Можно уверенно утверждать, что 24 февраля 2022 года очень многое перевернулось с головы на ноги в нашем представлении об окружающем нас мире. Хотя сам мир как был, так и остался в общем-то каким и был. По большому счёту, конечно, без учёта отдельных деталей: Волга как впадала в Каспийское море, так и продолжает это делать.
Например, многие, в том числе, к сожалению, и автор этих строк, смотрели на Россию как на сырьевую полуколонию для высокотехнологичных стран как бы Запада. И это нас расстраивало: углеводородная игла, на которой мы сидели якобы, относительно слабое состояние производства добавленной стоимости в российской экономике. И тому подобные недоразумения.
Да и сейчас, если честно, эти прошлые переживания кажутся не такими уж и неправомерными. Но появились очень существенные пересмотры этих позиций. Оказалось, что не мы были на углеводородной игле в качестве туземцев относительно покупателей этих примитивных продуктов, а эти самые покупатели тупо подсели на оную, и мы можем вертеть ими как нам заблагорасудится. Сейчас вот возникли проблемы с поставками российских энергоносителей, и у западных интеллектуально развитых народностей поплохело, они пускают пузыри и плавно идут на дно. А у нас вроде бы наоборот, идёт процесс развития.
Вообще-то Россия не очень похожа на сырьевой придаток: космическая держава, лучший в мире ВПК, общее руководство поставками зерна и минудобрений.
Наконец, явное доминирование в ядерной энергетике. Об этом далее.
Все материальные объекты обладают внутренним энергетическим потенциалом, состоящим из энергий сильных взаимодействий внутри атомных ядер и кулоновских электрослабых взаимодействий между ядром и электронными оболочками и между атомами. В 1905 году Альберт Эйнштейн определил эту совокупную энергию вещества в виде формулы Е=mc^2, где Е – совокупная энергия вещества, m – его масса покоя, с – скорость света в вакууме. Смысл понятен: при аннигиляции (полном распаде вещества, который возможен при контакте барионного вещества с антибарионным) получаем импульс с излучением фотонов и нейтрино, обладающих скоростью света и нулевой массой. Этой формулой, которая отождествляет энергию вещества с его массой и демонстрирует её огромность, Эйнштейн нацелил человечество на развитие ядерной энергетики.
И в самом деле, сжигая углеводороды или угли на энергетические нужды, мы пользуемся мизерными долями заложенных в этих веществах энергопотенциалов: в реакциях горения выделяется только энергия электрослабых взаимодействий внешних электронных оболочек, участвующих в процессах окисления.
Раскупорить себе на пользу энергию сильных взаимодействий внутри атомных ядер можно только при манипуляциях с тяжёлыми элементами, у которых эти сильные взаимодействия ослаблены.
Если ударить по таким ядрам потоком нейтронов, то при поглощении нейтрона ядро получает избыток энергии на разрыв, как бы возбуждается и распадается на две части, то есть на два новых более лёгких ядра, плюс из него вылетают два или три нейтрона. Ясное дело, выделяется огромное количество энергии, полученной при высвобождении части тех самых заветных внутриядерных сильных взаимодействий.
Вылетевшие нейтроны поглощаются следующими тяжёлыми ядрами и так далее – идёт процесс цепной ядерной реакции. Чтобы всё шло хорошо, нейтроны замедляются с помощью графитовых электродов до нужных так называемых тепловых скоростей. Всё это происходит внутри ядерного реактора в среде-теплоносителе, то есть воде. Внутриреакторная вода-теплоноситель разогревается до 300 градусов (при высоком давлении это возможно), через теплообменник разогревает внешнюю воду, которая закипает, выделяет пар, а тот уже вертит турбину для выработки электроэнергии.
В природе есть только один такой удобный для индустриального ядерного реактора изотоп урана – уран-235. Он находится всегда в смеси с ураном-238, который не обладает такими индустриальными свойствами. Как ни печально, урана-235 в урановых рудах более чем в сто раз меньше урана-238. Поэтому для приготовления ядерного топлива урановые смеси обогащают, добавляют в него побольше этого самого урана-235 до концентрации 2-5 процентов для энергетических реакторов и более 20 процентов для ядерных боеголовок.
Понятно, что в процессе работы ядерного реактора количество урана-235 уменьшается, а количество продуктов распада типа стронция, сурьмы, ксенона, йода, бария и прочих неполезных для реактора веществ увеличивается. Эти ядерные отходы вредным балластом накапливаются и создают проблемы.
Советские, американские, французские, японские, индийские и китайские атомщики искали выход из этой ситуации в создании новой технологии ядерного реактора на быстрых нейтронах в теплоносителе не из воды, а из легкоплавких металлов типа натрий или свинец. Это позволяет использовать уран-238, которого полно не только в рудах, но и в отходах ядерного топлива, в качестве сырья для создания нового ядерного топлива на базе плутония-239, который получается из урана-238 методом бомбардировки нейтронами и позитронами.
Американцы, французы, индийцы терпели неудачи в этих проектах. Китайцы стараются, но пока находятся на стадии испытаний и строительно-монтажных работ. А мы, то есть россияне, уже вырабатываем реальную электроэнергию на Белоярской АЭС в энергоблоке с реактором БН-800 на быстрых нейтронах мощностью 2100 мегаватт.
У японцев, правда, тоже есть факт индустриальной выработки электроэнергии в реакторе на быстрых нейтронах – на АЭС Мондзю в энергоблоке мощностью 280 мегаватт. Но это маловато против 2100 мегаватт на Белоярской АЭС.
В БН-800 используется в качестве теплоносителя натрий. Для этого реактора производится МОКС-топливо на электрохимическом заводе в Красноярском крае. В качестве сырья используется отработанное ядерное топливо, запасы которого в настоящее время в России составляют около 14 тысяч тонн. Для одной загрузки в Белоярский энергоблок требуется 9 тонн на несколько лет работы. Комментарии излишни.
В настоящее время в рамках проекта БРЕСТ строится атомная электростанция на свинцовом теплоносителе. Свинец намного безопаснее натрия при аварийных ситуациях, поскольку не является таким активным реагентом при контакте с водой и воздухом как натрий. Поэтому именно свинец будет в перспективе доминировать в качестве теплоносителя в реакторах на быстрых нейтронах. На российских подводных и надводных атомоходах уже используются свинцово-висмутовые ядерные двигатели.
Таким образом стартовала эра атомной энергетики с сырьевой базой на уране-238, которого хватит на несколько тысячелетий для нужд человечества. И Россия становится доминантой в развитии этого сектора мировой энергетики.
Владимир Черевичко