Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство образования Иркутской области
Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение
«Ангарский политехнический техникум»
По предмету: «Энергетика»
На тему: «Успехи и перспективы ядерной энергетики»
Выполнил: студент гр. Э-14-1
Назаров Вадим
Преподаватель Бирюкова Елена Викторовна
Ангарск 2015г.
Введение
1. История развития атомной энергетики
2. Перспективы атомной энергетики
3. Основы ядерной энергии
4. Ядерные реакторы
5. Особенности ядерного реактора как источника теплоты
6. Устройство энергетических ядерных реакторов
7. Классификация ядерных реакторов
8. Экология
Список литературы
Введение
Энергетика - важнейшая отрасль народного хозяйства, охватывающая энергетические ресурсы, выработку, преобразование, передачу и использование различных видов энергии. Это основа экономики государства.
В мире идет процесс индустриализации, который требует дополнительного расхода материалов, что увеличивает энергозатраты. С ростом населения увеличиваются энергозатраты на обработку почвы, уборку урожая, производство удобрений и т.д.
В настоящее время многие природные легкодоступные ресурсы планеты исчерпываются. Добывать сырье приходится на большой глубине или на морских шельфах. Ограниченные мировые запасы нефти и газа, казалось бы, ставят человечество перед перспективой энергетического кризиса. Однако использование ядерной энергии дает человечеству возможность избежать этого, так как результаты фундаментальных исследований физики атомного ядра позволяют отвести угрозу энергетического кризиса путем использования энергии, выделяемой при некоторых реакциях атомных ядер.
1. История развития атомной энергетики
В 1939 году впервые удалось расщепить атом урана. Прошло еще 3 года, и в США был создан реактор для осуществления управляемой ядерной реакции. Затем в 1945 г. была изготовлена и испытана атомная бомба, а в 1954 г. в нашей стране была пущена в эксплуатацию первая в мире атомная электростанция. Во всех этих случаях использовалась огромная энергия распада атомного ядра. Еще большее количество энергии выделяется в результате синтеза атомных ядер. В 1953 году в СССР впервые была испытана термоядерная бомба, и человек научился воспроизводить процессы, происходящие на солнце. Пока использовать для мирных целей ядерный синтез нельзя, но, если это станет возможным, то люди обеспечат себя дешевой энергией на миллиарды лет. Эта проблема - одно из важнейших направлений современной физики на протяжении последних 50 лет.
Приблизительно до 1800 года основным топливом было дерево. Энергия древесины получена из солнечной энергии, запасенной в растениях в течение их жизни. Начиная с Индустриальной революции, люди зависели от полезных ископаемых - угля и нефти, энергия которых также происходила из запасенной солнечной энергии. Когда топливо типа угля сжигается, атомы водорода и углерода, содержащиеся в угле, объединяются с атомами кислорода воздуха. При возникновении водного или углеродистого диоксида происходит выделение высокой температуры, эквивалентной приблизительно 1.6 киловатт-час на килограмм или приблизительно 10 электрон-вольт на атом углерода. Это количество энергии типично для химических реакций, приводящих к изменению электронной структуры атомов. Части энергии, выделенной в виде высокой температуры, достаточно для поддержания продолжения реакции.
Первая в мире АЭС опытно-промышленного назначения мощностью 5 МВт была пущена в СССР 27 июня 1954 г. в г. Обнинске. До этого энергия атомного ядра использовалась преимущественно в военных целях. Пуск первой АЭС ознаменовал открытие нового направления в энергетике, получившего признание на 1-й Международной научно-технической конференции по мирному использованию атомной энергии (август 1955, Женева).
В 1958 была введена в эксплуатацию 1-я очередь Сибирской АЭС мощностью 100 МВт (полная проектная мощность 600 МВт). В том же году развернулось строительство Белоярской промышленной АЭС, а 26 апреля 1964 генератор 1-й очереди (блок мощностью 100 МВт) выдал ток в Свердловскую энергосистему, 2-й блок мощностью 200 МВт сдан в эксплуатацию в октябре 1967. Отличительная особенность Белоярской АЭС - перегрев пара (до получения нужных параметров) непосредственно в ядерном реакторе, что позволило применить на ней обычные современные турбины почти без всяких переделок.
В сентябре 1964 был пущен 1-й блок Нововоронежской АЭС мощностью 210 МВт. Себестоимость 1 кВт-Ч электроэнергии (важнейший экономический показатель работы всякой электростанции) на этой АЭС систематически снижалась: она составляла 1,24 коп. в 1965, 1,22 коп. в 1966, 1,18 коп. в 1967, 0,94 коп. в 1968. Первый блок Нововоронежской АЭС был построен не только для промышленного пользования, но и как демонстрационный объект для показа возможностей и преимуществ атомной энергетики, надёжности и безопасности работы АЭС. В ноябре 1965 в г. Мелекессе Ульяновской области вступила в строй АЭС с водо-водяным реактором «кипящего» типа мощностью 50 МВт, реактор собран по одноконтурной схеме, облегчающей компоновку станции. В декабре 1969 был пущен второй блок Нововоронежской АЭС (350 МВт).
За рубежом первая АЭС промышленного назначения мощностью 46 МВт была введена в эксплуатацию в 1956 в Колдер-Холле (Англия). Через год вступила в строй АЭС мощностью 60 МВт в Шиппингпорте (США
2 . Перспективы атомной энергетики
Среди тех, кто настаивает на необходимости продолжать поиск безопасных и экономичных путей развития атомной энергетики, можно выделить два основных направления. Сторонники первого полагают, что все усилия должны быть сосредоточены на устранении недоверия общества к безопасности ядерных технологий. Для этого необходимо разрабатывать новые реакторы, более безопасные, чем существующие легководные. Здесь представляют интерес два типа реакторов: «технологически предельно безопасный» реактор и «модульный» высокотемпературный газоохлаждаемый реактор.
Прототип модульного газоохлаждаемого реактора разрабатывался в Германии, а также в США и Японии. В отличие от легководного реактора, конструкция модульного газоохлаждаемого реактора такова, что безопасность его работы обеспечивается пассивно - без прямых действий операторов или электрической либо механической системы защиты. В технологически предельно безопасных реакторах тоже применяется система пассивной защиты. Такой реактор, идея которого была предложена в Швеции, по-видимому, не продвинулся далее стадии проектирования. Но он получил серьезную поддержку в США среди тех, кто видит у него потенциальные преимущества перед модульным газоохлаждаемым реактором. Но будущее обоих вариантов туманно из-за их неопределенной стоимости, трудностей разработки, а также спорного будущего самой атомной энергетики.
Сторонники другого направления полагают, что до того момента, когда развитым странам потребуются новые электростанции, осталось мало времени для разработки новых реакторных технологий. По их мнению, первоочередная задача состоит в том, чтобы стимулировать вложение средств в атомную энергетику.
Но помимо этих двух перспектив развития атомной энергетики сформировалась и совсем иная точка зрения. Она возлагает надежды на более полную утилизацию подведенной энергии, возобновляемые энергоресурсы (солнечные батареи и т.д.) и на энергосбережение. По мнению сторонников этой точки зрения, если передовые страны переключатся на разработку более экономичных источников света, бытовых электроприборов, отопительного оборудования и кондиционеров, то сэкономленной электроэнергии будет достаточно, чтобы обойтись безо всех существующих АЭС. Наблюдающееся значительное уменьшение потребления электроэнергии показывает, что экономичность может быть важным фактором ограничения спроса на электроэнергию.
3. Основы ядерной энергии
Атомное ядро характеризуется зарядом Ze, массой М, спином J, магнитным и электрическим квадрупольным моментом Q, определенным радиусом R, изотопическим спином Т и состоит из нуклонов - протонов и нейтронов. Все атомные ядра разделяются на стабильные и нестабильные. Свойства стабильных ядер остаются неизменными неограниченно долго. Нестабильные же ядра испытывают различного рода превращения.
Явление радиоактивности, или спонтанного распада ядер, была открыта французским физиком А. Беккерелем в 1896 г. Он обнаружил, что уран и его соединения испускают лучи или частицы, проникающие сквозь непрозрачные тела и способные засвечивать фотопластинку, Беккерель установил, что интенсивность излучения пропорциональна только концентрации урана и не зависит от внешних условий (температура, давление) и от того, находится ли уран в каких-либо химических соединениях.
4 . Ядерные реакторы
При делении тяжелых ядер образуется несколько свободных нейтронов. Это позволяет организовать так называемую цепную реакцию деления, когда нейтроны, распространяясь в среде, содержащей тяжелые
элементы, могут вызвать их деление с испусканием новых свободных нейтронов. Если среда такова, что число вновь рождающихся нейтронов увеличивается, то процесс деления лавинообразно нарастает. В случае, когда число нейтронов при последующих делениях уменьшается, цепная ядерная реакция затухает.
Для получения стационарной цепной ядерной реакции, очевидно, необходимо создать такие условия, чтобы каждое ядро, поглотившее нейтрон, при делении выделяло в среднем один нейтрон, идущий на деление второго тяжелого ядра.
Ядерным реактором называется устройство, в котором осуществляется и поддерживается управляемая цепная реакция деления некоторых тяжелых ядер.
Цепная ядерная реакция в реакторе может осуществляться только при определенном количестве делящихся ядер, которые могут делиться при любой энергии нейтронов. Из делящихся материалов важнейшим является изотоп 235U, доля которого в естественном уране составляет всего 0,714%.
Хотя 238U и делится нейтронами, энергия которых превышает 1,2 МэВ, однако самоподдерживающаяся цепная реакция на быстрых нейтронах в естественном уране не возможна из-за высокой вероятности неупругого взаимодействия ядер 238U с быстрыми нейтронами. При этом энергия нейтронов становится ниже пороговой энергии деления ядер 238U.
Использование замедлителя приводит к уменьшению резонансного поглощения в 238U, так как нейтрон может пройти область резонансных энергий в результате столкновения с ядрами замедлителя и поглотиться ядрами 235U, 239Pu, 233U, сечение деления которых существенно увеличивается с уменьшением энергии нейтронов. В качестве замедлителей используют материалы с малым массовым числом и небольшим сечением поглощения (вода, графит, бериллий и др.).
Для характеристики цепной реакции деления используется величина, называемая коэффициентом размножения К. Это отношение числа нейтронов определенного поколения к числу нейтронов предыдущего
поколения. Для стационарной цепной реакции деления К=1. Размножающаяся система (реактор), в которой К=1, называется критической. Если К>1, число нейтронов в системе увеличивается, и она в этом случае называется надкритической. При К< 1 происходит уменьшение числа нейтронов и система называется подкритической. В стационарном состоянии реактора число вновь образующихся нейтронов равно числу нейтронов, покидающих реактор (нейтроны утечки) и поглощающихся в его пределах. В критическом реакторе присутствуют нейтроны всех энергий. Они образуют так называемый энергетический спектр нейтронов, который характеризует число нейтронов различных энергий в единице объема в любой точке реактора. Средняя энергия спектра нейтронов определяется долей замедлителя, делящихся ядер (ядра горючего) и других материалов, которые входят в состав активной зоны реактора. Если большая часть делений происходит при поглощении тепловых нейтронов, то такой реактор называется реактором на тепловых нейтронах. Энергия нейтронов в такой системе не превышает 0.2 эВ. Если большая часть делений в реакторе происходит при поглощении быстрых нейтронов, такой реактор называется реактором на быстрых нейтронах.
В активной зоне реактора на тепловых нейтронах наряду с ядерным топливом находится значительная масса замедлителя-вещества, отличающегося большим сечением рассеяния и малым сечением поглощения. атомный энергетика реактор электростанция
Активная зона реактора практически всегда, за исключением специальных реакторов, окружена отражателем, возвращающим часть нейронов в активную зону за счет многократного рассеяния. В реакторах на быстрых нейронах активная зона окружена зонами воспроизводства. В них происходит накопление делящихся изотопов. Кроме того, зоны воспроизводства выполняют и функции отражателя. В ядерном реакторе происходит накопления продуктов деления, которые называются шлаками. Наличие шлаков приводит к дополнительным потерям свободных нейтронов.
Ядерные реакторы в зависимости от взаимного размещения горючего и замедлителя подразделяются на гомогенные и гетерогенные. В гомогенном реакторе активная зона представляет собой однородную массу топлива, замедлителя и теплоносителя в виде раствора, смеси или расплава. Гетерогенным называется реактор, в котором топливо в виде блоков или тепловыделяющих сборок размещено в замедлителе, образуя в нем правильную геометрическую решетку.
5 . Особенности ядерного реактора как источника теплоты
При работе реактора в тепловыводящих элементах (твэлах), а также во всех его конструктивных элементах в различных количествах выделяется теплота. Это связано, прежде всего, с торможением осколков деления, их бета - и гамма-излучениями, а также ядер, испытывающих взаимодействие с нейтронами, и, наконец, с замедлением быстрых нейтронов. Осколки при делении ядра топлива классифицируются по скоростям, соответствующим температуре в сотни миллиардов градусов.
Особенность ядерного реактора состоит в том, что 94% энергии деления превращается в теплоту мгновенно, т.е. за время, в течение которого мощность реактора или плотность материалов в нем не успевает заметно измениться. Поэтому при изменении мощности реактора тепловыделение следует без запаздывания за процессом деления топлива. Однако при выключении реактора, когда скорость деления уменьшается более чем в десятки раз, в нем остаются источники запаздывающего тепловыделения (гамма - и бета-излучение продуктов деления), которые становятся преобладающими.
Мощность ядерного реактора пропорциональна плотности потока нейронов в нем, поэтому теоретически достижима любая мощность. Практически же предельная мощность определяется скоростью отвода теплоты, выделяемой в реакторе. Удельный теплосъем в современных энергетических реакторах составляет 102 - 103 МВт/м3, в вихревых - 104 - 105 МВт/м3.
От реактора теплота отводится циркулирующим через него теплоносителем. Характерной особенностью реактора является остаточное тепловыделение после прекращения реакции деления, что требует отвода теплоты в течение длительного времени после остановки реактора. Хотя мощность остаточного тепловыделения значительно меньше номинальной, циркуляция теплоносителя через реактор должна обеспечиваться очень надежно, так как остаточное тепловыделение регулировать нельзя. Удаление теплоносителя из работавшего некоторое время реактора категорически запрещено во избежание перегрева и повреждения тепловыделяющих элементов.
6 . Устройство энергетических ядерных реакторов
Энергетический ядерный реактор - это устройство, в котором осуществляется управляемая цепная реакция деления ядер тяжелых элементов, а выделяющаяся при этом тепловая энергия отводится теплоносителем. Главным элементом ядерного реактора является активная зона. В нем размещается ядерное топливо и осуществляется цепная реакция деления. Активная зона представляет собой совокупность определенным образом размещенных тепловыделяющих элементов, содержащих ядерное топливо. В реакторах на тепловых нейтронах используется замедлитель. Через активную зону прокачивается теплоноситель, охлаждающий тепловыделяющие элементы. В некоторых типах реакторов роль замедлителя и теплоносителя выполняет одно и то же вещество, например обычная или тяжелая вода.
Для управления работой реактора в активную зону вводятся регулирующие стержни из материалов, имеющих большое сечение поглощения нейтронов. Активная зона энергетических реакторов окружена отражателем нейтронов - слоем материала замедлителя для уменьшения утечки нейтронов из активной зоны. Кроме того, благодаря отражателю происходит выравнивание нейтронной плотности и энерговыделения по объему активной зоны, что позволяет при данных размерах зоны получить большую мощность, добиться более равномерного выгорания топлива, увеличить продолжительность работы реактора без перегрузки топлива и упростить систему теплоотвода. Отражатель нагревается за счет энергии замедляющихся и поглощаемых нейтронов и гамма-квантов, поэтому предусматривается его охлаждение. Активная зона, отражатель и другие элементы размещаются в герметичном корпусе или кожухе, обычно окруженном биологической защитой.
7 . Классификация ядерных реакторов
По назначению и мощности ядерные реакторы делятся на несколько групп:
1) экспериментальный реактор (критическая сборка), предназначенный для изучения различных физических величин, значение которых необходимо для проектирования и эксплуатации ядерных реакторов: мощность таких ядерных реакторов не превышает нескольких квт:
2) исследовательские реакторы, в которых потоки нейтронов и g-квантов, генерируемые в активной зоне, используются для исследований в области ядерной физики, физики твёрдого тела, радиационной химии, биологии, для испытания материалов, предназначенных для работы в интенсивных нейтронных потоках (в т. ч. деталей ядерного реактора), для производства изотопов. Мощность исследовательского ядерного реактора не превосходит 100 Мвт: выделяющаяся энергия, как правило, не используется. К исследовательским ядерным реакторам относится импульсный реактор:
3) изотопные ядерные реакторы, в которых потоки нейтронов используются для получения изотопов, в т. ч. Pu и 3Н для военных целей;
4) энергетические ядерные реакторы, в которых энергия, выделяющаяся при делении ядер, используется для выработки электроэнергии, теплофикации, опреснения морской воды, в силовых установках на кораблях и т. д. Мощность (тепловая) современного энергетического ядерного реактора достигает 3-5 Гвт.
Ядерные реакторы могут различаться также по виду ядерного топлива (естественный уран, слабо обогащённый, чистый делящийся изотоп), по его химическому составу (металлический U, UO2, UC и т. д.), по виду теплоносителя (Н2О, газ, D2O, органические жидкости, расплавленный металл), по роду замедлителя (С, Н2О, D2O, Be, BeO. гидриды металлов, без замедлителя). Наиболее распространены гетерогенные Ядерный реактор на тепловых нейтронах с замедлителями -- Н2О, С, D2O и теплоносителями -- Н2О, газ, D2O.
8 . Экология
Даже если атомная электростанция работает идеально и без малейших сбоев, ее эксплуатация неизбежно ведет к накоплению радиоактивных веществ. Поэтому людям приходится решать очень серьезную проблему, имя которой - безопасное хранение отходов.
Радиоактивные отходы образуются почти на всех стадиях ядерного цикла. Они накапливаются в виде жидких, твердых и газообразных веществ с разным уровнем активности и концентрации. Большинство отходов являются низкоактивными: это вода, используемая для очистки газов и поверхностей реактора, перчатки и обувь, загрязненные инструменты и перегоревшие лампочки из радиоактивных помещений, отработавшее оборудование, пыль, газовые фильтры и многое другое.
Газы и загрязненную воду пропускают через специальные фильтры, пока они не достигнут чистоты атмосферного воздуха и питьевой воды. Ставшие радиоактивными фильтры перерабатывают вместе с твердыми отходами. Их смешивают с цементом и превращают в блоки или вместе с горячим битумом заливают в стальные емкости.
Труднее всего подготовить к долговременному хранению высокоактивные отходы. Лучше всего такой «мусор» превращать в стекло и керамику.
Необходимо учитывать, что высокоактивные отходы долгое время выделяют значительное количество теплоты. Поэтому чаще всего их удаляют в глубинные зоны земной коры. Вокруг хранилища устанавливают контролируемую зону, в которой вводят ограничения на деятельность человека, в том числе бурение и добычу полезных ископаемых.
Эксплуатация АЭС сопровождается не только опасностью радиационного загрязнения, но и другими видами воздействия на окружающую среду. Основным является тепловое воздействие. Оно в полтора-два раза выше, чем от тепловых электростанций.
При работе АЭС возникает необходимость охлаждения отработанного водяного пара. Самым простым способом является охлаждение водой из реки, озера, моря или специально сооруженных бассейнов. Вода, нагретая на 5-15 °С, вновь возвращается в тот же источник. Но этот способ несет с собой опасность ухудшения экологической обстановки в водной среде в местах расположения АЭС.
Большее применение находит система водоснабжения с использованием градирен, в которых охлаждение воды происходит за счет ее частичного испарения и охлаждения.
Небольшие потери пополняются постоянной подпиткой свежей водой. При такой системе охлаждения в атмосферу выбрасывается огромного количество водяного пара и капельной влаги. Это может привести к увеличению количества выпадающих осадков, частоты образования туманов, облачности.
В последние годы стали применять систему воздушного охлаждения водяного пара. В этом случае нет потерь воды, и она наиболее безвредна для окружающей среды. Однако такая система не работает при высокой средней температуре окружающего воздуха. Кроме того, себестоимость электроэнергии существенно возрастает.
Вывод
Мировые энергетические потребности в ближайшее десятилетия будут интенсивно возрастать. Какой-либо один источник энергии не сможет их обеспечить, поэтому необходимо развивать все источники энергии и эффективно использовать энергетические ресурсы.
На ближайшем этапе развития энергетики (первые десятилетия XXI в.) наиболее перспективными останутся угольная энергетика и ядерная энергетика с реакторами на тепловых и быстрых нейтронах. Однако можно надеяться, что человечество не остановится на пути прогресса, связанного с потреблением энергии во всевозрастающих количествах.
И ещё, атомная энергетика пока не выдержала испытаний на экономичность, безопасность и расположение общественности. Ее будущее теперь зависит от того, насколько эффективно и надежно будет осуществляться контроль за строительством и эксплуатацией АЭС, а также насколько успешно будет решен ряд других проблем, таких, как проблема удаления радиоактивных отходов. Будущее атомной энергетики зависит также от жизнеспособности и экспансии ее сильных конкурентов - ТЭС, работающих на угле, новых энергосберегающих технологий и возобновляемых энергоресурсов.
Список используемой литературы
1) ru.wikipedia.org «Википедия» энциклопедия
2) АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА | Энциклопедия Кругосвет
3) Учебник по ядерной физике В.Г. Кириллов-Угрюмов
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Физические основы ядерной энергетики. Основы теории ядерных реакторов - принцип вырабатывания электроэнергии. Конструктивные схемы реакторов. Конструкции оборудования атомной электростанции (АЭС). Вопросы техники безопасности на АЭС. Передвижные АЭС.
реферат , добавлен 16.04.2008
История развития атомной энергетики. Типы ядерных энергетических реакторов. Переработка и хранение ядерных отходов. Проблема эксплуатационной безопасности. Оценка состояния на сегодняшний день и перспективы её развития. Строительство АЭС в Беларуси.
курсовая работа , добавлен 12.10.2011
Прообраз ядерного реактора, построенный в США. Исследования в области ядерной энергетики, проводимые в СССР, строительство атомной электростанции. Принцип действия атомного реактора. Типы ядерных реакторов и их устройство. Работа атомной электростанции.
презентация , добавлен 17.05.2015
История развития атомной энергетики. Особенности ядерного реактора как источника теплоты, физическое обоснование происходящих при этом процессов. Устройство и принцип работы энергетических ядерных реакторов. Ядерная энергия, ее преимущества и недостатки.
реферат , добавлен 09.12.2010
Состояние атомной энергетики. Особенности размещения атомной энергетики. Долгосрочные прогнозы. Оценка потенциальных возможностей атомной энергетики. Двухэтапное развитие атомной энергетики. Долгосрочные прогнозы. Варианты структуры атомной энергетики.
курсовая работа , добавлен 13.07.2008
Сущность, устройство, типы и принцип действия ядерных реакторов, факторы и причины их опасности. Основное назначение реактора БН-350 в Актау. Особенности самообеспечения ядерной энергетики топливом. Технология производства реакторов с шаровой засыпкой.
контрольная работа , добавлен 27.10.2009
Мировой опыт развития атомной энергетики. Развитие атомной энергетики и строительство атомной электростанции в Беларуси. Общественное мнение о строительстве АЭС в республике Беларусь. Экономические и социальные эффекты развития атомной энергетики.
реферат , добавлен 07.11.2011
Рассмотрение основных целей и задач проектирования ядерных энергетических установок современной атомной электростанции. Изучение норм проектирования в соответствии с требованиями, руководящих документов. Особенности создания энергоблока в учебных целях.
реферат , добавлен 18.04.2015
Мировой опыт развития атомной энергетики. Испытание атомной бомбы. Пуск первой АЭС опытно-промышленного назначения. Чернобыльская авария и ее ущерб людям и народному хозяйству страны. Масштабное строительство атомных станций. Ресурсы атомной энергетики.
курсовая работа , добавлен 15.08.2011
Даты и события в мировой энергетической системе. Схема выработки электроэнергии. Изотопы естественного урана. Реакция деления ядер. Типы ядерных реакторов. Доступность энергетических ресурсов. Количество атомных блоков по странам. Атомные станции РФ.
Курсовая работа студента группы НП1_2 Еровиченкова А.С.
Финансовая Академия при Правительстве Российской Федерации
Кафедра “Экономическая география и региональная экономика”
Москва - 1997
Предпосылки развития атомной энергетики
Россия была, есть и будет одной из ведущих энергетических держав мира. И это не только потому, что в недрах страны находится 12% мировых запасов угля, 13% нефти и 36% мировых запасов природного газа, которых достаточно для полного обеспечения собственных потребностей и для экспорта в сопредельные государства. Россия вошла в число ведущих мировых энергетических держав, прежде всего, благодаря созданию уникального производственного, научно-технического и кадрового потенциала топливно-энергетического комплекса (ТЭК).
Но экономический кризис последних лет существенным образом затронул и этот комплекс. Производство первичных энергоресурсов в 1993 г. составило 82% от уровня 1990 и продолжало падать. Уменьшение потребления топлива и энергии, обусловленное общим экономическим спадом, временно облегчило задачу энергообеспечения страны, хотя в ряде регионов пришлось вынужденно ограничивать потребление энергии. Отсутствие необходимых инвестиций не позволило в 90-х годах компенсировать естественное выбытие производственных мощностей и обновлять основные фонды, износ которых в отраслях ТЭК колеблется в пределах 30-80%. В соответствии с нормами безопасности требуют реконструкции и до половины АЭС.
Следует заметить, что в 1981-1985 гг. среднегодовой ввод мощностей в электроэнергетике был 6 млн. кВт в год, а в 1995 г. - только 0,3 млн. кВт. В 1995 году в России произведено 860 млрд. кВт\час, а в 1996 г. в связи со снижением спроса и износом установленного на электростанциях оборудования - 840 млрд.. кВт\час.
Производство электроэнергии на электростанциях России (млрд. Квт-ч)
| 1990 | 1995 | 2000 | 2005 | |
| ВСЕГО | 1082 | 860 | 922 | 1020 |
| ГЭС и ГАС | 167 | 177 | 166 | 180 |
| КЭС | 397 | 252 | 242 | 249 |
| ТЭЦ | 400 | 332 | 392 | 457 |
| АЭС | 118 | 99 | 122 | 134 |
Таблица 1
Доля России в объёме мирового производства электроэнергии составляла в 1990 г 8,2%, а в 1995 г сократилась до 7,6%.
В 1993 году по производству электроэнергии на душу населения Россия занимала 13-е место в мире (6297 кВт\ч).
В 1991-1996 гг. электропотребление в России снизилось более чем на 20%, в том числе в 1996 г - на 1%. В 1997 г впервые в 90-е годы ожидается рост производства электроэнергии.
В начале 90-х годов установленные энергетические мощности России превышали 7% мировых. В 1995 г установленная мощность электроэнергетики России составляла 215,3 млн. кВт, в том числе доля мощностей ТЭС - 70%, ГЭС - 20% и АЭС - 10%.
В 1992-1995 гг. было введено 66 млн. кВт генерирующих мощностей. В настоящее время 15 млн. кВт оборудования ТЭС выработали ресурс. В 2000 году таких мощностей будет уже 35 млн. кВт и в 2005 году - 55 млн. кВт. К 2005 году предельного срока эксплуатации достигнут агрегаты ГЭС мощностью 21 млн. кВт (50% мощностей ГЭС России). На АЭС в 2001-2005 гг. будут выведены из эксплуатации 6 энергоблоков общей мощностью 3,8 млн. кВт.
По оценкам экспертов в настоящее время на 40% электростанций России используется устаревшее оборудование.Если не будут приняты меры по обновлению генерирующего оборудования, то динамика его старения к 2010 году будет выглядеть следующим образом: (тыс. млн. кВт)
| 1995 г | 2000 г | 2005 г | 20010 г | |
| ВСЕГО | 17,0 | 49,3 | 83,3 | 108,5 |
| ТЭС | 14,2 | 35,3 | 55,1 | 75,1 |
| ГЭС | 2,8 | 14,0 | 24,0 | 25,0 |
| АЭС | - | - | 3,8 | 8,4 |
Таблица 2
В этих условиях для обеспечения прогнозируемого спроса на электрическую энергию и мощность потребуется значительная реконструкция действующих, а затем и строительство новых электростанций. Но какой вид энергии самый экономичный, безопасный и экологически чистый? На развитие какой отрасли направить основные средства? На сегодняшний день при выборе источника электроэнергии нельзя не отметить актуальность такого фактора, как ограниченность источников энергии.
Ограниченность источников энергии.
Современные темпы энергопотребления составляют примерно 0,5 Q в год, однако они растут в геометрической прогрессии. Так, в первой четверти следующего тысячелетия энергопотребление, по прогнозам, составит 1 Q в год. Следовательно, если даже учесть, что темпы роста потребления электроэнергии несколько сократятся из-за совершенствования энергосберегающих технологий, запасов энергетического сырья хватит максимум на 100 лет.
Однако положение усугубляется еще и несоответствием структуры запасов и потребления органического сырья. Так, 80% запасов органического топлива приходится на уголь и лигниты и лишь 20% на нефть и газ, в то время как 8/10 современного энергопотребления приходится на нефть и газ. Следовательно, временные рамки еще более сужаются.
Альтернативой органическому топливу и возобновляемым источником энергии является гидроэнергетика. Однако и здесь источник энергии достаточно сильно ограничен. Это связано с тем, что крупные реки, как правило, сильно удалены от промышленных центров либо их мощности практически полностью использованы. Таким образом, гидроэнергетика, в настоящий момент обеспечивающая около 10% производства энергии в мире, не сможет существенно увеличить эту цифру.
Огромный потенциал энергии Солнца (порядка 10 Q в среднем в сутки) мог бы теоретически обеспечить все мировые потребности энергетики. Но если отнести эту энергию на один квадратный метр поверхности Земли, то средняя тепловая мощность получится не более 200 Вт/м, или около 20 Вт/м электрической мощности при кпд преобразования в электроэнергию 10%. Это, очевидно, ограничивает возможности солнечной энергетики при создании электростанций большой мощности (для станции мощностью 1 млн. кВт площадь солнечных преобразователей должна быть около 100 км). Принципиальные трудности возникают и при анализе возможностей создания генераторов большой мощности, использующих энергию ветра, приливы и отливы в океане, геотермальную энергию, биогаз, растительное топливо и т.д. Все это приводит к выводу об ограниченности возможностей рассмотренных так называемых “воспроизводимых” и относительно экологически чистых ресурсов энергетики, по крайней мере, в относительно близком будущем. Хотя эффект от их использования при решении отдельных частных проблем энергообеспечения может быть уже сейчас весьма впечатляющим, суммарная доля воспроизводимых ресурсов в ближайшие 40 50 лет не превысит 15 20%.
Конечно, существует оптимизм по поводу возможностей термоядерной энергии и других эффективных способов получения энергии, интенсивно исследуемых наукой, но при современных масштабах энергопроизводства, при практическом освоении этих возможных источников потребуется несколько десятков лет из-за высокой капиталоемкости (до 30% всех капитальных затрат в промышленности требует энергетика) и соответствующей инерционности в реализации проектов. Так что в перспективе до середины следующего века можно ориентироваться на существенный вклад в мировую энергетику лишь тех новых источников, для которых уже сегодня решены принципиальные проблемы массового использования и создана техническая база для промышленного освоения. Единственным здесь конкурентом традиционному органическому топливу может быть только ядерная энергетика, обеспечивающая уже сейчас около 20% мирового производства электроэнергии с развитой сырьевой и производственной базой для дальнейшего развития отрасли.
Важнейшие факторы развития атомной энергетики
На все более конкурентном и многонациональном глобальном энергетическом рынке ряд важнейших факторов будет влиять не только на выбор вида энергии, но также и на степень и характер использования разных источников энергии. Эти факторы включают в себя:
оптимальное использование имеющихся ресурсов;
сокращение суммарных расходов;
сведение к минимуму экологических последствий;
убедительную демонстрацию безопасности;
удовлетворение потребностей национальной и международной политики.
Для ядерной энергии эти пять факторов определяют будущие стратегии в области топливного цикла и реакторов. Цель заключается в том, чтобы оптимизировать эти факторы.
Хотя достижение признания со стороны общественности не всегда включалось в качестве важнейшего фактора, в действительности этот фактор является жизненно важным для ядерной энергии. Необходимо открыто и достоверно ознакомить общественность и лиц, принимающих решения, с реальными выгодами ядерной энергетики. В следующем ниже обсуждении содержатся элементы убедительной аргументации. Растущее нежелание общественности, особенно в промышленно развитых странах, соглашаться с вводом новых промышленных установок сказывается на политике во всем энергетическом секторе и влияет на осуществление всех проектов энергетических установок.
Максимальное использование ресурсов
Известные и вероятные запасы урана должны обеспечить достаточное снабжение ядерным топливом в краткосрочном и среднесрочном плане, даже если реакторы будут работать главным образом с однократными циклами, предусматривающими захоронение отработавшего топлива. Проблемы в топливообеспечении атомной энергетики могут возникнуть лишь к 2030 году при условии развития и увеличения к этому времени атомных энергомощностей. Для их решения потребуются разведка и освоение новых месторождений урана на территории России, использование накопленных оружеййного и энергетического плутония и урана, развитие атомной энергетики на альтернативных видах ядерного топлива. Одна тонна оружейного плутония по теплотворному эквиваленту органического топлива при “сжигании” в тепловых реакторах в открытом топливном цикле соответствует 2,5 млрд. куб. м. природного газа. Приближенная оценка показывает, что общий энергетический потенциал оружейного сырья, с использованием в парке АЭС также реакторов на быстрых нейтронах, может соответствовать выработке 12-14 трлн. киловатт-часов электроэнергии, т.е 12-14 годовым её выработкам на уровне 1993 года, и сэкономить в электроэнергетике около 3,5 трлн.кубометров природного газа. Однако по мере роста спроса на уран и уменьшения его запасов, обусловленного необходимостью удовлетворять потребности растущих мощностей атомных станций, возникнет экономическая необходимость оптимального использования урана таким образом, чтобы вырабатывалась вся потенциально содержащаяся в нем энергия на единицу количества руды. Существуют разнообразные способы достижения этого в ходе процесса обогащения и на этапе эксплуатации. В долгосрочном плане потребуются повторное использование наработанных делящихся материалов в тепловых реакторах и внедрение быстрых реакторов-размножителей.
После техногенной катастрофы, случившейся в Чернобыле на атомной станции (1986 г.), во всем мире наблюдалось резкое снижение выработки электричества с помощью атомных установок. Только к 2000 году развитие ядерной энергетики в России и мире существенно продвинулось вперед.
Объяснить такое положение просто – потребление человечеством энергии постоянно растет. Хотя проводятся работы по нахождению, и даже реализации альтернативных источников, атомная энергетика по прежнему остается наиболее «работоспособной». КПД использования АЭС сегодня является самым высоким среди всех возможных способов получения энергии. И это притом, что активно эксплуатируются солнечные и водные источники (солнечные батареи, гидроэлектростанции).
Сегодняшние реалии для ядерной энергетики
Современные перспективы развития ядерной энергетики не слишком отличаются от тех, какие были еще в 1954 году (запуск первой советской АЭС). На данный момент только с помощью этого способа получения энергии можно обеспечить потребности человечества.
Некоторые скажут, что активно ведутся разработки по поиску и эксплуатации альтернативных источников. Безусловно, таковое имеет место быть. Ученые, например, давно заметили, насколько полезными могут быть природные источники – солнце и вода. Однако простые расчеты получаемого из солнечных лучей тепла дают однозначный вывод – этого количества энергии человечеству на все его нужды просто не хватит.
Такие же выводы имеются и для использования гидроэлектростанций. Хотя во многих случаях действительно реально и даже полезно переходить на альтернативные источники. Например, для обеспечения электричеством:
- жилых секторов (частные и многоквартирные дома);
- мини-заводов;
- предприятий, организаций;
- ферм и подобного.
К сожалению, запасы ядерной энергии заканчиваются. Ученые провели расчеты и получили настораживающие данные: даже с использованием энергосберегающих устройств, запасов имеющейся энергии хватить для нужд всего человечества только на 100 лет.
Такие перспективы ядерной энергетики сложно назвать радужными. Некоторые могут задаться вопросом: почему так происходит, если технический прогресс движется вперед «семимильными шагами»? Ответ довольно прост и буквально лежит на поверхности.
Почему энергии не хватит?
Все дело в том, что добыча энергии с помощью АЭС требует использования иных энергоносителей, в частности – газа. Не секрет для современного человека, что залежи природного газа неуклонно сокращаются. Человечество настолько «прожорливо», что недра Земли просто не успевают пополняться. Кроме того, следует учитывать и нынешнюю стоимость этого энергоносителя. Она является довольно высокой.
Если говорить о России, состояние многих АЭС является если не совсем плачевным, то очень близким к нему. На переоснащение, переоборудование, элементарный ремонт и постоянное обслуживание требуются финансы, и немалые. Технически устаревшие станции просто не в силах выдавать те масштабы, которые необходимы для человечества (хотя бы его части). И не смотря на это, Россия занимает лидирующие позиции в мире по добыче ядерной энергии.
Получается, в других странах ситуация с АЭС еще сложнее? Нет, это не соответствует действительности, о чем несложно догадаться. Но только на территории РФ находятся такие объемные залежи природного газа. Проще говоря, Европа не имеет возможности добывать больше атомной энергии просто потому, что у нее нет для этого достаточного количества энергоносителей.
Ядерная энергетика на данный момент является единственной возможность удовлетворять «аппетиты» человечества по количеству потребляемой энергии. К сожалению, перспективы развития ее слишком туманны. Хотя, многие страны заявляют о своих намерениях повышать уровень выработки энергии с помощью АЭС. Вопрос только в том, где они собираются добывать для этого газ?
Авария на АЭС «Фукусима-1» обратила взоры всего мира на вопросы ядерной безопасности. В Европе поднялась волна протестов против использования атомных электростанций, в Германии, Франции и Италии прошли антиядерные демонстрации. Во многих странах приостановились проекты по разработке АЭС. Германия объявила о закрытии семи станций, которые были введены в эксплуатацию до 1980 года, а также временном приостановлении продления срока использования АЭС. Швейцария, Республика Корея, Индия и Китай решили вторично утвердить проекты по развитию собственных атомных электростанций.
Будучи серьезной ядерной катастрофой за последние 50 лет, уступающей только Чернобыльской аварии, инцидент на АЭС «Фукусима-1» бросил тень на развитие глобальной ядерной энергетики, а также заставил людей задуматься: как будет развиваться путь новых источников энергии в будущем?
Возрождение ядерной энергии с целью ослабления давления с мировыми поставками источников энергии и климатическими изменениями
В мировых масштабах на сегодня 13-15% поставок электроэнергии приходится на ядерную. Главные страны – энергетические потребители в большей степени зависят от ядерной энергии, доля которой составляет: Франция – 77%, Республика Корея – 38%, Германия – 32%, Япония – 30%, США – 20%, Великобритания – 20%, Россия – 16%. По сравнению с этими странами, доля ядерной энергии в общей энергетической структуре Китая мала. Вплоть до марта 2011 года всего 13 станций были введены в эксплуатацию на территории КНР, которые по установленной мощности составляют около 1,8% от общего показателя.
Главной движущей для развития ядерной энергии силой является гарантия энергетических поставок, ответ на климатические изменения, сокращение выбросов парниковых газов. Ядерная энергия рассматривается в качестве отличной альтернативы для ископаемых видов топлива, а также в качестве важного средства по масштабному сокращению выбросов парниковых газов.
В связи с этим, хотя аварии на Чернобыле и Три-Майл Айланде в свое время стали причиной остановки строительства АЭС по всему миру на несколько десятилетий, поскольку сейчас постоянно растут потребности в источниках энергии, неотложной задачей является сокращение эмиссии парниковых газов, сегодняшней тенденцией стало развитие новых источников энергии, в том числе и ядерной, и она не изменится из-за случайных несчастных случаев. После аварии на АЭС «Фукусима-1», США, Франция, Великобритания и другие страны отчетливо заявили, что не будут отказываться от развития ядерной энергии из-за произошедшего.
Возобновляемые источники энергии: еще нет хороших альтернатив ядерной энергии
Согласно докладу «Инвестиционные тенденции устойчивого развития источников энергии в 2010 году», опубликованному Программой ООН по окружающей среде, в 2009 году возобновляемые источники энергии составляли 18% от общего показателя в мире, в том числе гидроэлектроэнергия занимала 15%, энергия ветра, солнца и биомассы – 3%. В Китае в 2009 году энергия угля была равна 75%, гидроэлектроэнергия составляла 22,5%, а доля энергии ветра, солнца и биомассы не достигала и 1%. Развитие различных видов возобновляемых источников энергии имеет свои ограничения, пока не найдена хорошая альтернатива ядерной энергии.
Гидроэлектроэнергия – наиболее зрелая технология использования возобновляемых источников энергии, широко используется по всему миру. В настоящее время водно-энергетические ресурсы развитых стран в основном разведаны, роста гидроэнергетического потенциала не ожидается. Строительство гидроэнергостанций в основном сконцентрировано в развивающихся странах. План 12-й пятилетки Китая также ставит цель масштабного развития гидроэлектроэнергии. По оценкам экспертов области, в будущие пять лет КНР ежегодно будет завершать строительство одной подобной ГЭС «Санься» станции, лишь так стране удастся осуществить намеченные цели. При снижении темпов развития ядерной энергии необходимо будет ускорять освоение гидроэлектроэнергии, задача непростая. С точки зрения долгосрочной перспективы, встает вопрос с недостатком водных ресурсов развивающихся стран, большой спор вызывают проблемы, связанные с загрязнением окружающей среды и экологическим ущербом в результате строительства ГЭС.
Использование энергии ветра и солнца легко может подвергаться ограничениям, имеющим отношение к географическим факторам и климату. В некоторых странах с благоприятными географическими и климатическими условиями, где преобладает небольшой спрос на энергоносители, энергия ветра и солнца могут стать основными источниками энергии. Однако для крупных стран-энергопотребителей, ветряную и солнечную энергию целесообразнее использовать в отдельных районах с благоприятным географическим положением и климатом, таким образом, образуется система распределенного энергоснабжения.
Энергия биомассы не подвергается ограничениям, связанным с географией и климатом, но здесь существуют другие проблемы, касающиеся недостатка биологических ресурсов, плохого их качества.
Атомная энергетика: продвигать развитие новых стратегических отраслей
Кроме гарантии поставок энергоносителей, ядерная энергетика оказывает заметное стимулирующее воздействие на общий промышленный уровень государства. Мировые ядерные державы, без сомнений, являются промышленно развитыми странами. Для развития ядерной энергетики необходимы огромные капиталовложения и высокие технологии, которые свидетельствуют о комплексной силе и стратегических возможностях того или иного государства. В определенной степени, наличие масштабной и передовой индустрии ядерной энергетики означает вступление страны в клуб мировых держав.
Атомная энергетика – отрасль, которая сосредотачивает в себе технологии и денежные средства, затрагивает развитие нескольких десятков других отраслей, в том числе и механики, металлургии, электроники, химии, аппаратов, инструментов и материалов. В связи с этим, развитие передовой ядерной энергетики предполагает приведение в действие лучших технологий других индустрий, всесторонне поднимает технический и инновационный уровень государства, способствует повышению уровня промышленного производства, тем самым, стимулирует промышленную модернизацию и развитие новых стратегических отраслей.
В настоящее время мир уже вступил в эпоху инноваций и промышленного возрождения, по-новому оформляется производственная цепочка в глобальной экономике. С одной стороны, основные страны мира с целью скорейшего выхода из международного финансового кризиса развивают индустрии стратегического характера, ищут новые научно-технические опоры для продвижения экономического роста; с другой стороны, со вступлением в 21-й век, в ядерной энергетике также прослеживаются признаки крупных научно-технических инноваций, например, строительство АЭС третьего поколения, предполагается, что ядерные технологии четвертого поколения вступят в стадию коммерциализации к 2030 году. В связи с этим, основные страны мира продвигают развитие ядерной энергетики, тем самым, стимулируют научно-технические инновации в стране, повышают уровень производства оборудования, а также делают упор на достижение экономического роста в будущем.
Будущее направление: более безопасная ядерная энергия
Авария на АЭС «Фукусима-1» не изменит будущие тенденции развития ядерной энергетики. Одновременно с этим, человечество вынесло для себя урок из произошедшей трагедии: необходимо больше уделять внимания ядерной безопасности, а также способствовать обновлению технологий. Авария на АЭС «Фукусима-1» ускорила закрытие старых электростанций в разных странах, а также способствовала использованию передовых и безопасных ядерных технологий третьего поколения. Всесторонне были подняты нормы безопасности на АЭС. После катастрофы в Японии, атомным электростанциям в мире были предъявлены более высокие требования в безопасности. Кроме того, усилился контроль над безопасностью на АЭС, тщательно выбирается место для строительства станций. Например, проекты по созданию АЭС в Хунане, Чунцине, Шэньси, Ганьсу и других местах, которые расположены в сейсмически опасных зонах, будут пересмотрены. -о-
В преддверии величайшей социальной революции в истории человечества разум обязан искать пути смягчения предстоящего переходного процесса. Такое смягчение может быть достигнуто, если мы сумеем сформулировать такие энергетические программы, которые дадут надежду людям на существенное увеличение энергетического производства без воздействия на биосферу Земли.
Поэтому сегодня важнейшей задачей, стоящей перед человечеством, является проблема создания экологически чистой энергетики, энергетики, способной работать длительное время без существенного влияния на биологическое равновесие планеты.
После решения уйти из ракетной тематики я, по рекомендации моего друга, профессора Московского энергетического института Михаила Ефимовича Дейча, встретился с его учеником, директором ВНИИ атомного энергетического машиностроения Геннадием Алексеевичем Филипповым. На моё признание в том, что я не знаю даже терминологии в стационарной энергетике, он ответил просто: «Ничего, разберётесь. Для меня главное то, что Вас рекомендовал Дейч». В результате, не зная ни тематики, ни одного человека в институте, я стал его заместителем по науке.
Я достаточно быстро вошёл в новую для себя проблематику. После Чернобыльской катастрофы министр энергетического машиностроения СССР Владимир Макарович Величко назначил меня руководителем работ по линии министерства на ЧАЭС. Наше министерство, обладая десятками крупнейших заводов, было поставщиком примерно 70% оборудования на все АЭС страны. Близкое знакомство в течение примерно года (с мая 1986 по июль 1987) с реальными проблемами радиационного поражения заставили меня начать плотно думать о будущей энергетике. В результате я пришёл к пониманию того, что в современном виде у атомной энергетики перспектив нет.
Основное назначение атомной энергетики – сократить потребление органического топлива и тем самым уменьшить потребление атмосферного кислорода и эмиссию углекислого газа в атмосферу Земли. Атомная энергетика в современном виде не в состоянии решить эту проблему. Несмотря на сорокалетнюю историю развития, её доля в общем энергетическом балансе планеты составляет всего несколько процентов. С точки зрения влияния на решение основной задачи, атомной энергетики сегодня просто нет. Есть только связанные с ней проблемы.
Прогнозы развития атомной энергетики, базирующейся на реакциях деления изотопов U 235 и Pu 239 , являются крайне пессимистическими. Увеличение генерирующих мощностей было запланировано только до 2007–2008 годов, да и то в основном за счёт Юго-Восточной Азии (3/4 всех новых мощностей планировалось ввести именно там). Во всех западных странах заказы на ввод новых блоков в предстоявшее десятилетие и далее были аннулированы. После 2008–2010 годов предполагалось начать массовый вывод из эксплуатации блоков, отработавших свой ресурс, что всегда бывает сопряжено с перемещением и захоронением огромных масс радиоактивных отходов. Западная общественность к проблеме перемещения отходов и сооружению хранилищ на своей территории относится резко отрицательно.
В учёном совете нашего института, например, начали появляться работы по выводу АЭС из эксплуатации. Предлагается практически их не трогать, а просто консервировать и ждать сотни лет. Причём стоить всё это будет сотни миллионов долларов по каждой станции плюс десятки миллионов ежегодно. Если и далее продолжить строительство современных АЭС, сколько же таких дорогостоящих памятников мы будем иметь уже в ближайшее время?
Наиболее популярна программа замкнутого топливного цикла с использованием быстрых реакторов для наработки плутония. В этой программе плутонию предназначается роль основного делящегося материала. (При широком развитии современной атомной энергетики без плутония не обойтись просто потому, что запасы 35-го урана по энергоёмкости не превышают разведанных запасов, например, нефти и газа). Программа абсолютно бесперспективна просто потому, что технологии с плутонием не могут найти широкого применения, поскольку плутоний является основным материалом для бомб. Для Запада нет ничего страшнее передачи плутониевых технологий развивающимся странам. А без развития атомной энергетики в этих странах проблему эмиссии не решить. Западные страны не будут развивать атомную энергетику из-за отходов, а развивающимся не дадут, поскольку Запад не хочет, чтобы плутоний оказался в других руках. Так что с бридерами тупик, и напрашивается следующий вывод: сегодня нет реальных предложений для решения основной технологической проблемы нашего времени, проблемы сокращения эмиссии углекислоты и потребления атмосферного кислорода . Есть только, что называется, организационные подходы, о которых говорилось выше. Они приведут к резкому обострению ситуации между 2010 и 2015 годами. Поэтому сегодня крайне важно предложить энергетическую программу, которая сумела бы ослабить напряжённость в международных отношениях в период перехода к адекватным формам социальной организации. По существу, сегодня речь идёт о спасении западной цивилизации от чрезмерных потерь .
Есть ещё одно чрезвычайно важное обстоятельство, которое делает невозможным широкое распространение современных ядерных технологий. Оно заключается в том, что современные технологии ориентированы на использование урана-235, а его, как было сказано, мало. К середине текущего века энергетические потребности человечества за счёт только земных ресурсов удовлетворить будет невозможно. Потребуется промышленно-энергетический выход в космос. Единственным средством для этого является как раз уран-235, поскольку с помощью химии крупные задачи в космосе решены быть не могут. Поэтому бездумное сжигание урана-235 – это не просто глупость, а преступление перед человечеством.
Для того чтобы найти подходы к решению энергетической проблемы, я в течение всех 90-х годов искал пути создания чистой ядерной энергетики. Такая схема вроде бы обозначилась. И если это действительно так, то это будет последний сравнительно дешёвый технологический подарок человечеству в период наступления сложнейших социальных преобразований.
Дело в том, что выделение положительной энергии при делении ядер начинается с массовых чисел в районе 60. В частности, деление ядер свинца и висмута, имеющих массовое число несколько больше двухсот, даёт энергию около 140–150 MэВ, в то время как уран и плутоний дают примерно 200 MэВ. Однако деление U 235 и Pu 239 , составляющих основу современной ядерной энергетики, происходит под действием нейтронов сравнительно низкой энергии (до 1 МэВ). Ядра же «неделящихся» актиноидов (Th, U 238) делятся при энергии более 1 MэВ. Нейтроны высоких энергий (более 10 МэВ) на Земле имеются только в космических лучах, интенсивность которых крайне мала. Поэтому основные процессы взаимодействия нейтронов высоких энергий с ядрами различных веществ (сечения ядерных реакций) изучены довольно слабо.
В принципе, нейтроны любых энергий можно получить при использовании ускорителей протонов. Однако эти ускорители имели до последнего времени крайне малые коэффициенты полезного действия. Только в конце XX века появились технологии, позволяющие создать ускорители протонов достаточно высокой эффективности. Это дало возможность начать эксперименты в области так называемой электроядерной энергетики. Все в мире пошли по пути получения на ускорителях нейтронов с энергией, достаточной для деления U 235 . Для этой цели требовались ускорители с энергией не более 1–1,5 ГэВ. В случае с «неделящимися» изотопами этой энергии мало.
Включиться в программу электроядерных экспериментов по урановой программе на ускорителе в г. Дубна нам помог последний из могикан советской атомной техники академик Валерий Иванович Субботин. Я с ним познакомился в 1986 году во время работы чернобыльских комиссий. В. И. Субботин познакомил меня с Александром Михайловичем Балдиным, директором лаборатории физики высоких энергий Объединённого института ядерной физики в г. Дубна. Александр Михайлович дал нам возможность принять участие в эксперименте на синхрофазотроне ИЯФ. Формально мы должны были разработать аппаратуру теплофизических измерений для уран-свинцовых сборок, используемых в электроядерных экспериментах. Поставить вопрос о проведении эксперимента сразу на сборках, состоящих из материалов актиноидной группы, было абсолютно нереально. Поэтому я договорился о проведении эксперимента на большой чисто свинцовой сборке при энергии протонов в 5 ГэВ. Однако принять участие в работе я не смог, поскольку после этого я надолго попал в больницу.
Эксперимент был выполнен в июле 1998 года. Его проводила большая международная группа, лидерами в которой были учёные из ФРГ. К сожалению, в части методического обеспечения той задачи, которую я ставил, он был сделан плохо. Я не был поставлен в известность о проведении эксперимента. Поэтому я не смог дать своих предложений по его методическому обеспечению. Термопары нормально сработали, большего для программы деления урана не требовалось, а потому материалы эксперимента, никем не востребованные, пролежали почти год. Когда после выхода из больницы в мае 1999 года я узнал, что эксперимент выполнен, я попросил показать мне его результаты. Одного взгляда на экспериментальные кривые было достаточно, чтобы увидеть то, что положительный результат всей программы не исключён.
Дело в том, что если реакция деления свинца не играет особой роли, то тепловыделение должно происходить только в центре свинцовой сборки за счёт торможения заряженных частиц, образующихся после разрушения ядер свинца и имеющих малый пробег в плотном веществе свинца. Однако было обнаружено, что термопара, расположенная на периферии мишени, начала нагреваться одновременно с центральными термопарами в момент включения пучка, к тому же всего в два раза слабее, чем центральная. Оценки показывают, что ни теплопроводность, ни нагрев за счёт термализации нейтронов, ни гамма-излучение, ни нагрев за счёт заряженных частиц не могут обеспечить наблюдаемый темп разогрева периферийной зоны. Об этом же говорят расчёты, которые были выполнены по моей просьбе Институтом прикладной математики РАН им. М. В. Келдыша по коду Лос-Аламосской лаборатории США. В эксперименте же грелась и периферия сборки. Это могло быть связано только с делением свинца. Результат требовал немедленной проверки, ввиду его исключительной важности.
Я начал требовать проведения чистого эксперимента по своей методике. Я написал массу писем В. В. Путину и членам его Правительства. Всё безрезультатно. Дело упирается, очевидно, в то, что у атомного лобби имеется огромное желание заработать на завозе отработавшего топлива из-за рубежа в Россию. Доказательство возможности создания ядерной энергетики, не использующей U 235 и Pu 239 , закроет навсегда этот миф. (Когда проводились слушания по этому вопросу в Думе, из всех специалистов, работающих в атомной энергетике, только В. И. Субботин и я выступили против варианта с завозом отработанного топлива. Нам не давали говорить. У меня, например, просто выключили микрофон.)
Каких-либо перспектив у современной схемы ядерной энергетики в любом случае просто нет. Видит Бог, я делал и буду делать всё, что могу, чтобы провести свой эксперимент. Его необходимо выполнить, ввиду его чрезвычайной важности. Тем более, что Миннауки и Минатом финансируют совершенно бессмысленные работы по делению урана в электроядерных схемах. Будто бы уран не делится и без ускорителей. В России существует большая, хорошо финансируемая программа по этой теме, руководимая министром Минатома.
Когда этот раздел был уже написан, мне позвонили из Миннауки и сообщили, что решение о финансировании эксперимента, наконец, после трёх лет изнурительной борьбы принято и его финансирование открыто. Эксперимент пройдёт в Протвино на ускорителе Института физики высоких энергий в марте – апреле 2002 года. Я не знаю, что повлияло на принятие этого решения. Депутат Государственной Думы от Арзамаса доктор физико-математических наук Иван Игнатьевич Никитчук послал два запроса в Министерство науки. В последнее время я предпринял несколько достаточно резких шагов. В частности, я имел откровенный разговор по телефону с первым заместителем министра Миннауки С. Б. Алёшиным. Мне представляется, что мне удалось его убедить.
Этот эксперимент мне нужен, чтобы точно знать, имеем ли мы последний технологический резерв для смягчения сложнейших социальных процессов в ближайшем будущем. Но если и его результат окажется отрицательным, то остаются только весьма болезненные организационные решения, о которых я говорил выше.
