Так может выглядеть котел взрывного сгорания. В стальной емкости (1) содержится несколько десятков тысяч тонн теплоносителя - жидкого натрия (2). Заряд (3) собирают из отдельных компонентов и опускают в емкость по каналу доставки (4). После взрыва горячий жидкий натрий поступает в теплообменник (5), где производится водяной пар высокого давления. Пар вращает турбину (6), соединенную с электрическим генератором. Для осколков деления (порядка тонны в год) оборудован могильник (7); "недогоревшее" топливо (уран, плутоний) и продукты реакции (гелий-3, тритий) направляют в переработку.
Дейтерий - изотоп водорода с одним "лишним" нейтроном в ядре - экологически чистое, дешевое и доступное в неограниченных количествах топливо, поскольку выделяется из обычной воды. В одной тонне воды его столько, что им можно заменить 250 тонн нефти. Соответственно и внимание к нему повышенное. Пока, правда, лишь в научной среде. Например, ученые из Российского федерального ядерного центра - Всероссийского научно-исследовательского института технической физики (РФЯЦ-ВНИИТФ) города Снежинска (ранее Челябинск-70) предлагают взрывать небольшие термоядерные заряды. По их убеждению, тем самым можно спасти мир от энергетического голода и экологической катастрофы, а страну - от нищеты. Российские оружейники однажды уже спасли мир от третьей мировой войны, создав стратегическое ядерное и термоядерное оружие. Что же они предлагают XXI столетию?
Снежинцы готовы спроектировать и построить энергоустановку взрывной дейтериевой энергетики (ВДЭ) - "котел взрывного сгорания" (КВС). Это такая железобетонная бочка диаметром около 150 и высотой 200 метров, толщина стенки - 35 метров. Внутри она облицована 20-сантиметровой сталью, а сверху засыпана грунтом толщиной более сотни метров. В этом сооружении, именуемом в проекте "КВС10", внутри защитного слоя жидкого натрия с помощью дейтериевых взрывов мощностью до 10 килотонн тротилового эквивалента можно каждые полчаса получать 37 гигаватт тепловой энергии, что равноценно 25 миллионам тонн нефтяного эквивалента в год.
К слову сказать, взрывные технологии для человечества не в диковинку. Передвигаемся же мы на автомобилях, в чреве которых ежесекундно происходят десятки взрывов, создающих давление намного большее, чем в КВС. Мощные взрывы для мирных целей тоже не новость. Разработке концепции взрывной дейтериевой энергетики предшествовало создание специалистами РФЯЦ - ВНИИТФ под руководством академиков Е. И. Забабахина, Е. Н. Аврорина и Б. В. Литвинова "чистых" дейтериевых зарядов. Ведь научно-технический потенциал института изначально был направлен не только на создание оружия. Для промышленного применения, например, были разработаны полтора десятка типов ядерных зарядов, девять из которых многократно использовались для сейсмозондирования и тушения газовых пожаров, захоронения ядовитых отходов и предотвращения взрывов метана в угольных шахтах, для многих других проектов. "Вскрышные" работы и "рыхление" полезных ископаемых потребовали создания зарядов с еще большей "чистотой" по образуемым радиоактивным "осколкам" (и они были созданы), чем требуется для работы КВС.
Большинство соавторов концепции ВДЭ участвовали в этих работах и помнят "детали, в которых кроется дьявол". Мой собеседник в 1983 году получил Государственную премию за "диагностику термоядерного горения". Об идеях ядерной взрывной энергетики он узнал в начале 60-х годов из зарубежных публикаций, хотя в СССР они высказывались с конца 40-х. Узнав же, не очень-то воспринял на фоне "грядущих успехов" в управляемом термоядерном синтезе (УТС), бридерной энергетике, имеющихся "неисчерпаемых запасов нефти". Заблуждения исчезали в указанном порядке к началу 70-х, 80-х, 90-х годов. Наконец его первую публикацию, сотканную из сомнений, одобрили, и в 1993 году она увидела свет. Рассказывает руководитель проекта по созданию КВС-электростанции, доктор физико-математических наук Геннадий Алексеевич Иванов.
- Чем привлекательна идея КВС?
- В ее осуществлении нет принципиальных проблем. Большая часть того, что нужно для создания экспериментального КВС, уже сделана. Производить термоядерные взрывы дейтерия мощностью в десятки тонн и даже одну килотонну научились давно. Проблема создания сверхвысоких температур и давлений, необходимых для "управляемых" взрывов мощностью в тонны тротилового эквивалента, при этом снимается, поскольку горение дейтерия инициируется небольшим взрывом заряда, состоящего из урана-233. В природе он не встречается; его получают из достаточно распространенного в природе тория. Причем тория и урана для взрывной энергетики требуется в тысячи раз меньше, чем для работы АЭС той же мощности. Соответственно в сотни раз уменьшается количество радиоактивных отходов, а химические загрязнения практически отсутствуют.
- И все-таки почему вы считаете УТС - управляемый термоядерный синтез - заблуждением?
- В бомбах выполнения условия термоядерного горения достигли за пятилетку. Это породило, по-моему, иллюзию, что миллиграмм дейтерия можно зажечь так же, как килограмм. "Фотографируя" горящий термояд, мы поняли, что это не так. На одной из конференций в 2001 году мы рассказали о своих безуспешных попытках зажечь малые количества смеси дейтерия и трития (эту смесь зажечь намного легче, чем чистый дейтерий), используя энергию ядерного взрыва. Может быть, когда-то кто-нибудь и научится это делать, но все равно экономичность "микро-КВС", скорее всего, фантастика. Так что практический прогресс в этой области пока отсутствует, во всяком случае он слишком медленный, чтобы успеть заменить заканчивающиеся нефть и газ.
- Специалисты по УТС, конечно, с вами не согласны?
- Один из "отцов" УТС - Андрей Дмитриевич Сахаров в 1977 году опубликовал статью "Ядерная энергетика и свобода Запада", в которой призывал Запад вернуться к термоядерным взрывам, чтобы "не попасть в унизительную зависимость от углеводородного топлива СССР". Такую позицию он обосновывал медленным прогрессом в области УТС и бридерной - основанной на работе реакторов-размножителей на быстрых нейтронах - энергетике.
- Однако в бридерных реакторах наметились успехи?
- Успех есть, но для их работы сначала нужно добыть и переработать в плутоний огромное количество природного урана, затем, понемногу добавляя к плутонию уран-238, получить самовоспроизводящееся топливо. Урана хватит надолго из-за малой совокупной мощности реакторов. Авторы концепции подсчитали, что к 2050 году в мире можно будет производить около 7 тераватт (ТВт) ядерной энергии, а 20 ТВт предлагается получать от "других источников". Каких, не вполне понятно, но к тому времени на Земле, кроме угля, практически ничего не останется. Такого количества угольной энергетики планета не выдержит, а комплексные прогнозы говорят, что при этом даже пищи для 10 миллиардов человек произвести не удастся. В 1977 году группа ученых под руководством академика Легасова оценила необходимую энерговооруженность на 2050 год в 20 кВт на человека - миру к этому моменту может потребоваться 200 ТВт.
- Получается, что избежать энергетической катастрофы можно только переходом на КВС?
- Это ужасно, но существует "альтернативный" путь: быстро уменьшить население планеты до "золотого миллиарда". Некоторые критики проекта КВС поговаривают, что кое-кто из политиков может и на это решиться, не спрашивая "ни физиков, ни лириков", а назвав все "скачком в стабильность". Не стоит надеяться и на медленное снижение количества населения, следуя прогнозам демографов. Производство энергии, судя по всему, должно расти, и 200 ТВт смогут произвести только КВС! Другие источники просто не успеют.
- Стоит ли так спешить? Некоторые специалисты считают, что нефти на XXI век хватит, а внедрение новых технологий и вовсе поможет снизить энергетические затраты.
- Даже для "золотого миллиарда" нефти надолго не хватит. Если этот "миллиард" начнет жить по нынешним стандартам США, нефти потребуется 10 миллиардов тонн в год, или триллион тонн на XXI век. Если человек будет только ездить, летать и пахать по этим стандартам, на век нужно 400 миллиардов тонн. Но, по разным оценкам, в недрах Земли осталось от 120 до 160 миллиардов тонн нефти. По любому из прогнозов, нефти хватит только для современного населения с "привычками" США. В любом случае за прошедшие 10 лет потребление нефти устойчиво вырастало на 3-5 процентов ежегодно. Где экономия от "высоких технологий"? Компьютер стал потреблять меньше, но трактор, тянущий плуг, давно работает вблизи предела. Сейчас доступной нефти в мире осталось от 20 до 30 тонн на каждого землянина вместе с его потомками. Когда началась Вторая мировая война, ее было по 120-170 тонн на человека. Если военные убедят политиков, что "минимальный военный резерв" составляет 5 тонн на человека, пахать землю станет нечем уже в 2015 году.
- Вы предлагаете безопасный ядерный взрыв. Даже в Минатоме в это не все верят: вдруг рванет в сто первый раз?
- В мире за полвека было собрано несколько десятков тысяч ядерных боеприпасов. Дважды их преднамеренно взрывали над Японией. Дважды "роняли" наши конкуренты и даже один раз распылили без ядерного взрыва несколько килограммов плутония над испанскими помидорами. "Цивилизованное человечество" эти случаи не признает "катастрофами века". Таковой считают превышение допустимой мощности одного из сотен реакторов на несколько секунд. Специалисты знают, что превышение энергии взрыва даже на 10 процентов - редкость, возможностей для снижения - много. Запас прочности в КВС планируется в 5-10 раз. И если в реактор закладывается запас топлива на годы, то в КВС - на полчаса. Неконтролируемую энергию в нем просто взять негде. Если же топливо "хорошо переложить", дейтерий совсем не взорвется. Для реакторщиков это не совсем привычная ситуация. К тому же в КВС заряд будут собирать дистанционно непосредственно во взрывной камере из частей, которые по отдельности к ядерному взрыву не способны. Максимум, что может произойти "нехорошего", - это взрыв в отсутствие натриевой защитной стенки в камере. Тогда внутренняя стальная оболочка будет повреждена, котел окажется непригодным к дальнейшей эксплуатации, но утечки радиоактивных материалов не произойдет.
- Но как быть с режимом нераспространения? Да и терроризм, однако, набирает силу?
- Делящийся материал, используемый в КВС, не может быть накоплен террористами, ни одиночкой, ни государством. Используя его сразу после выделения, персонал работает без опасений. Но уже через месяц террорист, собирающий из него бомбу, обречен на гибель. Красть готовый заряд тоже бесполезно: через час после сборки и "заправки" он теряет способность взрываться. Объясняется это просто. Уран в заряде облучают быстрыми нейтронами. При этом нейтрон, попавший в ядро урана-233, с некоторой вероятностью выбивает из него два, образуя ядро урана-232. Уран-232 имеет период полураспада 70 лет, поэтому активность его высока. К тому же от нейтронного излучения урана легко защититься: его сильно поглощает вода. Но в продуктах цепочки превращений урана-232 имеется таллий-208, испускающий "жесткое" гамма-излучение с энергией 2,7 МэВ. И если "топливо" заряда в первые часы не представляет опасности, поскольку в нем еще нет таллия, то уже через неделю с ним лучше обращаться только с помощью роботов. Активная зона реактора из урана, выработанного для КВС, будет крайне опасна для человека через месяц после изготовления. Ведь постепенно скорость наработки таллия растет, и через несколько часов материал "демаскирует" себя, через сутки создает проблемы с соблюдением норм радиационной безопасности, через неделю становится опасен, а через месяц - смертелен для сборщика заряда и даже "подносчика боеприпаса". Так что "не позавидуешь террористу!" - сказал Андрей Дмитриевич Сахаров еще четверть века назад по поводу установки, схожей с КВС, в уже упомянутой статье.
- А не получится ли так, как написала "Российская газета": "Прямое использование в КВС оружейных технологий приведет к тому, что третьи страны получат ядерное и термоядерное оружие в чистом виде "
- А " режим нераспространения станет понятием более чем условным если не убрать военные технологии из мирного применения, никакие спецслужбы не уберегут столь опасную информацию от утечки". Но ведь КВС мы предлагаем строить только в России, взрывать поручим военным, ранее "державшим ядерную кнопку": безопасность от этого только выиграет. Они знают, как не допустить "утечки". Тест на "профпригодность русских" достаточно убедительный. А поборники "нераспространения" должны бояться, на мой взгляд, другого. Вдруг все-таки "зажгут" УТС? Тогда появятся специалисты "умнее нынешних", бомбы они соорудят "не хуже теперешних" из любого реакторного топлива да еще научат этому ремеслу "кочегаров" из мелких "котельных", использующих УТС. Для замены энергетики России на УТС "кочегаров" потребуется не меньше полумиллиона, для замены на КВС - не больше трех тысяч. Террорист же, намеревающийся достичь своей цели, с большой вероятностью может найти вариант попроще. Безъядерный сентябрьский теракт в Нью-Йорке, "инициированный" ножом, по числу убитых сравним с ядерным в Нагасаки
- Получается, что Россия должна стать родиной КВС: топлива для него требуется мало, химические загрязнения отсутствуют, а радиоактивных отходов образуется гораздо меньше, чем при сжигании угля?
- Да, ни у угля, ни у бридерных реакторов такой возможности нет, если даже "конец нефти" наступит только в 2050 году. При переходе с углеводородного топлива и на КВС, и на уголь, и на АЭС возникает одна и та же проблема: до того как полезная энергия энергоустановки будет использована, необходимо вложить значительные средства. При постройке КВС - это затраты на сооружение корпуса, способного выдержать ядерные взрывы. В случае бридерных реакторов - на получение плутония. При переходе на уголь - на сооружение шахт, железных дорог, вагонов, котлов и т. п. То есть, если заменять нефть углем, энергия, затраченная на развитие угольной индустрии, будет возвращена только к 2040 году. Бридерная энергетика может скомпенсировать затраты еще на 10-15 лет позже. У КВС такие шансы есть уже к 2025 году, но запас времени с каждым годом уменьшается.
- Что требуется еще?
- Только политическое решение высшего руководства страны, чтобы построить опытный образец КВС. Ведь котел взрывного сгорания подпадает под действие Договора о всеобщем запрещении ядерных испытаний. Договор допускает их мирные применения (на этом в свое время настоял Китай), но оговаривает процедурами, оставляющими потенциальных инвесторов в неведении относительно сроков внедрения КВС. Этот документ предусматривает, что государство, желающее провести соответствующие испытания, должно доказать их мирный характер.
"У российской взрывной дейтериевой энергетики много преимуществ. Это одна из немногих "высоких технологий", соответствующих нашему развитию и истинным потребностям человечества", - убежден руководитель проекта Геннадий Алексеевич Иванов.
Да и большая часть пути уже пройдена - создан источник дейтериевой энергии. По мнению разработчиков, пора спроектировать и построить экспериментальный котел взрывного сгорания, проверить на нем правильность всех технических решений и в течение нескольких лет производить коммерчески выгодную энергию. Минимальная энергия взрыва в котле, скорее всего, составит 1-2 килотонны в тротиловом эквиваленте. Стоимость составит от 100 до 600 миллионов долларов в зависимости от доли производимой электроэнергии, срока службы, запаса прочности и т.п. Постройка котла для теплоснабжения Челябинска и Екатеринбурга (по 1,5-2,0 гигаватта тепла на каждый город), по мнению ученых, обойдется не дороже 300 миллионов долларов - "смешные деньги" в масштабах страны.
В. ПАРАФОНОВА (Снежинск - Москва).
Наука и жизнь
