Помилковий «Прорив»?

1. Помилковий «Прорив»?

Помилковий «Прорив»?

«Росатом» підготував перспективну програму розвитку атомної енергетики, але експерти вважають, що це шлях в минуле

Восени минулого року Уряд РФ затвердив проект «Прорив» - план «Росатома» зі спорудження в країні до 2030 року ряду об'єктів ядерної енергетики і відпрацювання технології повного замикання ядерного паливного циклу. На Татарській АЕС буде побудований і введений в експлуатацію один енергоблок з реактором ВВЕР-ТОІ потужністю 1250 МВт, на Нижегородської АЕС - два подібних енергоблоку на 2510 МВт, на Белоярской АЕС - енергоблок №5 з реактором на швидких нейтронах БН-1200, в Челябінській області - Южноуральская АЕС з реактором на швидких нейтронах на 1200 МВт, в Сіверську Томської області - реактор БРЕСТ-300.

ЩО ДАДУТЬ «ШВИДКА» нейтронів

Цивілізований світ як і раніше тримається на вуглеводневої енергетиці - левова частка електрики, яке ми споживаємо, отримана шляхом спалювання нафти і газу. Але запасів вуглеводнів на планеті вистачить ще на 40-60 років, спад у видобутку нафти і газу може початися вже з 2020 року. Так що питання про те, як жити далі, з кожним днем ​​стає все гостріше, а роботи з пошуку енергетичної альтернативи - все масштабніше.

Якщо не брати до уваги можливості використання енергії вітру і Сонця, до недавнього часу науці були відомі лише дві такі можливості: вилучення енергії при розподілі ядер важких елементів і при злитті ядер найлегшого - водню. Обидві дуже небезпечні: у першій доводиться приручати атомний вибух, в другій - термоядерну реакцію, яка живить зірки і лякає нас водневою бомбою. Втілення першого шляху - атомна енергетика розвивається з середини минулого століття, проте її частка в світовому енергобалансі менше, ніж навіть внесок вітрової та сонячної енергетики - всього 5,5%.

Існує два класи ядерних реакторів: на повільних нейтронах (наприклад, водоводяні, або ВВЕР) і на швидких нейтронах. ВВЕР відносно безпечні в експлуатації і складають основу сучасної світової атомної енергетики. Але працюють вони тільки на урані, збагаченому приблизно до 5%, і це велика проблема, адже навіть при діючому рівні споживання світові запаси урану з розумною вартістю видобутку, до 130 доларів за кілограм, виснажаться приблизно через 100 років.

Реактори на швидких нейтронах (їх називають брідер, тобто размножителями) відрізняються від всіх інших: щільність тепловиділення в них в рази більше, і в якості теплоносія замість води в них доводиться використовувати рідкий натрій або свинець. Там відбувається дуже інтенсивне виділення нейтронів, які поглинаються шаром урану-238, розташованого навколо активної зони. Цей уран перетворюється на плутоній-239, який потім теж може використовуватися в реакторі як ділиться елемент.

Програма «Росатома» передбачає використовувати блоки з «швидкими» реакторами в поєднанні з реакторами на теплових нейтронах. За ідеєю, брідери допоможуть вирішити проблему накопичення відпрацьованого ядерного палива (ВЯП) «теплових» реакторів і наблизитися до так званого замкнутому ядерного паливного циклу (ЗЯТЦ) - коли обсяг і токсичність захоронювати ВЯП зрівняється з обсягом і токсичністю природної сировини «на вході».

Загальний недолік всієї сучасної атомної енергетики полягає в тому, що вона фактично виключає можливість контролю за нерозповсюдженням ядерної зброї на Землі: кожна держава, що має сучасну АЕС, яка постійно виробляє плутоній, теоретично може зробити свою власну атомну дубину.

Другий шлях передбачає генерацію енергії при керованої термоядерної реакції. Однак термоядерні дослідження в магнітних пастках, що проводяться в світі більше 60 років, так і не привели до створення функціонуючого реактора навіть з ККД, рівним нулю - всі вони вимагають куди більше енергії, ніж виробляють самі. А невирішені проблеми однозначно виллються в багатомільярдні витрати і десятки років досліджень. І ось питання: а чи є у нас стільки часу? Чи можемо ми дозволити собі помилку у виборі енергетичних пріоритетів?

ХТО ПРОТИ І ЧОМУ?

Колишній заступник директора ВНДІ атомного енергетичного машинобудування, професор Ігор Острецов з однодумцями, працюючи ще в радянському Минатоме, виявив: при опроміненні протонами високих енергій навіть свинцю або відпрацьованого ядерного палива реакція поділу з виділенням енергії теж відбувається, але осколки поділу мають інший ізотопний склад і швидко втрачають активність.

На цій основі він розробив новий спосіб отримання енергії атома - релятивістську ядерну технологію - і запропонував свою програму розвитку ядерної енергетики, не без підстави вважаючи її абсолютно безальтернативною. Справді, запаси природного і відвального (збідненого) урану на планеті дуже великі, а проблема нерозповсюдження та завдання утилізації відпрацьованого ядерного палива вирішуються при такому способі дій самі собою.

- Ігоре Миколайовичу, а що не так з брідер?

- Ми не тільки обома ногами встали на стежку розвитку брідерної технології отримання атомної енергії, але вже і біжимо по ній щодуху. А доріжка-то слизька і веде в глухий кут, бо коефіцієнт відтворення палива в цій технології - менше одиниці. Збільшити внесок атомної енергетики в загальносвітовий енергетичний баланс у такий спосіб не вдасться. Брідери критично потребують високозбагаченого уран. Запаси ж такого урану в природі вкрай обмежені, світ вже сьогодні відчуває урановий дефіцит. Питання: а чи може така технологія стати повноцінною альтернативою вуглеводневої енергетиці? Відповідь однозначна: ні, не може. Мало того, вона складна і тому вимагає величезних ресурсів. Нарешті, вона вкрай небезпечна. Одне з її «тонких місць» - система охолодження, де циркулює рідкий натрій. На відкритому повітрі він жадібно поглинає атмосферну вологу, горить і вибухає, і водою його НЕ зальyoшь. А в брідер, наповненому радіоактивним паливом, цього натрію десятки тонн - що якщо аварія? Але аварії супроводжують розвиток бридерів з самого початку. Перший в світі брідер, «Енріко Фермі», в 1957-му запустили США, серйозна аварія сталася там вже в 1966-му, і в 1972-му він зупинений. У 1995 році в Японії через витік 20 тонн радіоактивної натрію ледь не злетів у повітря брідер «Монзей». Обидва французьких брідер, «Фенікс» і «Суперфенікс», теж були заглушені через неполадки.

- Але в США при Буші була навіть прийнята національна програма з розвитку реакторів на «швидких» нейтронах.

- Враження таке, що це були порожні декларації, з однією лише метою - змусити нас вибрати цей шлях і піти по ньому. Почекати, поки ми створимо програму, мобілізуємо ресурси, виробничі потужності, фахівців, а самим після рушити в іншу сторону. На цій хвилі у нас і була сформована програма «Прорив» (консолідація досягнень в розробці реакторів великої потужності на швидких нейтронах, технології ЗЯТЦ і нових видів палива для створення ядерноенергетичного комплексу, заснованого на системі АЕС з брідер - Ред.).

А у них після цього до влади прийшов Обама і звернув брідерної програму США як абсолютно абсурдну. І призначив міністром енергетики США людини з Массачусетського технологічного інституту Ернеста Моніза, фахівця з прискорювачів елементарних частинок. Я вважаю цей крок знаковим, уважному спостерігачеві він все пояснює.

Альтернатива брідер є: це новий метод генерації енергії, який ми назвали ядерними релятивістськими технологіями (ЯРТ). Принцип - поєднати ядерний реактор з прискорювачем елементарних частинок. Результат - ядерна релятивістська електростанція, ЯРЕС - без сверхкритической маси діляться продуктів і тому абсолютно вибухобезпечна. Вона зможе працювати на урані з відвалів радіохімічних підприємств, на природному урані, на торії. І буде здатна «допалювати» в короткоживучі ізотопи всю ту гидоту, яку сьогодні ми не знаємо, куди дівати - радіоактивні відходи і опромінене ядерне паливо, а також повністю переробляти довгоживучі продукти - актиноїди тепловиділяючих елементів підводних човнів і старих АЕС. Що скоротить обсяг радіоактивних відходів в рази і вирішить проблему нестачі урану для атомних станцій.

- Звучить фантастично.

- Все засноване на вітчизняних розробках. Серце ЯРЕС - лінійний прискорювач Богомолова на зворотній хвилі, надкомпактна машина з виробництва протонів з енергіями близько 10 ГеВ (гігаелектронвольт). Класичному прискорювача на кожен ГеВ на виході потрібен 1 кілометр довжини (на 4 ГеВ - 4 кілометри). А 4 ГеВ-прискорювач Богомолова легко поміщається в вантажний відсік транспортного літака Ан-124 «Руслан». Це радянська розробка, винахід мого однокурсника по МФТІ Олексія Богомолова. Не всі ще забули розмови про радянський асиметричний і недорогий відповідь на американську програму «зоряних воєн» Рональда Рейгана? Богомоловская машина була частиною радянського відповіді Рейгану - габаритами з залізничний вагон, на борту «Руслана» вона стає Обнаружитель ядерної зброї на великій відстані і може знищувати його пучком протонів. Будь вона сьогодні на озброєнні вітчизняного морської авіації, фактично обнулила б весь авіаносний флот США.

- Чому ж у нас до сих пір немає держпрограми розвитку ЯРТ?

- Це питання не до мене. Так, поруч аспектів ЯРТ, глибоко підкритичними системами, займається Фізико-енергетичний інститут ім. А.І. Лейпунського в місті Обнінську (ФЕІ). Деякі експерименти ведуться і в Дубні, але при дуже мізерному фінансуванні. Б'ється за ЯРТ Валерій Чілап, глава Центру фізикотехнічних проектів «Атоменергомаш», з ним ми починали цю роботу. Він вклав в експерименти по ЯРТ на масивній уранової збірці в Дубні майже всі власні кошти і роками оббиває пороги росатомовского начальства, домагаючись (задумаємося!) Об'єктивної експертизи проекту розробки ЯРТ.

Ні, ви розумієте, до чого ми дійшли? Як можна тримати такі речі в довгому ящику? Люди, що представляють інтереси держави в найважливіших питаннях національної безпеки, настільки безвідповідальні, до такої міри не бояться зробити помилку, яка може коштувати Росії її суверенітету (не забули, що, з недавніх пір, колишній міністр енергетики США - фахівець з прискорювачів частинок?).

До речі: хто сьогодні знає, що ми створили радіолокатор на рік раніше британців? Був такий Павло Ощепков, служив на Алтаї лейтенантом інженерних військ.

Він зрозумів, як визначати положення і швидкість літаків за допомогою електромагнітних хвиль. Придумав конструкцію і, як годиться, написав доповідну свого начальника. Той нічого не зрозумів і відправив доповідну наверх. Так папір Ощепкова минула з десяток командирів і за один (!) Місяць дісталася до столу самого Ворошилова. Той теж нічого не зрозумів і теж відповідальності на себе не взяв - зібрав екстрене засідання Академії наук СРСР і запросив туди винахідника. Академіки його вислухали і ухвалили: з науки все можливе, але апріорі результат невідомий. Тому академіку Іоффе і лейтенанту Ощепкова вирішили виділити людей і засоби для побудови прототипу і його польових випробувань. Результат доповіли «самому» ще через місяць: є радіолокатор! У 1934 році. Ось що значить система.

Професор І.М. Острецов під час експерименту в Протвино

СТАВКИ ЗРОБЛЕНО?

Для повноти картини ми задали пряме запитання керівнику проекту департаменту комунікацій Держкорпорації «Росатом» Андрію Іванову: чи існує консолідовану думку експертів «Росатома» за пропозиціями Острецова і його однодумців?

Андрій Іванов виклав офіційну позицію держкорпорації з вичерпною ясністю: «Який-небудь державної програми або проекту ЯРТ на рівні провідних російських інститутів або РАН в даний час немає».

А джерело, близьке до «Росатому» і побажав залишитися за кадром, пояснив, що ніхто в корпорації проекту ядерної релятивістської технології (ЯРТ) Острецова не бачив, не кажучи вже про наукове і економічному обгрунтуванні тих ідей, які той постійно озвучує для ЗМІ.

«Але навіть якщо б він і представив щось подібне на нашу експертизу, вважаю, що звернувся б він не за адресою, адже« Росатом »- це організація практиків, ми втілюємо в життя інновації, які вже пройшли шлях від фізичної ідеї до надійно, ефективно і безпечно працюють енергетичних установок. А з голими ідеями йому треба в Курчатовський інститут, це їх прямий профіль. І не будемо зображати «Росатом» таким собі монстром, який гальмує прогрес людства. Просто тому, що об'єктивно це не так. Ми - практики, цим і цікаві », - додав він.

Що ж стосується спроможності власної енергетичної програми «Росатома», то свою думку висловили ряд провідних фахівців галузі.

Андрій Говердовский, директор ГНЦ ФЕІ ім. Лейпунського:

- Так, в паливі реакторів ВВЕР використовується уран-235, реактори ж на швидких нейтронах унікальні - вони здатні розмножувати паливо, перетворюючи непридатний для «горіння» уран-238 в придатний для «горіння» плутоній. Так, тут є багато проблем. Необхідно змусити обертатися паливо всередині замкнутої енергетичної системи, попутно спалювати багато радіоактивних відходів. Ці проблеми і вирішує проект «Прорив», створюючи реактори і систему поводження з ВЯП для замкнутого ядерного паливного циклу. І реактори на швидких нейтронах - його основа. Ми в Росії більше 30 років ефективно експлуатуємо БН-600 з натрієвим теплоносієм, зараз ввели в роботу БН-800. В атомній енергетиці майбутнього, яка вирішить проблему накопичених відходів, ми - світові лідери.

Валерій Беззубцев, заступник гендиректора, директор з технологічного розвитку АТ «Концерн Росенергоатом»:

- Мета проекту спорудження енергоблоку з реактором БН-800 - перехід від відкритого паливного циклу з урановим паливом (БН-600) до замкнутого паливного циклу з уранплутоніевим змішаним паливом, створення пілотного виробництва змішаного палива і відпрацювання замкнутого циклу з його впровадженням у виробництво. Ця технологія заснована на використанні уранплутоніевого палива та всебічної роботи традиційних і «швидких» реакторів, здатної забезпечити сировинну незалежність і маловідходних атомної енергетики Росії. Вона залучає до енерговиробництво уран-238 з накопичених відвалів, відпрацьоване ядерне паливо і накопичений плутоній, ніж мінімізує відходи, що підлягають остаточної ізоляції.

Головне для нас - безпека: хоча у нас вже є багаторічний успішний досвід експлуатації БН-600, цього недостатньо. Тому проект БН-800 включає пасивні системи безпеки, які забезпечують мінімальну ймовірність аварії з розплавленням активної зони і виключають виділення плутонію в паливному циклі при переробці опроміненого ядерного палива. Цей проект потрібен для відпрацювання технології реакторів на «швидких» нейтронах з використанням уранплутоніевого палива. Цей досвід буде врахований у проекті БН-1200 - після розробки і затвердження проектної документації, успішного будівництва та досвіду експлуатації «головного» енергоблоку він повинен стати першим в серії таких же БН-1200 на інших АЕС. Реактор БН-800 потрібен і для відпрацювання технологій ЗЯТЦ - на ньому буде використовуватися МОКС-паливо на основі плутонію, виділеного при переробці вже відпрацьованого ядерного палива інших реакторів. В даний час такий плутоній зберігається на складах, і наше завдання - утилізувати його в швидких реакторах.

Зазначу, що не ми одні зробили ставку на швидкі реактори: ще в 1987 році керівництво КНР включило в свою держпрограму з розвитку високих технологій проект 863, «Розвиток технології швидкого реактора-брідер». Вони вирішили створити у себе експериментальний реактор на «швидких» нейтронах CEFR, 65 МВт теплової потужності і 20 МВт - електричної, і для оптимізації витрат залучити іноземців. Їх вибір припав на Росію, що не дивно - саме у нас найбільший в світі досвід в цій сфері. Це наша співпраця з КНР почалося в 1992 році, в липні 2010 року ми спільно зробили успішний пуск експериментального реактора CEFR, в 2011-му підключили його до електромережі. А в серпні 2010-го РФ і КНР підписали угоду про будівництво двох енергоблоків на швидких нейтронах типу БН-800. Зі стратегічного плану розвитку атомної енергетики КНР замикання ядерно-паливного циклу буде досягнуто ними в 2030-х роках. І ми добре знаємо, як китайці вміють виконувати те, що намітили.

ЯДЕРНУ КАСКАД

Готуючи цей текст до публікації, ми вирішили дізнатися, задоволений чи професор Острецов реакцією експертів «Росатома». Ось що сказав нам Ігор Миколайович:

- Добре, що «Росатом» нарешті позначив свою позицію по ЯРТ. Вона, як ми бачимо, зводиться до наступних положень:

1. Шукати нові напрямки в розвитку атомної енергетики - не його справа. Цим повинен займатися Курчатовський інститут.

2. Очевидно, тому він розвиває тільки те, що отримав в спадок від радянської атомної промисловості.

3. Для підтримки ЯРТ йому потрібні добре опрацьовані пропозиції.

4. Таким чином, рішення може прийняти тільки керівництво країни. Воно повинно зібрати і провести нараду з цього питання, інакше, як каже НДЦ «Курчатовський інститут»: «Зараз живе останнє покоління людей».

Позиція Курчатовський інститут сьогодні однозначна: оскільки в брідер коефіцієнт відтворення палива - менше одиниці, без створення потужного джерела нейтронів в найближчій перспективі людство не виживе. У чому я з ними повністю згоден. Однак в якості джерела нейтронів для добування енергії атома експерти інституту пропонують термоядерний джерело нейтронів, який ще не створений. Я ж пропоную використовувати для цього ядерний каскад, ініційований релятивістськими зарядженими частинками в актіноідной мішені повного поглинання, тобто ЯРТ. І вважаю, що іншої альтернативи для виживання людства в XXI столітті немає.

У середині серпня минулого року президент Володимир Путін доручив уряду, Держкорпорації «Росатом» і НДЦ «Курчатовський інститут» підготувати до 1 березня 2017 року пропозиції про можливості застосування в якості перспективного сировини для ядерного палива ... торію. Його вміст у земній корі в 45 разів вище вмісту урану, а родовища більш доступні. Зауважимо, що в контексті нашої розмови цей варіант має явні ознаки тимчасового компромісу. До теперішнього моменту, однак, за відкритими джерелами не минало ніяких даних про результати виконання цього доручення президента.

З ДОСЬЄ «ЦІЛКОМ ТАЄМНО»:

Ігор Острецов - д. Т. Н., Професор, колишній заступник директора ВНДІ атомного енергетичного машинобудування, один з найвизначніших фахівців з атомної енергетики, автор ряду важливих відкриттів в цій області, керівник робіт по ліквідації наслідків аварії на Чорнобильській АЕС з боку Міністерства енергетичного машинобудування СРСР.

У 1998 році він провів експеримент з опромінювання свинцевою зборки протонами з енергією 5 ГеВ на великому прискорювачі Інституту ядерної фізики в Дубні. Дуже слабо ділиться свинець нагрівся в рази сильніше, ніж передбачалося відомими розрахунковими кодами! Це були перші вказівки на можливість створення релятивістської ядерної енергетики - поєднання прискорювача і підкритичного реактора, де не потрібні ні уран-235, ні плутоній-239. У 2002-му аналогічний досвід був проведений під його керівництвом на прискорювачі в Протвино. 12-годинне опромінення свинцевою мішені протонами в діапазоні енергій від 6 до 20 ГеВ призвело до того, що свинець, який відразу після опромінення дуже сильно «світил», вже через 10 днів знизив активність до рівня природного фону. Було доведено: ядерна релятивістська енергетика на «грубих» видах палива - на збіднених урані, торії, відпрацьованому ядерному паливі - можлива. Провести подібні експерименти з торієм і ураном-238 Острецова не вдалося изза організаційних проблем.