О перспективе развития ядерной энергетики

Современный мир стремительно приближается к очень серьёзному энергетическому кризису. Проблема связана с тем, что запасы ископаемого топлива могут иссякнуть уже к концу первой половины текущего столетия. Кроме того, сжигание ископаемого топлива может привести к необходимости каким-то образом связывать и «сохранять» выпускаемый в атмосферу углекислый газ для предотвращения серьёзных изменений в климате планеты. Основным источником энергии на планете остаётся нефть, из которой вырабатывается 36,8% потребляемой энергии. Существенное увеличение добычи нефти в ближайшее время невозможно. Схожая ситуация и с атомными, и с гидроэлектростанциями. Увеличение потребления угля возможно в странах, где есть существенные его запасы. Так называемые альтернативные источники энергии ещё долгое время не будут иметь серьёзной доли в мировом энергетическом балансе. Кроме того, существующие основные способы получения энергии приводят к быстрой деградации окружающей природной среды, её катастрофическому загрязнению радиоактивными и иными отходами. Даже вроде бы экологически чистые солнечные батареи, ветряные электрогенераторы и тому подобные устройства для своего производства требуют многих материалов, добыча и выработка которых связана с нагрузкой на окружающую среду. Как и последующая утилизация отработавших устройств.

Для полноты представления о перспективах ядерной энергетики необходимо упомянуть и о программе замыкания ядерного топливного цикла с использованием реакторов на быстрых нейтронах, так называемых «бридеров» – наработчиков ядерного топлива. Однако, согласно мнению многих ведущих специалистов, вклад этой программы в мировую выработку электроэнергии в перспективе не может сколь ни будь значащим.
В качестве перспективного источника энергии сегодня рассматривается управляемый термоядерный синтез (УТС) изотопов водорода, реализуемый в установках типа ТОКАМАК.
Работы по управляемому термоядерному синтезу в магнитных ловушках различного типа ведутся в разных странах начиная с 1951 года. Сначала реактор ИТЭР создавался консорциумом, в который входили Европейское Сообщество, Япония, Россия, США и Индия. Впоследствии к этим основным участникам работы присоединились Казахстан и Канада, а затем Китай и Южная Корея.
Основные компоненты и узлы реактора ИТЭР уже созданы и испытаны, а строительство полным ходом идёт в местечке Кадараш (Франция). Запуск реактора запланирован на 2018 год. Но обратимся к сути дела.

Для того, чтобы ядра трития вступили в реакцию слияния с ядрами дейтерия, они должны преодолеть взаимное электростатическое отталкивание. Для этого в ИТЭР тритий должен быть нагрет до очень высоких температур порядка 150 миллионов градусов, что приблизительно в десять раз больше, чем в ядре Солнца. При такой высокой температуре кинетическая энергия ядер становится достаточной для зажигания термоядерной реакции. После этого, предполагается, можно будет выключить внешние нагреватели плазмы. Т. е. термоядерная реакция должна будет стать самоподдерживающейся.
При термоядерных температурах энергия плазмы состоит из энергии движения частиц и энергии излучения, которое генерируют движущиеся с переменной скоростью частицы. Скорость частиц плазмы изменяется в результате их столкновений. Поскольку энергия частиц плазмы при увеличении температуры растёт пропорционально первой степени температуры, а энергия излучения – пропорционально четвёртой степени, то при термоядерных температурах это просто несоизмеримые вещи. От 50% до 70% энергии плазмы сосредоточено в энергии излучения. Например, при энергиях, соответствующих температуре в миллиард градусов, плотность энергии излучения достигает плотности металлов. И эта энергия в случае ИТЭР должна будет попасть на стенку. Именно поэтому термоядерной плазмы ни в каком виде в ИТЭР никогда не будет.
Ещё в далёком 1945 году ведущие разработчики советской ядерной программы И. И. Гуревич, Я. Б. Зельдович, И. Я. Померанчук и Ю. Б. Харитон подготовили доклад «Использование ядерной энергии лёгких элементов», который был заслушан 17 декабря 1945 года на двенадцатом заседании Технического совета Специального Комитета при Совете Народных комиссаров СССР. Доклад был посвящён возможности использования лёгких элементов, в первую очередь, тяжёлых изотопов водорода, дейтерия и трития, в целях получения взрывных реакций и для энергетических применений.

Основные выводы, к которым пришли авторы доклада, сводились к следующим тезисам.
1. «В полном термическом равновесии значительная часть энергии превращается в излучение. Это обстоятельство ограничивает равновесную среднюю энергию заряженных частиц порогом 5–15 КэВ, совершенно недостаточным для проведения быстрой ядерной реакции. Медленная ядерная реакция лёгких элементов при средней энергии около 10 КэВ практически невозможна по той причине, что отвод энергии излучением в ходе медленной реакции приведёт к быстрому падению температуры и полному прекращению реакции» (10 КэВ это примерно сто миллионов градусов).
2. «Для облегчения возникновения ядерной детонации полезно применение массивных оболочек, замедляющих разлёт».
Данный вывод полностью подтвердился историей шестидесятилетних исследований в области термояда. В бомбах термоядерная реакция реализована только по той причине, что термоядерное горючее на время развития термоядерной реакции окружается массивной оболочкой, удерживающей излучение, в котором сосредоточена основная энергия термоядерного взрыва.
Таким образом, если термоядерная плазма прозрачна, как считают современные исследователи термояда, то её просто никогда не нагреешь до термоядерных температур. Всю энергию нагрева немедленно будет уносить излучение, в котором при таких температурах сосредоточена большая часть энергии. Термоядерная плазма в принципе не может быть прозрачной.
Сегодня данный вывод является наиважнейшим для будущего человечеств с точки зрения его энергетического обеспечения и, значит, вообще существования.
Ввиду вышеизложенного нельзя не задуматься о возможности выхода из постоянно усугубляющегося мирового энергетического кризиса. Такая возможность имеется. Это развитие ядерно-релятивистских технологий. В основе этих технологий – идея использования энергии деления ядер «неделящихся» актиноидов (урана-238, тория и других) под воздействием нейтронов высоких энергий, получаемых с помощью ускорителей. Положительные результаты экспериментов в Объединённом институте ядерной физики в г. Дубна в июле 1998 года и в Протвино на ускорителе Института физики высоких энергий в конце ноября 2002 года подтвердили принципиальную возможность разработки таких технологий. Они открыли светлую перспективу для развития энергетики для всего человечества.
Получение «энергетически» интересного результата базируется на том обстоятельстве, что вероятность деления тяжёлых ядер при энергиях не доступных для современных реакторов близка к единице. Кроме того, концентрация делящихся ядер, в отличие от современных реакторов, в которых она составляет 2–5%, в быстрых реакторах максимум до 20%, в нашем случае будет равна 100%. Всё это требует детальных исследований ядерных процессов в данном диапазоне энергий нейтронов и соответствующих расчётов на их основе.
Наиболее вероятным топливом новой ядерной энергетики будет торий, уран-238 и отработавшее ядерное топливо (ОЯТ), т.е. ресурсная база этой энергетики является практически не ограниченной. При использовании тория и природного или обеднённого урана не потребуется никаких предварительных операций, связанных с развитием урановой энергетики, которые необходимы в современных технологиях. Не потребуется дорогостоящей промышленности по обогащению урана.
Россия обладает колоссальными запасами тория. Например, всего лишь в 20 км от Сибирского химического комбината (СХК, Томск-7) находится гигантское месторождение тория. Рядом расположена железная дорога. Имеется инфраструктура Сибирского химического комбината (СХК). Поэтому российский торий будет самым дешёвым в мире. Разведанные запасы тория в России грандиозны. Они оцениваются величиной в 1,7 млн. тонн.
Первый контур АЭС будет крайне простым. Перезагрузок топлива не потребуется. Кампания работы реактора без перезагрузок может составить сто и более лет. Исчезнет необходимость в дорогостоящей промышленности по переработке отработавшего ядерного топлива.
Все необходимые технологии по созданию высокоэкономичных ускорителей протонов и более тяжёлых ядер в принципе созданы в работах, выполненных Богомоловым А. С., предложившим уникальный по своим характеристикам ускоритель на обратной волне.
Новая энергетика не будет производить «бомбовые» материалы и, следовательно, найдёт широкое применение во всём мире. Тем самым будут решены сложнейшие международные проблемы современности.
Однако для того, чтобы эта перспектива стала реальностью, необходима всемирная мобилизация всех созидательных сил. Дело в том, что, по существующим прогнозам, уже через десять лет начнётся ощутимый спад мировой добычи углеводородов ввиду истощения их запасов в земной коре. Это приведёт к резкому обострению и без того острых мировых проблем. Чтобы этого не допустить, необходимы сверхусилия по реализации ядерно-релятивистских технологий, созданию и развитию безопасной, экологически чистой и перспективной «ториевой» энергетики. Нельзя терять время.