Юрий Чирков - Занимательно об энергетике

Смесь газов тяжелого водорода необходимо нагреть до температуры в 100 миллионов градусов Цельсия (в советских «Токамаках» пока достигнута цифра 60 миллионов) и удержать в этом состоянии плазму достаточно долго, чтобы реакция между водородными ядрами происходила со скоростью, достаточной для выделения энергии большей, чем затрачено на нагревание смеси. Пока же дело ограничивается секундами...

И все же, несмотря на препоны и тернии, дело идет, и несомненно, атомная энергетика в том или ином виде — это наша столбовая дорога. Иного человечеству пока не дано! И эту возможность преодоления надвигающегося энергетического кризиса подарила нам физика.

Аэродромы, пирсы и перроны,

Леса без птиц

И земли без воды.

Все меньше — окружающей природы,

Все больше — окружающей среды...

Р. Рождественский

«Экология» — слово новое. Термин этот, правда, еще в 1866 году предложил немецкий зоолог Э. Геккель — как «общую науку об отношениях организмов к окружающей среде...». Однако прежде слово использовали лишь узкие специалисты, в основном ботаники и зоологи, изучавшие растения и животных. Но вот пришла «взрывная» вторая половина XX века. Пора, когда всюду дружно и враз заговорили о всевозможных кризисах, подстерегающих человека. Планета вдруг сделалась маленькой и уязвимой. Выяснилось: масштабы природных явлений и человеческой деятельности уже стали почти сопоставимыми.

Один пример. Солнце посылает в среднем на один квадратный километр земной поверхности 4-Ю5 киловатт. Колоссальную энергию! Но уже сейчас в отдельных регионах Земли энергетический «товарооборот» человека вполне сопоставим с природным. Например, в районе Рура, густонаселенной промышленной области ФРГ, где добывается собственный уголь и имеется высокоразвитая промышленность, потребление энергии составляет 2-Ю4 киловатт с квадратного километра. Цифра лишь в 20 раз меньше солнечной! Это сегодняшний день. А что будет завтра, скажем, в 2000 году? Сохраним ли мы нашу планету зеленой и хотя бы сносной для жизни на ней?

Конечно, эти вопросы волнуют всех. Но ответы на них прежде всего должны дать те, кто изучает экологию человека. А их, естественно, тревожит проблема энергетики. Энергия должна быть дешевой. Несомненно. Второе: источники ее должны быть неисчерпаемы. Кандидатур много: практически вечны солнце, ветер, геотепло, атом... Однако важно еще и третье качество энергии: ее источник должен быть достаточно мощным. И вот тут почти все рядовые энергетики должны посторониться, уступив дорогу делящемуся атому.

Атомная энергетика оказалась вне конкуренции. Это наше энергетическое завтра. Все это так, но, кроме трех перечисленных качеств — дешевизны, неисчерпаемости, мощности, есть и четвертое, и немаловажное — экологичность! Не навреди! Эта заповедь должна свято соблюдаться и при поиске и отборе новых источников энергии. (Уже давно получил права гражданства термин «экологическая энергетика». В нашу литературу его ввели член-корреспондент Академии наук СССР Н. Лидоренко и профессор Г. Мучник — они успешно выступили в ЮНЕСКО по этому вопросу.). Итак, энергетика глазами эколога.

Атом излучающий

Сейчас (это уже становится общепризнанным) вся надежда на решение глобального энергетического кризиса связана с использованием ядерной энергии. И надежда вполне обоснованная. Но также хорошо известно и то, что на пути перевода всей энергетики планеты на атомную (пока она дает вклад лишь в несколько процентов) имеется ряд трудностей. Характера чисто экологического. Они уже не раз анализировались во многих статьях, докладах, работе различных комиссий. На эту тему выступали и известные физики.

Первая вполне очевидная проблема — это радиоактивность. Начинкой ядерного реактора служит смесь двух изотопов урана: урана-235 и урана-238. В результате цепной реакции, которая сама себя поддерживает, при распаде ядер урана (при этом образуются всевозможные радиоактивные осколки) выделяется тепло, его потом преобразуют в удобную для потребления электроэнергию. В отличие от угля ядерное топливо «горит» гораздо медленнее. Ядерное горючее превращается в радиоактивные шлаки лишь по истечении трех лет.

Так вот, первая проблема — это извлечение шлаков из реактора и их хранение.

Последовательность тут такова. Вначале бывшее топливо выдерживается несколько месяцев, чтобы произошел радиоактивный распад короткоживущих изотопов (особенно опасен йод-131. К счастью, его период полураспада невелик — всего 8 дней). Следующий шаг — отправка ядерного шлака на завод химической переработки, где его растворяют в кислотах и в ходе мудреных превращений извлекают из него ценные уран и плутоний: они будут повторно использованы как ядерное топливо. Все остальное становится ядерными отходами. Они радиоактивны (и остаются таковыми в течение долгих лет). От них надо поскорее избавиться.

Обычные отходы мы бросаем в мусоропровод. С ядерными отходами все гораздо сложнее. Их надо захоронить (слово-то какое!) надежно, так, чтобы по прошествии и многих сотен лет они оставались безопасными для землян. Одни эксперты считают, что самое лучшее было бы отправить радиоактивные шлаки на ракете в космическое пространство. Этакий бездонный «мусоропровод»! Другие авторитеты предлагают на эту роль земные недра. Советуют прятать радиоактивные шлаки глубоко под землей.

Так, в США есть проект создания национального хранилища радиоактивных отбросов. И место ему уже отведено — юго-восточная часть американского штата Нью-Мексико, где контейнеры с отходами должны опускаться на глубину 600 метров в геологически стабильные гигантские соляные пласты. Считается, что даже при тотальном переходе к ядерной энергетике (400 электростанций по 100 мегаватт каждая) США потребовалось бы «кладбище» размером всего около квадратного километра.

В существующем проекте предлагается вводить шлаки в состав боросиликатного стекла типа «пирекса», из которого затем будут изготовляться цилиндрические стержни длиной в 3 метра и диаметром 30 сантиметров. Каждый такой стержень будет, в свою очередь, заключен в толстую оболочку из нержавеющей стали, И уже стальные контейнеры с отходами будут затем транспортироваться в национальное хранилище для захоронения.

Однако радиоактивны не только шлаки, но и нутро, требуха действующего реактора.

В случае аварии (например, если в реактор перестанет поступать охлаждающая его вода, он чрезмерно разогреется, его защитная оболочка разрушится и содержимое может вырваться наружу) проникшая за пределы реактора радиоактивность может на площади многих квадратных километров загубить все живое не меньше, чем атомная бомба Хиросимы. Поэтому-то и предлагались радикальные меры, например, спрятать реакторы глубоко под землей, вынести на небольшие незаселенные острова в океане.