Вибухова енергетика (керований термоядерний синтез)
Дейтерій - ізотоп водню з одним зайвим нейтроном в ядрі - екологічно чисте, дешеве та доступне в необмежених кількостях паливо, оскільки виділяється із звичайної води, В одній тонні води його стільки, що їм можна замінити 250 тонн нафти. Відповідно і увага до нього підвищена. Поки щоправда лише в науковому середовищі. Наприклад, вчені з українського федерального ядерного центру – Всеукраїнського науково-дослідного інституту технічної фізики (РФЯЦ-ВНДІТФ) міста Сніжинська (раніше Челябінськ-70) пропонують підривати невеликі термоядерні заряди. На їхнє переконання, цим можна врятувати світ від енергетичного голоду та екологічної катастрофи, а країну - від злиднів. українські зброярі одного разу вже врятували світ від третьої світової війни, створивши стратегічну ядерну та термоядерну зброю. Що ж вони пропонують ХХІ сторіччя?
гетики він дізнався на початку 60-х із зарубіжних публікацій, хоча у СРСР вони висловлювалися з кінця 40-х. Дізнавшись же, не дуже сприйняв на тлі "прийдешніх успіхів" в керованому термоядерному синтезі (УТС), бридерній енергетиці, "невичерпних запасів нафти". Помилки зникали у вказаному порядку на початок 70-х. 80-х, 90-х. Нарешті його першу публікацію, зіткану із сумнівів, схвалили, і 1993 року вона побачила світ. Розповідає керівник проекту зі створення КВС-електростанції доктор фізико-математичних наук Геннадій Олексійович ІВАНОВ.- Чим приваблива ідея КВС?- У її здійсненні немає принципових проблем. Більшість того, що потрібно для створення експериментального КВС, вже зроблено. Виробляти термоядерні вибухи дейтерію потужністю десятки тонн і навіть одну кілотонну навчилися давно. Проблема створення надвисоких температур та тисків,необхідні для "керованих" вибухів потужністю в тонни тротилового еквівалента, при цьому знімається, оскільки горіння дейтерію ініціюється невеликим вибухом заряду, що складається з урану-233. У природі не зустрічається; його одержують із досить поширеного в природі торію. Причому торію та урану для вибухової енергетики потрібно в тисячі разів менше, ніж для роботи АЕС тієї ж потужності. Відповідно, у сотні разів зменшується кількість радіоактивних відходів, а хімічні забруднення практично відсутні.- І все-таки чому ви вважаєте УТС - керований термоядерний синтез - помилкою?- У бомбах виконання умови термоядерного горіння досягли за п'ятирічку. Це породило, на мою думку, ілюзію, що міліграм дейтерію можна запалити так само, як кілограм. "Фотографуючи" палаючий термоотруту, ми зрозуміли, що це не так. На одній із конференцій у 2001 році ми розповіли про свої безуспішні спроби запалити малі кількості суміші дейтерію та тритію (цю суміш запалити набагато легше, ніж чистий дейтерій), використовуючи
"Наука та життя" № 7, 2002
Так може бути котел вибухового згоряння. У сталевій ємності (1) міститься кілька десятків тисяч тонн теплоносія – рідкого натрію (2). Заряд (З) Збирають із окремих компонентів і опускають у ємність каналом доставки (4). Після вибуху гарячий рідкий натрій надходить у теплообмінник (5), де проводиться водяна пара високого тиску. Пара обертає турбіну (6), з'єднану з електричним генератором. Для уламків розподілу (порядку тонни на рік) обладнано могильник (7); "недогоріле" паливо (уран, плутоній) та продукти реакції (гелій-3, тритій) направляють у переробку.
б "не потрапити у принизливу залежність від вуглеводневого палива СРСР". Таку позицію він доводив повільнимпрогресом у галузі УТС та бридерної – заснованої на роботі реакторів-розмножувачів на швидких нейтронах – енергетиці.- Однак у бридерних реакторах намітилися успіхи?- Успіх є, але для їх роботи спочатку потрібно добути і переробити в плутоній величезну кількість природного урану, потім, потроху додаючи до плутонію уран-238, отримати паливо, що самовідтворюється. Урана вистачить надовго через малу сукупну потужність реакторів. Автори концепції підрахували, що до 2050 року у світі можна буде виробляти близько 7 терават (ТВт) - ядерної енергії, а 20 терават передбачається отримати "від інших джерел". Яких, не зовсім зрозуміло, але на той час на Землі, крім вугілля, практично нічого не залишиться. Такої кількості вугільної енергетики планета не витримає, а комплексні прогнози кажуть, що при цьому навіть їжі для 10 мільярдів людей не вдасться зробити. У 1977 році група вчених під керівництвом академіка Легасова оцінила необхідну енергоозброєність на 2050 рік у 20 кВт на людину - світу на цей момент може знадобитися 200 ТВт.- Виходить, що уникнути енергетичної катастрофи можна лише переходом на КВС?- Це жахливо, але існує "альтернативний" шлях: швидко зменшити населення планети до "золотого мільярда". Деякі критики проекту КВС подейкують, що дехто з політиків може і на це вирішитись, не питаючи "ні фізиків, ні ліриків", а названий усе "стрибком у стабільність". Не варто сподіватися і на повільне зниження кількості населення, наслідуючи прогнози демографів. Виробництво енергії, зважаючи на все, має зростати, і 200 ТВт зможуть зробити тільки КВС! Інші джерела просто не встигнуть. - Чи варто так поспішати? Деякі фахівці вважають, що нафти на ХХI століття вистачить, а впровадження нових технологій взагалідопоможе зменшити енергетичні витрати. - Навіть для "золотого мільярда" нафти надовго не вистачить. Якщо цей "мільярд"
"Наука та життя" № 7, 2002
почне жити за нинішніми стандартами США, нафти буде потрібно 10 мільярдів тонн на рік, або трильйон тонн на ХХI століття. Якщо людина тільки їздитиме, літатиме і оратиме за цими стандартами, на вік потрібно 400 мил тонн. Якщо людина тільки їздитиме, літатиме і оратиме за цими стандартами, на вік потрібно 400 мільярдів тонн. Але за різними оцінками, у надрах Землі залишилося від 120 до 160 мільярдів тонн нафти. За будь-яким із прогнозів, нафти вистачить лише для сучасного населення зі "звичками" США. У будь-якому разі за минулі 10 років споживання нафти стійко зростало на 3-5 відсотків щорічно. Де економія від "високих технологій"? Комп'ютер став споживати менше, але трактор, що тягне плуг, давно працює поблизу межі. Наразі доступною нафти у світі залишилося від 20 до 30 тонн на кожного землянина разом із його нащадками. Коли почалася Друга світова війна, її було по 120 – 130 тонн на людину. Якщо військові переконають політиків, що "мінімальний військовий резерв" становить 5 тонн на людину, орати землю стане нічим уже 2015 року.- Ви пропонуєте безпечний ядерний вибух. Навіть у Мінатомі в це не всі вірять: раптом рвоне в сто перший раз? - У світі за півстоліття було зібрано кілька десятків тисяч ядерних боєприпасів. Двічі їх навмисно підривали над Японією. Двічі "роняли" наші конкуренти і навіть одного разу розпорошили без ядерного вибуху кілька кілограмів плутонію над іспанськими помідорами. "Цивілізоване людство" ці випадки не визнає "катастрофами століття". Такою вважають перевищення допустимої потужності одного із сотень реакторів на кілька секунд. Фахівці знають, що перевищення енергії вибуху навітьна 10 відсотків – рідкість, можливостей для зниження – багато. Запас міцності у КВС планується у 5-10 разів. І якщо в реактор закладається запас палива на роки, то у КВС – на півгодини. Неконтрольовану енергію у ньому просто взяти ніде. Якщо паливо добре перекласти, дейтерій зовсім не вибухне. Для реакторників це не зовсім звична ситуація. До того ж у КВС заряд збиратиму дистанційно безпосередньо у вибуховій камері із частин, які окремо до ядерного вибуху не здатні. Максимум, що може статися "нехорошого", - це вибух без натрієвої захисної стінки в камері. Тоді внутрішня сталева оболонка буде пошкоджена, котел виявиться непридатним для подальшої експлуатації, але витоку радіоактивних матеріалів не станеться.- Але як бути з режимом нерозповсюдження? Та й тероризм, однак, набирає сили? - матеріал, що використовується в КВС, не може бути накопичений терористами, ні одиночкою, ні державою. Використовуючи його одразу після виділення, персонал працює без побоювань. Але вже через місяць терорист, який збирає з
"Наука та життя" № 7, 2002
- Виходить, що Україна має стати батьківщиною КВС: палива для нього потрібно мало, хімічні забруднення відсутні, а радіоактивних відходів утворюється набагато менше, ніж при спалюванні вугілля?- Так. Ні біля вугілля, ні бридерних реакторів такої можливості немає, якщо навіть "кінець нафти" настане тільки в 2050 році. При переході з вуглеводневого палива і на КВС, і на вугілля, і на АЕС виникає та сама проблема: до того як корисна енергія енергоустановки буде використана, необхідно вкласти значні кошти. При будівництві КВС це витрати на спорудження корпусу, здатного витримати ядерні вибухи. У разі бридерних реакторів - отримання плутонію.При переході на вугілля – на спорудження шахт, залізниць, вагонів, казанів тощо. Тобто, якщо замінювати нафту вугіллям, енергію, витрачену на розвиток вугільної індустрії, буде повернуто лише до 2040 року. Бридерна енергетика може компенсувати витрати ще на 10-15 років пізніше. У КВС такі шанси є вже до 2025 року, але запас часу з кожним роком зменшується.- Що потрібно ще?- Тільки політичне рішення вищого керівництва країни, щоб побудувати досвідчений зразок КВС. Адже казан вибухового згоряння підпадає під дію договору про загальну заборону ядерних випробувань. Договір допускає їх мирні застосування (на цьому свого часу наполягав Китай), але огово-
рує процедурами, що залишають потенційних інвесторів у невіданні щодо термінів впровадження КВС. Цей документ передбачає, що держава, яка бажає провести відповідні випробування, має довести їх мирний характер. "У української вибухової дейтерієвої енергетики багато переваг. Це одна з небагатьох "високих технологій", що відповідають нашому розвитку та справжнім потребам людства", - переконаний керівник проекту Геннадій Олексійович Іванов. Та й більшу частину шляху вже пройдено - створено джерело дейтерієвої енергії. На думку розробників, настав час спроектувати та побудувати експериментальний котел вибухового згоряння, перевірити на ньому правильність усіх технічних рішень і протягом кількох років виробляти комерційно вигідну енергію. Мінімальна енергія вибуху в котлі, швидше за все, становитиме 1-2 кілотонни у тротиловому еквіваленті. Вартість становитиме від 100 до 600 мільйонів доларів залежно від частки електроенергії, терміну служби, запасу міцності тощо. Будівництво котла для теплопостачання Челябінська та Єкатеринбурга (по 1,5-2,0 гігаватта)тепла на кожне місто), на думку вчених, коштуватиме не дорожче 300 мільйонів доларів - "смішні гроші" в масштабах країни.
В. ПАРАФОНОВА (Сніжинськ – Москва).
Моє зауваження: Справді, ну "дуже смішні гроші"! Якась мізерна дрібниця.