В конце Второй мировой войны над японскими городами Хиросимой и Нагасаки были сброшены две ядерные бомбы. Новое оружие оказалась самым смертоносным в человеческой истории. Последовавшая ядерная гонка между СССР и США еще больше усугубила страхи мирового сообщества перед ядерным фактором. Однако помимо атомных боеголовок, появился и атом мирный. Под этой фразой подразумевают ядерную энергетику.
Принцип работы АЭС
В основе работы любой АЭС лежит реакция деления атома. Для того чтобы ее вызвать, необходимо провести нейтронную бомбардировку ядер урана-235. Мельчайшие частицы делятся на фрагменты, при этом вырабатывая колоссальное количество гамма-лучей и тепловой энергии.
Мирный атом может оставаться мирным только под жестким контролем, обязательным для АЭС. Дело в том, что при делении возникают нейтроны, которые порождают новые цепные реакции. Бесконтрольное охватывание ядер приводит к взрыву. Именно этот принцип лежит в основе срабатывания атомных бомб. На электростанциях же процесс контролируется, а избыточная энергия направляется в полезное для людей русло.
Уран-235
Ядерное топливо перед использованием помещается в специальные стержни. Его хранят в виде таблеток, изготовленных из окиси урана. Следует понимать, что это вещество неоднородно. 3% таких таблеток состоит из урана-235 (при реакции делится именно он), остальная часть приходится на уран-238 (этот изотоп не делится).
Зачем нужно такое соотношение? Чтобы держать процесс под контролем. Работающий реактор запускает реакцию деления. По ходу ее развития количество урана-235 уменьшается. В то же время увеличивается объем продуктов деления. Это ядерные отходы. Они представляют серьезную опасность для окружающей среды, поэтому должны правильно утилизироваться. Может ли атом быть мирным? Как видно из описанной технологии, только при точном соблюдении инструкций и правил производственного процесса.
Предпосылки появления
Ядерная (атомная) энергетика зародилась в середине XX века. С тех пор в мире были построены сотни АЭС (сегодня работает 442). Мирный атом обеспечивает больше половины энергии, необходимой Франции, Польше, Литве, Словакии, Швеции и Южной Корее. В Западной Европе АЭС вырабатывают около трети электричества.
Началось все в 1939 году, когда в Германии было открыто деление ядер урана. Исследованиями немцев крайне заинтересовались в СССР. Ученым сразу стало ясно, что только что открытый процесс позволяет производить гигантские объемы энергии. Если бы специалистам удалось научиться контролировать сложные реакции, это позволило бы решить множество экономических проблем. Первые советские исследования, связанные с мирным атомом, прошли в РИАН (Радиевом институте Академии наук) под руководством выдающегося физика Игоря Курчатова.
Ядерная гонка
Работа советских ученых тормозилась из-за отсутствия у СССР собственных запасов урана. Кроме того, в 1941 году началась Великая Отечественная война, и о революционных открытиях пришлось на время забыть. На этом фоне повестку дня перехватили в Великобритании, США и Германии. Парадокс заключается в том, что ядерная энергетика появилась как ответвление милитаристского проекта. Разумеется, воевавшие страны в первую очередь пытались получить самое мощное оружие, а уже затем думали о мирных способах использования своих открытий.
Первый экспериментальный атомный реактор был запущен в США в декабре 1942-го года. Руководителем проекта являлся итальянский ученый Энрико Ферми. В СССР первый реактор появился в конце 1946-го года в Институте атомной энергии. К этому времени уже произошли американские бомбардировки Хиросимы и Нагасаки. В СССР атомную бомбу создали в 1949 году, а водородную – в 1953 году. Война уже закончилась, и ученые начали готовить ядерный реактор для работы на народное хозяйство Советского Союза.
Строительство АЭС
Первая атомная электростанция в мире была запущена летом 1954-го года. Ею оказалась Обнинская АЭС, расположенная в Калужской области. В США с небольшим опозданием также начали реализовывать энергетический атомный проект. В 1956 году американцам впервые удалось с помощью реактора получить электричество. Постепенно в двух сверхдержавах основывались все новые АЭС. Каждая из них била очередной рекорд мощности.
Пик развития атомной энергетики пришелся на вторую половину 1960-х гг. Затем количество строек АЭС стало уменьшаться. В США в Конгрессе и научном сообществе началась дискуссия о проблемах, связанных с безопасностью мирного атома. Тем не менее к 1986 году выработка электричества на АЭС достигла отметки в 15% от объема, производимого обычными электростанциями.
Символ атомной энергетики
В 1958 году в Брюсселе, где проходила очередная Всемирная выставка, открылся Атомиум. Над концепцией конструкции работал архитектор Андре Ватеркейнер. Атомиум выглядит как увеличенная кристаллическая решетка железа: девять атомов, объединенных между собой. Вес конструкции – 2400 тонн, а высота равна 102 метрам. Посетители могут попасть в шесть из девяти сфер. Эти модели атомов, увеличенные в сотни миллиардов раз, соединены друг с другом двадцатью 23-метровыми трубами. Внутри них находятся коридоры и эскалаторы.
Фото «мирного атома», появившегося в Брюсселе в самый разгар атомной эпохи, быстро облетели мир, а Атомиум стал символом всей ядерной энергетики и идеи о том, что революционные научные открытия нужно использовать во благо человечества, а не для войн и разрушений. Бельгийская достопримечательность упоминается в романе знаменитых советских фантастов братьев Стругацких «Понедельник начинается в субботу». Символ мирного атома фигурирует на множестве рисунков, а также на эмблемах, посвященных атомной энергетике.
Экологический фактор
Проблема экологического загрязнения радиоактивными отходами с каждым годом становится все актуальнее. К примеру, в современной России мирным атомом занимается персонал 10 АЭС. Все эти предприятия нуждаются в особенном внимании экологов и государственных ведомств.
В Европейском Союзе каждый год скапливается 50 тысяч кубометров радиоактивных отходов. Ключевая проблема заключается в том, что подобный мусор остается опасным на протяжении тысяч лет (к примеру, период распада плутония-239 составляет 24 тысячи лет).
Утилизация отходов
Сегодня существует несколько концепций о том, как лучше всего избавиться от радиоактивных отходов. Первая идея заключается в создании могильников, находящихся на дне Мирового океана. Это довольно сложно реализуемый способ. Контейнеры должны находиться на значительной глубине, кроме того, их может повредить морское течение.
Вторая идея рассматривается в НАСА, где предлагают отправлять ядерные отходы в открытый космос. Такой способ безопасен для Земли, но чреват чрезмерными тратами. Есть и другие идеи: вывозить отходы на необитаемые острова или хоронить их в льдах Антарктиды. Самым же приемлемым сегодня считается вариант строительства могильников в скальных подземных породах. Исследования, связанные с этой идеей, продолжают проводиться в Германии и Швейцарии.
Урок Чернобыля
Долгое время атомная энергетика считалась безальтернативной. На протяжении нескольких десятилетий мирный атом в СССР и других странах продолжал свою экономическую экспансию. Однако в 1986 году в Чернобыле произошла трагедия, которая заставила человечество переосмыслить свое отношение к АЭС. На станции рядом с Припятью произошел взрыв, последствием которого стало разрушение реактора и выброс в окружающую среду значительного количества опасных для здоровья радиоактивных веществ.
Знаменитый советский лозунг «Мирный атом в каждый дом» оказался скомпрометированным. В первые месяцы после аварии погибло 30 человек. Однако истинные последствия облучения сказались позже. В течение последующих лет в муках от страшного недуга скончались еще десятки людей. Тысячи граждан СССР оказались в зоне заражения. Значительные территории Белоруссии, Украины и России стали непригодными для сельского хозяйства. Авария на ЧАЭС привела к вспышке общественной фобии по отношению к атомной энергетике. После той трагедии были закрыты многие станции по всему миру.
Хотя за 30 лет меры безопасности на подобных предприятиях заметно улучшились, теоретически трагедия, похожая на чернобыльскую, может повториться вновь. Случались аварии и до, и после ЧАЭС: в 1957 году - в Великобритании (Уиндскейл), в 1979 году - в США (Три-Майл-Айленд), в 2011 году - в Японии (Фукусима). Сегодня в МАГАТЭ собраны сведения более чем о 1000 внештатных ситуаций на станциях. Причины аварий: человеческий фактор (80% случаев), реже - конструкторские недостатки. На Фукусиме в Японии чрезвычайная ситуация произошла из-за мощнейшего землетрясения и последовавшего за ним цунами.
Перспективы ядерной энергетики
Вопрос о том, есть ли будущее у мирного атома, с экономической точки зрения сложен и вызывает множество споров специалистов. Из-за большого количества противоречивых факторов его будущее неясно и туманно. Последние прогнозы, которые выпускает Международное энергетическое агентство, говорят о том, что при сохранении сегодняшних тенденций доля электроэнергии, производимой на АЭС, к 2030 году упадет с 15% до 9%.
До недавнего времени атомная энергетика пользовалась спросом в том числе и из-за высоких цен на нефть. Однако в 2014 году они резко упали. Таким образом, появилась еще одна подешевевшая альтернатива АЭС. Важно и то, что атом мирный обеспечивает людей только электроэнергией (то есть даже при повсеместном применении не может полностью избавить общество от энергетической зависимости).
Нефть или электричество?
Нефть, несмотря ни на что, важна для промышленности и транспорта. Около 40% энергии, которую потребляют США, обеспечивается этим ресурсом. От зависимости от нефти не смогли избавиться Япония и Франция (хотя они активно используют АЭС). Так есть ли будущее у мирного атома или он обречен оставаться в тени «черного золота»? Упомянутые тенденции говорят о том, что АЭС могут оказаться в прошлом. Однако некоторые недавние события дали атомной энергетике новый шанс.
Речь идет о появлении автомобилей, работающих не на бензине, а на электричестве. Сегодня такой транспорт все больше завоевывает рынки США и Европы. Через несколько десятилетий электромобили станут нормой. Именно в этот момент на выручку мировой экономике может вновь прийти атом мирный. АЭС в силах решить проблему все возрастающей потребности разных стран в электричестве.
Термоядерная энергетика
Есть еще одна перспектива, при которой атом мирный может совершить экономический триумф. Одной из важнейших проблем, связанных с эксплуатацией АЭС, является экологическая безопасность. Вопрос о сложности захоронения радиационных отходов и отработанного топлива породил идею о переформатировании атомных реакторов в новые атомно-термоядерные. Такие предприятия будут совершенно безопасны для окружающей среды. Но прежде чем эта технология мирного атома будет внедрена в производство, специалистам придется проделать значительный путь.
Сегодня над термоядерным проектом уже работают команды из 33 стран мира. Глобальность затеи с термоядерным топливом обуславливается множеством его преимуществ. Оно не только безопасно с точки зрения экологии, но и неисчерпаемо. Необходимый ученым ресурс – дейтерий, который получают из Мирового океана. Главное технологическое отличие термоядерной станции от АЭС заключается в том, что на новых предприятиях будет происходить ядерный синтез (на прежних АЭС осуществляется расщепление ядра). Возможно, именно в этой технологии заключается будущее мирного атома.
