«Рукотворные звезды»

Этапы большого пути

28 сентября 1942 года Госкомитет обороны СССР выпустил распоряжение «Об организации работ по урану». В распоряжении особо отмечалось, что работы должны вестись не только в направлении создания атомной бомбы, но и в интересах мирного использования атомной энергии. И эта цель была поставлена именно в то время, о котором Твардовский сказал: «этот месяц был страшен – было все на кону» – вермахт прорвал фронт и устремился к Сталинграду. Но даже в такой трагичной ситуации страна не сомневалась в победе и продолжала планировать свое будущее. Серьезную роль в котором должна была сыграть атомная энергетика.

9 мая 1954 года в Обнинске заработала АЭС-1 с ядерным реактором мощностью 5 мегаватт. 26 июня выработанная на нем энергия начала поступать в электросеть Мосэнерго – несколько отстав от США в создании ядерной бомбы, СССР первым начал использовать энергию атома в мирных целях – яркая иллюстрация к приоритетам России и Запада. В 1958 году начала работу Сибирская АЭС мощностью 100 МВт (через два года доведенной до 600 МВт). После этого АЭС стали расти в СССР как грибы: в Белоярске, Ново-Воронеже, Кольском, Ленинграде и далее, и далее. Даже в зоне вечной мерзлоты – на Чукотке – уже в 1974 году был запущен первый реактор Билибинской АЭС. К 1975 году ядерная энергетическая мощность СССР составляла 4,7 гигаватт, что обеспечивало примерно 10% потребностей страны в электричестве. К 2000 году прогнозировался рост в 5 раз. Всего к моменту распада СССР в стране было 17 действующих и 11 строящихся атомных электростанций.

Основными типами использовавшихся в СССР реакторов были ВВЭР (водоводяной энергетический реактор) и РБМК (реактор большой мощности канальный). Первая станция с ВВЭР начала работу в 1964 году в Нововоронеже. Водо-водяным реактор назван потому, что в нем реализованы два контура теплоносителя, и в обоих случаях им является вода. Ядерная реакция нагревает воду в первом контуре, но не доводит ее до кипения. Нагретая вода первого контура нагревает воду второго контура и вот та уже кипит, выдавая пар для турбин. Температура кипения в контурах различна благодаря разнице давления (в первом оно намного выше). ВВЭР отличаются доступностью теплоносителя, меньшими размерами, меньшими последствиями при авариях (второй контур теплоносителя одновременно является третьим контуром безопасности), они нуждаются в меньшем количестве обслуживающего персонала. Но при этом требуют поддержания высокого давления в первом контуре, более высокой степени обогащения топлива и остановки реактора при его перезагрузке.

Первый реактор серии РБМК был запущен в 1973 году на площадке Ленинградской АЭС. Реакторы такого типа первоначально рассматривались как более перспективные по сравнению с ВВЭР, их строительство было организовано сразу на нескольких площадках, в том числе в Чернобыле. В РБМК вода закипала уже в активной зоне реактора и, соответственно, второго контура теплоносителя не требовалось. Такие реакторы проще по конструкции и дешевле в строительстве, обеспечивают лучшее выгорание топлива и позволяют осуществлять его выгрузку без остановки работы. Они менее чувствительны к уровню обогащения урана, и поэтому им не нужны заводы по обогащению. Более того, изначально предполагалось, что реакторы данного типа будут работать в связке с водо-водяными, используя отработанное на ВВЭР топливо, – сплошная выгода. Безопасность РБМК первоначально оценивалась как более высокая по сравнению с ВВЭР – за счет отсутствия систем высокого давления. Правда, спешно («Пятилетку – за три года!») разработанная конструкция отличалась массой недоработок, особенно в части систем безопасности. Но этот недостаток не сочли критическим – согласно расчетам советских ученых, в аварийной ситуации достаточно было запустить процесс выпаривания воды в активной зоне – и ядерная реакция замедлится. К несчастью, советские ученые ошиблись в расчетах – зависимость процессов была обратной. В результате, при внезапной аварийной ситуации сотрудники ЧАЭС – в полном соответствии с инструкцией – запустили процесс выпаривания воды. И – в полном противоречии с мнением научного сообщества – это привело к ядерному взрыву.

Большой взрыв

Об аварии на Чернобыльской АЭС написано столько, что вряд ли стоило бы повторяться, если бы большая часть написанного не была столь предвзятой. Эта катастрофа активно использовалась для информационного сопровождения развала СССР как западными, так и «отечественными» СМИ, и ее последствия были преувеличены на несколько порядков. Поднятая информационная волна с головой накрыла не только граждан СССР, но и саму Европу – немки, австрийки, француженки и прочие выстроились в очередь на аборт, не желая рожать «облученных мутантов». И ужасы пропаганды до сих пор довлеют над умами.

Непосредственно во время взрыва на ЧАЭС погиб один человек, в течение трех месяцев от радиационных ожогов и острой лучевой болезни умерло 28 участников событий, по оценкам ООН, общее число умерших от последствий облучения составило четыре тысячи. Безусловно – это очень много. Но много меньше, чем гибнет людей на других энергетических производствах. В среднем, учитывая всю производственную цепочку, каждый тераватт/год электроэнергии, произведенный на ГЭС, обходится в 885 человеческих жизней, на угольных станциях – в 342, на газовых – в 85, а на АЭС – в 8. Да, это данные Всемирной ядерной ассоциации, то есть заинтересованной организации. Но опровергнуты они не были. Да, в подсчетах не учтены умершие от отдаленных последствий. Но отдаленные последствия есть и у угольной энергетики – и там они заметно хуже: теплоэлектростанции выбрасывают в атмосферу миллионы тонн золы, которая оседает в легких десятков миллионов людей, медленно их убивая (в том числе и радиацией: в угле есть радионуклиды, в обычной топке они не сгорают и, соответственно, их концентрация в золе резко повышается). Да, кроме жизни людей, многих из нас волнует и вся жизнь на планете, т.е. экология. Но по негативному воздействию на экосистему ничто не сравнится с ГЭС.

Ветрогенераторы ведут к эрозии почв и грозят планетарным голодом. Солнечные батареи, по сути, являются батарейками – на их производство/утилизацию тратится больше энергии, чем они вырабатывают (и, кстати, они также убивают тех, кто их производит). Однако все это остается вне «обычной повестки СМИ» и никого не пугает. А вот над ядерной энергетикой со времен аварии на ЧАЭС висит «дамоклов меч» всенародного страха.

Конечно, вышесказанное не значит, что ныне действующие АЭС абсолютно безопасны. Это значит, что угрозу представляет любой способ получения электроэнергии. Но мы же не готовы отказаться от тех благ (и прибылей), которые она дает?

Не было бы счастья, да несчастье помогло

Паника, вызванная взрывом на ЧАЭС сыграла злую шутку с западной энергетикой. Поскольку отказываться от дешевой ядерной энергии жадный Запад не хотел, он решил хотя бы минимизировать свое общение с ядерным топливом, процессы обогащения и конвертации/утилизации которого были выведены на территорию России. В свое время российские «зеленые» немало шума подняли именно по поводу ввоза в страну отработанного ядерного топлива, возмущаясь тем, что Россию, дескать, «хотят превратить в свалку ядерных отходов». Эти лозунги, как и многое в современной пропаганде, базировались на подмене понятий – отработанное топливо объявлялось отходами. В реальности, однако, отходами ядерной энергетики являются радиоактивные материалы и вещества, дальнейшее использование которых не предусмотрено, например – конструктивные элементы АЭС, выведенных из эксплуатации. И ввоз в Россию ядерных отходов запрещен на законодательном уровне. А вот отработанное топливо – ценнейший ресурс. Который широко применяется в промышленности, сельском хозяйстве, медицине и научной деятельности.

В период почти полного подчинения России коллективному Западу казалось хорошим решением сделать ее поставщиком ядерного топлива. Но как только началась конфронтация, «внезапно» выяснилось, что РФ, добывая всего 10% мирового ядерного сырья, контролирует 40% его обогащения и 44% – конвертации. Критически зависимой от российского ядерного топлива оказалась «атомка» США – по подсчетам американских специалистов, при прекращении поставок из нашей страны американские АЭС встанут через год. В результате американцы не могут пойти на окончательный разрыв отношений, не создав себе критических проблем. И продолжают закупать в России топливо для своих АЭС.

К тому же за счет того, что РФ активно работает с зарубежным сырьем, она намного рачительнее относится к собственному: при разведанных запасах урановых руд в стране в 600 тысяч тонн ежегодная добыча составляет только 3 тысячи тонн. То есть при существующих темпах добычи и расхода сырья нам его хватит на 200 лет, в то время как в среднем по миру срок исчерпания этого ресурса оценивается в 100-120 лет.

В том числе и благодаря американским долларам российская атомная промышленность, в отличие от многих других высокотехнологичных отраслей экономики, выжила в лихие 90-е. Сегодня Россия занимает четвертое место в мире по объемам ядерной генерации. На 11 действующих АЭС эксплуатируется 37 энергоблоков общей мощностью 30 гигаватт, которые вырабатывают пятую часть электроэнергии в стране – 222 млрд кВт/час. Причем объем выработки ежегодно растет и в XXI веке увеличился более чем в полтора раза. Атомная энергетика нашей страны включает в себя «полный цикл» – добыча урана, его обогащение, производство топливных элементов, строительство АЭС, конвертация отработанного топлива – все делается в России. На отрасль по всей стране работают 350 предприятий, обеспечивая высокотехнологичными рабочими местами 250 тыс. человек.

Предприятия, обеспечивающие работу российской атомной промышленности, есть и в Удмуртии. Крупнейшее из них – Чепецкий механический завод. Одним из важнейших выпускаемых предприятием изделий является цирконий, используемый в качестве оболочки тепловыделяющего элемента. По сути, цирконий – это «упаковка» для урана, загружаемого в активную зону реактора. Всего несколько стран в мире владеют завершенным циклом изготовления циркониевых изделий: США, Канада, Франция, Япония и Россия. И именно ЧМЗ обеспечивает России лидерство в этой сфере. На атомную отрасль приходится и часть продукции ИЭМЗ «Купол» – завод выпускает разнообразное оборудование, обеспечивающее вентиляцию и безопасность АЭС.

Российские АЭС захватывают мир

Россия активно строит атомные электростанции во многих странах мира. В Китае построено четыре АЭС и еще столько же строится – в Тяньване и Сюйдапу. В Иране работает Бушер-1 и строится Бушер-2. В Индии построены Кудамкулан-1 и -2, и еще четыре «однофамильца» на очереди. Две российские АЭС – в Белоруссии. В Бангладеш ждут достройки два Руппура, в Турции – четыре Аккуя. В июле этого года стартовал Эль-Дабаа-1 в Египте.

Ряд российских электростанций за рубежом создаются по принципу «строй (АЭС) и торгуй (электричеством)». То есть, находясь за рубежом, они принадлежат России. В свете недавних событий возникли опасения – не повторят ли они судьбу отечественных валютных резервов и «северных потоков»? Этот вариант, однако, представляется крайне сомнительным. Во-первых, АЭС работают на российском топливе, и при нарушении договора быстро остановятся. А во-вторых – строятся они в странах Азии и Африки, где тяга к воровству развита намного меньше, чем в цивилизованных государствах Европы и Северной Америки.

И уже самим своим появлением в странах-импортерах российские АЭС укрепляют влияние России в мире.

«Атомка» идет на «Прорыв»

Свое восьмидесятилетие российская атомная отрасль встречает полной сил и планов на будущее. На ближайшую и отдаленную перспективу реализуется такое количество проектов, что их невозможно описать в одной статье. Но об одном нельзя не упомянуть. Проект «Прорыв» решает задачу создания ядерного реактора замкнутого цикла на быстрых нейтронах. В рамках проекта предполагается решить сразу несколько ключевых проблем ядерной энергетики.

Первая – обеспечение достаточного количества топлива. Существующие ядерные реакторы работают на уране-235. В природном уране его содержится всего 0,72%, извлекаемые запасы – 50 тыс. тонн, хватить их должно на 100-120 лет – затем реакторы, работающие на нынешних принципах, остановятся навсегда.

Реактор, работающий на быстрых нейтронах, позволяет вовлечь в топливный цикл уран-238. Его в природе 99,3% – в полторы сотни раз больше чем 235U.

Вторая проблема, которую решает «Прорыв», – обеспечение замкнутого топливного цикла, при котором энергия атома используется полностью. В существующих реакторах выгорает всего 6% загруженного ядерного топлива. Соответственно, отработавшее топливо очень радиоактивно и возвращать его в природу нельзя. При замкнутом цикле обеспечивается полное выгорание топлива. Оставшийся уран будет иметь радиоактивность примерно как у природной руды – его можно будет вернуть на место добычи без изменения радиационного фона.

При обеспечении замкнутого топливного цикла и переходе на 238U ядерного топлива хватит на многие тысячи лет.

Третья проблема, в решении которой должен быть обеспечен прорыв, – проблема безопасности. Тяжелые аварии станут невозможны в принципе – защита от них базируется на фундаментальных законах физики. Даже если все стержни регулирования мощности и аварийной защиты будут извлечены, взрыва не произойдет. Благодаря плотному ядерному топливу и равновесному количеству делящихся элементов (сколько делится и выделяет энергию, столько же вновь образуется) исключен разгон реактора на мгновенных нейтронах (то, что произошло на ЧАЭС). Утечки, подобные фукусимской, также невероятны – в реакторе будет использоваться тяжелый металлический теплоноситель (свинец или свинец-висмут), который во много раз менее текуч, чем вода.

Первый реактор нового типа БРЕСТ-300 уже строится. Начало его работы ознаменует революцию в области ядерной энергетики.

Андрей Солдаткин