Кто угрожает России? Вызовы будущего - Антон Первушин

В конце 1980-х годов появилось сообщение американских химиков о холодном синтезе при электролизе тяжелой воды. Секрет якобы состоял в выборе материала электродов (лучшим оказался палладий), адсорбирующего водород. Ионы дейтерия скапливались в электроде, где из-за большого давления мог происходить «туннельный эффект», как при мюонном катализе. Никакие теоретические оценки не подтверждали такой возможности, что сразу настораживало. Тщательная проверка, проведенная в других лабораториях, показала ошибочность этих экспериментов. И всё же, отвергнув данный метод, физики получили положительный результат: оказалось, что при некоторых условиях ядерный синтез возможен без высокой температуры за счет скрытого ускорения частиц в субатомных электрических полях. Впрочем, получить на этой основе энергетически выгодный синтез невозможно.

Другая «сенсация» пока еще жива, но, похоже, и она скоро заглохнет. Речь идет о «пузырьковом» термояде, предложенном десять лет назад академиком Робертом Нигматулиным из Уфимского научного центра РАН и подтвержденном группой американских исследователей во главе с профессором Диком Лэхи. Это тоже вариант холодного синтеза, но с более серьезным обоснованием. В дейтерированном ацетоне при температуре ниже 2–3 °C создавались условия роста микропузырьков газа, а затем внешним акустическим воздействием проводилось их сжатие (кавитация), что резко повышало температуру до нескольких миллионов градусов и могло инициировать реакции синтеза. При экспериментах регистрировались нейтроны и активность трития. То есть ядерный синтез происходил, но, как отмечают эксперты, совершенно не очевидно, что на выходе будет получен энергетически выгодный термояд – затраты энергии опять оказываются выше, чем ее выделение.

Сам академик Нигматулин говорит по этому поводу так: «Для досконального изучения явления необходимы время и средства. Хотя эти потоки нейтронов и трития невелики, но и не малы, тем более, что установка занимает всего лишь письменный стол и работает много часов. Высвобождаемая энергия пока ничтожна, но лиха беда начало. Я представляю, как повысить производительность и эффективность процесса. Помимо практических перспектив, представленные измерения позволят определять свойства вещества при десятках миллионах градусов и плотностях в пятьдесят раз больших, чем встречаются в природе. Теперь мы крайне заинтересованы в том, чтобы другие лаборатории проверили наши результаты».

Таким образом, уповать на холодный термояд не стоит – пока что это игрушка для теоретиков, и не факт, что когда-нибудь удастся получить сколько-нибудь значимый результат.

Безусловно, термоядерная энергетика – это будущее. Однако списывать со счетов классическую атомную энергетику явно преждевременно, у нее еще есть значительный потенциал для роста.

Специалисты говорят, что если дешевые запасы углеводородов истощатся, термояд так и не будет освоен, а тенденция к значительному росту энергопотребления сохранится, то единственным спасением для цивилизации станут именно атомные электростанции, использующие энергию цепного уранового распада.

Атомная энергетика сегодня не вызывает того энтузиазма, который вызывала еще тридцать лет назад. Ширится движение за ее полный и окончательный запрет. Такое отношение возникло не на пустом месте, а как общественная реакция на последствия Чернобыльской аварии, которая потрясла и напугала весь мир, вызвав настоящую пандемию радиофобии. Но самое главное и самое ужасное, что история этой аварии еще не закончилась – Зона отчуждения, созданная вокруг Чернобыльской АЭС, будет существовать сотни лет, если, конечно, люди не придумают способ эффективно очистить ее от долгоживущих радиоактивных изотопов.

Посему любые разговоры о необходимости развивать атомную энергетику часто натыкаются на непонимание и страх. Вопрос в этом случае задают всего один: вы хотите повторения Чернобыля?

Разумеется, никто не хочет повторения Чернобыля. Хотя это покажется парадоксальным, но можно даже сказать, что Чернобыльская авария способствовала развитию атомной энергетики, выявив серьезные недостатки в обеспечении безопасности АЭС и принудив атомщиков устранить их.

Но прежде чем говорить о мерах, предпринятых для того, чтобы предотвратить повторение аварии, давайте вспомним, как это было и что именно привело к трагическому исходу.

* * *

По поводу причин Чернобыльской аварии существует множество версий: от локального землетрясения до диверсии, осуществленной то ли злыми американцами, то ли «прогрессорами» из будущего. На самом деле всё куда прозаичнее – к взрыву привело сочетание недостатков конструкции и ошибок работников станции.

Ко времени аварии на Чернобыльской АЭС (ЧАЭС) использовались четыре реактора РБМК-1000 (реактор большой мощности канального типа) с электрической мощностью 1000 МВт каждый. Рядом строили еще два аналогичных реактора.

В реакторе РБМК-1000 в качестве замедлителя выделяемых ураном нейтронов используется графит, а теплоносителем служит вода. Реактор размещается в наземной бетонной шахте и опирается на бетонное основание, под которым находится бассейн-барботер. В качестве ядерного топлива используется слабообогащенная (2 %) двуокись урана. Стационарная загрузка топлива в один реактор составляет свыше 190 тонн. Каждая тонна ядерного топлива содержит примерно 20 килограммов ядерного горючего (урана-235). Ядерное топливо загружается в реактор в виде тугоплавких таблеток, помещенных в трубки из циркониевого сплава – в ТВЭЛах. Трубки устанавливаются в активной зоне в виде тепловыделяющих сборок (ТВС) объединяющих по 18 ТВЭЛов. Эти сборки (около 1700 штук) вводят в специальные вертикальные технологические каналы в графитовой кладке. По этим же каналам циркулирует вода, которая в результате теплового воздействия от происходящей в реакторе цепной реакции доводится до кипения. Пар через специальные коммуникации подается на турбину, которая вырабатывает электрическую энергию. По мере выгорания топлива кассеты с ТВЭЛами заменяются.

К моменту аварии активная зона реактора 4-го энергоблока ЧАЭС содержала 1659 кассет с ТВЭЛами. Радиоактивные продукты деления имели период полураспада от 2,35 суток (нептуний-239) и свыше 27 000 лет (плутоний-239).

В цилиндре активной зоны реактора имеются сквозные отверстия (трубы), в которых размещаются 211 стержней регулирования из бористой стали или карбида бора, поглощающих нейтроны, а также регулирующих изменение скорости нейтронного потока. По мере извлечения стержней из активной зоны (поднятия вверх) начинается цепная реакция и нарастание мощности реактора (чем выше извлечены стержни, тем больше мощность). Однако в любом случае количество опущенных в активную зону стержней должно быть не менее 28–30 (после Чернобыльской аварии установлено, что в нижнем положении должно находиться не менее 70 стержней).

На 25 апреля 1986 года была запланирована остановка 4-го энергоблока ЧАЭС для очередного планово-предупредительного ремонта. Во время таких остановок обычно проводятся различные испытания оборудования и непредусмотренные регламентом эксперименты. В тот раз целью одного из них была экспериментальная проверка возможности использования кинетической энергии ротора турбогенератора для обеспечения электропитания циркуляционных насосов до запуска аварийных дизель-генераторов в случае обесточивания собственных нужд. Дело в том, что в случае отключения внешних источников энергии (а станция тоже является потребителем энергии, не только ее производителем) происходит отключение питательных насосов (подающих холодную питательную воду в реактор) и главных циркуляционных насосов (обеспечивающих прокачку нагреваемой воды через активную зону), что мгновенно приводит к отсечению поступления пара в турбину. Несмотря на прекращение подачи пара, ротор турбины продолжает некоторое время вращаться по инерции, что позволяет, в принципе, генератору турбины давать электроток, которым можно поддерживать работу насосов, избежав таким образом их немедленного отключения. Подобный режим работы не был штатным для АЭС, не был отработан и нигде не применялся. Но он очень интересовал энергетиков и военных – ведь подобное отключение внешних источников питания вполне могло произойти в случае катастрофического развала энергосистемы, например, после ядерного удара. Кстати, проведение подобного эксперимента предлагалось многим атомным электростанциям, но из-за рискованности все отказывались. Руководство ЧАЭС согласилось. Больше того, аналогичные эксперименты, проведенные там в 1982, 1984 и 1985 годах, заканчивались неудачно – ожидаемый эффект не был достигнут из-за слишком быстрого падения тока возбуждения генератора и обусловленного этим снижения напряжения на шинах генератора. Однако вместо того чтобы отказаться от проведения сомнительного опыта, руководство ЧАЭС назначило новую серию испытаний, в которых предусматривалось устранение этого недостатка с помощью специального регулятора магнитного поля генератора.