Со школьных уроков географии помню, как нам говорили, что разведанных запасов нефти хватит на 30-50 лет, а газа – на 100 лет. С угольными запасами протянем дольше. С начала 90-х прошло уже 35 лет, а нефть все никак не думает заканчиваться. Считается, что это не возобновляемые энергоресурсы, хотя есть и альтернативная гипотеза, что нефть и газ в недрах образуются постоянно.
Существует возобновляемая энергетика – гидроэнергетика (но реки есть не везде), ветровая и солнечная генерация (эффективные в береговых зонах и в южных широтах). Многие страны делают ставку на эти зеленые технологии.
Не любят говорить про атомную энергетику. Опасные АЭС в умах обывателя (после аварии на Чернобыльской станции), тонны отработанного радиоактивного топлива, которое нужно надежно складировать. И самое главное – запасы нужного изотопа урана подходят к истощению.
Для АЭС в качестве топлива используется уран-235. Именно этот изотоп позволяет получить цепную реакцию деления ядер с выходом энергии.
Проблема в том, что по прогнозу Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ), при сохранении текущих темпов геологоразведки мировые запасы урана могут иссякнуть к 2080 году.
Это речь про Уран-235, которого в общих запасах урана не более 1%. Уран-238 на АЭС не используется. Изотопы сепарируют на центрифугах, отделяют – это отдельный энергозатратный процесс. Почти вся энергия ископаемого топлива – это Уран-238.
Период полураспада Урана-238 составляет 4,463 миллиарда лет. Это стабильный изотоп. Период полураспада Урана-235 составляет 704 миллиона лет, он более радиоактивный.
Можно ли использовать Уран-238, которого хватило бы на тысячи лет? Можно, но для деления его ядра нужны более быстрые нейтроны.
Ядра U-238 делятся только когда нейтроны обладают энергией не менее 1 МэВ. Такой энергией обладают примерно 60% нейтронов, образующихся при делении ядра. Но и при этом только 20% нейтронов производят деление U-238. Остальные нейтроны просто захватываются ядрами. Таким образом, используя чистый U-238, невозможно получить цепную реакцию. Нужен дополнительный источник нейтронов.
Еще итоговым материалом в этой цепочке делений является оружейный плутоний. А это угроза безопасности от стран, кто будет обладать технологией использования данного изотопа урана в энергетической промышленности.
Хотя, реакторы на чистом Уране-238 могут быть безопаснее, чем на принципе лавинообразного выделения нейтронов при делений Урана-235, где лишние нейтроны нужно улавливать и контролировать деление. При использовании Урана-238 когда есть облучение ядерного топлива быстрыми нейтронами - энергия выделяется. Нет облучения – реакция прекращается.
В России запущены реакторы на быстрых нейтронах промышленного уровня - БН-600 и БН-800, установленные на Белоярской АЭС. Т.е. технология внедряется.
Но в этих реакторах есть регулирующие стержни, «плавающие» в расплавленном натрии. Источником быстрых нейтронов в реакторах БН являются изотопы Урана-235 или Плутония-239. В отличие от тепловых обычных реакторов, в БН-реакторе деление ядер происходит под воздействием нейтронов с высокой энергией, не замедленных до тепловых энергий. Т.е. это гибридный реактор, использующий два изотопа урана. Генерация нейтронов от делящихся изотопов Урана-235 или Плутония-239.
Такие гибридные реакторы не являются абсолютно безопасными. Т.к. в первом контуре циркулирует расплавленный радиоактивный натрий – щелочной активный металл. Малейшая утечка приводит к его возгоранию на воздухе.
Но есть другой способ генерации быстрых нейтронов – это ускоритель Богомолова на обратной волне. Впервые про этот генератор услышал от Игоря Острецова, к.т.н., специалиста в области атомных технологий. Вот его краткое описание этой разработки советского ученого, Алексея Богомолова:
Ускоряющая пучок нуклонов электромагнитная волна направлена не по направлению потока частиц, а навстречу. Поэтому, пучок не расширяется и имеет повышенную мощность при меньшей длине ускорителя.
Любой ускоритель частиц – это установка, внутри которого есть волновод, вакуумированная трубка для создания в ней ускоряющего поля и ускорения в них протонов. В кольцевых ускорителях есть магнитное поле, поэтому протоны движутся по кольцу. Они проходят зазор, в котором есть разность напряжений. Получают дополнительную энергию и движутся дальше.
Не совсем понятно, как ускоритель Богомолова ускоряет нейтроны, нейтральные частицы. Это все же ускоритель для протонов. Возможно Уран-238 может делиться и при захвате быстрого протона.
Размер ускорителя Богомолова может быть небольшим. Его возможно разместить в фюзеляже грузового самолета. Но к сожалению, нет ни опытных образцов, ни даже моделей, как он устроен. Хотя, Игорь Острецов рассказывает об этой перспективной технологии ни один год с громкими заголовками. Вот текст из одной его презентации:
Еще этот ускоритель с самолета может обнулить любой ядерный объект. Направленный пучок быстрых нуклонов приводит к взрыву любого ядерного заряда или реактора. Все атомные крейсеры и подводные лодкии становятся легкой мишенью для такого оружия. Под угрозой будут так же все АЭС и хранилища ядерных отходов.
Скорее всего, именно по этой причине этой технологии не дадут «зеленый свет» в ядерной энергетике. Страна, обладающая таким оборудованием и оружием становится угрозой для существования мира и Земли в целом. Хотя, и решила бы все энергетические проблемы на сотни и тысячи лет вперед.