Мир завтра. Как технологии изменят жизнь каждого из нас

Обычные ядерные реакторы называют тепловыми, или реакторами на медленных нейтронах, потому что используемые в них нейтроны замедляются для производства тепловой энергии. Это достигается за счет использования замедлителя, обычно воды, отчего эти реакторы называют легководными. Быстрые же реакторы (или реакторы на быстрых нейтронах), которые имеются в виду, когда говорят о реакторах четвертого поколения, замедлителя не имеют, в результате чего нейтроны сталкиваются с ядрами на гораздо большей скорости, что позволяет извлекать из топлива больше энергии.

В реакторах на медленных нейтронах в качестве теплоносителя стали использовать жидкий металл – в основном натрий. Преимущество здесь состоит в том, что в системах с водным охлаждением необходимо поддерживать очень высокое давление, в результате чего даже маленькая утечка может стать большой проблемой. Системы же с жидкометаллическим теплоносителем функционируют при атмосферном давлении и в этом смысле проблем не создают, однако имеют другие недостатки.

Жидкий натрий не отнесешь к числу наиболее стабильных веществ. Чтобы возник пожар, достаточно контакта с воздухом или с водой. Причина, по которой большинство людей никогда не слышали об этой технологии, как раз и заключается в том, что все первые попытки оборачивались пожарами. Расплавившийся в Айдахо EBR-I был экспериментальным быстрым реактором; прототип быстрого реактора на японской АЭС Monju сгорел в 1995 году, проработав лишь нескольких месяцев. Схожая судьба постигла и другие экспериментальные быстрые реакторы. В 2008 году Томас Кохран, физик-ядерщик из Совета по защите природных ресурсов, выступая на слушаниях в палате представителей США по этой технологии, в частности, сказал:

Разработкой реакторов-размножителей на быстрых нейтронах ученые из Соединенных Штатов, Франции, Великобритании, Германии, Италии, Японии и Советского Союза занимаются десятки лет, на это потрачены десятки миллиардов долларов, но все усилия закончились неудачей… Потратив столько времени и столько денег на разработку быстрых реакторов, конгресс вправе задаться вопросом, почему к сегодняшнему дню существует лишь один коммерческий реактор на быстрых нейтронах – лишь один из 440 реакторов, функционирующих на текущий момент во всем мире. Совет по защите природных ресурсов знает ответ на этот вопрос: потому, что они неэкономичны и ненадежны.

Однако это еще не всё. Первоначальная идея ядерщиков состояла в том, чтобы использовать отработавшее топливо из тепловых реакторов для питания быстрых реакторов-размножителей, которые назывались так потому, что создавали больше изотопов плутония, чем потребляли. «Первоначально, – говорит Кревенс, – до открытия залежей урана на Колорадском плато мы всерьез беспокоились о том, что наши запасы быстро иссякнут. “Размножение” плутония отчасти решало эту проблему».

Работы по реализации данного решения начались в 1951 году, когда был создан реактор EBR-I, и продолжились в 1964 году, с реактором EBR-II. «Да, реактор EBR-I частично расплавился, – говорит Дейв Россин, бывший президент Американского общества ядерной энергетики и помощник министра энергетики в администрации Рейгана, – но времена тогда были не те, что ныне. Специалисты изучили причины аварии, внесли коррективы и создали реактор EBR-II, который был запущен в 1964 году и продолжал прекрасно работать еще и в 80-е годы, но, к сожалению, времена тогда изменились, и проект закрыли по политическим мотивам, поскольку само словосочетание “реактор-размножитель” заставляло вашингтонских деятелей хмуриться».

В 1984 году, пытаясь избежать такой участи, ученые из Аргоннской национальной лаборатории переименовали реактор-размножитель в интегральный быстрый реактор. К 1992 году все проектные работы были завершены, но Билл Клинтон решил начать экономить и приказал закрыть все ядерные проекты, которые не казались ему необходимыми. «Это самое настоящее преступление, – говорит бывший физик-ядерщик из Аргоннской национальной лаборатории Джордж Стэнфорд. – Мы были готовы построить реактор, который решал все существовавшие проблемы, связанные с безопасностью, эффективностью, распространением ядерного оружия и ликвидацией радиоактивных отходов. Все идеально работало. Интегральный быстрый реактор действительно решал все проблемы. А его просто положили на полку».

Среди проблем, решаемых интегральным быстрым реактором, вопрос надежности и безопасности занимает не последнее место. При нагревании жидкий металл расширяется. С расширением металла его плотность уменьшается. Это приводит к изменению геометрической траектории нейтронов в реакторе, и цепная реакция становится невозможной в силу законов физики. «Он просто не может расплавиться, – говорит Стэнфорд. – Мы знаем это наверняка, потому что во время публичных демонстраций с использованием EBR-II были в точности воспроизведены обстоятельства, вызвавшие аварии на АЭС Three Mile Island и в Чернобыле, и ничего не случилось». Такой «пассивной безопасностью» обладают все реакторы четвертого поколения.