Открытие учёных России в ядерной энергетике

     По страницам СМИ.


     «Росатом» подготовил перспективную программу развития атомной энергетики, но  многие знающие тему эксперты считают, что это путь в прошлое.

      Правительство РФ утвердило проект «Прорыв» – план «Росатома» по сооружению в стране до 2030 года ряда объектов ядерной энергетики и отработке технологии полного замыкания ядерного топливного цикла. На Татарской АЭС будет построен и введён в эксплуатацию один энергоблок с мощностью 1250 МВт, на Нижегородской АЭС – два подобных энергоблока на 2510 МВт, на Белоярской АЭС – энергоблок №5 с реактором на быстрых нейтронах БН-1200, в Челябинской области – Южноуральская АЭС с реактором на быстрых нейтронах на 1200 МВт, в Северске Томской области – реактор БРЕСТ-300.

      Принятие столь масштабной программы, несомненно, ограничит возможности финансирования государством любых других энергетических проектов, ведь стоимость строительства одной только Курской АЭС-2 превысит 200 миллиардов рублей. Неудивительно поэтому, что не все наши эксперты безоговорочно поддержали это решение правительства, а некоторые выступили с разумной критикой по этому поводу.

 
           ЧТО ДАДУТ «БЫСТРЫЕ НЕЙТРОНЫ»

        Современная энергетика  в основном по-прежнему держится на углеводородах – львиная доля электричества, которое мы потребляем, получена путём сжигания нефти и газа. Но запасов углеводородов на планете хватит ещё на 40–60 лет, спад в добыче нефти и газа может начаться уже с 2020 года. Так что вопрос о том, как жить дальше, с каждым днём становится всё острее, а работы по поиску энергетической альтернативы – всё масштабнее.

       Если не считать возможности использования энергии ветра и Солнца, до недавнего времени науке были известны всего две такие возможности: извлечение энергии при делении ядер тяжёлых элементов и при слиянии ядер водорода. Обе весьма опасны: в первой приходится приручать атомный взрыв, во второй – термоядерную реакцию, которая питает звёзды и пугает нас водородным взрывом. Воплощение первого пути – атомная энергетика развивается с середины прошлого века, однако её доля в мировом энергобалансе меньше, чем даже вклад ветровой и солнечной энергетики – всего около 5,5%.

      Существует два класса ядерных реакторов: на медленных нейтронах (например, водо-водяные, или ВВЭР) и на быстрых нейтронах. Первые относительно безопасны в эксплуатации и составляют основу современной мировой атомной энергетики. Но работают они только на уране, обогащённом примерно до 5%, и это большая проблема, ведь даже при действующем уровне потребления мировые запасы урана, с разумной стоимостью добычи с таким обогащением до 130 долларов за килограмм, истощатся примерно через 100 лет.

      Реакторы на быстрых нейтронах (их называют бридерами, то есть размножителями) отличаются от всех остальных: плотность тепловыделения в них в разы больше, и в качестве теплоносителя вместо воды в них приходится использовать жидкий натрий или свинец. Там происходит очень интенсивное выделение нейтронов, которые поглощаются слоем урана-238, расположенного вокруг активной зоны. Этот уран превращается в плутоний-239, который затем тоже может использоваться в реакторе как делящийся элемент.

      Программа «Росатома» предполагает использовать блоки с «быстрыми» реакторами в сочетании с реакторами на тепловых нейтронах. По идее, бридеры помогут решить проблему накопления отработанного ядерного топлива (ОЯТ) «тепловых» реакторов и приблизиться к так называемому замкнутому ядерному топливному циклу (ЗЯТЦ) – когда объём и токсичность захораниваемого ОЯТ сравняется с объёмом и токсичностью природного сырья «на входе».

     Общий недостаток всей современной атомной энергетики состоит в том, что она фактически исключает возможность контроля за нераспространением ядерного оружия на Земле: каждое государство, имеющее современную АЭС, которая постоянно производит плутоний, теоретически может сделать свою собственную атомную бомбу.

     Второй путь предполагает генерацию энергии при управляемой термоядерной реакции. Однако термоядерные исследования в магнитных ловушках, проводимые в мире более 60 лет, так и не привели к созданию функционирующего реактора даже с КПД равным нулю – все они требуют куда больше энергии, чем вырабатывают сами. А нерешённые проблемы однозначно выльются в многомиллиардные затраты и десятки лет исследований. И вот вопрос: а есть ли у нас столько времени? Можем ли мы позволить себе ошибку в выборе энергетических приоритетов?

 
          КТО ПРОТИВ И ПОЧЕМУ?

      Бывший заместитель директора ВНИИ атомного энергетического машиностроения, профессор Игорь Острецов с единомышленниками, работая ещё в советском Минатоме, обнаружил: при облучении протонами высоких энергий даже свинца, или отработанного ядерного топлива, реакция деления с выделением энергии тоже происходит, но осколки деления имеют иной изотопный состав и быстро теряют активность.

      На этой основе был разработан новый способ извлечения энергии атома – релятивистскую ядерную технологию – и Острецов предложил свою программу развития ядерной энергетики, не без основания считая её совершенно безальтернативной. В самом деле, запасы природного и отвального (обеднённого) урана на планете весьма велики, а проблема нераспространения и задача утилизации отработанного ядерного топлива решаются при таком образе действий сами собой.

      Что касается бридеров,  то увеличить вклад атомной энергетики в общемировой энергетический баланс таким способом не удастся, ибо коэффициент воспроизводства топлива в этой технологии – меньше единицы. Бридеры критически нуждаются в высокообогащённом уране. Запасы же такого урана в природе крайне ограничены, мир уже сегодня ощущает урановый дефицит. Может ли такая технология стать полноценной альтернативой углеводородной энергетике? Ответ однозначный: нет, не может. Мало того, она сложна и потому требует огромных затрат.

     Наконец, она крайне опасна. Одно из её «тонких мест» – система охлаждения, где циркулирует жидкий натрий. На открытом воздухе он жадно поглощает атмосферную влагу, горит и взрывается, и водой его не зальёшь. А в бридере, наполненном радиоактивным топливом, этого натрия десятки тонн, а если авария? И аварии сопровождают развитие бридеров с самого начала. Первый в мире бридер, «Энрико Ферми», в 1957-м запустили США, серьёзная авария произошла там уже в 1966-м, и в 1972-м он остановлен. В 1995 году в Японии из-за утечки 20 тонн радиоактивного натрия едва не взлетел на воздух бридер «Монзю». Оба французских бридера, «Феникс» и «Суперфеникс», тоже были заглушены из-за неполадок.

    Когда в США при Буше была принята национальная программа по развитию реакторов на «быстрых» нейтронах, то впечатление было такое, что это были пустые декларации, с одной лишь целью – заставить Россию выбрать этот путь и пойти по нему. Подождать, пока мы создадим программу, мобилизуем ресурсы, производственные мощности, специалистов, а самим после двинуть в другую сторону. Но у них после этого к власти пришёл Обама и свернул бридерную программу США как абсолютно абсурдную. И назначил министром энергетики США человека из Массачусетского технологического института Эрнеста Мониза, специалиста по ускорителям элементарных частиц. Можно считать этот шаг знаковым, внимательному наблюдателю он всё объясняет.

       Альтернатива бридерам есть: это новый метод генерации энергии Острецова, который назвали ядерными релятивистскими технологиями (ЯРТ). Принцип – совместить ядерный реактор с ускорителем элементарных частиц. Результат – ядерная релятивистская электростанция, ЯРЭС – без сверхкритической массы делящихся продуктов и потому абсолютно взрывобезопасная. Она сможет работать на уране из отвалов радиохимических предприятий, на природном уране, на тории. И будет способна «дожигать» в короткоживущие изотопы всю ту гадость, которую сегодня не известно куда девать – радиоактивные отходы и облучённое ядерное топливо, а также полностью перерабатывать долгоживущие продукты – актиноиды тепловыделяющих элементов подлодок и старых АЭС. Что сократит объём радиоактивных отходов в разы и решит проблему нехватки урана для атомных станций, что кажется фантастическим, но не заинтересовало правительство России.

      А ведь всё основано на отечественных разработках. Сердце ЯРЭС – линейный ускоритель Богомолова на обратной волне, сверхкомпактная машина по производству протонов с энергиями порядка 10 ГэВ (гигаэлектронвольт). Классическому ускорителю на каждый ГэВ на выходе нужен 1 километр длины (на 4 ГэВ – 4 километра). А 4ГэВ-ускоритель Богомолова легко помещается в грузовой отсек транспортного самолёта Ан-124 «Руслан». Это советская разработка, изобретение  сокурсника И. Острецова по МФТИ Алексея Богомолова. Не все ещё забыли разговоры про советский асимметричный и недорогой ответ на американскую программу «звёздных войн» Рональда Рейгана?

      Богомоловская машина была частью советского ответа Рейгану – габаритами с железнодорожный вагон, на борту «Руслана» она становится обнаружителем ядерного оружия на большом расстоянии и может уничтожать его пучком протонов. Будь она сегодня на вооружении отечественной морской авиации, фактически обнулила бы весь авианосный флот США.


         Почему же в России до сих пор нет госпрограммы развития ЯРТ?

      Рядом аспектов развития ЯРТ и подобными системами занимается Физико-энергетический институт им. А.И. Лейпунского в городе Обнинске (ФЭИ). Некоторые эксперименты ведутся и в Дубне, но при очень скудном финансировании. Бьётся за ЯРТ Валерий Чилап, глава Центра физико-технических проектов «Атомэнергомаш». Он вложил в эксперименты по ЯРТ на массивной урановой сборке в Дубне почти все собственные средства и годами обивает пороги росатомовского начальства, добиваясь (задумаемся!) объективной экспертизы проекта разработки ЯРТ.   

      Но как можно держать такие вещи в долгом ящике? Люди, представляющие интересы государства в важнейших вопросах национальной безопасности, настолько безответственны, до такой степени являются перестраховщиками в страхе совершить ошибку, которая может стоить России её суверенитета, если не забывать, что, с недавних пор бывший министр энергетики США – специалист по ускорителям элементарных частиц!

      Кстати: кто сегодня знает, что мы создали радиолокатор на год раньше британцев? Был такой Павел Ощепков, служил на Алтае лейтенантом инженерных войск. Он придумал, как определять положение и скорость самолётов при помощи электромагнитных волн. Спроектировал конструкцию и, как положено, написал докладную своему начальнику. Тот ничего не понял и отправил докладную наверх. Так бумага Ощепкова миновала с десяток командиров и за один (!) месяц добралась до стола самого Ворошилова. Тот тоже ничего не понял и тоже ответственности на себя не взял – собрал экстренное заседание Академии наук СССР и пригласил туда изобретателя. Академики его выслушали и постановили: по науке всё возможно, но априори результат неизвестен. Поэтому академику Иоффе и лейтенанту Ощепкову решили выделить людей и средства для постройки прототипа и его полевых испытаний. Результат доложили «самому» уже через месяц: есть радиолокатор! В 1934 году! Вот что значит система!


           СТАВКИ СДЕЛАНЫ?

      Для полноты картины были заданы вопросы руководителю проекта департамента коммуникаций Госкорпорации «Росатом» Андрею Иванову: существует ли консолидированное мнение экспертов «Росатома» по предложениям Острецова и его единомышленников?

     Андрей Иванов изложил официальную позицию госкорпорации с исчерпывающей ясностью: «Какой-либо государственной программы или проекта ЯРТ на уровне ведущих российских институтов или РАН в настоящее время нет».

     А источник, близкий к «Росатому» и пожелавший остаться за кадром, пояснил, что никто в корпорации проекта ядерной релятивистской технологии (ЯРТ) Острецова не видел, не говоря уж о научном и экономическом обосновании тех идей, которые тот постоянно озвучивает для СМИ.

      «Но даже если бы он и представил нечто подобное на нашу экспертизу, полагаю, что обратился бы он не по адресу, ведь «Росатом» – это организация практиков, мы воплощаем в жизнь инновации, уже прошедшие путь от физической идеи до надёжно, эффективно и безопасно работающих энергетических установок. А с голыми идеями ему надо в Курчатовский институт, это их прямой профиль. И не будем изображать «Росатом» этаким монстром, который тормозит прогресс человечества. Просто потому, что объективно это не так. Мы – практики, этим и интересны», – добавил он.


       Что же касается состоятельности собственной энергетической программы «Росатома», то своё мнение высказали ряд ведущих специалистов отрасли.

       Андрей Говердовский, директор ГНЦ ФЭИ им. Лейпунского:
      – Да, в топливе реакторов ВВЭР используется уран-235, реакторы же на быстрых нейтронах уникальны – они способны размножать топливо, превращая непригодный для «горения» уран-238 в пригодный для «горения» плутоний. Да, здесь есть много проблем. Необходимо заставить вращаться топливо внутри замкнутой энергетической системы, попутно сжигать много радиоактивных отходов. Эти проблемы и может решить проект Острецова и Богомолова, создавая реакторы и систему обращения с ОЯТ для замкнутого ядерного топливного цикла и реакторы на быстрых нейтронах – его основа. В  России более 30 лет эффективно эксплуатируется БН-600 с натриевым теплоносителем,  ввели в работу БН-800, поэтому в атомной энергетике будущего, которая может решить проблему накопленных отходов, Россия ещё можем быть мировым лидером.

      Валерий Беззубцев, замгендиректора, директор по технологическому развитию АО «Концерн Росэнергоатом»:
      – Цель проекта сооружения энергоблока с реактором БН-800 – переход от открытого топливного цикла с урановым топливом (БН-600) к замкнутому топливному циклу с уранплутониевым смешанным топливом, создание пилотного производства смешанного топлива и отработка замкнутого цикла с его внедрением в производство. Эта технология основана на использовании уранплутониевого топлива и взаимодополняющей работы традиционных и «быстрых» реакторов, способной обеспечить сырьевую независимость и малоотходность атомной энергетики России. Она вовлекает в энергопроизводство уран-238 из накопленных отвалов, отработавшее ядерное топливо и накопленный плутоний, чем минимизирует отходы, подлежащие окончательной изоляции.

      В такой энергетике главное для нас – безопасность: хотя уже есть многолетний успешный опыт эксплуатации БН-600, этого недостаточно. Поэтому проект БН-800 включает пассивные системы безопасности, которые обеспечивают минимальную вероятность аварии с расплавлением активной зоны и исключают выделение плутония в топливном цикле при переработке облучённого ядерного топлива. Этот проект нужен для отработки технологии реакторов на «быстрых» нейтронах с использованием уранплутониевого топлива. Этот опыт будет учтён в проекте БН-1200 – после разработки и утверждения проектной документации, успешного строительства и опыта эксплуатации «головного» энергоблока он должен стать первым в серии таких же БН-1200 на других АЭС. Реактор БН-800 нужен и для отработки технологий ЗЯТЦ – на нём будет использоваться МОКС-топливо на основе плутония, выделенного при переработке уже отработавшего ядерного топлива других реакторов. В настоящее время такой плутоний хранится на складах, и наша задача – утилизировать его в быстрых реакторах.

       Отмечу, что не мы одни сделали ставку на быстрые реакторы: ещё в 1987 году руководство КНР включило в свою госпрограмму по развитию высоких технологий проект 863, «Развитие технологии быстрого реактора-бридера». Они решили создать у себя экспериментальный реактор на «быстрых» нейтронах CEFR, 65 МВт тепловой мощности и 20 МВт – электрической, и для оптимизации расходов привлечь иностранцев. Их выбор пал на Россию, что неудивительно – именно у нас самый большой в мире опыт в этой сфере. Это наше сотрудничество с КНР началось в 1992 году, в июле 2010 года мы совершили успешный пуск экспериментального реактора CEFR, в 2011-м подключили его к электросети. А в августе 2010-го РФ и КНР подписали соглашение о строительстве двух энергоблоков на быстрых нейтронах типа БН-800. По стратегическому плану развития атомной энергетики КНР замыкание ядерно-топливного цикла будет достигнуто ими в 2030-х годах. И мы хорошо знаем, как китайцы умеют выполнять то, что наметили.

 
       ЯДЕРНЫЙ КАСКАД.

      А удовлетворён ли профессор Острецов реакцией экспертов «Росатома»? Вот что сказал Игорь Николаевич:
      – Хорошо, что «Росатом» наконец-то обозначил свою позицию по ЯРТ. Она, как мы видим, сводится к следующим положениям:
      1. Искать новые направления в развитии атомной энергетики – не его дело. Этим должен заниматься Курчатовский институт.
      2. Очевидно, поэтому он развивает только то, что получил в наследство от советской атомной промышленности.
      3. Для поддержки ЯРТ ему нужны хорошо проработанные предложения.
      4. Таким образом, решение может принять только руководство страны. Оно должно собрать и провести совещание по этому вопросу, иначе, как говорит НИЦ «Курчатовский институт»: «Сейчас живёт последнее поколение людей».

       «Позиция Курчатовского института сегодня однозначна: поскольку в бридерах коэффициент воспроизводства топлива – меньше единицы, без создания мощного источника нейтронов в ближайшей перспективе человечество не выживет. В чём я с ними полностью согласен. Однако в качестве источника нейтронов для извлечения энергии атома эксперты института предлагают термоядерный источник нейтронов, который ещё не создан. Я же предлагаю использовать для этого ядерный каскад, инициированный релятивистскими заряженными частицами в актиноидной мишени полного поглощения, то есть ЯРТ. И считаю, что другой альтернативы для выживания человечества в XXI веке нет.

      В середине августа прошлого года президент Владимир Путин поручил правительству, Госкорпорации «Росатом» и НИЦ «Курчатовский институт» подготовить до 1 марта 2017 года предложения о возможности применения в качестве перспективного сырья для ядерного топлива… тория. Его содержание в земной коре в 45 раз выше содержания урана, а месторождения более доступны. Заметим, что в контексте нашего разговора этот вариант имеет явные признаки временного компромисса. К настоящему моменту, однако, по открытым источникам не проходило никаких данных о результатах исполнения этого поручения президента.»

 
         ИЗ ДОСЬЕ «СОВЕРШЕННО СЕКРЕТНО»:

     Игорь Острецов (род.1939) – д. т. н., профессор, бывший заместитель директора ВНИИ атомного энергетического машиностроения, один из виднейших специалистов по атомной энергетике, автор ряда важных открытий в этой области, руководитель работ по ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС со стороны Министерства энергетического машиностроения СССР.

       В 1998 году он провёл эксперимент по облучению свинцовой сборки протонами с энергией 5 ГэВ на большом ускорителе Института ядерной физики в Дубне. Очень слабо делящийся свинец нагрелся в разы сильнее, чем предсказывалось проведёнными расчётами! Это были первые указания на возможность создания релятивистской ядерной энергетики – сочетания ускорителя и подкритического реактора, где не нужны ни уран-235, ни плутоний-239. В 2002-м аналогичный опыт был проведён под его руководством на ускорителе в Протвино. 12-часовое облучение свинцовой мишени протонами в диапазоне энергий от 6 до 20 ГэВ привело к тому, что свинец, который сразу после облучения очень сильно «светил», уже через 10 дней снизил активность до уровня естественного фона. Было доказано: ядерная релятивистская энергетика на «грубых» видах топлива – на обеднённом уране, тории, отработанном ядерном топливе – возможна. Провести подобные эксперименты с торием и ураном-238 Острецову не удалось из-за организационных проблем…