Газета Завтра 905 (12 2011)

Завтра Газета

Игорь Острецов -- Третий звонок

В. АЛЕКСАНДРОВ

Современные ядерные технологии, в значительной степени дискредитированные масштабными катастрофами на АЭС "Три Майл Айлэнд" и в Чернобыле, потерпели новое грандиозное поражение.

Землетрясение и последовавшее за ним цунами разрушили систему аварийного охлаждения активной зоны АЭС Фукусима.

Как и положено, системы глушения реактора при первых ударах стихии сработали нормально и прервали цепную реакцию в активных зонах реакторов. Но в последующем необходимо было компенсировать остаточное тепловыделение в реакторах от накопленных за время их работы продуктов деления урана и, по-видимому, плутония, поскольку в японских реакторах из-за недостатка урана используется так называемое МОХ-топливо, представляющее собой смесь плутония и урана-238. Величина и время этого тепловыделения сильно зависят от времени работы реактора с данным комплектом тепловыделяющих элементов, и чем больше это время, тем больший вклад дают долгоживущие изотопы. Данные о наличии плутония и времени экспозиции тепловыделяющих элементов в активной зоне реакторов японцы практически замалчивают. И это обстоятельство не даёт возможности произвести оценки времени, в течение которого активную зону придётся охлаждать. Это тепловыделение составляет величину в несколько процентов от номинальной тепловой мощности реактора, равной в данном случае 1500 МВт, т.е. она может достигать величин в единицы МВТ. Недостаток охлаждения активной зоны в этом случае приведет к началу так называемой паро-циркониевой реакции, в результате которой начнётся интенсивное выделение водорода и дополнительного тепла. В силу этого, за неимением пресной воды, водоёмы которой были затоплены цунами, реактор пришлось охлаждать морской водой. Её можно подавать под оболочку (контайнмент), в которой расположен корпус реактора, а также внутрь реактора. При превышении давления в реакторе критических в отношении его прочности давлений происходит автоматический сброс избыточного давления под оболочку. Вместе с паром туда попадает и водород от паро-циркониевой реакции, который, взаимодействуя с воздухом, взрывается. Если топливо в активной зоне подплавлено и тепловыделяющие элементы потеряли герметичность, то со взрывом в атмосферу попадает и всё, что в нём содержится. В реальности это и было зафиксировано в первые дни после катастрофы. Но это всё — только "цветочки".

Ягодки наступают вслед за описанными событиями. Солёная вода, поступающая в ядерный реактор, испаряется. Пар выходит наружу, а соль остаётся в реакторе на всех поверхностях активной зоны. В результате активная зона может охлаждаться только снаружи реактора за счёт воды, подаваемой под оболочку реакторного отделения. Этого мало. Зона начинает перегреваться и, в конце концов, плавиться, а расплав — стекать в низ корпуса реактора. Корпус реактора разрушается, и расплав выходит за его пределы. Это так называемый "китайский синдром". В последних российских разработках по инициативе В. Асмолова разработаны и внедрены специальные ловушки активной зоны, находящиеся под реактором.

Если их нет, как в случае японских АЭС, то весьма вероятным становится сценарий с образованием критических масс со всеми последующими прелестями. Именно этого сейчас боятся больше всего. До Токио всего 240 км, и в этом районе проживает до 40 млн. человек.

Естественно, в силу недостатка информации данное описание событий может немного отличаться от реальности, но в целом оно, по-видимому, близко к изложенному. Тем более, что последние сообщения о полном расплавлении активной зоны в некоторых реакторах подтверждают самые пессимистические прогнозы.

Несмотря на уверенную браваду "специалистов" "Росатома", мировое сообщество обеспокоено не на шутку. Мало того, что потеряно несколько блоков в стране, весьма сильно зависящей от ядерной генерации электроэнергии, — в настоящее время речь идёт об угрозе радиационного загрязнения густонаселённых районов Японии, что практически может отбросить страну в каменный век. Каждая из стран, кроме России, конечно, примеряет на себя возможные последствия подобных событий на своей территории. Наиболее важными в этом смысле являются принципиальные решения Китая и Германии о приостановке своих программ в области ядерной энергетики. Такое решение уже давным-давно принято в США, просто об этом не принято говорить. Наоборот, нам постоянно твердят, что вот-вот, ну прямо завтра, в США начнётся ренессанс атомной энергетики. Я работаю в атомной энергетике с 1980 года и с тех пор постоянно слышу об этом. А ведь последний блок в США был заказан аж в 1978 году. И с тех пор они ничего нового не делают, несмотря на любые энергетические кризисы. Они просто "дожигают" свои старые блоки, любуются тем, как другие делают глупости по строительству новых АЭС, и помогают этим другим эти глупости делать. В США давным-давно поняли, что развивать атомную энергетику на основе урана-235 и плутония нельзя. Как известно, наши руководители тоже говорили об этом. В.В. Путин на саммите тысячелетия заявил: "Мировая ядерная энергетика в XXI веке должна быть избавлена от использования обогащённого урана и плутония" и "ядерная энергетика должна развиваться,

повторяю, при недискриминационном доступе всех желающих". В чём же причины того, что данная программа не только абсолютно необходима, но и реальна?

Оценки перспектив развития атомной энергетики зависят, в первую очередь, от наличия достаточных запасов ядерного топлива.

Уран не принадлежит к числу редких элементов. В земной коре его содержится около 4 частей на миллион, т. е. больше, чем таких довольно распространенных металлов, как серебро, ртуть, висмут и кадмий. Как полагают, общее количество урана в земной коре на глубинах до 19,5 км составляет около 1013 т. Но само по себе это число могло бы привести к ошибочным выводам, поскольку в большинстве месторождений руда настолько бедна (содержит 0,001% и менее урана), что извлекать из неё металл нерентабельно.

Если же не учитывать практически неограниченных количеств урана, рассеянного в земной коре и в океанах, то установленные "экономически доступные" его запасы (в тех рудах, где он содержится в большей концентрации, а потому его извлечение обходится не слишком дорого) по сравнению с будущей потребностью в электроэнергии весьма скромны. Недавно появилось исследование этого вопроса швейцарским физиком Микаэлем Диттмаром, установившим, что в ближайшие несколько лет мировая энергетика и, в первую очередь, ядерная энергетика таких стран-импортёров ядерного топлива, как Япония, может столкнуться с дефицитом урана. Причин дефицита к 2013 году (именно такой срок устанавливает автор) несколько. Во-первых, по данным Диттмара, ежегодно на производство электроэнергии уходит 65 тысяч тонн урана. И это при том, что сегодня вклад ядерной энергетики в общемировой энергетический баланс крайне мал. При ядерной составляющей в электроэнергетике в 16% и электроэнергетики в общем энергетическом балансе в мире примерно в 15% её вклад, таким образом, не превышает 3%. Т.е. её практически нет, а проблем она порождает массу. Для того, чтобы ядерная энергетика реально вытеснила органику, надо её долю увеличить минимум до 60-70%, т.е. в 30-40 раз. Примерно две трети из 65 тысяч тонн добывается в шахтах, а треть поступает из вторичных источников. К вторичным источникам относятся заводы по переработке топлива, а также военные арсеналы. Высокообогащённый уран в процессе разоружения поступает на перерабатывающие заводы. Например, согласно существующим договоренностям Россия продает США переработанную "начинку" ядерных ракет в рамках программы ВОУ-НОУ. По мнению Диттмара, к 2013 году гражданские запасы урана закончатся. Таким образом, если военные не захотят делиться топливом, дефицита не избежать. По подсчётам Диттмара, только в США и России военные запасы необогащённого урана составляют около 500 тысяч тонн. Второй причиной будущего недостатка урана швейцарец называет неверную оценку природных запасов этого элемента. В течение последних 40 лет каждые два года Международное агентстве по атомной энергии (МАГАТЭ) совместно с Агентством по ядерной энергетике публикуют доклады (названные "красными книгами"), посвященные состоянию ядерной энергетики и рынка ядерных ресурсов. В рамках своей работы Диттмар провел подробный анализ данных, приведенных в докладах. Ему удалось установить, что из заявленных запасов в 5,5 млн. тонн, 2,2 млн. являются "пока не открытыми", поэтому физик отказывается принимать их в расчет. Кроме этого оценка 3,3 миллиона тонн в уже открытых месторождениях переоценена, поэтому реальные запасы топлива могут оказаться значительно ниже.

Таким образом, основным фактором, ограничивающим масштабное развитие ядерной энергетики, является ограниченность доступных запасов урана-235, который является топливом для реакторов водо-водяного типа. Коммерческие запасы U235 не превышают по своему энергетическому потенциалу запасы нефти и не могут кардинально решить энергетическую проблему, а в России уран остался вообще только в Краснокаменске Читинской области и окончится он там примерно лет через пятнадцать.

Мировой порядок первой половины XXI века во многом будет определяться тем, как будет решена общая для всего человечества энергетическая проблема.

Энергетика, построенная на углеводородах, исторически себя исчерпала, и в течение ближайших десяти лет её рост будет закончен. Новых месторождений будет открываться всё меньше и меньше. При этом в ближайшие 30-50 лет замена углеводородной энергетики на любые виды альтернативной неядерной энергетики невозможна. Мировое энергопотребление к 2050 году по различным прогнозам достигнет 25 млрд. т.н.э. (тонн нефтяного эквивалента), что при сохранении неядерной в своей основе энергетики ведет человечество к ситуации катастрофической энергетической недостаточности в связи с истощением природных ресурсов и опасным потеплением климата.

Человечество стоит перед выбором: либо будет обеспечен переход к принципиально новому уровню энергопотребления и энергоэффективности — либо мир будет вынужден идти на ограничение потребления энергии, и наименьшим злом при подобных обстоятельствах станет кардинальное снижение материального благосостояния человечества. Наиболее же вероятным результатом нерешения энергетической проблемы станет погружение мира в пучину бесконечных войн за ресурсы и, прежде всего, за основной ресурс — энергию.