Знание-сила, 1997 № 02(836)

Идея электроядерного метода, объединившая две основные атомные технологии XX века — ускорительную и реакторную, была высказана еще полвека назад, однако потребовались десятилетия теоретических расчетов, экспериментов и инженерных разработок, для того чтобы сделать ее экономически выгодной. Лишь с помощью сильноточных ускорителей, дающих мощные пучки высокоэнергетических частиц, а их научились строить совсем недавно, можно достаточно далеко отойти от уровня критичности и использовать по-настоящему безопасные глубоко подкритические системы. Сегодня речь идет уже о строительстве опытно-промышленных электроядерных станций — источников энергии и трансмутаторов (переработчиков) радиоактивных шлаков. Подобно тому как это было с первой атомной электростанцией в Обнинске, они позволят отработать технологию и проложат пути для следующих, более мощных электроядерных блоков.

Электроядерные бридеры

Из каждого килограмма добываемого урана атомный реактор использует всего лишь семь граммов. Таково содержание в природном уране изотопа ²³⁵U, который только и делится в процессе цепной реакции. Все остальное — изотоп ²³⁸U, идущий в отвал. Правда, если содержание изотопа ²³⁵U в реакторе увеличить в несколько раз, то цепную реакцию можно осуществить и в таком режиме, когда ядра ^23&U тоже будут делиться. Более того, часть их станет превращаться в ядра другого, легко делящегося химического элемента — плутония ²³⁹Pu. Однако в сильноточной электроялерной установке (ее в этом случае называют бридером — размножителем) этот процесс протекает намного быстрее и безопаснее. Наработанный таким образом плутоний можно использовать в качестве ядерного горючего в реакторах деления, не имеющих «ускорительной приставки».

Бридерная технология гарантирует, что после того как будут исчерпаны запасы природного углеводородного топлива, энергетический голод нашей планете не грозит в течение по крайней мере нескольких тысяч лет. Разведанных запасов урана хватит надолго.

Сегодня еще трудно сказать, как станет развиваться электроядерная энергетика — путем создания относительно компактных систем «один ускоритель + один реактор» или же начнут создаваться узловые станциибридеры с мощными ускорителями, которые будут снабжать легкоделящимся плутониевым топливом дочерние реакторы деления и одновременно перерабатывать их радиоактивные отходы. На первых порах, наверное, будет использоваться первый путь — он более простой и пока более дешевый.

До недавнего времени оценки показывали, что производство электроядерного электричества обойдется на тридцать — сорок процентов дороже, чем на обычных АЭС. В основном из-за высокой стоимости еще плохо освоенных сильноточных ускорителей. Однако недавно эти оценки были пересмотрены группой западноевропейских специалистов, работающих под руководством нобелевского лауреата К. Руббиа. По их подсчетам, стоимость «электроядерной энергии» с учетом новых технологий должна быть вдвое ниже, чем на действующих АЭС, и значительно дешевле, чем на угольных и газовых электростанциях, не говоря уже о несравненно большей экологической чистоте. С точки зрения рынка фактор двойка — это очень серьезно, ведь в конечном счете все определяется экономической эффективностью. Вместе с высокой степенью безопасности электроядерных АЭС это дает основания утверждать, что к атомной энергетике приходит второе дыхание. Именно этим и вызван сегодня большой интерес ученых и практиков — физиков, энергетиков, экономистов — к электроядерному методу.

Уран или торий?

Кроме урана, цепная реакция деления может протекать еще и в тории. Правда, деление его происходит не столь интенсивно, и выход электроэнергии на один бомбардирующий протон в электроядерной установке будет приблизительно на тридцать-сорок процентов меньше. Зато в ториевых реакторах образуется значительно меньше долгоживущих радиоактивных шлаков, а вместо плутония образуется элемент ²³³U. Он легкоделящийся, и Подобно плутонию его в принципе тоже можно использовать в качестве атомной взрывчатки, однако выделить его из сложной смеси радиоактивных изотопов чрезвычайно трудно. Так что, какая ветвь электроядерной технологии предпочтительнее, урановая или ториевая, это требует еще изучения.

Можно предполагать, что первая опытно-промышленная электроядерная АЭС с трансмутацией ядерньгх отходов будет построена в ближайшие пять — десять лет. Принципиальных препятствий туг нет, все трудности технического характера, хотя и весьма значительные. Впрочем, кое- что уже наработано и давно используется, например, на наших атомных подводных лодках. Недавно лос-аламосская атомная лаборатория США заказала Физико-энергетическому институту в Обнинске, где была разработана свинцово-висмутовая технология охлаждения для подводных лодок, изготовить мишень для электроядерной установки.