Занимательно об энергетике

Реактор с тепловой мощностью 1 миллион киловатт способен обеспечить необходимым теплом два химических комбината, выпускающих в год по миллиону тонн аммиака. Или два металлургических завода, производящих более двух миллионов тонн стали. Только вот беда — до сих пор реакторы АЭС работали при температурах 200—300 градусов, а для плавки металлов необходимы температуры выше раз в пять.

Советские ученые и инженеры приступили к разработке подобных, невиданных прежде АЭС. Называться они будут ВТГР — высокотемпературные, газоохлаждаемые реакторы. Вместо воды (она кипит при сотнях градусов) в этих устройствах будет использоваться газ, который удастся нагреть на выходе почти до тысячи градусов. Огненное дыхание позволит получить не только необходимое для промышленности тепло, но и применить на производстве более совершенные технологические процессы. Скажем, в металлургии получать железо прямым восстановлением, отказавшись от доменных печей. С помощью ВТГР можно с успехом извлекать из воды водород, который (водородная энергетика!) без ущерба для окружающей среды заменит традиционные виды топлива на транспорте, в промышленности, в быту.

А если взять такую старую проблему, как газификация угля, то трудами этих новейших реакторов превращение угля в жидкость или газ под действием высоких температур можно будет проводить прямо в шахтах, под землей. А затем уже подавать готовое топливо наверх. Ясно, при этом опасность загрязнения воздуха, земли и воды станет намного меньше.

Конечно, создание атомных установок подобного типа — задача чрезвычайно сложная. Но такая работа а СССР уже начата. Ближайшие планы — разработка опытно-промышленной атомной энерготехнологической станции с реактором тепловой мощности в 1 миллион киловатт.

Но атомная энергия — это не только цепные реакции деления тяжелых атомных ядер. Есть и другая возможность — термоядерный синтез.

Пока он был реализован в неуправляемом виде в термоядерных (водородных) бомбах. Но, видимо, в обозримом будущем ученые добьются и управляемых процессов. Однако может возникнуть естественный вопрос: атомная энергетика уже имеет такие прекрасные перспективы — нужен ли еще и термояд? Да, нужен! Темпы потребления энергии на планете стремительно растут. В начале века потребление энергии в мире удваивалось приблизительно за 50 лет, в середине нашего века это удвоение происходило уже за 30 лет, а теперь — за 15—20 лет! Так что и термоядерной энергии скоро может найтись большое дело.

Следует подчеркнуть, что термоядерный синтез оказался для человека крепким орешком. На первой Женевской конференции по использованию атомной энергии (1959 год) известный индийский физик X. Баба обещал — проблема будет решена через 20 лет.

Сроки прошли, однако предсказание не сбылось. Уж очень трудную задачу (сейчас эта проблема физики номер один) взвалили на свои плечи ученые и инженеры. Ведь надо здесь, на Земле, создать условия, реализующиеся лишь на далеких звездах.

Смесь газов тяжелого водорода необходимо нагреть до температуры в 100 миллионов градусов Цельсия (в советских «Токамаках» пока достигнута цифра 60 миллионов) и удержать в этом состоянии плазму достаточно долго, чтобы реакция между водородными ядрами происходила со скоростью, достаточной для выделения энергии большей, чем затрачено на нагревание смеси. Пока же дело ограничивается секундами...

И все же, несмотря на препоны и тернии, дело идет, и несомненно, атомная энергетика в том или ином виде — это наша столбовая дорога. Иного человечеству пока не дано! И эту возможность преодоления надвигающегося энергетического кризиса подарила нам физика.

ГЛАВА 2

ЭНЕРГЕТИКА ГЛАЗАМИ ЭКОЛОГА

Аэродромы, пирсы и перроны,

Леса без птиц

И земли без воды.

Все меньше — окружающей природы,

Все больше — окружающей среды...

Р. Рождественский

«Экология» — слово новое. Термин этот, правда, еще в 1866 году предложил немецкий зоолог Э. Геккель — как «общую науку об отношениях организмов к окружающей среде...». Однако прежде слово использовали лишь узкие специалисты, в основном ботаники и зоологи, изучавшие растения и животных. Но вот пришла «взрывная» вторая половина XX века. Пора, когда всюду дружно и враз заговорили о всевозможных кризисах, подстерегающих человека. Планета вдруг сделалась маленькой и уязвимой. Выяснилось: масштабы природных явлений и человеческой деятельности уже стали почти сопоставимыми.

Один пример. Солнце посылает в среднем на один квадратный километр земной поверхности 4-Ю5 киловатт. Колоссальную энергию! Но уже сейчас в отдельных регионах Земли энергетический «товарооборот» человека вполне сопоставим с природным. Например, в районе Рура, густонаселенной промышленной области ФРГ, где добывается собственный уголь и имеется высокоразвитая промышленность, потребление энергии составляет 2-Ю4 киловатт с квадратного километра. Цифра лишь в 20 раз меньше солнечной! Это сегодняшний день. А что будет завтра, скажем, в 2000 году? Сохраним ли мы нашу планету зеленой и хотя бы сносной для жизни на ней?

Конечно, эти вопросы волнуют всех. Но ответы на них прежде всего должны дать те, кто изучает экологию человека. А их, естественно, тревожит проблема энергетики. Энергия должна быть дешевой. Несомненно. Второе: источники ее должны быть неисчерпаемы. Кандидатур много: практически вечны солнце, ветер, геотепло, атом... Однако важно еще и третье качество энергии: ее источник должен быть достаточно мощным. И вот тут почти все рядовые энергетики должны посторониться, уступив дорогу делящемуся атому.

Атомная энергетика оказалась вне конкуренции. Это наше энергетическое завтра. Все это так, но, кроме трех перечисленных качеств — дешевизны, неисчерпаемости, мощности, есть и четвертое, и немаловажное — экологичность! Не навреди! Эта заповедь должна свято соблюдаться и при поиске и отборе новых источников энергии. (Уже давно получил права гражданства термин «экологическая энергетика». В нашу литературу его ввели член-корреспондент Академии наук СССР Н. Лидоренко и профессор Г. Мучник — они успешно выступили в ЮНЕСКО по этому вопросу.). Итак, энергетика глазами эколога.

Атом излучающий

Сейчас (это уже становится общепризнанным) вся надежда на решение глобального энергетического кризиса связана с использованием ядерной энергии. И надежда вполне обоснованная. Но также хорошо известно и то, что на пути перевода всей энергетики планеты на атомную (пока она дает вклад лишь в несколько процентов) имеется ряд трудностей. Характера чисто экологического. Они уже не раз анализировались во многих статьях, докладах, работе различных комиссий. На эту тему выступали и известные физики.

Первая вполне очевидная проблема — это радиоактивность. Начинкой ядерного реактора служит смесь двух изотопов урана: урана-235 и урана-238. В результате цепной реакции, которая сама себя поддерживает, при распаде ядер урана (при этом образуются всевозможные радиоактивные осколки) выделяется тепло, его потом преобразуют в удобную для потребления электроэнергию. В отличие от угля ядерное топливо «горит» гораздо медленнее. Ядерное горючее превращается в радиоактивные шлаки лишь по истечении трех лет.

Так вот, первая проблема — это извлечение шлаков из реактора и их хранение.

Последовательность тут такова. Вначале бывшее топливо выдерживается несколько месяцев, чтобы произошел радиоактивный распад короткоживущих изотопов (особенно опасен йод-131. К счастью, его период полураспада невелик — всего 8 дней). Следующий шаг — отправка ядерного шлака на завод химической переработки, где его растворяют в кислотах и в ходе мудреных превращений извлекают из него ценные уран и плутоний: они будут повторно использованы как ядерное топливо. Все остальное становится ядерными отходами. Они радиоактивны (и остаются таковыми в течение долгих лет). От них надо поскорее избавиться.