%, с учётом КПД – максимум 4, – рассказывает г-н Острецов.
То есть вклад атомной энергетики в процветание человечества сегодня меньше, чем даже ветровой и солнечной. Её практически-то и нет. С другой стороны, мы имеем перспективу того, что органического топлива (о чём заявил наш министр природных ресурсов Донской) хватит от силы лет на двадцать, а спад в добыче нефти и газа начнётся уже с 2020 года.
– Всё, что происходит сегодня в мире, – это драка за энергию. А на перспективу, далёкую и не очень, кроме атомной энергетики, на планете ничего нет. Однако современные схемы атомной энергетики, которые развиваются у нас в стране сегодня, никакого смысла не имеют. В том числе и пресловутая бридерная технология, – резюмирует доктор технических наук, физик-ядерщик Игорь Острецов.
Американская ориентация
У Острецова с единомышленниками альтернатива есть: с 1996 года они разрабатывают и активно продвигают совершенно новый метод генерации энергии, который назвали Ядерными релятивистскими технологиями (ЯРТ). В 1998 и 2002 годах были проведены первые эксперименты по этой теме в Дубне и Протвино на модельном рабочем теле (свинце). Метод запатентован. Вкратце суть технологии в том, что нужно совместить ядерный реактор с ускорителем элементарных частиц. Получится ЯРЭС – ядерно-релятивистская атомная электростанция. Абсолютно взрывобезопасный реактор, где нет сверхкритической массы делящихся продуктов. Такой реактор может работать на уране из отвалов радиохимических предприятий, на природном уране и даже на тории. В таком реакторе можно «дожигать» радиоактивные отходы и облучённое ядерное топливо. В нём можно будет полностью перерабатывать долгоживущие продукты – актиноиды тепловыделяющих элементов подлодок и старых АЭС в короткоживущие изотопы. То есть создай такую конструкцию – и объём радиоактивных отходов упадёт в разы. Заодно навсегда решится проблема нехватки урана для атомных станций.
– Рабочим элементом ЯРЭС является компактный ускоритель. Раньше на Западе развивали так называемые криогенные ускорители. Грубо говоря, на один ГэВ энергии им нужен один километр длины. Нам для наших целей нужно порядка десяти ГэВ. Дураку понятно, что в энергетике десятикилометровые машины никто использовать не будет, – рассказывает Острецов.
Но в Советском Союзе ещё в далёком 1986 году были разработаны так называемые линейные ускорители протонов на обратной волне, вполне компактные и очень эффективные. Работы по ним велись в Сибирском отделении АН СССР физтеховцем Алексеем Богомоловым, сокурсником Игоря Острецова по Физтеху, в рамках создания пучкового оружия. Многие ещё помнят про советский асимметричный и недорогой ответ на американскую программу «Звёздных войн» Рональда Рейгана. Так вот ускоритель Богомолова на четыре ГэВ легко помещается в грузовой отсек транспортного самолёта Ан‑124 «Руслан».
Здесь, как говорится, пофилософствуй – ум вскружится. Богомоловская машина габаритами с троллейбус на борту «Руслана» становится обнаружителем ядерного оружия на большом расстоянии и может уничтожать его пучком протонов. Это значит, что за секунды можно обнулить основной наступательный потенциал США, их атомный авианосный флот.
Но вот что произошло. Американцы узнали о такой возможности и сразу дали группе контракт на 70 млн долларов. Поскольку тема имеет мощнейшие военные аспекты, то выполнялась она на «нейтральной» территории, в международном институте в Дубне. Острецов и Богомолов в работе участвовать отказались.
Но, похоже, что в истории с утилизацией оружейного плутония американцы ориентированы именно на то, чтобы использовать его в новых схемах ядерной энергетики. Поскольку его добавление в обеднённый, природный уран, отработанное ядерное топливо или торий резко повышает коэффициент усиления в системе «релятивистский пучок ионов – актиноидная мишень» (то, что перечислено выше). В отличие от нас, заключает Острецов.
На очереди Украина
Мало кто помнит, что сразу после аварии на японской «Фукусиме» из-за так называемого землетрясения китайские власти дали понять, что на самом деле Япония провела неудачное испытание ядерной бомбы. Вслед за этим научные коллективы Германии и Франции заявили, что из центра так называемого землетрясения был зафиксирован выброс цезия-137, самого неприятного из радиоактивных элементов.
Зачем тогда устроили «Фукусиму»? Ответ очевиден. В современном мире наблюдается большой дефицит урана для нужд атомной энергетики. В год производится 40 тыс. т урана, а потребляется 60 тысяч. 50% атомной энергетики США работало за счёт программы так называемой «Воу-Ноу». Было такое позорное межправительственное соглашение между РФ и США, заключённое в Вашингтоне в 1993 году. Оно предусматривало необратимую переработку не менее 500 т российского оружейного урана, это примерно 20 тыс. ядерных боезарядов, в низкообогащённый уран, топливо для американских атомных электростанций. Эта программа закончилась в 2013 году. Но ещё за четыре года до этого, в 2009 году, швейцарский физик Микаэль Диттмар предсказал скорое наступление дефицита урана на нашей планете. До аварии на «Фукусиме» оставалось два года.
Долгое время США компенсировали этот дефицит за счёт наших боеголовок. Но вот программа «Воу-Ноу» закрылась, при том, что в США за счёт этой программы работало 50 ядерных блоков на Восточном побережье. Закрывать 50 блоков? Или закрывать где-то ещё? В Японии работали как раз 50 блоков. Делайте выводы.
– Всё получилось так, как предсказывал Диттмар. Устроили ядерный взрыв в океане около японских островов, остановили реактор и не охлаждали его, чтобы он взорвался, а после этого запугали население. Просто так прийти и сказать: «мы закрываем у вас 50 блоков» – нельзя, надо обязательно устроить кино. Вот его и устроили. Взять ядерное топливо, кроме как у Японии, было негде, – говорит Игорь Острецов. Но в последние пару лет появилась продажная Украина. Именно поэтому туда начали поставлять топливо американской фирмы Westinghouse Electric Company – худшую из конструкций тепловыделяющих сборок для ядерных реакторов. Таково мнение большинства российских экспертов по ядерной безопасности.
Напомним, что Игорь Острецов – один из непосредственных ликвидаторов аварии на Чернобыльской АЭС, знаком с ситуацией с атомной энергетикой в соседней стране не понаслышке: «Вся украинская «атомка» держится на советских технологиях, в её структуре самый слабый элемент – парогенератор. В конце 80-х годов они все посыпались, но мы сумели их большей частью заменить. На Украине заменили не все Сегодня сделать их нельзя. Наши производственные мощности разрушены, а на Западе просто другая технология. Поэтому не исключено, что следующие ядерные блоки остановят именно на Украине».
Но останавливать уже начали. И вот почему. За последние пару лет, после того как премьер Яценюк отказался от использования российского ядерного топлива, на украинских ядерных энергоблоках аварии стали случаться едва ли не ежемесячно. Даже с выбросами ядерных веществ. Мало того. Аналог нашего Росатома – украинский «Энергоатом» только что прекратил платежи за ядерное топливо. Его банковские счета и имущество на 8 млрд долларов арестованы. На очереди остановка всех 15 украинских ядерных энергоблоков (это 46% производимой в стране электроэнергии) и прекращение вывоза из страны ядерных отходов. Такой вот подарок сделали американцы несчастным украинцам. А если по правде – избавились ещё от одного конкурента в мировом ядерном пуле потребителей ядерного топлива.
Сегодня в мире огромный дефицит энергии: чтобы человек нормально жил, ему нужно 2 киловатта установленной мощности. На планете 7 миллиардов человек – получается 14 тераватт, такова сегодня потребность человечества в энергии. Но в наличии всего два тераватта.
Вместо послесловия
– На развитие новой ядерной технологии нужно лет 15, – считает Игорь Острецов. – Россия может оказаться далеко впереди этого процесса. Если пятнадцать лет назад представители Курчатовского института и ВНИИ атомного машиностроения не считали для себя зазорным говорить и писать, что концепция ЯРЭС-энергетики ненаучна, то сегодня по факту идёт драка за то, кто эту работу будет исполнять. Вся группа Валерия Чилапа, которая работала над ЯРЭС по американскому контракту, работает теперь в Курчатовском институте. И Росатом, и Курчатовский институт, и Минобороны – все хотят получить эту тему.
Ядерными релятивистскими технологиями фактически уже начал заниматься ФЭИ (Физикоэнергетический институт в городе Обнинске Калужской области) – там заявили о начале работ по глубоко подкритичным реакторам. Дубна после американского контракта перешла на эксперименты по энергетике ЯРЭС. Там эти работы идут уже пять лет в составе огромной кооперации, но за жалкие деньги.
– Сегодня практически все поняли, что ЯРЭС абсолютно безальтернативна в течение примерно этого века, – резюмирует Игорь Острецов. – Далее нас ждёт космос, но это уже другой разговор. Грустно лишь то, что в стране нет официальной государственной программы развития ЯРЭС. А технология эта очень сложна, здесь нужна концентрация сил масштаба крупнейших советских энергетических программ. Диалектика обычная: как сделаешь, то и получишь. Но за копейки ничего серьёзного не сделать. Зато когда схема ЯРЭС будет реализована в промышленном масштабе, ядерная энергетика станет доступной всем без исключения странам – потому что полностью снимет проблему распространения ядерного оружия на нашей планете.