В XXI веке, а может быть, и далее, пока не будет открыт какой-либо другой, более совершенный и дешевый ядерный источник энергии, основу энергетики наряду с углем должны составить ядерные реакторы деления, а затем и термоядерные реакторы синтеза. Сейчас это ясно большинству энергетиков и специалистов других отраслей промышленности, ученых, занимающихся проблемами экономики.

В опубликованной в журнале «Проблемы мира и социализма» статье «Научно-технический прогресс и атомная энергетика» президент АН СССР А. Александров пишет: «Широкое и разнообразное применение энергии атома экономическая политика дальнего прицела… Поэтому освоение огромных ресурсов энергии ядерных превращений — важнейший долг ученых перед человечеством… Смягчение остроты топливной проблемы, несомненно, приведет и к снижению ее значения как фактора политической напряженности. Районы и страны, обделенные природой и не имеющие традиционных топливных ресурсов, смогут получать относительно недорогие ядерные энергоресурсы, что будет способствовать их более быстрому техническому прогрессу. Благодаря исключительно высокой энергоемкости ядерного горючего стоимость его транспортировки в любые места земного шара относительно низка.

Чрезвычайно важным следствием широкого применения ядерной энергии явится и существенное уменьшение загрязнения окружающей среды продуктами сгорания».

Сегодня преимущества атомной энергетики и необходимость ее ускоренного развития очевидны, но… всего лишь три десятилетия назад сама возможность и целесообразность мирного использования энергии атома у многих вызывали страх и большие сомнения.

Первую брешь в этих переживаниях в 1954 году пробила сооруженная под Москвой в городе Обнинске атомная электростанция. Маленькая по мощности (всего 5 тысяч киловатт), она была первой на земном шаре, где использовалась энергия атома.

1 июля 1954 года «Правда» и другие газеты поместили на первых полосах такое сообщение: «В настоящее время в Советском Союзе усилиями советских ученых и инженеров успешно завершены работы по проектированию и строительству первой промышленной электростанции на атомной энергии полезной мощностью 5000 киловатт.

27 июня 1954 года атомная электростанция была пущена в эксплуатацию и дала электрический ток для промышленности и сельского хозяйства прилежащих районов».

Это известие облетело весь мир. Вот сообщения корреспондентов из-за рубежа.

«Лондон, 1 июля (ТАСС) — Сообщение о пуске в СССР первой промышленной электростанции на атомной энергии широко отмечается английской печатью, Московский корреспондент „Дейли уоркер“ пишет, что это историческое событие „имеет неизмеримо большее значение, чем сброс первой атомной бомбы на Хиросиму“».

«Париж, 1 июля (ТАСС). Лондонский корреспондент агентства Франс Пресс передает, что сообщение о пуске в СССР первой в мире промышленной электростанции, работающей на атомной энергии, встречено в лондонских кругах специалистов-атомников с большим интересом. Англия, продолжает корреспондент, строит атомную электростанцию в Колдерхолле. Полагают, что она сможет вступить в строй не ранее чем через 2,5 года».

Успешное создание и работа первой АЭС в мире было важным событием по многим причинам. Прежде всего в какой-то мере был сломан психологический барьер — предубеждение людей вообще против атомной энергии. Было показано, что она может успешно служить делу мира и способствовать росту благосостояния человечества. Это событие имело и политическое значение: Советский Союз своим примером показывал, куда должны быть направлены усилия ученых, специалистов — не на создание еще более совершенных видов атомного оружия, а на развитие мирной атомной энергетики. И конечно, в первую очередь создание АЭС имело научно-техническое значение. По пути, проложенному ею, пошли десятки других станций, сооруженных в последующие годы в разных странах мира.

 

Решения приняты

В 1955 году в Женеве, впервые после второй мировой войны, собрались ученые разных стран на первую международную конференцию по атомной энергетике.

Советские специалисты сделали вызвавшее общий интерес сообщение об итогах годичной работы АЭС в Обнинске, о технических характеристиках и конструкциях атомного реактора и другого оборудования станции.

Это был первый опыт, позволивший сделать правильный вывод о надежности работы ядерного реактора подобного типа и его безопасности для обслуживающего персонала и населения, проживающего в районе ее расположения.

В настоящее время есть множество действующих реакторов, которые существенно различны. Если же учесть еще те, что задуманы и даже спроектированы, но не построены, то число модификаций составит несколько десятков.

Так, реактор первой АЭС, как мы уже говорили, уран-графитовый канального типа. То есть в качестве вещества, замедляющего нейтроны, в нем применен графит, а топливом является уран. Слова «канального типа» означают, что урановые тепловыделяющие элементы (стерженьки из урана) находятся в трубах, проходящих через графитовые блоки. В этих трубах и протекает вода, которая, отбирая энергию от урановых твэлов, кипит и испаряется.

Такая схема реактора, конечно, не единственно возможная. На упоминавшейся международной конференции по мирному использованию атомной энергии нашими и зарубежными специалистами были представлены проекты и других реакторов. Чем они отличались друг от друга и для чего понадобилось такое разнообразие, мы сейчас и увидим.

Первое, что вносит многообразие, — это замедлитель нейтронов. Кроме графита, можно использовать обычную и тяжелую воду. У каждого из них есть свои преимущества и недостатки.

Обычная вода, в молекуле которой два атома самого легкого элемента водорода, отлично замедляющего нейтроны, наиболее дешевый и очень эффективный замедлитель. Но есть у нее и недостатки: водород и кислород бесполезно поглощают нейтроны и тем ухудшают цепную реакцию. Чтобы она не затухала, приходится добавлять горючее — уран.

Почти совсем не поглощает нейтроны тяжелая вода — дорогой и дефицитный продукт. В ее молекуле не водород, а два атома дейтерия, о которых речь шла впереди.

Чтобы вода, используемая в качестве замедлителя, не кипела при довольно высокой температуре в 300 градусов, в системе нужно создавать давление в 100 атмосфер. Это, конечно, приводит к существенному усложнению реактора.

В качестве замедлителя пригодны и органические вещества, например газойль — даутерм, в состав которого входят углерод, водород и кислород. Даутерм относительно неплохо замедляет нейтроны, не очень сильно их поглощает и самое главное — не требует создания в реакторе больших давлений. Как будто бы всем он хорош.

Почти не вызывает коррозии, недорого стоит. Но, как и у каждого замедлителя, у него есть свои недостатки.

Во-первых, это соединение очень нестойкое. Нейтроны, обладающие большой энергией, разбивают молекулу даутерма, образуя при этом ненужные газообразные продукты. Во-вторых, под действием высокой температуры и облучения из этих частиц начинают образовываться тяжелые полимеры, которые как нагар осаждаются на поверхности тепловыделяющих элементов и, перекрывая проходное сечение для теплоносителя, затрудняют отвод тепла. Кстати, о теплоносителе.

Для отвода тепла от реактора можно использовать различные вещества, которые также влияют на конструкцию реакторов. Здесь обычная и тяжелая вода в кипящем и некипящем состоянии и те же самые, используемые в качестве замедлителя, органические вещества.

Применяются также и газообразные теплоносители: углекислый газ, азот, гелий. В реакторах-размножителях на быстрых нейтронах удобным теплоносителем оказался натрий. Различным типам теплоносителей, как и многим замедлителям, свойственны определенные преимущества и недостатки.

Мы коснулись только двух составляющих реактора: замедлителя и теплоносителя, определяющих тип реактора. А ведь нужно самым оптимальным образом выбрать еще и тепловыделяющий элемент! В каком виде удобнее использовать в нем ядерное горючее — уран?

В виде металла или его двуокиси? А может быть, лучше применить карбид урана или какой-либо его сплав?

Имеют значение форма и размеры тепловыделяющих элементов (оболочки), в которых заключается ядерное горючее. Надежнее всего были бы твэлы из стали, но она сильно поглощает нейтроны. Пришлось уран заключать в циркониевые либо алюминиевые оболочки, слабо поглощающие нейтроны.

Как видите, если составить сочетания из предлагавшихся типов замедлителя, теплоносителя, топлива, форм и размеров твэлов и конструктивных способов их оформления и других элементов оборудования реактора, то можно было бы получить несколько сот вариантов.

Правда, среди них попались бы и такие, которые учеными не рассматривались, а сразу отбрасывались прочь как неразумные. Нецелесообразность применения других вариантов вытекала из расчетов или пробных конструкторских проработок. И все же после такого предварительного отбора оставалось несколько десятков возможных для создания типов реакторов, с которыми нужно было разбираться более серьезно и подробно. Что же делать в такой ситуации? Создавать одновременно все мыслимые типы опытно-промышленных реакторов, эксплуатировать их по 10–15 лет и потом решать, какие из них использовать для промышленной атомной энергетики? Конечно, нет. При такой стратегии ее масштабное развитие могло бы задержаться на многие десятилетия. Да, одновременное развитие многих направлений потребовало бы и огромных материальных затрат, так как на исследования, опытно-конструкторские работы и проектирование пришлось бы перевести большое количество институтов, конструкторских и проектных организаций! Ясно, что разумнее ограничиться несколькими типами установок и развивать атомную энергетику поэтапно, переходя по мере накопления опыта от более простых установок к более сложным Наиболее подходящей областью начального использования атомной энергии стала электроэнергетика.

В электроэнергетических установках даже при не очень больших температурах (около 300 градусов Цельсия) коэффициент преобразования атомной энергии в электричество относительно высок — 30–33 процента. Важно и другое: в электроэнергетике имеются хорошие возможности для работы реакторов в базисной нагрузке, то есть практически при постоянной максимально допустимой мощности. Почему это важно? По двум причинам.

Работа в переменных режимах: с изменением мощности, температур, расходов теплоносителя — предъявляет к установкам более строгие требования; надо создавать более надежные их конструкции, а это связано с большой затратой времени и большим объемом научно-исследовательских работ. Кстати, в настоящее время исследования возможности использования АЭС в переменных или маневренных режимах уже ведутся.

Вторая причина целесообразности на первых порах работы АЭС в базисном режиме объясняется их большей по сравнению с установками на органическом топливе капиталоемкостью. Если в теплоэлектростанциях (ТЭС) стоимость вырабатываемой энергии на 70 процентов определяется стоимостью топлива и только на 30 процентов затратами на сооружение самой ТЭС, то в АЭС картина обратная: топливная составляющая стоимости электроэнергии всего 25–30 процентов. Это означает, что для АЭС чрезвычайно невыгодны простои и работа на пониженной мощности. Неработающая АЭС — это омертвленный капитал. В таких режимах работы стоимость электроэнергии на АЭС может превысить стоимость электроэнергии на ТЭС.

Вернемся к описанию типов реакторов.

Помимо электроэнергетики, которая облегчила решение ряда технических задач и уменьшила количество вариантов реакторов, существуют и другие причины, почему в различных странах начали разрабатывать атомные электростанции разного типа. В Канаде преимущественное развитие получили реакторы на тяжелой воде; в Англии — газоохлаждаемые; в США и ФРГ водо-водяные (в качестве замедлителя и теплоносителя в них используется вода) и реакторы с кипящей водой; в СССР — водоводяные и реакторы канального типа, подобные реактору на Обнинской АЭС, а также было опробовано несколько реакторов другого типа — с органическим замедлителем и теплоносителем, с тяжеловодным замедлителем и газовым охлаждением, — не получивших пока широкого распространения.

Так, стихийно возникшие международные кооперации и разделение труда по исследованию, разработке и накоплению опыта эксплуатации АЭС различного типа позволили в достаточно короткие сроки выявить наиболее перспективные виды атомных реакторов. Дальнейшее развитие получили сейчас четыре типа реакторовводоводяной, реактор с кипящей водой, тяжеловодный и реактор канального типа с графитовым замедлителем.

В СССР в апреле 1964 года была создана Белоярская промышленная АЭС электрической мощностью 100 тысяч киловатт с водо-графитовым канальным реактором.

В отверстия графитовых блоков вставлены металлические трубы с тепловыделяющими элементами. Вода, циркулирующая в них, нагревается, превращается в пар, и он, перегретый, подается в турбины. В 1967 году заработала вторая очередь этой электростанции мощностью 200 тысяч киловатт. А еще через семь лег к западу or Ленинграда, рядом с живописным современным городом Сосновый Бор, завершилось сооружение также канальной крупнейшей в СССР и Европе одноконтурной АЭС мощностью в два миллиона киловатт. Состоит она из двух блоков по миллиону киловатт, и в каждом блоке свой реактор. Насыщенный семидесятиатмосферный пар из каждого реактора подается к двум турбогенераторам по 500 тысяч киловатт.

В реакторах по 1693 канала с тепловыделяющими топливными элементами. Размещение ядерного топлива в отдельных каналах — одно из главных преимуществ реакторов данного типа: оно позволяет производить перегрузку топлива, не останавливая работающий реактор, с помощью специальной перегрузочной машины.

Ленинградская АЭС является головной станцией в целой серии, которая будет строиться в нашей стране.

Реакторы такого типа уже работают на Курской АЭС, а также строятся Чернобыльская, Игналинская, Калининская, Смоленская, Западно-Украинская и другие станции в европейской части СССР.

Невдалеке от Воронежа, в живописной излучине Дона, построена Ново-Воронежская АЭС. Первый ее блок электрической мощностью 210 тысяч киловатт был пущен в сентябре 1964 года. В 1980 году с пуском пятого блока полная мощность этой станции составит около двух с половиной миллионов киловатт. Реактор последнего блока этой АЭС, как и все ее предыдущие, корпусного типа, однако мощность его побольше, чем у предыдущих, и составляет миллион электрических киловатт. Эта мощность близка к предельно возможной для реакторов такого типа, ибо корпуса большего размера невозможно перевозить по железной дороге. В ново-воронежских реакторах в качестве замедлителя нейтронов и теплоносителя используется под давлением некипящая вода. Значит, это установки двухконтурного типа.

В первом контуре, его называют реакторным, циркулирует некипящая вода под давлением 160 атмосфер. Пар получают в парогенераторах уже второго контура. Таким образом, вода, прошедшая через активную зону, не попадает в турбогенераторы станции, а циркулирует в замкнутом контуре, в реакторном блоке.

Сейчас реакторы типа ново-воронежских работают на Кольской и Армянской АЭС. Несколько реакторов такого типа было построено при помощи-СССР в социалистических странах.

Быстрыми темпами создается атомная энергетика и в технически развитых буржуазных странах. Суммарная мощность действующих АЭС в 1980 году приблизится к 140–150 миллионам киловатт. Дальнейшее развитие атомной электроэнергетики вплоть до конца нашего века оценивается различными институтами, правительственными организациями и энергетическими объединениями весьма по-разному. Более того, за последние годы эти прогнозы претерпели существенные изменения. Так, например, если еще 5–6 лет назад прогнозная мощность АЭС в США на 2000 год составляла около 1000 миллионов киловатт, то сейчас все чаще говорят о 300–400 миллионах киловатт. Такое же нестабильное положение с развитием атомной энергетики в ФРГ и Австрии.

В то же время достаточно целеустремленно развивается атомная энергетика во Франции, в Японии.

Причины подобных ситуаций весьма различны: тут и общественное мнение, иногда спровоцированное конкурирующими энергетическими фирмами, и различные результаты, достигнутые в борьбе за обеспеченность тем или иным видом топлива (ядерным, органическим), и возможности машиностроительной промышленности.

Большую роль играет и общее удорожание энергии: падают темпы роста энергетики, нужно выбирать, какую область ее в первую очередь надо развивать. Электроэнергетику? Да, электричество наиболее качественный вид энергии, но оно и один из самых дорогих. А может быть, выгоднее получать энергию в виде тепла?

В разных странах поэтому пути и темпы развития атомной энергетики различны.

 

Мир без бензина

Атомные электростанции — это только первый этап развития атомной энергетики. Чтобы атомная энергия сыграла решающую роль в энергетике страны, недостаточно одних только АЭС. Всего 20 процентов добываемого у нас топлива тратится на производство электроэнергии. Значит, если атомные электростанции заменят половину всех электростанций страны, то за их счет можно будет сэкономить только около десятой части всего топлива, добываемого в СССР. Может быть, эта величина будет несколько большей, но ненамного. Действительно, доля электроэнергетики в общем энергетическом балансе страны постепенно растет, и, наверное, к концу века на выработку электроэнергии пойдет около 30 процентов всего топлива; следовательно, и потенциальная доля атомной энергетики несколько увеличится.

Но также ясно, что еще долго будут работать и строиться электростанции на угле Сибири, как и гидроэлектростанции на реках в различных районах страны.

Невыгодно пока строить АЭС для полупиковых и тем более пиковых нагрузок. Значит, нужно научиться преобразовывать атомную энергию не только в электричество, но и в другие виды энергии. В какие же именно?

Давайте вспомним, на какие нужды расходуется добываемое в стране топливо. Мы уже говорили, что только пятая часть его уходит на производство электроэнергии. Столько же потребляет автомобильный, авиационный, морской и речной транспорт. Примерно столько же расходуется на различные высокотемпературные технологические процессы в металлургии, химии, нефтехимии, производстве строительных материалов. Самая большая доля топлива — около 30–35 процентов — приходится на производство горячей воды и пара. Наконец, около пяти-шести процентов топлива используется в виде химического сырья.

Итак, баланс ясен. Каков же следующий плацдарм в энергетике, который должна занять атомная энергия?

При его выборе должно быть учтено, что наиболее эффективно атомная энергия может быть использована там, где заменит собой дорогостоящие, становящиеся все более дефицитными нефть и газ. Следующий шаг — вероятно, использование энергии атома в теплоснабжении. Атомная энергетика уже подготовлена к тому, чтобы обеспечивать теплом жилища и коммунальные предприятия. Казалось бы, к чему тут ей готовиться? Она производит уже сейчас горячую воду и пар гораздо более высоких параметров, чем это необходимо для теплофикации! Все это так. Однако горячую воду, а тем более пар невозможно передавать на большое расстояние, так как будут велики потери тепла и дорого будут стоить теплотрассы. Значит, атомный источник тепла должен находиться вблизи от потребителей, жилых массивов и коммунальных предприятий. Правда, требования к безопасности такой станции существенно возрастают.

Но директор отделения ядерных реакторов Института атомной энергии, автор монографии, посвященной безопасности АЭС, В. Сидоренко говорит, что уже разработан проект подобной атомной станции теплоснабжения (ACT), которая удовлетворит самым придирчивым требованиям. Она не причинит вреда окружающему населению даже в случае такой практически невозможной аварии, как разрыв корпуса реактора. Вторичная оболочка, охватывающая корпус, предотвратит выброс вредных веществ. Сейчас первые ACT сооружаются в Горьком и Воронеже. В дальнейшем возможно сооружение и АТЭЦ, то есть атомных энергетических установок, одновременно вырабатывающих и электроэнергию, и бытовое и коммунальное тепло.

Применение ядерных реакторов для теплофикации позволит решить одну из основных задач сегодняшней и тем более будущей энергетики — экономия и постепенная замена нефти и газа другими источниками энергии.

К сожалению, по ряду причин еще ограничены масштабы использования атомных реакторов, производящих горячую воду и пар. Они экономичны лишь при довольно большой мощности, не меньшей, чем 400–500 тысяч киловатт. А такую нагрузку не всегда удается им подобрать. Во многих районах страны потребители тепла слабо сконцентрированы, и к ним нужно тянуть очень длинные теплотрассы. При этом атомные установки становятся невыгодными, особенно когда дело касается снабжения потребителей паром, транспорт которого на большие расстояния и вовсе затруднителен.

Конечно, сейчас очень много районов с такой концентрацией тепловых нагрузок, при которых ACT эффективны. Но тем не менее важна и задача обеспечения теплом рассредоточенных потребителей, например сельскохозяйственных. Задачу обеспечения промышленных предприятий паром от атомных реакторов хотелось бы видеть решенной уже сейчас. Какие пути ведут к этому?

Связаны они с развитием высокотемпературной атомной энергетики. Многочисленные предприятия металлургической, химической промышленности нуждаются в тепле при температуре 500-1000 градусов. Производство восстановительных газов, используемых при получении железа из руды, преобразование природного газа в аммиак, производство удобрений и многие другие процессы могут быть проведены, только если ядерные реакторы начнут вырабатывать тепло при температуре около 1000 градусов. Проекты таких реакторов уже есть. Более того: один из зарубежных экспериментальных реакторов в течение ряда лет работал при температуре теплоносителя на выходе из активной зоны, равной 950 градусам. Вот краткая характеристика одного из таких опытно-промышленньпх реакторов, разрабатываемых сейчас в нашей стране.

В качестве теплоносителя в нем используется гелий, инертность которого обеспечивает работу различных его конструкций при довольно высокой температуре. Пожалуй, самое оригинальное в этом реакторе — это тепловыделяющие элементы — шарики из графита, внутри которых размещено ядерное топливо в виде двуокиси урана. Такое использование графита и урана позволило достичь высоких температур гелия. В активную зону реактора, выполненного в виде цилиндра из графита, засыпаются, словно горох в банку, сферические тепловыделяющие элементы. Там они раскаляются до 1200–1300 градусов и разогревают гелий до 1000 градусов.

Затем перекачиваемый газодувками гелий направляется в теплообменники, где и отдает свое тепло технологическому процессу.

Применительно к проектируемому в СССР реактору химиками разрабатывается процесс паровой конверсии природного газа для производства из него водорода, а затем аммиака. На существующих обычных заводах для проведения этого процесса энергию получают, сжигая тот же природный газ. Ядерный же реактор позволяет сэкономить почти половину этого ценного сырья.

На химическом комбинате с ядерным реактором природный газ будет использоваться только как химическое сырье, но не как топливо.

Кстати, именно совмещение процесса паровой конверсии с ядерным реактором может решить проблему обеспечения теплом и паром рассредоточенных потребителей энергии. Вот суть этого способа. Соединяя метан и водяной пар, с затратой, конечно, тепла от ядерного реактора, получим смесь водорода и окиси углерода. В охлажденном виде эта смесь передается по газопроводу к потребителю. На месте, на специальном катализаторе при температуре 400–600 градусов, проводится обратная реакция — соединение окиси углерода и водорода. При этой реакции выделяется энергия и восстанавливаются исходные вещества, то есть метан и вода. Затем цикл повторяется. Так тепло от реактора в химически связанном виде может быть передано на любое необходимое расстояние без потерь ценных продуктов.

Мы затронули лишь некоторые отрасли народного хозяйства, где в тех или иных масштабах может быть использована энергия атома. А как быть с транспортом?

Ведь исчерпайся сейчас нефть, и мир останется без бензина. Как в таком случае воспользоваться энергией атома?

Очевидно, поможет лишь удобный вторичный энергоноситель. Ведь и сейчас энергия органического топлива в большей мере используется не непосредственно, а через вторичный энергоноситель: горячую воду, пар, электричество. Когда нефть, а затем и газ постепенно начнут исчезать с энергетического рынка, по мнению многих специалистов, наиболее удобным вторичным энергоносителем окажется водород. Он весьма универсален и может использоваться как топливо в авиации, в наземном транспорте, на судах. Водород может служить восстановителем в металлургии и химическим сырьем во многих отраслях промышленности. Возможно, что будет признано эффективным использование этого легкого газа и в качестве топлива в электроэнергетике. Водород почти так же легко транспортировать по газопроводам, как и природный газ. По сравнению с ним он менее взрывоопасен и наиболее удобен с точки зрения экологии.

В общем, всем хорош водород, нужно только найти и разработать высокоэффективный способ его получения.

Конечно, сырьем останется вода, а источником энергии — ядерная энергия и уголь.

Сейчас для получения водорода пользуются электролизом. Однако этот способ далеко не самый эффективный. Судите сами: коэффициент полезного действия современного электролизера, в котором с помощью электроэнергии разлагается вода, 60–65 процентов. При производстве электроэнергии с эффективностью 40 процентов, общий коэффициент преобразования первичной энергии в водород не превысит 25 процентов. Конечно, это слишком дорогая цена за продукт, каким бы ни был он прекрасным энергоносителем. Нужны другие пути его получения. И они есть. Во-первых, усовершенствуется сам электролиз. Если этот процесс проводить при температуре примерно 1000 градусов в ячейках с твердым электролитом, то появляется возможность получать водород путем прямого использования тепла от высокотемпературного ядерного реактора. В этом случае полная общая эффективность электролизного метода преобразования ядерной энергии в водород может возрасти до 65–70 процентов, что уже приемлемо.

Во-вторых, в последние годы усиленно разрабатываются термохимические способы, при которых вода разлагается под действием тепла без использования электричества. При температуре ядерного источника энергии для разложения воды, равной, скажем, 1000 градусам, можно ожидать достаточно высокого коэффициента преобразования ядерной энергии в энергию водорода, равного 50–60 процентам.

На этом закончим нашу краткую экскурсию в будущее атомной энергетики. Атомная энергия, используемая сегодня лишь для получения электроэнергии, в будущем станет основным поставщиком тепла, пара, искусственного топлива для двигателей. Залог этого — практически не ограниченные ресурсы ядерного топлива и почти полная ее безвредность для окружающей природы и людей.

Через несколько десятилетий атомная энергия будет такой же обыденной, какой в наши дни является энергия гидроэлектростанций или теплоэлектростанций. Возможно, тогда люди с удивлением будут узнавать, что когда-то использовались неядерные источники энергии.

Имея в виду именно такую ситуацию, Отто Фриш, физик-теоретик из Кембриджа, написал шуточную статью о далеком будущем. Выдержками из нее я хотел бы закончить эту главу.

«Недавно найденный сразу в нескольких местах уголь (черные, окаменевшие остатки древних растений) открывает интересные возможности для создания неядерной энергетики.

Возможность использования угля в энергетике связана с тем фактором, что он окисляется, причем создается высокая температура с выделением удельной энергии, близкой к 0,0000001 мегаватт-суток на грамм.

Это, конечно, очень мало, но запасы угля, по-видимому, велики.

Главным преимуществом угля следует считать его маленькую по сравнению с делящимися материалами критическую массу. Атомные электростанции, как известно, становятся неэкономичными при мощности ниже 50 мегаватт, а угольные электростанции могут оказаться вполне эффективными в маленьких населенных пунктах с ограниченными энергетическими потребностями.

Главная трудность заключается в создании самоподдерживающейся и контролируемой реакции окисления топливных элементов. Кинетика этой реакции значительно сложнее, чем кинетика ядерного деления, и изучена еще слабо. Правда, дифференциальное уравнение, приближенно описывающее этот процесс, уже получено, но решение его возможно лишь в простейших частных случаях. Поэтому корпус угольного реактора предлагается изготовить в виде цилиндра с перфорированными стенками. Через эти отверстия будут удаляться продукты горения. Необходимость закрывать цилиндр на концах торцовыми плитами создает трудную, хотя и разрешимую математическую задачу.

Изготовление тепловыделяющих элементов, по-видимому, обойдется дешевле, чем в случае ядерных реакторов, так как нет необходимости заключать горючее в оболочку, которая при этом даже нежелательна, поскольку затрудняет доступ кислорода.

Были рассчитаны различные типы решеток, и уже самая простая из них плотноупакованные сферы, — по-видимому, вполне удовлетворительна. Расчеты оптимального размера этих сфер и соответствующих допусков находятся сейчас в стадии завершения. Уголь легко обрабатывается, и изготовление таких сфер, очевидно, не представит серьезных трудностей.

Чистый кислород идеально подходит для окисления, но он дорог, и самым дешевым заменителем является воздух. Однако воздух на 78 процентов состоит из азота. Если даже часть азота прореагирует с углеродом, образуя ядовитый газ циан, то он будет источником серьезной опасности для здоровья обслуживающего персонала.

Выделение ядовитых газов из угольного реактора представляет серьезную угрозу. В их состав, помимо исключительно токсичных окиси углерода и двуокиси серы, входят некоторые канцерогенные соединения. Их выбрасывание непосредственно в атмосферу недопустимо, поскольку приведет к заражению воздуха в радиусе нескольких миль. Эти газы необходимо собирать в контейнеры и подвергать химической детоксификации.

При обращении как с газообразными, так и с твердыми продуктами реакции необходимо использовать стандартные методы дистанционного управления. После обеззараживания эти продукты лучше всего топить в море.

Существует возможность, хотя и весьма маловероятная, что подача окислителя выйдет из-под контроля.

Это приведет к расплавлению всего реактора и выделению огромного количества ядовитых газов. Последнее обстоятельство является главным аргументом против угля в пользу ядерных реакторов, которые за последние несколько тысяч лет доказали свою безопасность. Пройдут, возможно, десятилетия, прежде чем будут разработаны достаточно надежные методы управления угольными реакторами».

В этом шутливом рассказе хорошо показано, какую опасность может таить в себе привычная энергетика на органическом топливе. Велика ли она, эта опасность?

Об этом и пойдет дальше разговор.