Новые перспективы атомной энергетики

Энергия, выделяемая при синтезе атомных ядер, – это огонь богов, который воспламеняет звезды, наполняя их сиянием, буквально реализуя призыв «Да будет свет!». Деление же ядер с целью добычи атомной энергии – это наша попытка украсть огонь у богов, и история этого вопроса настолько сложная и противоречивая, что уже, наверное, не осталось человека, который имел бы непредвзятое отношение к теме атомной энергетики.

А энергетические проблемы тем временем нарастают: перенаселение, глобальное потепление, оскудение природных ресурсов и многое другое. По мнению ряда ученых, только атомная энергетика позволит нам преодолеть этот кризис. Однако другие с этим не согласны. Но, как бы то ни было, грядет новая волна энергетической революции, обещающая более чистые и безопасные, менее уязвимые перед возможными атаками террористов и стихийными бедствиями способы производства атомной энергии. Волна эта изумляет и пугает своими потенциальными последствиями, но, чтобы понять, что нас ждет в будущем, мы должны разобраться в прошлом. И начать лучше всего с самого начала.

1

А в самом начале был атом.

Идея существования фундаментальной частицы впервые пришла из Индии, где еще в VI веке до н. э. ее высказывал философ Канада, но миру она стала известна благодаря древнегреческому философу Демокриту. Его учения о «неделимых» частицах (атомос по-гречески означает «неделимый») – фундаментальных кирпичиках, из которых построена вся наша Вселенная, – крепко держалось почти две тысячи лет, а потом за каких-то три десятка лет теория Демокрита полностью рассыпалась.

В конце XIX века одно за другим были сделаны замечательные открытия: рентгеновские лучи, радиоактивность и, наконец, первые радиоактивные элементы. Затем в 1905 году Альберт Эйнштейн опубликовал свою «специальную теорию относительности», где утверждалось, что в очень маленьком количестве вещества может храниться огромное количество энергии. Двадцать семь лет спустя Эрнест Уолтон и Джон Кокрофт окончательно доказали, что Демокрит был неправ. Атом оказался делимым.

В 1935 году Энрико Ферми и Лео Силард, используя накопленные наукой знания, построили первый в мире ядерный реактор, где 2 декабря 1942 года впервые была получена цепная ядерная реакция. В 1951 году в штате Айдахо был построен первый экспериментальный бридерный реактор EBR-I для выработки электроэнергии. В 1955 году произошло расплавление активной зоны реактора – тоже впервые, – но за пределами Айдахо эта авария мало кого встревожила. Совсем наоборот, Эйзенхауэр в своей речи «Атомы за мир» и председатель Комиссии по атомной энергии США Льюис Стросс пообещали народу настолько дешевое электричество, что отпадет смысл в электрических счетчиках. Наступал атомный век.

В 1956 году британская Calder Hall, имевшая мощность 50 мегаватт, стала первой в мире коммерческой атомной электростанцией. Год спустя атомные электростанции появились и в США – в Пенсильвании и Калифорнии. Тогда же был принят закон Прайса – Андерсона («Закон об атомной энергии США»), ограничивающий финансовые риски владельцев атомных электростанций в случае катастрофы. По мнению историков, настоящее ускорение этой отрасли придала происшедшая 9 ноября 1965 года авария в энергосистеме, на 12 часов оставившая без света северо-западные штаты. Добавьте к этому аналогичные, хоть и меньшего масштаба аварии, имевшие место в начале 1970-х годов, – и вас не удивит то обстоятельство, что 1973 год стал переломным для атомной энергетики: тогда были получены заказы на строительство сорока одной АЭС, и конца этому видно не было.

Но конец не заставил себя ждать. Сначала в обиход вошло шутливое словосочетание «китайский синдром», обозначавшее потенциальную аварию на атомной станции – настолько тяжелую, что расплавившееся ядерное топливо прожигает Землю насквозь, до самого Китая. Затем 16 марта 1979 года в прокат вышел фильм с таким же названием, а буквально через несколько дней произошло частичное расплавление второго энергоблока на АЭС Three Mile Island в Пенсильвании. Все это было явно невыигрышной комбинацией с точки зрения перспектив атомной энергетики.

Когда некоторое время спустя журнал mad опубликовал портрет Альфреда Ноймана на фоне охладительных башен АЭС Three Mile Island с подписью «Да, мы беспокоимся», эти слова отражали мнение очень многих американцев. В 1984 году журнал Forbes назвал атомную индустрию «крупнейшей управленческой катастрофой в истории бизнеса». В 1986 года Чернобыльская АЭС пережила еще более страшную катастрофу, и, как пишет в своей книге «Жизнь под облаком» (Life Under A Cloud) Аллан Уинклер, многие американцы маскировали свою озабоченность черным юмором: «Какой прогноз погоды в Киеве? – Сплошная облачность и 10 тысяч градусов».

Принято считать, что авария в Пенсильвании притормозила развитие отрасли, а авария в Чернобыле совсем ее остановила, но, по мнению экспертов, куда более существенной проблемой, замедлившей развитие атомной энергетики, стало резкое снижение рентабельности. В чем бы ни была причина, заказы на строительство десятков новых АЭС были аннулированы. Одна из уже построенных была преобразована в теплоэлектростанцию, работающую на угле. Вот уже более тридцати лет в Америке нет ни одного нового заказа на строительство АЭС. Казалось, история атомной энергетики закончилась, едва начавшись.

2

На этом мы и закончили бы свой рассказ, если бы в начале 2000-х годов не подул ветер перемен. Глобальное потепление, пик нефти, войны за природные ресурсы – список можно продолжать и дальше. Все перечисленные проблемы заставляют нас вновь обратиться к атомной энергетике. Аргументацию сторонников такого возвращения резюмировали в журнале wired Питер Шварц и Спенсер Райс: «Сжигать углеводородные ресурсы – непозволительная роскошь для планеты, шесть миллиардов жителей которой испытывают энергетический голод. Этому существует только одна разумная и практичная альтернатива – атомная энергетика».

Так полагают многие. Американское правительство – что прежняя администрация Буша, что нынешняя администрация Обамы – поддерживает сторонников атомной энергетики; в ее поддержку выступает и растущее число серьезных энвайрон-менталистов, таких как основатель Whole Earth Catalog Стюарт Бранд, Джеймс Лавлок, выдвинувший гипотезу Геи, и писатель-эколог Билл Маккиббен. Конгресс тоже за. В 2007 году он выделил атомной индустрии кредитные гарантии на 18,5 миллиарда долларов, покрывающие до 80 процентов расходов на создание новых энергоблоков. После этого американские энергетические компании подали заявки на строительство 30 новых АЭС. Во всем мире сейчас строится более 30 новых станций, а дальше будет еще больше. Один только Китай планирует построить 26 новых АЭС. По мнению экспертов, все это может сигнализировать о скором решении проблем атомной энергетики либо о скором конце света – но вот какой вариант вероятнее, никто точно не знает.

Главной темой горячих дебатов остаются глубоко укоренившиеся страхи общественности в отношении надежности атомных электростанций и тяжелое бремя ограничений, регулирующих деятельность операторов АЭС и призванных развеять вышеназванные страхи. Расходы на получение разрешения на запуск ядерного реактора в Америке достигают миллиарда долларов, что позволяет аналитику фонда Heritage Джеку Спенсеру утверждать: «Эти ограничения грозят погубить всю атомную отрасль».

Споры продолжаются, но некоторые считают их следствием недоразумения. «В большинстве случаев, говоря о ненадежности ядерных реакторов, – говорит эксперт Том Блис, – люди имеют в виду аварию на АЭС Three Mile Island и технологии 70-х годов, то есть вспоминают те времена, когда атомная энергетика США приостановила свое развитие. Но научные исследования и разработки при этом не прекращались ни на минуту, прекратилось лишь строительство новых станций. От тех времен нас отделяют уже два поколения, и изменения в технологиях произошли колоссальные».

В свете всего сказанного вопрос правильнее поставить так: что мы понимаем под надежностью и безопасностью атомной энергетики?

3

Мы расходуем много энергии. Очень много. Таким образом, если мы хотим говорить о надежности и безопасности, начинать нужно с обсуждения существующих альтернативных вариантов. Могут ли солнце, ветер и прочие зеленые технологии удовлетворить наши потребности в энергии – хотя бы самые базовые, хоть когда-нибудь? Можно ли в скором времени ожидать появления более совершенных систем хранения энергии? Трудно сказать. Из-за этой неопределенности споры сводятся большей частью к сравнению атомных электростанций с тепловыми, работающими на угле. «Атомная энергетика выигрывает по всем статьям, – говорит физик-ядерщик из Аргоннской национальной лаборатории Джордж Стэнфорд. – В Чернобыле погибло 56 человек. Даже три-четыре Чернобыля в год не причинили бы такого урона, какой причиняют угольные станции».

Журналист из New York Times, автор книги «Способная спасти мир: Вся правда об атомной энергетике» Гвинет Кревенс объясняет подробнее: «Если бы американцы всю энергию, которую они расходуют на протяжении жизни, получали от атомных реакторов, доля каждого из них в общем объеме веществ, загрязняющих окружающую среду, уместилась бы в пивную банку. А если бы американцы всю энергию, которую они расходуют на протяжении жизни, получали от сжигания угля, доля каждого из них в общем объеме веществ, загрязняющих окружающую среду, весила бы 68,5 тонны и для их транспортировки потребовалось бы шесть 12-тонных железнодорожных вагонов. А доля каждого в общем объеме углекислого газа, образующегося при сжигании угля, составила бы 77 тонн». Атомная же энергетика углеродного следа практически не оставляет».

Угольное топливо, помимо всего прочего, содержит множество вредных веществ, таких как мышьяк, ртуть и свинец, а уровень содержащихся в нем радиоактивных веществ (урана, тория и радия) в сотни раз превосходит уровень радиоактивных отходов атомных реакторов. Тем не менее на угольные станции директивы, касающиеся опасных отходов, не распространяются. В США от причин, связанных со сжиганием угля на ТЭС, умирает 24 тысячи человек ежегодно, а в Китае таковых 400 тысяч. «В целом по всему миру, – говорит Кревенс, – ядерная энергетика как причина смертности находится на последнем месте по сравнению с другими способами производства электроэнергии».

Чтобы эти споры утихомирились, нужно время, а поскольку время – и это единственное, в чем согласны обе стороны, – роскошь, которой у нас нет, возникают новые разногласия относительно того, какие первоочередные меры нужно принять ввиду надвигающегося энергетического кризиса. Зеленые считают каждый доллар, не направленный на развитие энергетики, основанной на возобновляемых источниках энергии, долларом, потраченным зря, тогда как в лагере сторонников атомной энергетики то же самое говорят о строительстве новых реакторов. Но даже если новые реакторы в ближайшем будущем начнут расти как грибы после дождя, есть целый перечень экономических вопросов, требующих безотлагательного решения.

«Убытки первых 75 реакторов, построенных в США, составили 100 миллиардов долларов, – говорит Джим Риччо, курирующий вопросы ядерной энергетики в Гринпис. – Атомная индустрия получила от государства более 100 миллиардов долларов субсидий [то есть около 13 миллиардов в расчете на одну станцию, что примерно равняется стоимости строительства новой станции], но так и не научилась зарабатывать деньги». На это отвечают, что любое новое предприятие претерпевает мучительный период роста и что 103 реактора, действующих в настоящее время в США, имеют очень высокий коэффициент эффективности, работая на уровне 90 процентов теоретически максимальной мощности, а данный показатель заметно выше 60 процентов, которых едва удавалось достичь в 1970-е годы. Но этот аргумент почему-то не производит ожидаемого впечатления на потенциальных инвесторов. В недавней статье на эту тему в журнале Time указывалось: «Модная ныне индустрия альтернативной энергетики, основанной на возобновляемых источниках энергии, привлекла в прошлом году 71 миллиард долларов частных инвестиций, тогда как в атомную энергетику деньги вкладывать не хочет никто». При этом цитируются слова известного эксперта в области энергетики Эмори Ловинса: «Уолл-стрит высказал свою позицию вполне определенно: атомная энергетика гроша ломаного не стоит».

Ясно, что введение налога на выбросы углерода или дополнительное государственное субсидирование атомной энергетики могли бы изменить картину, хотя, по расчетам Совета по защите природных ресурсов, чтобы обеспечить конкурентоспособность атомной энергии, углеродный налог должен составить от 40 до 60 долларов на тонну выбросов. Правда, эти цифры базируются на предположении, что атомная станция будет строиться 10 лет и расходы составят от 6 до 10 миллиардов долларов в расчете на один гигаватт мощности. Компания General Electric только что закончила строительство двух АЭС в Японии. Первая была построена за тридцать шесть месяцев, а вторая – за тридцать девять. Окончательные расходы на строительство составили 1,4 миллиарда долларов в расчете на 1 гигаватт.

Однако затраты – не единственный фактор, требующий внимания. Немало тревог доставляет непредсказуемость дальнейшего развития событий в энергетике в целом. Насколько еще хватит запасов нефти и газа? Сколько лет у нас в запасе для стабилизации климата – пять или пятьдесят? Если только пять, тогда можно забыть об экономических доводах, поскольку мы просто не успеем построить достаточное количество новых атомных станций в нужные сроки. Но если у нас в запасе еще лет пятьдесят, тогда оправдывается ли риск, связанный с ядерными реакторами, их потенциальными преимуществами?

Пытаясь найти ответ на этот вопрос, Роберт Соколов и Стивен Пакала из Принстонского университета рассчитали, что, если мы хотим избежать удвоения содержания углекислого газа в атмосфере по сравнению с временами, предшествовавшими промышленной революции, в ближайшие 50 лет необходимо уменьшить прогнозируемые выбросы углерода в общей сложности на 25 миллиардов тонн.

Они изучили 15 различных стратегий, способствующих решению этой задачи, – от использования энергии ветра до повышения эффективности транспортных средств и сокращения вырубки лесов. Ядерная энергетика также присутствует в этом списке. Соколов и Пакала указывают на то, что ядерные реакторы, оставляющие нулевой углеродный след, в настоящее время во всем мире вырабатывают 17 процентов электроэнергии и удвоение этой цифры за счет замены угольных станций атомными позволило бы решить седьмую часть задачи, но тут же замечают, что ввиду тревог, связанных с хранением ядерных отходов и опасностью распространения ядерного оружия, это единственный из пятнадцати перечисленных ими факторов, от которого можно было бы отказаться. Но остается вопрос: от каких именно ядерных технологий мы хотим отказаться?

4

Ученые классифицируют ядерные реакторы по поколениям. Первое поколение – это реакторы, построенные в 1950–60-е годы. Реакторы второго поколения появились в 70-е годы, и в настоящее время ими оснащены все американские АЭС; наибольшую долю среди них составляют легководные тепловые реакторы, работающие на топливе, состоящем на 3 процента из делящегося урана-235 и на 97 процентов из воспроизводящего урана-238.

Разница между этими двумя изотопами урана – в степени их стабильности. Принцип работы любого реактора заключается в бомбардировке тяжелых металлов нейтронами. Когда нейтрон попадает в ядро урана-235, оно расщепляется, выделяя энергию и высвобождая новые нейтроны. Уран-238 отличается тем, что в одних случаях ядро тоже расщепляется, а в других захватывает нейтрон и превращается в плутоний-239, ядро которого при дальнейшем расщеплении выделяет больше энергии.

В современных реакторах продолжительность ядерного топливного цикла составляет три года. К концу цикла в реакторе остается менее 1 процента урана-235 и больше половины энергии вырабатывается за счет расщепления ядер плутония. Отработавшее ядерное топливо, таким образом, состоит из трех компонентов. Около 5 процентов отходов составляют более легкие элементы, сохраняющие радиоактивные свойства около 300 лет. Львиная доля – 94 процента – приходится на уран, по своим свойствам мало чем отличающийся от того сырьевого урана, что добывают из земли. Но оставшийся 1 процент приходится на смесь изотопов плутония, приправленную америцием, которая остается «горячей» десятки тысяч лет и требует чрезвычайно надежных мест захоронения (типа строящегося хранилища «Юкка-Маунтин»).

По этой причине в 1976 году британская Королевская комиссия по вопросам загрязнения окружающей среды объявила «морально неприемлемым» поддерживать развитие атомной энергетики, не продемонстрировав одновременно возможности безопасного изолирования радиоактивных отходов. С тех пор в настроениях общественности мало что изменилось. Но на самом деле отходов этих совсем не так много, как нам пытаются внушить. «Все отработавшее топливо из энергетических реакторов и других источников, накопившееся в США за 50 лет существования ядерной энергетики, по своему объему так мало, что, если разложить его на торговой площади гипермаркета Walmart, толщина слоя составила бы девять футов, – говорит Кревенс. – Годовой объем отработавшего топлива из одного реактора легко уместится в кузов стандартного грузовика».

Куда же все-таки девать эти отходы? Многие предлагают последовать примеру Франции и отправлять отходы АЭС на переработку. Если в Америке (как и в Швеции, Финляндии, Испании и ЮАР) применяется открытый, или однократный, топливный цикл, то есть сырье используется только раз, то во Франции содержащийся в отработавшем топливе плутоний очищают, окисляют, затем смешивают со свежей порцией урана и полученное МОХ-топливо используют для нового цикла (эту технологию называют PUREX-процессом). Америка в свое время тоже собиралась пойти этим путем, но в 1976 году Индия, используя примерно такую же технологию переработки ядерных отходов, создала ядерное оружие, и многих такая перспектива напугала, в том числе тогдашнего президента США Джимми Картера.

В 1977 году Картер издал распоряжение, согласно которому всякие разработки методов переработки ядерных отходов на территории США должны быть прекращены. Цель его была благая – подать миру пример в борьбе с распространением ядерного оружия, однако мир этому примеру не последовал. Поэтому в 1981 году Рейган снял запрет, но денег на возобновление исследований не выдал. Реально исследования возобновились лишь в 1999 году, когда министерство энергетики, наконец, изменило свою политику и нашло подрядчиков на строительство перерабатывающего завода в Южной Каролине. Когда этот завод откроется, сказать не может никто. И пока это не произошло, 55 тысяч тонн радиоактивных отходов ждут своего часа в специальных хранилищах.

Поскольку PUREX-процесс вызывает беспокойство в связи с возможным распространением ядерного оружия, возможно, такая технология переработки является не самым лучшим решением проблемы отходов. Но дело не только в названной угрозе; дело еще и в низкой эффективности этой технологии. Однократный цикл использует потенциальную энергию уранового топлива лишь на 5 процентов. Последующая переработка плутония позволяет повысить эту цифру до 6 процентов, но все равно получается, что 94 процента потенциальной энергии ядерного топлива остаются невостребованными, а поскольку запасы урана отнюдь не безграничны и добыча урановой руды с экологической точки зрения отнюдь не безупречна, было бы очень неплохо научиться использовать этот потенциал.

И тут в игру вступают новейшие технологии.

5

Одним из примеров новейших технологий являются реакторы третьего поколения. Это усовершенствованные легководные реакторы со значительно более надежными системами безопасности. Они имеют модульную структуру, что позволяет изготавливать отдельные модули в заводских цехах, тем самым значительно снижая расходы. В настоящее время два реактора третьего поколения находятся в эксплуатации и еще два строятся. Но настоящий восторг вызывают реакторы следующего, четвертого, поколения.

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.

Еще одна решаемая новыми реакторами проблема – угроза распространения ядерного оружия. Интегральный быстрый реактор построен так, что попавшее внутрь топливо выходит наружу исключительно в форме электроэнергии. То, что располагается внутри (если предположить, что террористы захватят атомную станцию), находится в слишком «горячем» состоянии, поэтому главным результатом попытки извлечь из реактора его содержимое станет гибель самих террористов. А отходов у этого реактора значительно меньше, чем у теплового (если тепловой реактор номинальной мощностью 1000 мегаватт оставляет после себя 25 тонн отработавшего топлива в год, то масса отходов быстрого реактора такой же мощности едва достигает одной тонны). Кроме того, эти отходы не содержат веществ, пригодных для создания атомного оружия, сохраняют радиоактивные свойства лишь несколько сотен лет и имеют форму твердого вещества – нечто вроде стеклянных кирпичей, – поэтому даже при разрушении реактора они не могут проникнуть в грунтовые воды.

Все это объясняет, почему в 2002 году Министерство энергетики США выступило инициатором самого масштабного исследования существующих конструктивных вариантов ядерных реакторов, в ходе которого 250 ученым было предложено оценить по двадцати семи критериям 19 имеющихся вариантов. По этой же причине профессор Колумбийского университета и директор Института космических исследований имени Годдарда Джеймс Хансен – которого часто называют первым человеком, забившим в набат по поводу глобального потепления, – включает интегральные быстрые реакторы в первую пятерку самых неотложных дел, которые мы должны сделать, чтобы предотвратить климатическую катастрофу. За разработку быстрых реакторов активно взялись Китай и Индия (первый такой реактор в Китае начал вырабатывать электричество уже в 2011 году). По словам Тома Блиса, «даже те люди, которые слышать не хотят об атомной энергетике, сразу меняют свою точку зрения, когда узнают о достоинствах интегрального быстрого реактора».

6

Кроме интегральных быстрых реакторов, есть еще две привлекающие внимание технологии ядерных реакторов: фторидно-ториевые реакторы и малые модульные реакторы.

Ториевые реакторы появились как ответ на вопрос, интересовавший командование ВВС еще в 1940-е годы: можно ли использовать атомную энергию для создания бомбардировщиков, которые могли бы летать сколь угодно долго, не нуждаясь в дозаправке? Ответ в основе своей был положительный, но вскоре пришло время межконтинентальных баллистических ракет, и вопрос утратил свою актуальность. Однако прежде, чем это произошло, несколько научно-исследовательских центров успели поработать над данной проблемой, и ведущую роль в данном процессе играла Национальная лаборатория Ок-Ридж, где даже построили прототип ториевого реактора, который был запущен в 1954 году и проработал 100 часов без перерыва, прежде чем его заглушили.

Программа была закрыта, но идея сохранилась. Жизнь в ней теплилась благодаря нескольким ученым из Ок-Риджа, которые продолжали проводить исследования. В последнее время эти исследования активизировались, в первую очередь потому, что ториевый реактор имеет ряд преимуществ перед урановым.

Торий является умеренно радиоактивным элементом, и распространен он значительно шире, нежели уран. Поскольку доступные запасы урана отнюдь не бесконечны (некоторые эксперты предсказывают, что основные источники уранового топлива иссякнут уже лет через сто); это хорошая новость. Еще более важным фактором является значительно бо́льшая экономичность ториевых реакторов. В стандартном тепловом реакторе сжигается 250 тонн урана для выработки одного гигаватт-года электроэнергии. Фторидно-ториевому реактору для выработки такого же количества энергии требуется лишь тонна топлива. А если меньше топлива, меньше и отходов. Причем намного меньше. Количество отходов в ториевом реакторе составляет лишь 1 процент от объема отходов обычного легководного реактора, да и «отходами» их можно назвать лишь условно, поскольку они представляют собой целую коллекцию ценнейших элементов вроде родия.

Наконец, технология фторидно-ториевых реакторов позволяет непрерывно добавлять топливо, благодаря чему его не приходится останавливать. Это делает реактор, с одной стороны, чрезвычайно эффективным экономически, а с другой – совершенно неприступным для террористов, которым вздумалось бы похитить отработавшее ядерное топливо. Такое сочетание безопасности и эффективности может открыть этому типу реакторов путь на сборочный конвейер, чтобы он занял в мире ядерной энергетики примерно то же место, какое в свое время занимал в автомобилестроении «форд» модели T. «Чтобы остановить глобальное потепление, – говорит Кирк Соренсен, главный технолог фонда “Энергия из тория”, – нам нужны тысячи таких реакторов по всему миру; в настоящее время у нас их сотни. От изобретения фторидно-ториевого реактора до построения первого работающего прототипа прошло три года. Но это 50 лет назад, а с тех пор мы много чему научились».

Именно в этом заключаются причины неуклонного роста числа стран, которые всерьез занимаются разработкой ториевых программ. Индия, располагающая большими запасами тория, планирует генерировать из этого химического элемента 25 процентов электроэнергии. У Китая в этом плане еще более амбициозные планы. В этой стране огромный коллектив из 750 человек трудится над созданием первого ториевого реактора, запустить который планируется в конце 2015 года. В США компания TerraPower, основанная бывшим техническим директором Microsoft Натаном Мирвольдом, которого финансово поддерживает Билл Гейтс, работает над созданием реактора на бегущей волне, который часто называют самым пассивным из быстрых реакторов-размножителей. Прототип этого реактора, работающий на тории и уране, должен быть построен к 2020 году.

Еще одна технология, достойная внимания, – малые модульные реакторы. Эти «малыши» имеют мощность от 45 до 300 мегаватт (для сравнения: самый маленький из функционирующих ныне тепловых реакторов имеет мощность 500 мегаватт) и собираются из модулей, которые изготавливаются на заводе, а затем переправляются на место установки железнодорожным транспортом и после сборки полностью готовы к использованию. После запуска они могут работать многие годы, не нуждаясь ни в каком обслуживании. В этой новой нише мы замечаем как известную компанию Toshiba и Ливер-морскую национальную лабораторию имени Лоуренса, так и новых для атомной энергетики игроков: компанию Hyperion Power Generation из Нью-Мексико и NuScale Power, базирующуюся в Орегоне.

В тех местах, где не хватает пресной воды, эти мини-реакторы могут использоваться на опреснительных заводах; в труднодоступных местностях малые модульные реакторы могли бы избавить от необходимости возить грузовиками бочки с дизтопливом для генераторов. Интересны они и как источник электроэнергии для удаленных предприятий горнодобывающей промышленности (например, в настоящее время при добыче из битуминозных песков нефти для выработки электроэнергии расходуется едва ли не больше, чем добывается), и как вспомогательный источник энергии при солнечных или ветровых электростанциях, и даже – разумеется, в весьма отдаленной перспективе – как генераторы водорода.

При всем том компания Toshiba – в порядке пилотного проекта – на протяжении пяти лет безуспешно пыталась убедить власти городка Галина, штат Аляска, безвозмездно использовать в целях электроснабжения их малый модульный реактор («абсолютно безопасный, маленький и простой»). Как говорит Джим Риччо из Гринпис, «что хорошего можно сказать о технологиях, которые даже даром никому не нужны?». Комиссия по ядерному надзору, со своей стороны, заявила, что не будет принимать к рассмотрению заявки потенциальных изготовителей малых модульных реакторов, пока они не заручатся сотрудничеством с коммунальными компаниями на местах, и желающих до сих пор не нашлось.

Президент Барак Обама всегда вроде бы поддерживал атомную энергетику, но это не помешало ему назвать Комиссию по ядерному надзору «устаревшим ведомством, ставшим заложником той индустрии, которую оно призвано регулировать, и явно нуждающимся в перестройке». Это не предвещает ничего хорошего для новых ядерных технологий, поскольку прежде, чем они смогут применяться на практике, всем им необходимо получить одобрение комиссии. А если Обама действительно планирует перестраивать это ведомство, которое, по некоторым свидетельствам, сильно недоукомплектовано, рассмотрения и одобрения новых технологий, похоже, придется ждать очень и очень долго.

В связи с этим возникает последний вопрос: каковы реальные перспективы этих захватывающих дух новых технологий? Приходится признать, что они отнюдь не радужные. Более того, несмотря на достигнутый в последнее время значительный прогресс, из-за аварии, постигшей японскую АЭС «Фукусима» вследствие землетрясения и цунами, многие страны вновь пересматривают свое отношение к атомной энергетике. Сама Япония закрыла 48 энергоблоков. Германия прекратила попытки стать лидером атомной энергетики. И эксперты снова стали предсказывать закат этой индустрии.

Однако в пылу споров сторонников и противников атомной энергетики, вновь разогретых аварией в Фукусиме, часто упускают из виду несколько ключевых фактов. Развитие атомной энергетики отнюдь не прекратилось. По данным на сентябрь 2014 года, в стадии строительства находится 67 новых энергоблоков, а будет еще больше. Китай продолжает наращивать темпы, а Саудовская Аравия заявила о своих планах стать новым крупным игроков в этой отрасли, выразив намерение к 2034 году на 15 процентов удовлетворять собственные потребности в электроэнергии за счет атомных станций. А еще важнее то обстоятельство, что если бы реакторы на АЭС «Фукусима» были четвертого поколения, то, благодаря конструктивно присущей им пассивной безопасности, негативных последствий для окружающей среды удалось бы избежать. И мы обсуждали бы не трагические события, а удивлялись бы невероятной безопасности и эффективности новых ядерных реакторов. Как бы ни развивались дальнейшие события (произойдет ли новая атомная революция, или будет достигнут неслыханный прорыв в области использования возобновляемых источников энергии), все согласны в том, что если что-то из этого не произойдет в обозримом будущем, то, скорее всего, будущие технологии нам придется разрабатывать в кромешной тьме.