Прежде чем перейти к рассмотрению этого вопроса в национальном масштабе, мы остановимся на мировых энергетических потребностях. Приводимые ниже данные заимствованы нами из речи, произнесенной председателем Женевской конференции по мирному использованию атомной энергии на открытии конференции в августе 1955 года.

 

I. Мировые энергетические потребности

Рассмотрим эту проблему с двух точек зрения: с точки зрения потребления, то есть спроса на энергию, и с точки зрения производства энергии, то есть ее предложения.

Энергия может быть определена как способность производить работу. Количество энергии, которое человек имеет в своем распоряжении для удовлетворения различных нужд, некоторым образом характеризует степень цивилизации общества, к которому он принадлежит. Открытие человеком новых источников энергии происходило в жестокой борьбе с природой и изменяло мир больше, чем использование мускульной силы человека и животных на протяжении тысячелетий. Мы живем в эпоху господства «количества», и ничто не может заменить этот фактор. Необходимо отметить, что энергия может принимать самые различные формы и что следует отличать энергию, производящую материальные блага, от энергии, создающей комфорт; это две крайние точки в общей гамме различных способов использования энергии.

Энергия является, пожалуй, самым важным фактором, определяющим богатство любой страны. Для измерения любых величин нужно иметь единицу измерения.

Энергия может измеряться в самых различных единицах, начиная от калорий, которые служат для измерения тепловой энергии, и кончая электроновольтом, принятым в ядерной физике. Следует отметить, что не всегда различные формы энергии удобно измерять одними и теми же единицами, будь то килограммы условного топлива, киловатт-часы или термии. В настоящее время стремятся разработать таблицу коэффициентов, которые позволяла бы сравнивать между собой различные формы энергии.

1. Потребление энергии.

Сравнивая очень большие количества энергии, специалисты чаще всего употребляют либо единицы электричества, прочно вошедшего в наш быт (мегаватт-час, равный 103 киловатт-часов, или 106 ватт-часов), либо специальные единицы, обозначаемые буквой Q (энергия в 1Q соответствует тому количеству энергии, которое выделяется при сгорании 33 млрд. т угля). Благодаря этому мы можем делать сравнения в мировом масштабе, пользуясь привычными для нас числами.

В единицах Q можно выразить рост потребления энергии, связанной с изменением условий жизни человеческого общества.

а) Количество израсходованной во всем мире энергии с начала нашей эры до середины XIX века составляло 9–10 Q, что соответствует в среднем 1/2 Q за 100 лет. Разумеется, потребление энергии из века в век росло, причем особенно быстрый рост наблюдался в XVII и XVIII столетиях. Поэтому считается, что в середине прошлого века мировой расход энергии был порядка 1 Q за столетие.

б) За период с 1850 по 1950 год мировое потребление энергии составило примерно 5 Q.

Экономический и Социальный совет ООН довольно точно подсчитал количество энергии, израсходованной во всем мире за 1952 год. Согласно этим подсчетам, в 1952 году во всем мире было израсходовано 10,2 млрд. мгвт-ч энергии, причем это количество распределялось следующим образом: промышленность — 5,8 млрд. мгвт-ч-, бытовые нужды — 3,3 млрд. мгвт-ч, транспорт — 0,8 млрд. мгвт-ч, сельское хозяйство — 0,3 млрд. мгвт-ч.

Отсюда можно сделать вывод, что потребляемая энергия распределяется неравномерно и что потребности в энергии совершенно не соответствуют энергетическим ресурсам.

в) Оценивая перспективы в области энергетики, необходимо учитывать ряд факторов.

Первый фактор — рост населения.

В начале нашей эры на всем земном шаре жило около 300 млн. человек. К середине XVII века эта цифра удвоилась. Но особенно быстрый рост населения наблюдался в течение последних 50 лет. Так, в 1900 году общая численность населения земного шара оценивалась в 1,5 млрд. человек. В 1920 году она достигла 1,8 млрд., в 1930 году — 1,99 млрд., в 1940 году — 2,2 млрд., в 1950 году — 2,5 млрд. и, наконец, в 1954 году — 2,6 млрд. человек. Таким образом, за 34 года численность населения на земле увеличилась на 50 %!

В 1954 году четыре государства имели население свыше 100 млн. человек: США (162 млн.; по состоянию на 1 мая 1956 года — 167,65 млн.), СССР (216 млн.), Индия (377 млн.), Китай (574 млн.). Шесть государств имели население от 50 до 100 млн. человек: Великобритания и Германия (по 50 млн.), Бразилия (57 млн.), Пакистан и Индонезия (по 80 млн.), Япония (88 млн.). Два государства имели население от 30 до 50 млн. человек: Франция (43 млн. в 1954 году; по состоянию на 20 мая 1956 года — 43,5 млн.) и Италия (47 млн.). Наконец, около 20 государств имели в 1954 году население от 10 до 30 млн. человек.

Из этих цифр видно, какое место в мире занимает Франция по количеству населения. Если сравнить эти цифры с данными о количестве населения в 1937 году, то видно, что население Советского Союза и Соединенных Штатов Америки выросло в одинаковых размерах, а именно на 27 %. Что касается плотности населения на квадратный километр, то она для разных стран неодинакова: в СССР она составляет примерно 10 человек, в США — около 20, а во Франции — 80 человек (точнее, по состоянию на 1 мая 1956 года — 79).

Всем известно, что потребление энергии находится в прямой зависимости от национального дохода страны. Больше всего энергии расходуют наиболее развитые в промышленном отношении и, следовательно, наиболее богатые страны. На первом месте стоят США (37 % всей потребляемой в мире энергии), затем идут СССР (15 %) и Англия.

В настоящее время прирост населения на земном шаре составляет 35 млн. человек в год. Это значит, что каждый день население земли увеличивается на 100 тыс. человек, или на 4 тыс. человек в час, то есть больше чем на одного человека в секунду!

Согласно подсчетам, к концу XX века население земного шара составит 3,5–5 млрд. человек, а к 2050 году оно достигнет 11 млрд. человек!

Второй фактор — рост индивидуальных потребностей.

Сам человек за 8 часов работы производит энергию, не превышающую 0,5 квт-ч. Согласно имеющимся данным, современный человек, то есть житель развитого в промышленном отношении государства, потребляет ежедневно в среднем 23 квт-ч, что соответствует мускульной энергии 45 человек. Принимая во внимание, что ежегодный прирост потребления энергии на одного человека составлял в период с 1860 по 1900 год 2,2 %, в период с 1900 по 1939 год — 2,5 %, а в настоящее время равен 4 %, можно полагать, что в ближайшем будущем потребление энергии возрастет в еще больших масштабах.

Третий фактор — индустриализация новых обширных районов.

В этой связи прежде всего следует подумать об азиатских странах, а именно о Китае и Индии, которые в ближайшие десятилетия будут испытывать все большие и большие потребности в энергии. Достаточно напомнить, что Северная Америка, население которой составляет 7 % населения земного шара, потребляет 40 % всей производимой в мире энергии, в то время как Азия, Африка и Латинская Америка, население которых в сумме составляет 60 % человечества, расходуют всего 20 % энергии.

Если бы все страны мира достигли такого же уровня развития промышленности, как США, им потребовалось бы в 6 раз больше энергии. Поэтому существует опасность, что развитие народов, которое мы считаем нормальным, может затормозиться.

Учитывая эти факторы, надо полагать, что к концу XX века, то есть через одно поколение, мировое потребление энергии достигнет примерно 10 Q за столетие, а к 2050 году оно поднимется до 70 Q! Если выразить это в мегаватт-часах, можно сказать, что в 2000 году потребление энергии составит 84 млрд. мгвт-ч; это втрое больше того количества энергии, которое предположительно будет израсходовано в 1975 году (27 млрд. мгвт-ч).

В переводе на условное топливо это составит: в 1955 году — 3 млрд. т, в 1975 году — 6 млрд. т и в 2000 году — 15 млрд. т.

В общем, в 2000 году мировые потребности в энергии будут в 6–8 раз выше, чем в настоящее время.

2. Энергетические ресурсы.

Мы видели, что спрос на энергию громаден. А каковы же возможности удовлетворения этой огромной потребности, каковы мировые энергетические ресурсы?

а) Горючие ископаемые

В настоящее время от 80 до 85 % всей вырабатываемой в мире энергии производится за счет сжигания так называемых горючих ископаемых: каменного угля, нефти, газа. Гидроэлектроэнергия, как и мускульная, покрывает лишь менее 21 % мировой потребности в энергии. Остальная часть общего количества энергии, то есть около 15 %, получается за счет сжигания дерева и отходов сельскохозяйственного производства. Мы видим, что доля всех других источников энергии, кроме горючих ископаемых, незначительна. Поскольку серьезного увеличения этой доли нельзя добиться даже для гидроэлектроэнергии, которая пока имеет весьма ограниченные возможности, для обеспечения постоянно растущего спроса на энергию нужно, чтобы доля горючих ископаемых продолжала повышаться.

До 1880 года основным видом топлива было дерево. Затем его сменил каменный уголь. До 1900 года каменный уголь обеспечивал 90 % всей вырабатываемой в мире энергии, однако в последующие годы его доля стала уменьшаться, а доля нефти, газа и воды — расти.

Согласно статистическим данным, мировая добыча угля в 1955 году составила примерно 1600 млн. т, превысив добычу предыдущего года на 8,3 %. За исключением Великобритании, добыча угля возросла во всех странах, обладающих крупными запасами каменного угля, и главным образом в Соединенных Штатах Америки, Советском Союзе и Китае. Количество добытого в этих странах угля соответствует половине выработанной во всем мирз энергии.

По подсчетам ученых, общие запасы горючих ископаемых, имеющих промышленное значение, не превышают 50–100 Q. Если считать эти цифры точными и верить подсчетам будущих потребностей в энергии, то можно сделать вывод, что через несколько столетий все запасы горючих ископаемых, которые, по мнению геологов, накапливались в земной коре в течение 250 млн. лет, будут полностью исчерпаны.

Приведенные выше данные говорят о том, что в ближайшем будущем — для одних стран несколько раньше, для других несколько позже — произойдет разрыв между спросом на энергию и ее производством. Поэтому крайне необходимо отыскать новые источники энергии.

Для решения этого вопроса имеется много возможностей. Можно использовать энергию морских приливов и морских течений, геотермическую энергию, энергию ветра. Действительно, ведь именно благодаря рациональному использованию ветряной мельницы Голландия добилась в XVII веке такого расцвета. Но самые большие надежды возлагаются на использование солнечной энергии. Для того чтобы наглядно показать значение этого вида энергии, напомним, что солнечные лучи, падающие на Париж, должны приносить буквально за несколько мгновений 50 млн. квт лучистой энергии. Впрочем, до земли доходит лишь незначительная часть этой энергии, источник которой находится на удалении 150 млн. км от нашей планеты.

б) Ядерное горючее

Согласно статистике, мировые запасы урана и тория соответствуют энергии порядка 1500–2000 Q. Иными словами, ядерное горючее способно в самый короткий срок заменить обычные горючие ископаемые и обеспечить удовлетворение мировых потребностей в энергии в течение многих веков — конкретно этот срок будет зависеть от роста потребления энергии, который заранее предугадать очень трудно.

Содержание урана в руде, конечно, различно в зависимости от вида руды. По самой низкой оценке среднее содержание урана в верхних слоях земной коры равно одному грамму на тонну.

Следовательно, этого металла в земной коре содержится не меньше, чем меди, свинца или цинка, в 100 раз больше, чем серебра, и в 1000 раз больше, чем золота. Урановые руды встречаются довольно часто. Общее количество ядерного горючего в земной коре (считая ее толщину равной 60 км) оценивается в 100 триллионов тонн. Наиболее значительными месторождениями урановых руд являются залежи в Бельгийском Конго, в Иоахимстале и Колорадо. Кроме того, собираются начать разработку крупных месторождений в Канаде, Южной Африке и Австралии. Мировая добыча урановой руды в настоящее время составляет примерно 10 тыс. т. Специалисты считают, что сейчас можно добывать ежегодно 1 млн. т природного урана, причем добыча 1 кг урана обойдется около 10 тыс. франков.

Из этих руд получают металлический уран. После того как получен природный металлический уран, из него очень сложными способами (например, способом газовой диффузии) извлекаются изотопы, в том числе уран 235. Чтобы лучше понять трудности, связанные с разделением изотопов урана, нужно сравнить стоимость килограмма природного урана, равную 30–40 долларам, со стоимостью килограмма урана 235, достигающей 25 тыс. долларов. Строительство завода, производящего 3,35 т обогащенного до 90 % урана из 1000 т природного урана, обошлось бы в 160 млрд. франков!

Из тория также можно получать уран 235. На Женевской конференции по мирному использованию атомной энергии много говорилось о возможностях, которые открывает перед нами использование тория. По заявлению некоторых ученых, 1 т природного тория может заменить 7 т урана.

Но, если мы обеспечены запасами энергии по меньшей мере на десять поколений, что произойдет, когда ядерное горючее будет в свою очередь израсходовано? На этот вопрос, который при нормальном ходе событий возникнет не раньше, чем через несколько веков, можно, как нам кажется, ответить уже теперь. Ядерное горючее, о котором мы говорили выше, то есть уран и торий, является источником энергии, высвобождающейся в процессе деления их ядер. В военных целях эти вещества служат для производства атомных бомб, подобных тем, которые были сброшены на Хиросиму и Нагасаки. Однако, как мы видели выше, существуют еще термоядерные бомбы основанные на принципе соединения ядер легких элементов, таких, как водород и его изотопы. Эти могучие разрушительные средства помогли доказать возможность получения ядерной энергии путем синтеза. По мнению председателя Женевской конференции по мирному использованию атомной энергии, через 20 лет учёные найдут способы получения и контролируемого использования этого нового вида энергии. Термоядерная энергия, которую следовало бы скорее называть энергией синтеза, будет обладать большими преимуществами перед энергией, получаемой в результате деления ядер. Она будет дешевле и при прочих равных данных более мощной, чем энергия деления ядер. Но самое главное ее преимущество будет заключаться в том, что ее применение не связано с опасностью радиоактивного заражения, являющейся серьезным препятствием для использования атомной энергии в мирных целях.

Нам кажется, что использование термоядерной энергии будет осуществлено раньше, чем через 20 лет, особенно если учесть недавнее открытие антипротона. Сейчас идут разговоры о создании при помощи взрыва термоядерных бомб подземных котлов диаметром в несколько сот метров, которые смогут питать теплоэлектростанцию в течение нескольких месяцев, а также о том, чтобы в огромные воронки, образованные взрывами термоядерных бомб, направить морскую воду и заставить ее вращать установленные у края таких воронок турбины. Впрочем, разве Булганин и Хрущев не заявили во время своей поездки в Англию в конце апреля 1956 года, что русские уже нашли практическое решение этого вопроса? Что думать об этих заявлениях? Возможно, что не все в них соответствует действительности, но бросается в глаза то обстоятельство, что если примерно год назад крупнейшие специалисты говорили, что использование термоядерной энергии в мирных целях станет возможным не раньше чем через 25 лет, то теперь это является вопросом всего лишь нескольких лет, а может быть даже и месяцев.

Как только использование термоядерной энергии станет реальным фактом, энергетическая проблема будет снята с повестки дня, так как запасы водорода в природе практически неограниченны. На нашей планете водород очень распространен; например, он входит в состав воды, которая покрывает три четверти земной поверхности.

Следовательно, ближайшее будущее, как нам кажется, уже обеспечено, а за отдаленное будущее также вряд ли следует опасаться.

Когда проблема использования термоядерной энергии будет решена, можно будет утверждать, что проблема обеспечения энергии не возникнет практически ни для одного из будущих поколений, тем более что к тому времени будет найден способ использования других видов энергии, например солнечной.

 

II. Энергетические потребности Франции

Как обстоит дело во Франции? Какое значение может иметь здесь ядерная энергия по сравнению с обычными источниками энергии и какие выгоды принесет ее использование? Вот вопросы, на которых мы сейчас остановимся.

1. Спрос на энергию

Спрос на энергию во Франции характеризуется следующими цифрами:

а) годовое потребление угля, которое с начала XX века изменилось весьма незначительно, составляет сейчас около 70 млн. т. Есть основания полагать, что в будущем эта цифра сократится, поскольку потребление угля железнодорожным транспортом и расход его на отопление уменьшается из года в год. Однако нужно принять во внимание то обстоятельство, что тепловые электростанции будут расходовать все больше и больше угля;

б) потребление нефтепродуктов на транспорте было до сих пор довольно низким. Оно увеличивается ежегодно примерно на 7 %. В 1955 году потребление нефтепродуктов на территории метрополии составило 15,6 млн. т — вдвое больше, чем в 1949 году;

в) в 1955 году во Франции было израсходовано 49,4 млрд. квт-ч электроэнергии, то есть на 9,1 % больше, чем в 1954 году. За период с 1946 по 1956 год потребление электроэнергии во Франции возросло в 2,6 раза.

Следует добавить, что по потреблению электроэнергии на душу населения (1060 квт-ч) Франция занимает седьмое место в мире после Норвегии (6450 квт-ч), Соединенных Штатов Америки, Швейцарии, Великобритании, Западной Германии и Бельгии. В общем можно сказать, что в 1954 году потребление электроэнергии на душу населения во Франции составило в переводе на условное топливо 105, а в 1915 году — 112 млн. т.

2. Производство энергии.

а) Добыча угля во Франции остается примерно на одном и том же уровне, не превышая 55–60 млн. т в год.

Если сравнить эту цифру с другой, характеризующей потребление, то мы увидим, что Франция испытывает хронический дефицит в угле, главным образом в коксе. Этот дефицит, который приходится покрывать за счет импорта, составляет примерно 15 млн. т в год.

В 1953 году во Франции было добыто 54,3 млн. т угля, в 1954 году — 56,3 млн. т. В 1955 году добыча угля во Франции, несмотря на уменьшение количества рабочих, занятых в угольной промышленности, достигла уровня рекордного 1952 года. В 1955 году было добыто 57,4 млн. т, что превышает добычу 1938 года на 20 %. Основных угольных бассейнов во Франции около десятка; наиболее значительными из них являются бассейны департаментов Нор и Па-де-Кале (29 млн. т в 1955 году) и Лотарингии (13 млн. т).

Запасы каменного и бурого угля во Франции оцениваются в 12 млрд. т. Следовательно, угля во Франции хватит примерно на 200–250 лет. Другими словами, через 4–5 поколений основная часть угольных запасов Франции будет исчерпана.

б) Добыча нефти во Франции в 1955 году впервые превысила 1 млн. т и достигла 1,036 млн. т против 700 тыс. т в 1954 году, 556 тыс. т в 1953 году и всего 56 тыс. т в 1946 году. Нефтеперерабатывающие заводы в 1955 году дали 23 млн. т нефтепродуктов против 22 млн. т в 1954 году. Это вдвое больше продукции 1949 года и вчетверо — продукции 1938 года. На нефтеперерабатывающих заводах было переработано 25 млн. т сырой нефти, или на 1 млн. т больше, чем в 1954 году.

Что касается газа, то в 1953 году Управление национализированными предприятиями газовой промышленности отпустило потребителям 3,14 млрд. кубометров газа. Это является рекордной цифрой, так как в 1954 году было отпущено всего 2,97 млрд. кубометров. Подобный рост в 6 % объясняется проведенными работами по модернизации и укрупнению газовых предприятий (45 газовых заводов в 1955 году были закрыты), а также введением в строй новых заводов.

Трудно сказать, в каких размерах будет расти добыча нефти и газа в будущем. Последние геологические изыскания, проведенные в основном на юго-западе Франции, позволяют надеяться на значительный рост. Можно полагать, что ежедневная добыча газа составит 1 млн. кубометров в 1957 году, 4 млн. кубометров в 1958 году и 12 млн. кубометров в 1961 году. Если будут открыты новые месторождения природного газа, то стоимость его будет на 30 % ниже стоимости жидкого топлива. Следует отметить, что геологическое строение Западной Европы и последние изыскания, проведенные в Аквитанской низменности во Франции (Парантиз, Лак) и в долине реки По в Италии (Кортемаджиоре), дают основание полагать, что если в этих странах затратить необходимые средства, то можно будет добиться значительного увеличения доли нефти и природного газа в выработке энергии, которая в настоящее время равна всего 2 %.

в) Почти половину всей производимой во Франции электроэнергии дают гидроэлектростанции, вторую половину — тепловые электростанции.

В 1955 году было выработано примерно 50 млрд. квт-ч электроэнергии, из них 85 % (42 млрд. квт-ч) пошли на промышленные цели, а 15 % (7,5 млрд. квт-ч) были израсходованы на бытовые нужды. Потребление тока высокого напряжения в 1955 году увеличилось по сравнению с предыдущим годом на 10 %, а тока низкого напряжения — на 61 %. Из наиболее крупных потребителей электроэнергии следует отметить черную металлургию (14 %, всего потребляемого количества электроэнергии), электрохимию и электрометаллургию (12 %) и железнодорожный транспорт (7 %). Расход электроэнергии на бытовые нужды возрос во Франции на 11 %, то есть более чем на 2 млрд. квт-ч. Это объясняется резким увеличением числа электроприборов личного пользования, обладание которыми, по взглядам французов, неразрывно связано с понятием комфорта.

Производство гидроэлектроэнергии достигло в 1955 году 25 млрд. квт-ч, что на 5,4 % больше, чем в 1954 году (Альпы-Рона — 65 %, Центральный массив — 20 %, Пиренеи — 15 %).

Дальнейшее увеличение выработки гидроэлектроэнергии зависит от ассигнований на строительство новых электростанций. Не исключено, что увеличения производства гидроэлектроэнергии можно будет добиться также путем использования некоторых других источников (например, энергии морских приливов в бухте Мон-Сен-Мишель), что даст возможность с небольшими затратами увеличить производство гидроэлектроэнергии в ближайшие 20 лет на 40 млрд. квт-ч. Но, как только будет достигнут уровень в 60 млрд. квт-ч в год, стоимость электроэнергии, вырабатываемой гидроэлектростанциями, может стать выше получаемой на тепловых электростанциях. Впрочем, специалисты считают, что если начать постройку гидростанций во всех удобных для этого местах, то через 20 лет все возможности в этой области будут исчерпаны.

Выработка электроэнергии на тепловых электростанциях достигла: В 1955 году 23,95 млрд. квт-ч, или на 12,41 % больше, чем в 1954 году.

Если общее количество производимой во Франции энергии выразить в миллионах тонн условного топлива, то мы получим следующие данные: 1954 год — 71 (уголь — 56, гидроэлектроэнергия — 14,5, газ — 0,51, 1955 год — 73,5 (57,5+15,5+0,5).

Если сравнить цифры, характеризующие наши энергетические потребности, с данными о фактическом производстве энергии, то мы увидим, что в 1954 году мы имели дефицит в 34 млн. т условного топлива, а в 1955 году — уже 38,5 млн. т. Надо полагать, что и впредь этот дефицит будет постоянно расти и в 1965 году составит 50–60 млн. т условного топлива.

Вытеснение горючих ископаемых должно идти очень быстрыми темпами. Однако количество электроэнергии, которое произведут атомные электростанции в 1965 году, будет составлять, как полагают, всего 2 млрд. квт-ч. Полная замена горючих ископаемых, используемых для производства электроэнергии, ядерным горючим произойдет только лет через двадцать, а пока, чтобы покрыть постоянно растущие потребности в энергии, нужно развивать наши обычные способы ее производства. Поэтому Управление национализированными предприятиями по производству электроэнергии считает необходимым построить во Франции в ближайшие десять лет 13 тепловых электростанций. Стоит даже вопрос о том, чтобы построить эти электростанции в радиусе 40 км от Парижа, что совершенно непонятно, так как эти электростанции должны будут работать на каменном угле или на мазуте и, следовательно, будут выбрасывать в атмосферу окись углерода и сернистый газ, который, соединяясь с влагой воздуха, образует серную кислоту, не менее вредную для каменных зданий, чем для легких человека.

Принимая во внимание быстрый рост потребностей в энергии, будущее внушает серьезные опасения. Поэтому Франция, как, впрочем, и другие страны, особенно заинтересована в атомной энергии, которая, как нам кажется, сможет обеспечить замену существующих в настоящее время и быстро истощающихся «классических» энергетических ресурсов.

 

I. Устройство ядерного реактора

Ядерный реактор состоит из следующих пяти основных элементов:

1) ядерного горючего;

2) замедлителя нейтронов;

3) системы регулирования;

4) системы охлаждения;

5) защитного экрана.

1. Ядерное горючее.

Ядерное горючее является источником энергии. В настоящее время известны три вида расщепляющихся материалов:

а) уран 235, который составляет в природном уране 0,7 %, или 1/140 часть;

6) плутоний 239, который образуется в некоторых реакторах на базе урана 238, составляющего почти всю массу природного урана (99,3 %, или 139/140 частей).

Захватывая, нейтроны, ядра урана 238 превращаются в ядра нептуния — 93-го элемента периодической системы Менделеева; последние в свою очередь превращаются в ядра плутония — 94-го элемента периодической системы. Плутоний легко извлекается из облученного урана химическим путем и может быть использован в качестве ядерного горючего;

в) уран 233, представляющий собой искусственный изотоп урана, получаемый из тория.

В отличие от урана 235, который содержится в природном уране, плутоний 239 и уран 233 получаются только искусственным путем. Поэтому их называют вторичным ядерным горючим; источником получения такого горючего служат уран 238 и торий 232.

Таким образом, среди всех перечисленных выше видов ядерного горючего основным является уран. Этим и объясняется тот громадный размах, который принимают во всех странах поиски и разведка урановых месторождений.

Энергию, выделяющуюся в ядерном реакторе, сравнивают иногда с той, которая выделяется при химической реакции горения. Однако между ними существует принципиальное различие.

Количество тепла, получаемое в процессе деления урана, неизмеримо больше количества тепла, получаемого при сгорании, например, каменного угля: 1 кг урана 235, равный по объему пачке сигарет, теоретически мог бы дать столько же энергии, сколько 2600 т каменного угля.

Однако эти энергетические возможности используются не полностью, поскольку не весь уран 235 удается отделить от природного урана. В результате 1 кг урана в зависимости от степени его обогащения ураном 235 эквивалентен в настоящее время примерно 10 т каменного угля. Но следует учесть, что использование ядерного горючего облегчает транспортировку и, следовательно, значительно снижает себестоимость топлива. Английские специалисты подсчитали, что путем обогащения урана они смогут добиться увеличения получаемого в реакторах тепла в 10 раз, что приравняет 1 т урана к 100 тыс. т каменного угля.

Второе отличие процесса деления ядер, идущего с выделением тепла, от химического горения заключается в том, что для реакции горения необходим кислород, в то время как для возбуждения цепной реакции требуется лишь несколько нейтронов и определенная масса ядерного топлива, равная критической массе, определение которой мы уже давали в разделе об атомной бомбе.

И, наконец, невидимый процесс деления ядер сопровождается испусканием чрезвычайно вредных излучений, от которых необходимо обеспечить защиту.

2. Замедлитель нейтронов.

Для того чтобы избежать распространения в реакторе продуктов распада, ядерное горючее должно быть помещено в специальные оболочки. Для изготовления таких оболочек можно использовать алюминий (температура охладителя при этом не должна превышать 200°), а еще лучше бериллий или цирконий — новые металлы, получение которых в чистом виде сопряжено с большими трудностями.

Образующиеся в процессе деления ядер нейтроны (в среднем 2–3 нейтрона при делении одного ядра тяжелого элемента) обладают определенной энергией. Для того чтобы вероятность расщепления нейтронами других ядер была наибольшей, без чего реакция не будет самоподдерживающейся, необходимо, чтобы эти нейтроны потеряли часть своей скорости. Это достигается путем помещения в реактор замедлителя, в котором быстрые нейтроны в результате многочисленных последовательных столкновений превращаются в медленные. Поскольку вещество, используемое в качестве замедлителя, должно иметь ядра с массой, примерно равной массе нейтронов, то есть ядра легких элементов, в качестве замедлителя с самого начала применялась тяжелая вода (D20, где D — дейтерий, заместивший легкий водород в обычной воде Н20). Однако теперь стараются все больше и больше использовать графит — он дешевле и дает почти тот же эффект.

Принято считать, что в реакторах мощность в 1 квт соответствует примерно 1000 нейтронов на 1 см3, поэтому иногда мощность реактора измеряется в нейтронах.

Тонна тяжелой воды, покупаемой в Швеции, обходится в 70–80 млн. франков. На Женевской конференции по мирному использованию атомной энергии американцы заявили, что в скором времени они смогут продавать тяжелую воду по цене 22 млн. франков за тонну.

Тонна графита стоит 400 тыс. франков, а тонна окиси бериллия — 20 млн. франков.

Вещество, используемое в качестве замедлителя, должно быть чистым, чтобы избежать потерь нейтронов при их прохождении через замедлитель. В конце пробега нейтроны имеют среднюю скорость около 2200 м/сек, в то время как их начальная скорость была порядка 20 тыс. км/сек. В реакторах выделение тепла происходит постепенно и может контролироваться в отличие от атомной бомбы, где оно происходит мгновенно и принимает характер взрыва.

В некоторых типах реакторов на быстрых нейтронах замедлитель не требуется.

3. Система регулирования.

Человек должен иметь возможность по своему желанию вызывать, регулировать и останавливать ядерную реакцию. Это достигается при помощи регулирующих стержней из бористой стали или из кадмия — материалов, обладающих способностью поглощать нейтроны. В зависимости от глубины, на которую регулирующие стержни опускаются в реактор, количество нейтронов в активной зоне увеличивается или уменьшается, что в конечном счете дает возможность регулировать процесс. Управление регулирующими стержнями осуществляется автоматически при помощи сервомеханизмов; некоторые из этих стержней в случае опасности могут мгновенно падать в активную зону.

Сначала высказывались опасения, что взрыв реактора причинит такой же ущерб, что и взрыв атомной бомбы. Для того чтобы доказать, что взрыв реактора происходит лишь в условиях, отличающихся от обычных, и не представляет серьезной опасности для живущего no соседству с атомным заводом населения, американцы намеренно взорвали один так называемый «кипящий» реактор. Действительно, произошел взрыв, который мы можем охарактеризовать как «классический», то есть неядерный; это лишний раз доказывает, что ядерные реакторы могут строиться вблизи населенных пунктов без особой опасности для последних.

4. Система охлаждения.

В процессе деления ядер выделяется определенная энергия, которая передается продуктам распада и образующимся нейтронам. Эта энергия в результате многочисленных столкновений нейтронов превращается в тепловую, поэтому для того, чтобы предупредить быстрый выход реактора из строя, тепло необходимо отводить. В реакторах, предназначенных для получения радиоактивных изотопов, это тепло не используется, в реакторах же, предназначенных для производства энергии, оно становится, наоборот, основным продуктом. Охлаждение может осуществляться при помощи газа или воды, которые циркулируют в реакторе под давлением по специальным трубкам и потом охлаждаются в теплообменнике. Отданное тепло может использоваться для нагревания пара, вращающего соединенную с генератором турбину; подобное устройство будет представлять собой атомную электростанцию.

5. Защитный экран.

Для того чтобы избежать вредного воздействия нейтронов, могущих вылететь за пределы реактора, и предохранить себя от испускаемого в процессе реакции гамма-излучения, необходима надежная защита. Ученые подсчитали, что реактор мощностью в 100 тыс. квт выделяет такое количество радиоактивных излучений, что человек, находящийся от него на расстоянии 100 м, получит за 2 мин. смертельную дозу. Для обеспечения защиты персонала, обслуживающего реактор, строятся двухметровые стены из специального бетона со свинцовыми плитами.

Первый реактор был построен в декабре 1942 года итальянцем Ферми. К концу 1955 года в мире насчитывалось около 50 ядерных реакторов (США —2 1, Англия — 4, Канада — 2, Франция — 2). К этому следует добавить, что к началу 1956 года было запроектировано еще около 50 реакторов для исследовательских и промышленных целей (США — 23, Франция — 4, Англия — 3, Канада — 1).

Типы этих реакторов очень разнообразны, начиная от реакторов на медленных нейтронах с графитовыми замедлителями и природным ураном в качестве топлива до реакторов, работающих на быстрых нейтронах и использующих в качестве топлива уран, обогащенный плутонием или ураном 233, получаемым искусственным путем из тория.

Кроме этих двух противоположных типов, существует еще целый ряд реакторов, различающихся между собой либо составом ядерного горючего, либо типом замедлителя, либо теплоносителем.

Очень важно отметить, что, хотя теоретическая сторона вопроса в настоящее время хорошо изучена специалистами во всех странах, в практической области различные страны не достигли еще одинакового уровня. Впереди других стран идут США и Россия. Можно утверждать, что будущее атомной энергии будет зависеть в основном от прогресса техники.

 

II. Что можно получать в ядерном реакторе?

Ядерный реактор позволяет:

— производить плутоний;

— вырабатывать тепловую энергию;

— получать радиоактивные изотопы.

Реакторы, называемые первичными, служат для получения плутония, поэтому тепло является в них лишь побочным продуктом. Обычно считают, что в таком реакторе на каждые 1000 квт мощности производится в день 1 г плутония. Таким образом, Маркульский реактор G-1, имеющий мощность 40 тыс. квт, должен ежегодно давать около 15 кг плутония.

Так называемые вторичные реакторы предназначаются в основном для производства тепловой энергии; получаемый при этом плутоний является побочным продуктом.

1. Реактор — источник тепловой энергии.

Как мы уже говорили выше, энергия, высвобождающаяся в результате деления ядер урана, выступает в форме тепловой энергии. Последняя в определенных условиях может либо превращаться в электрическую, либо непосредственно использоваться в качестве источника движения в транспортных силовых установках.

Рассмотрим в общих чертах эти основные способы использования ядерной энергии.

а) Атом как «источник электроэнергии».

Мощность ядерных реакторов измеряется в киловаттах. Но это, так сказать, тепловые киловатты. Чтобы перевести их в электрические, нужно применить формулу Карно с учетом качества производимого тепла, которое зависит от температуры поступающей из реактора жидкости.

На современных тепловых электростанциях коэффициент полезного действия достигает 25 %, в то время как на первых атомных электростанциях он пока не превышает 10–15 %. Это объясняется тем обстоятельством, что расщепление уранового горючего в реакторах не может быть доведено до конца, так как в результате многочисленных столкновений с ядрами урана нейтроны «загрязняют» ядерное горючее, что приводит к замедлению, а в некоторых случаях и к полному прекращению цепной реакции. Например, в реакторе, построенном в Сакле, температура теплоносителя на выходе равна 130°, в реакторе G-1–220°, в реакторе G-2 (второй строящийся в Маркуле реактор) — 280°. В реакторе, установленном на подводной лодке «Наутилус», удается нагреть воду до 315°. Через два года специалисты надеются довести температуру теплоносителя на выходе из реактора до 500°. Тогда к.п.д. на атомных электростанциях будет примерно таким же, как и на тепловых.

При таком невысоком к.п.д. количество электроэнергии, которое можно получать на ядерных электростанциях, сравнительно невелико. Например, мощность реактора G-1 составляет 40 тыс. квт. Но поскольку это только тепловые киловатты, а к.п.д. этого реактора равен 12 %, количество получаемой из этого тепла электроэнергии не будет превышать 5 тыс. квт. Между тем для обеспечения работы самого реактора требуется затратить энергию в 8 тыс. квт. Отсюда можно заключить, что реактор G-1 потребляет больше энергии, чем производит. Впрочем, нельзя забывать, что этот реактор предназначается не для выработки электроэнергии, а для получения плутония.

Лет через пять на земном шаре, вероятно, будет до десятка крупных атомных электростанций мощностью от 100 до 200 тыс. квт каждая.

К 1975 году эта цифра, по всей вероятности, увеличится вдвое. В Великобритании атомные электростанции будут покрывать 40 % всех потребностей в электроэнергии, в остальных странах Европы — 10 %, в США и Канаде — 15–20 %, а в Советском Союзе, по-видимому, еще больше.

Наконец, ученые считают, что к 2000 году атомные электростанции будут обеспечивать удовлетворение трех четвертей мировой потребности в электроэнергии.

Следует отметить, что электричество на атомных электростанциях вырабатывается за счет тепла, являющегося промежуточным продуктом. Поскольку электрические заряды в ядерной реакций не используются и пропадают даром, возникает вопрос, нельзя ли получать электричество непосредственно без промежуточной стадии, что, без сомнения, значительно повысило бы к.п.д. атомных электростанций. Есть все основания полагать, что в ближайшем будущем ученым удастся создать специальные конденсаторы, и эта задача будет решена.

б) Атом как «источник движущей силы».

Одним из основных назначений ядерного реактора является получение электроэнергии, однако ядерная энергия может быть использована также и в качестве источника движения.

Наибольший интерес представляет использование ядерной энергетической установки на подводных лодках, так как она освобождает подводную лодку от того тяжелого груза весом 700–800 т, каким являются запас горючего и аккумуляторы. Первая американская атомная подводная лодка «Наутилус», спущенная на воду в январе 1954 года, к маю 1956 года прошла уже 37 тыс. миль, что в 1,5 раза больше длины земного экватора. Экипаж этой подводной лодки состоит из 85 матросов и 11 офицеров.

«Наутилус» может без дополнительной заправки совершить путешествие вокруг земли. Его подводная скорость, согласно официально опубликованным данным, составляет более 20 узлов. Надводное водоизмещение достигает 2800 т, вооружение — 6 торпедных аппаратов. Механизмы силовой установки занимают половину длины всей лодки, то есть 90 м из 180. В качестве горючего используется обогащенный уран, основным конструкционным материалом, по всей вероятности, является цирконий.

Вторая американская подводная лодка «Си Вулф» была спущена на воду в 1956 году. Внешне она похожа на «Наутилус», но силовая установка имеет другую конструкцию. Кроме этого, ведется строительство еще двух атомных подводных лодок: «Скейт» и «Суорд-фиш».

По имеющимся данным, в настоящее время в США закончено проектирование еще четырех атомных подводных лодок. Специалисты считают, что стоимость атомной подводной лодки в серийном производстве в общем не будет превышать стоимости обычной подводной лодки (20–25 млн. долларов). Опытные образцы, разумеется, будут стоить в 2–3 раза дороже.

Что касается надводного флота, то атомными силовыми установками будут снабжаться, по всей вероятности, тяжелые военные корабли, например авианосцы, и крупные торговые суда. Атомный двигатель значительно облегчит проблему обеспечения кораблей топливом; не исключена возможность, что будущие корабли с атомными силовыми установками при спуске на воду будут снабжаться таким количеством ядерного горючего, которого им хватит до полного выхода из строя.

Хотя в США уже давно ведутся работы по созданию самолета с атомным двигателем, производство таких самолетов, как нам кажется, в ближайшее время осуществлено быть не может, так как атомный двигатель пока еще очень тяжел и громоздок. Но эти недостатки в скором времени будут устранены, и тогда дальность полета атомных самолетов будет ограничиваться только физическими возможностями экипажа.

Что касается использования атомной энергии в двигательных установках наземного транспорта, то здесь, вероятно, придется еще немного подождать. В настоящее время говорят лишь о строительстве атомных локомотивов. Об атомных автомобилях пока нет еще и речи, однако не исключено, что наши внуки будут ездить на машинах только с такими двигателями.

Через пятьдесят лет мир, по-видимому, очень сильно изменится; атомная энергия, которая сейчас делает лишь свои первые шаги, явится причиной глубоких преобразований.

2. Реактор как источник получения радиоактивных изотопов.

Мы знаем, что в природе существует 92 естественных элемента. Кроме этого, в природе существует несколько сот естественных изотопов, а физикам удалось получить искусственным путем еще более тысячи изотопов. Открытие таких изотопов само по себе не имело бы особого значения, если бы среди них не было радиоактивных веществ, называемых радиоизотопами или радиоэлементами. Благодаря своему свойству радиоактивности эти изотопы заняли важное место в науке и получили широкое практическое применение. В природе существует около 40 естественных радиоактивных изотопов, искусственных же радиоактивных изотопов гораздо больше.

Большинство искусственных радиоактивных изотопов в настоящее время получают в ядерных реакторах, подвергая вещество облучению нейтронами; их можно также извлекать из продуктов распада урана. Для производства некоторых радиоактивных изотопов можно использовать протоны высоких энергий, получаемые в ускорителях.

Попадая в ядро какого-либо элемента, нейтрон увеличивает на единицу массовое число А этого элемента, в результате чего образуются новые элементы; некоторые из них обладают свойствами радиоактивности. Так, обычный кобальт, имеющий массовое число 59, превращается в радиоактивный кобальт 60.

Основное преимущество искусственных радиоактивных изотопов заключается в дешевизне их получения и простоте применения.

Обнаружить наличие радиоактивных изотопов сравнительно нетрудно при помощи счетчиков Гейгера — Мюллера, которыми измеряют радиоактивные излучения. Это позволяет прослеживать путь атомов радиоактивных изотопов, называемых поэтому «мечеными атомами».

Невозможно даже в общих чертах описать все способы применения радиоактивных изотопов, число которых увеличивается с каждым днем. Поэтому мы ограничимся описанием лишь наиболее известных способов их использования в медицине, промышленности и сельском хозяйстве.

а) Применение радиоактивных изотопов в медицине.

Радиоактивные изотопы играют в медицине большую роль. Они позволяют установить диагноз, излечить от болезни или по крайней мере замедлить ее развитие, а главным образом — лучше понять физиологические процессы, происходящие в организме.

Благодаря применению радиоактивных изотопов удалось достигнуть значительных успехов в борьбе против рака. Наиболее эффективным способом лечения рака является внутреннее облучение. При старых методах радиотерапии под действием радиоактивных излучений могли поражаться — а иногда даже совсем разрушаться — и здоровые клетки. В настоящее время удается вводить источник радиоактивности непосредственно в опухоль, не поражая при этом нормальной ткани.

Одним из наиболее наглядных методов лечения рака радиоактивными изотопами является облучение при помощи так называемой кобальтовой пушки. Кобальтовая пушка заменяет лечение рентгеновскими лучами и радием и является более экономичной и практичной по сравнению с ними. Тридцать граммов радиоактивного кобальта стоимостью 17 500 долларов испускают такое же количество излучения, как и кусок радия стоимостью 50 млн. долларов, или 17,5 млрд. франков. Кроме того, радий — очень редкий элемент. За 50 лет во всем мире было получено лишь около 2,5 кг радия. Напомним, что этот ценный металл был открыт в 1898 году Пьером Кюри и Марией Склодовской-Кюри совместно с сотрудничавшим с ними Бемоном. Для того чтобы получить 1 г радия, нужно переработать 3 т урановой руды. Кобальт 60 очень сильно отличается от радия периодом полураспада: он имеет период полураспада примерно 5,5 лет, в то время как радий — 1622 года. Кобальт может применяться либо для местного облучения, например в форме игл, подобных радиевым, либо для общего облучения (кобальтовая пушка).

Для лечения заболеваний различных желез употребляются радиоактивные изотопы тех элементов, которые поглощаются этими железами. Так, для лечения рака щитовидной железы применяется радиоактивный иод, который поглощается этой железой.

Некоторые заболевания, например рак мозга, можно лечить радиоактивным золотом. Маленькие шарики из смеси радиоактивного золота с радиоактивным фосфором вводятся в опухолевую ткань, которая разрушается под действием радиоактивных излучений, причем соседние ткани остаются невредимыми.

Скорость тока крови в организме можно измерять, добавляя в кровь красные кровяные тельца, меченные радиоактивным фосфором. При помощи радиоактивного фосфора можно также обнаружить белокровие. Если организм здоров, то через 4–5 дней с мочой уходит 50 % радиоактивного фосфора, а если болен — то лишь 10 %.

Наконец, благодаря радиоактивным изотопам удалось установить, что прежнее представление об обмене веществ в организме было ошибочным. Ученые заметили, что живой организм не сразу выбрасывает неусвоенные питательные вещества. Обновление веществ происходит непрерывно: новые клетки врастают в ткань, в то время как умершие и, следовательно, ненужные клетки разрушаются. Так, например, радиоактивный кальций позволил установить, что костные ткани человека постоянно обновляются.

Эти открытия проливают новый свет на процесс самой жизни и ставят новые вопросы, над которыми раньше даже не задумывались. В самом деле, если клетки мозга и других тканей непрерывно обновляются, чем можно объяснить тот факт, что характер и поведение человека в течение долгих лет жизни остаются неизменными, хотя физически он никогда не бывает одним и тем же?

б) Применение радиоактивных изотопов в сельском хозяйстве.

Большую помощь оказал науке метод, заключающийся в том, что радиоактивные вещества вводят в растения с целью проследить процесс их питания. Этот метод помог, в частности, повысить урожайность сельскохозяйственных культур, а следовательно, увеличить количество производимых в мире продуктов.

Так, было установлено, что если фосфатом посыпать листья растений, то усвоение его происходит на 95 %, в то время как при введении фосфата в землю оно не превышает 10 %.

Этот метод помог получить новые виды растений, более стойкие к некоторым заболеваниям, а также различные интересные гибриды.

Метод «меченых атомов» позволил уточнить множество деталей. Теперь известно, например, что протеины куриных яиц образуются не из тех веществ, которыми курицу кормили недавно, а из тех, которыми ее кормили месяц тому назад. Стали известны также продолжительность жизни комаров и расстояния, которые они могут пролетать.

Интересные результаты были получены также в области хранения продовольственных товаров. Например, картофель после облучения его гамма-лучами может с успехом храниться при постоянной температуре 10 °C в течение двух лет. Это позволяет обойтись без дорогих холодильников. Разработанный недавно в США метод облучения продовольствия гамма-лучами позволяет облучать до 15 т продуктов в день. Такие же интересные результаты были получены в области хранения медикаментов.

Радиоактивные изотопы помогают также уничтожать сельскохозяйственных вредителей при хранении зерна. Подвергая облучению целые зернохранилища, можно, не прибегая к вредным для человеческого организма химическим препаратам, полностью уничтожить насекомых и их личинки, в том числе и долгоносика. Если учесть, что потери зерна от таких вредителей составляют 15 % урожая, станет ясно, что применение этого нового метода дает значительную экономию. Член американской Комиссии по атомной энергии доктор Либби в докладе, сделанном в начале 1956 года, заявил, что экономия, полученная в США в результате применения радиоактивных изотопов только в этой области, достигла 30 млрд. долларов.

Наконец, следует отметить, что радиоактивные изотопы помогут решить проблему фотосинтеза. Фотосинтез, или синтез под действием света, — это современное название процесса усвоения растениями хлорофилла, в котором участвует световая энергия. Изучение роста живых организмов позволяет надеяться, что в скором времени эта проблема будет решена.

Получение органической материи путем фотосинтеза является самой важной задачей современной химии.

Ученые подсчитали, что кукуруза на площади в 1 га связывает в год от 1,5 до 2 т углерода.

Общее количество углерода, связываемого ежегодно всей растительностью земного шара, оценивается в 35 млрд. т, а количество связываемой в результате фотосинтеза световой энергии в переводе на тепловую составляет миллиард миллиардов больших калорий!

в) Применение радиоактивных изотопов в промышленности.

Способы применения радиоактивных изотопов в промышленности многочисленны и разнообразны. Их использование позволяет, например, американской промышленности экономить ежегодно миллиарды долларов. Среди многочисленных способов применения радиоактивных изотопов ведущее место в настоящее время занимает гамма-дефектоскопия. Это не что иное, как разновидность рентгеновской дефектоскопии, в которой рентгеновская трубка заменена источником радиоактивного кобальта. Излучаемые радиоактивным кобальтом гамма-лучи обладают большей проникающей способностью, чем рентгеновские лучи. Они проходят сквозь проверяемую деталь и, если в ней есть пустоты или трещины, вызывают в соответствующих местах почернение фотопластинки. Так получается отпечаток, на котором отчетливо видны все дефекты. Этим способом можно контролировать качество литья и сварных швов на глубину 10–15 см, в то время как рентгеновские лучи позволяют осуществлять такой контроль на глубину не более 1 см.

Можно назвать также и другие способы применения радиоактивных изотопов: контроль износа поршневых колец и шин, обнаружение утечек в подземных трубопроводах, измерение уровня жидкостей в закрытых резервуарах, измерение толщины различных материалов, производимых в листах или рулонах, улучшение производства бензина в лабораторных условиях путем облучения гамма-лучами сырой нефти, снятие статических зарядов и, наконец, решение различных специальных проблем в области гидрологии (поиски источников водоснабжения и контроль за обмелением портов в результате наноса песка). О каждом из вышеназванных способов применения радиоактивных изотопов можно было бы, конечно, говорить очень долго.

г) Применение радиоактивных изотопов для изучения прошлого.

Теперь следует остановиться на роли атома в качестве помощника историка, так как он позволяет точно определить возраст различных древних предметов. Измеряя радиоактивность последних, можно определить их «возраст» по количеству содержащегося в них углерода 14. Со смертью организма цикл углерода 14 прекращается, и, следовательно, количество содержащегося в организме углерода 14 после его смерти постоянно уменьшается. Это уменьшение происходит медленно, так как период полураспада углерода составляет 5700 лет. Так, например, если измерять радиоактивность срубленного 5700 лет назад дерева, то счетчик Гейгера — Мюллера зарегистрирует всего 6 бета-импульсов в минуту, в то время как у недавно срубленного дерева он покажет 12 импульсов, а у дерева, срубленного 11 400 лет назад, — всего 3 импульса в минуту.

Таким образом, удалось установить, что каменное сооружение Стонхендж в Англии имеет возраст 4 тыс. лет, в пещере Ляско во Франции 15 тыс. лет тому назад уже жили люди, что верхний палеолит в Дордони был 20 тыс. лет тому назад, а знаменитые рукописи, найденные на побережье Мертвого моря, относятся к 30–40 годам нашей эры.

Наконец, применяя некоторые другие методы, ученые точно установили возраст нашей планеты и время существования различных геологических эпох.

Мы в самых общих чертах рассказали о применении радиоактивных изотопов. Возможности, которые они перед нами открывают, сейчас даже трудно себе представить.

В самом ближайшем времени радиоэлементы станут помощниками исследователей, помогут улучшить условия жизни людей и расширить их знания и поле деятельности.

 

На Женевской конференции по мирному использованию атомной энергии Франция фигурировала как четвертая в мире атомная держава после Соединенных Штатов Америки, Советского Союза и Англии (вместе с Канадой). Несомненно, это почетное место ей обеспечили прежде всего интересные работы наших ученых и исследователей.

С 1945 года всеми исследованиями в области ядерной энергии во Франции ведает Комиссариат по атомной энергии (КАЭ), который является гражданским учреждением, обладающим административной и финансовой самостоятельностью. КАЭ насчитывает в настоящее время свыше 4 тыс. сотрудников и работает в тесном взаимодействии с многочисленными заинтересованными промышленными предприятиями. Французский атомный центр находится в Сакле, расположенном в департаменте Сена и Уаза в 25 км южнее Парижа. Кроме того, намечается создание второго атомного центра в Гренобле.

 

I. Достижения в области атомной энергии за границей

Прежде чем перейти к рассмотрению проделанных во Франции работ в области атомной энергии, нужно сказать о том вкладе, какой внесли сюда другие государства. Нетрудно заметить, что достижения в области использования ядерной энергии в различных странах зависят от энергетических ресурсов каждой из этих стран. Очевидно, что Норвегия, например, которая располагает достаточными водными ресурсами, не особенно заинтересована в строительстве большого количества ядерных электростанций. Мы очень коротко остановимся на достижениях в этой области в Великобритании, Соединенных Штатах Америки и Советском Союзе.

1. Великобритания.

Великобритания бедна гидроэнергетическими ресурсами, а ее ресурсы горючих ископаемых начинают истощаться. Это заставило Великобританию приступить быстрыми темпами к замене истощающихся ресурсов атомной энергией. В настоящее время в этой стране насчитывается около 15 действующих и строящихся реакторов и 3 строящиеся электростанции: одна — в Колдер-Холле в графстве Камберленд, другая — в местечке Даунрей на севере Шотландии (эти две электростанции предполагалось ввести в строй в 1956 году), а третья, более мощная, — на юге Шотландии.

Англичане намечают к 1960 году довести общую мощность своих атомных электростанций до 500 тыс. квт, а к 1965 году — до миллиона квт. В 1975 году атомные электростанции в Англии дадут 40 % всей необходимой энергии, что позволит ежегодно экономить 40 млн. т угля. Полная замена горючих ископаемых ядерным топливом будет осуществлена не раньше конца XX века.

2. Соединенные Штаты Америки.

а) Строительство первых атомных энергетических установок относится к 1951 году. Небольшой городок Арко в штате Айдахо, находящийся неподалеку от Аргоннского атомного центра, в 1951 году получил первые киловатты электроэнергии, произведенной атомной энергетической установкой. Начиная с июля 1955 года, Арко освещается «атомным электричеством», вырабатываемым «кипящим» реактором, подобным тому, который во время Женевской конференции в августе 1955 года был установлен в парке Дворца наций. Такой реактор мощностью в 15 тыс. квт стоит менее 400 млн. франков.

б) Первая крупная атомная электростанция в США будет построена в 1957 году в Шиппингпорте на реке Огайо, недалеко от промышленного центра Питтсбурга. Ее мощность составит около 60 тыс. квт. Кроме этого, намечается строительство крупной атомной электростанции в Нью-Йорке, которая будет пущена в 1960 году.

Общая мощность атомных электростанций должна составить в 1960 году около 1 млн. квт.

3. Советский Союз.

Советский Союз обладает первой атомной электростанцией мощностью в 5000 квт, построенной в районе Калуги. Русские объявили также о начале строительства атомной электростанции мощностью в 500 тыс. квт.

Кроме этого, в СССР начинается строительство сети атомных электростанций мощностью 50–100 тыс. квт, каждая из которых, вероятно, будет иметь два реактора.

К 1960 году мощность атомных электростанций в СССР будет доведена до 2,5 млн. квт.

США и СССР старались испробовать как можно больше типов ядерных реакторов. Учитывая то обстоятельство, что в области атомной энергии технический прогресс идет быстрее, чем в других областях, останавливать свой выбор на каком-либо из типов реакторов пока рано.

Поскольку Франция, с одной стороны, не испытывает такого недостатка в энергетических ресурсах, как Англия, а с другой стороны, не обладает такими богатыми финансовыми и техническими возможностями, как США и Советский Союз, она идет в вопросе использования атомной энергии позади этих стран.

 

II. Достижения в области использования атомной энергии во Франции

1. Первые успехи.

Общая сумма ассигнований на французскую атомную промышленность достигает 70 млрд. франков.

С 1946 по 1954 год Центр по атомной энергии получил 44 млрд. франков. До конца 1955 года во Франции было два экспериментальных реактора, работающих на тяжелой воде.

а) Первый кредит в 500 млн. франков позволил построить в 1948 году первый реактор ZOE в Шатильоне. Сначала вода на выходе из реактора имела обычную температуру, ту же, что и на входе, то есть мощность реактора практически была равна нулю. В настоящее время мощность этого реактора составляет примерно 150 квт.

б) Второй реактор был построен в Сакле в 1949 году. Сначала вода имела на выходе температуру 130° и использовалась для отопления зданий. В настоящее время его мощность равна 1500–2000 квт.

Эти два реактора производят примерно три четверти радиоизотопов, используемых во Франции государственными и частными предприятиями и научно-исследовательскими учреждениями. В ноябре 1955 года Комиссариат по атомной энергии поставил им тысячную партию радиоизотопов. Впрочем, производство и потребление радиоизотопов во Франции непрерывно растут. Так, в январе 1956 года число поставок радиоизотопов составило 410 против 240 в январе 1955 года. Больше половины производимых радиоизотопов используется в медицине, причем, поскольку своих радиоизотопов во Франции не хватает, их приходится ввозить из английского атомного центра в Харуэлле.

Когда реактор G-1 в Маркуле заработает на полную мощность, потребность Франции в радиоизотопах будет удовлетворяться полностью.

2. План Палевского. Проводимые в настоящее время работы.

В апреле 1955 года французское правительство приняло план Палевского по развитию атомной энергии.

Отпущенные на 1955 и три последующих года средства в сумме 100 млрд. франков должны были обеспечить увеличение добычи урановых руд, развитие исследовательских работ в области атомной энергии и создание атомного центра в Маркуле, расположенном в департаменте Гар на левом берегу Роны, неподалеку от Авиньона.

а) Строительство Маркульского атомного центра началось в начале 1954 года. Первый этап работ включает строительство двух мощных ядерных реакторов G-1 и G-2, завода по отделению плутония и двух атомных электростанций.

Реактор G-1 работает на природном уране. В качестве замедлителя и отражателя нейтронов используется графит, а теплоносителем служит углекислый газ.

Строительство этого реактора, вероятно, обошлось в общей сложности в 10 млрд. франков, причем затраты распределились следующим образом: строительство зданий — 18 %, графит — 10 %, машинное и котельное оборудование — 30 %, электрооборудование — 15 %, ядерное горючее — 27 %.

Подготовительные работы были выполнены в течение 1954 года. Затем начался монтаж блока реактора, который длился до октября 1955 года. Укладка графита продолжалась один месяц и закончилась в конце ноября 1955 года. Строительство было завершено в декабре, а 7 января 1956 года атомный реактор начал работать.

Ядерное горючее в этом реакторе представляет собой 2700 урановых стержней общим весом в 1200 т. Воздух, подаваемый мощными воздуходувками, испаряет непрерывно циркулирующую воду, и пар поступает на лопатки турбины.

Следует сказать, что для пуска реактора хватило 20 т урана. Специалисты надеются, что к концу 1956 года реактор заработает на полную мощность, которая, как мы уже говорили, будет составлять 40 тыс. квт.

б) В настоящее время в Маркуле начались работы по строительству реакторов G-2 и G-3.

Реактор G-2 вступит в строй в 1957 году. В этом реакторе в качестве горючего будет использоваться природный уран, в качестве замедлителя — графит, а в качестве теплоносителя — углекислый газ. Тепловая мощность реактора будет равна 100–150 тыс. квт, что позволит при загрузке урана в 100 т получать 20–25 тыс. квт электроэнергии.

Реакторы G-1 и G-2 позволят получать в год 100–120 кг плутония, который будет отделяться на заводе с полностью дистанционным управлением. Оба реактора в сумме смогут давать электроэнергию мощностью в 100 тыс. квт. Ввод в эксплуатацию третьего ядерного реактора G-3, который по типу будет аналогичен реактору G-2, намечен на 1958 год.

Общие затраты в Маркуле составят, по оценке специалистов, примерно 45 млрд. франков. Строительство новых атомных электростанций намечается лишь на 1959–1960 годы, после того как будет накоплен опыт работы первых двух электростанций. Лишь с введением в строй этих новых электростанций атомная энергия станет по-настоящему выгодной. Полагают, что общая мощность атомных электростанций составит к 1960 году 300 тыс. квт.

в) Следует добавить, что в Сакле ведется строительство еще одного реактора, названного EL-3, с примерной тепловой мощностью 15 тыс. квт. В этом реакторе в качестве замедлителя будет применяться тяжелая вода и в качестве ядерного горючего — природный уран. Реактор должен дать возможность изучить поведение различных материалов под действием интенсивного потока нейтронов. Следовательно, этот реактор будет исследовательского характера и не внесет никакого вклада в энергоресурсы страны.

Кроме этого, в Сакле уже работает ускоритель частиц Ван де Граафа на 5 Мэв и заканчивается строительство циклотрона на 25 Мэв. Берклейский ускоритель обладает способностью разгонять протоны до энергии 6 млрд. эв. Русские заканчивают строительство ускорителя на 10 млрд. эв и говорят о строительстве еще более мощного ускорителя на 60 млрд. эв. Европейский исследовательский центр по ядерной энергии в Швейцарии получит синхротрон на 600 Мэв и протонный ускоритель на 25 млрд. эв.

Работы, проведенные во Франции под руководством видных ученых, ставят нашу страну в число ведущих стран в области атомной энергии. Что касается перспектив, то все будет зависеть от средств, отпущенных для развертывания работы в этой области. В 1955 году ассигнования на производство различного рода работ по атомной энергии выглядели следующим образом: США — 15 млрд. долларов (в том числе на военные нужды — 12 млрд. долларов, на мирное использование — 3 млрд.), Великобритания — 1,5 млрд. долларов (1+0,5), Франция — 0,2 млрд. долларов (только на мирные цели). Не подлежит сомнению, что по своим знаниям и опыту наши ученые могут соперничать с большинством иностранных ученых, и, если им дать достаточно средств, они сумеют добиться выдающихся успехов.

 

III. Добыча урановой руды во Франции

Если не считать Португалию, Франция является в настоящее время единственной страной в Западной Европе, добывающей урановую руду. Добычей урана во Франции заинтересовались всего лет 15 тому назад. В прошлом уран (он был открыт в 1789 году) использовался лишь в незначительном количестве в керамической промышленности.

В 1946 году во Франции было создано Управление по поискам и разработке рудных месторождений, перед которым была поставлена задача учесть все ресурсы ядерного горючего на территории метрополии и заморских владений.

Урановые залежи расположены во Франции в форме буквы V, простираясь вдоль линии архейских пород от Вандеи до Лимузена и поднимаясь оттуда через Центральный массив к департаменту Сона и Луара и Вогезам.

На территории метрополии имеется четыре месторождения урановых руд:

а) Лимузенский бассейн.

Первые залежи урана были обнаружены в конце 1948 года в Ла-Грузиле (20 км севернее Лиможа). В настоящее время в эксплуатации находится несколько шахт: «Генриетта», «Ла-Сань», «Марньяк», «Ле-Брюго», «Виллар». Добытая руда обогащается на заводе в городе Бессен-сюр-Гартамп. Здесь в основном добываются уранинит (двуокись урана, имеющая черный цвет и обладающая большой плотностью) и фосфаты урана — отенит и торбернит.

б) Вандейский бассейн.

В отличие от Лимузенского бассейна, где руда, имеющая высокое содержание урана, залегает рассредоточено, месторождения этого бассейна довольно мощные, хотя содержание урана в руде низкое. Добыча ведется в трех местах — в Л’Экарпьере (недалеко от Клиссона), Ла-Шапель-Ларжо и Лез-Эрбье.

Компания «Кюльман» намечает построить здесь обогатительную фабрику.

в) Бассейн департамента Сона и Луара.

Здесь были разведаны два месторождения: в Ла-Фэ (недалеко от Грюри) и Бозо. Основную массу руды составляет уранинит с низким содержанием урана. Кроме того, были проведены поиски в других районах, например близ Шато-Шинон. В Жёньоне имеется обогатительная фабрика.

г) Бассейн Пюи-де-Дом.

Присутствие урановых руд было обнаружено здесь давно. Разработки в Лашо были заброшены, зато месторождение в районе Буа-Нуар (25 км от Виши) представляется многообещающим.

Сейчас ставится вопрос о начале разработок урановых руд в Вогезах в районе Сент-Мари-о-Мин.

Добываемые урановые руды по своему химическому составу очень разнообразны: наиболее часто встречаются уранинит и фосфаты урана. Содержание урана в рудах также различно. Для того чтобы урановую руду покупали, нужно, чтобы содержание урана в ней было выше 5 %, то есть чтобы из 1 т руды можно было получить 50 кг металлического урана. Однако в большинстве урановых руд содержание урана не превышает нескольких десятых долей процента. Руда с содержанием урана от нескольких процентов до 30 %, предварительно обогащенная, измельчается и отправляется на завод Буше, расположенный в департаменте Сена и Уаза в 40 км юго-восточнее Парижа и в 8 км от Нэнвиль-ле-Рош.

Разработка урановых месторождений во Франции ведется в основном Комиссариатом по атомной энергии, однако в ней принимают участие и частные компании. Так, горнорудная и металлургическая компания «Пенья-ройя» предприняла поиски урановых руд в районе Севенн. Комиссариат покупает предлагаемую ему руду, как правило, по цене 4 тыс. франков за килограмм содержащегося в руде чистого урана, причем содержание урана в руде должно быть не ниже 0,2 %. Для покрытия издержек, связанных с транспортировкой, предусматривается дополнительная плата.

Следует отметить, что заморские владения Франции очень богаты атомным сырьем. На Мадагаскаре имеются значительные запасы торианита, ураново-ториевых руд и бетафита; не исключено, что пустыня Сахара и Французская Западная Африка также готовят нам приятные сюрпризы.

 

Прежде чем дать краткий анализ социальной проблемы, возникшей в связи с открытием атомной энергии, мы в общих чертах рассмотрим экономическую сторону вопроса, связанную со стоимостью вырабатываемой на атомных электростанциях энергии.

 

I. Экономическая сторона проблемы: стоимость киловатт-часа на атомных электростанциях

Подробное рассмотрение этого вопроса представляется нам преждевременным, поскольку в нем есть еще очень много неясностей. В области использования атомной энергии мы находимся всего лишь на технической и, даже можно добавить, «подготовительной» стадии. Серьезным изучением экономической стороны этого вопроса можно будет заняться лишь после того, как будут получены некоторые точные данные.

Не следует думать, как это делают многие, что использование этого нового вида энергии сразу же даст нам огромные выгоды.

Согласно обследованию, проведенному в 1953 году на последней пущенной во Франции тепловой электростанции, один киловатт установленной мощности обходится в 65 тыс. франков. Эксплуатационные расходы, которые должны соответствовать мощности электростанции, составляют 2,4 франка на один киловатт установленной мощности.

Для индивидуального потребителя или мелкого промышленника эта цифра увеличивается на стоимость передачи и трансформации электроэнергии, зависящую от удаления потребителя от электростанции. Например, парижанин, использующий электроэнергию для бытовых нужд, платит за свой киловатт-час не 2,4 франка, а примерно 25 франков. Но для крупного промышленника, потребляющего большое количество электроэнергии, киловатт-час обходится гораздо дешевле.

На гидроэлектростанциях стоимость киловатт-часа установленной мощности равна примерно 135 тыс. франков.

Поскольку ни одна атомная электростанция пока еще не работает в нормальных условиях, трудно точно сказать, сколько будет стоить киловатт-час установленной мощности на атомных электростанциях. Поэтому пока можно назвать лишь приблизительную цифру, которая, по-видимому, будет меняться вместе с изменением условий эксплуатации, связанных с техническим прогрессом.

1. Элементы, определяющие себестоимость энергии.

Каждый вид энергии имеет свою себестоимость, определение которой, впрочем, связано с большими трудностями. Поэтому сравнивать себестоимость различных видов энергии можно лишь приблизительно, тем более что для определения стоимости электроэнергии на атомных электростанциях пока еще не известны все составляющие ее элементы. «Атомный» киловатт удобнее всего сравнивать с «тепловым» киловаттом, с одной стороны, потому, что атомные электростанции имеют с тепловыми большее сходство, чем с гидроэлектростанциями, а с другой стороны, потому, что они должны в ближайшем будущем заменить тепловые электростанции.

Стоимость киловатт-часа на тепловой электростанции складывается из четырех факторов: из общей суммы затрат на строительство сооружений и оборудование, срока службы электростанции, эксплуатационных расходов и стоимости топлива.

Попробуем сравнить эти факторы для атомной и тепловой электростанции.

а) В отношении затрат на строительство сооружений и оборудование следует отметить, что стоимость котельной установки составляет примерно одну треть от общей стоимости электростанции.

Реакция деления ядер тяжелых элементов сопровождается высвобождением определенного количества энергии, которая выделяется в виде тепла. Это тепло передается теплоносителем и приводит в действие турбину. Но та часть электростанции, где вырабатывается пар — в скором времени она будет заменена ядерным реактором, — является всего лишь частью общего комплекса сооружений, предназначенных для снабжения потребителя электроэнергией.

Все остальное теоретически должно остаться без изменений. Пар, поступающий из реактора, будет приводить в действие те же турбогенераторы; будут использоваться те же самые высоковольтные линии электропередачи и те же трансформаторы, что и раньше.

Следовательно, атомная электростанция является не чем иным, как тепловой электростанцией, в которой котлы заменены реактором.

Приведем некоторые цифры. В США, Англии и Франции строительство первых атомных электростанций обходится в 5–15 раз дороже, чем строительство равных им по мощности тепловых электростанций. Поскольку стоимость самого реактора составляет лишь треть общей стоимости электростанции, можно заключить, что удорожание строительства за счет реактора будет порядка 2–5 (точнее 3–4) раз. По мнению специалистов, в будущем эта цифра будет уменьшаться и дойдет до 1,5.

Всего несколько лет тому назад американские строительные предприятия оценивали стоимость строительства атомных электростанций мощностью более 100 тыс. квт в 400–500 фунтов стерлингов за киловатт установленной мощности. Хотя в 1956 году эта стоимость составляла всего 200 фунтов, она все еще остается очень высокой по сравнению со стоимостью строительства тепловых электростанций.

Постройка одного реактора типа G-1, подобного тому, какой установлен в Маркуле, обходится примерно в 10 млрд. франков. Стоимость обогатительной фабрики, перерабатывающей в год 1000 т руды и дающей уран с 90 %-ным содержанием урана 235, оценивается в 160 млрд. франков. Установка с дистанционным управлением по обработке 500 т урановых стержней в год стоит около 15 млрд. франков. Эти огромные цифры примерно соответствуют расходам на постройку самых крупных плотин.

б) Вторым фактором, определяющим стоимость, электроэнергии, является срок службы электростанции.

Строящиеся в настоящее время атомные электростанции проработают, по мнению специалистов, 10 лет. В будущем, с применением всех новейших достижений техники, срок их действия увеличится до 20 лет, несмотря на то, что возникнут новые трудности, заключающиеся в преждевременном износе оборудования в результате сильного нейтронного облучения.

в) Третий фактор — эксплуатационные расходы. Эксплуатационные расходы на атомных электростанциях в общей сложности будут выше, чем на тепловых электростанциях. Доля стоимости топлива в общих затратах может быть самой различной в зависимости от типа реактора. На первых атомных электростанциях стоимость топлива составляла одну треть общих расходов, а стоимость сооружений и оборудования — остальные две трети. Такое соотношение в будущем несомненно изменится, и не исключена возможность, что оно станет обратным.

Следовательно, мы установили, что на атомных электростанциях три первых фактора, из которых складывается стоимость электроэнергии, выше, чем на тепловых электростанциях.

г) Но, к счастью, имеется еще четвертый фактор, участвующий в образовании стоимости киловатт-часа, а именно себестоимость топлива.

Можно утверждать, что себестоимость ядерного топлива на единицу производимой энергии гораздо ниже, чем себестоимость горючих ископаемых. На обычных тепловых электростанциях стоимость израсходованного топлива составляет примерно одну треть стоимости выработанной электроэнергии. На строящихся в Англии атомных электростанциях 1 т урана будет эквивалентна 10 тыс. т каменного угля. В последующем эта цифра будет увеличена в 10 раз благодаря введению повторного цикла. Тогда 1 т урана даст такое же количество тепловой энергии, как 100 тыс. т каменного угля. Поэтому в 1975 году в Англии 400 т ядерного горючего смогут заменить 40 млн. т каменного угля. Впрочем, к этому времени графитовые замедлители нейтронов будут заменены, по всей вероятности, жидкими замедлителями, что еще больше уменьшит капитальные расходы на единицу энергии.

2. Стоимость «атомного» киловатт-часа по сравнению с «тепловым» киловатт-часом.

Вот некоторые цифры, заимствованные у англичан, которые, как мы уже говорили, достигли больших успехов в области практического использования атомной энергии.

Первые атомные электростанции в Великобритании мощностью 150–200 тыс. квт при работе на 80 % своей мощности потребуют 250 т ядерного горючего (природного урана); впрочем, часть его может быть обогащена. Общая сумма капиталовложений на строительство этих электростанций оценивается в 18,8 млн. фунтов стерлингов (7,5 млн. фунтов — реактор, 11,3 млн. — генератор). Если считать стоимость 1 т урана равной 20 тыс. фунтов стерлингов, то 1 квт-ч энергии будет стоить 0,76 пенса, то есть примерно 3 франка (1 пенс равен 4 франкам, а фунт стерлингов — примерно 1000 франков).

Если взять отношение стоимостей 1 квт-ч установленной мощности на атомных и тепловых электростанциях, мы увидим, что в настоящее время оно равно в США 1,7, а в Великобритании — 1,6.

Впрочем, эта величина должна быстро уменьшаться. Американские специалисты считают, что через 5 лет она снизится до 1,4, через 10 лет — до 1,2, а в дальнейшем будет значительно ниже 1, причем, по мнению некоторых экспертов, она будет стремиться к нулю!

Трудно дать точные цифры, характеризующие это соотношение во Франции, так как мы в этой области находимся лишь в начальной стадии. Перед Управлением национализированными предприятиями по производству электроэнергии поставлена задача — в ближайшем будущем обеспечить замену существующих электростанций и ввести в действие реакторы, которые позволят удваивать выработку электроэнергии каждые два-три года. Первые атомные электростанции, которые по плану должны быть пущены в 1959 году, будут располагаться у слияния рек Луары и Вьенны.

По мнению французских специалистов, соотношение между стоимостями киловатт-часа установленной мощности на атомных и тепловых электростанциях во Франции будет вначале колебаться между 2 и 3; это означает, что 1 квт-ч на атомных электростанциях будет сначала более чем вдвое, но менее чем втрое дороже, чем на тепловых электростанциях. Затем стоимость киловатт-часа будет быстро снижаться благодаря целому ряду причин, на которых мы вкратце остановимся.

а) Непрерывное усовершенствование реакторов. Первая тепловая электростанция, построенная в 1882 году в Нью-Йорке, расходовала 10 фунтов каменного угля на 1 квт-ч вырабатываемой электроэнергии. Одна из последних тепловых электростанций, построенная в 1953 году (Астория), расходует всего 0,75 фунта каменного угля. Следовательно, расход угля на тепловых электростанциях на 1 квт-ч вырабатываемой энергии за 70 лет уменьшился примерно в 13 раз. Следует, безусловно, ожидать, что прогресс в области ядерных энергетических установок будет еще более быстрым.

В бридерных реакторах, или реакторах-размножителях, можно будет получать больше топлива, чем расходовать, то есть количество подвергшегося делению урана будет при известных условиях меньше, чем количество ядерного вещества, получаемого в виде плутония или урана 233.

б) Использование получаемого плутония. В первичных реакторах плутоний, который стоит чрезвычайно дорого, можно будет получать в качестве побочного продукта (1 г плутония в день на 1000 квт мощности). Вернемся к цифрам, которые мы приводили, характеризуя стоимость киловатт-часа на английских атомных электростанциях. Ученые считают, что в течение по крайней мере ближайших 10 лет стоимость 1 кг плутония будет колебаться между 5 тыс. и 10 тыс. фунтов стерлингов. Если взять наименьшую цифру, то есть 5 тыс. фунтов, то 1 квт-ч «атомной» электроэнергии будет стоить не 0,76, а 0,6 пенса (то есть 2,4 франка), что, однако, продолжает оставаться выше стоимости электроэнергии, вырабатываемой в Англии тепловыми электростанциями. Если же взять наибольшую стоимость плутония (10 тыс. фунтов стерлингов), то стоимость киловатт-часа на атомных электростанциях снизится до 0,42 пенса, или 1,4 франка. Следует отметить, что в будущем стоимость плутония будет зависеть от решения вопроса о запрещении ядерного оружия.

в) Наконец, не следует забывать и радиоактивных отходов, к которым мы еще вернемся в следующей главе, поскольку этот вопрос тесно связан с вопросом защиты.

В заключение нужно сказать, что во Франции атомная энергия сможет соперничать по стоимости с обычными источниками энергии не раньше, чем через 15 лет. Следовательно, стоимость электроэнергии, вырабатываемой на атомных электростанциях, будет уменьшаться по мере технического прогресса, тогда как — и это является очень важным обстоятельством — стоимость электроэнергии, производимой тепловыми электростанциями, будет возрастать. Когда кривая уменьшения стоимости атомной энергии пересечется с кривой роста стоимости обычной электроэнергии, встанет вопрос о замене тепловых электростанций атомными.

3. Возможное уменьшение стоимости энергии.

Возникает вопрос, какие последствия в экономическом плане может оказать прогрессирующее падение себестоимости энергии?

Эти последствия могут быть прямыми и косвенными.

а) Рассмотрим сначала прямые последствия. Использование более дешевой энергии даст возможность получить экономию в различных отраслях хозяйства страны, а высвободившиеся капиталы направить в другие отрасли. Благодаря этому повысится промышленный потенциал, а вместе с ним и национальный доход, что в конечном счете приведет к значительному улучшению жизненного уровня населения. Разумеется, все будет зависеть от степени уменьшения стоимости энергии. Американская Комиссия по атомной энергии, базируясь на данных национального дохода за 1954 год, опубликовала следующие цифры: если себестоимость киловатт-часа сократится на одну тысячную часть доллара, то полученная от этого экономия будет порядка 240 млн. долларов, или 80–90 млрд. франков. Если же уменьшение себестоимости достигнет двух с половиной тысячных доллара, то экономия составит 600 млн. долларов, или 210 млрд. франков. И, наконец, когда себестоимость киловатт-часа энергии на атомных электростанциях будет «равна нулю», средняя годовая эффективность американской промышленности увеличится на 5 %.

б) Однако косвенные последствия уменьшения стоимости атомной энергии еще более значительны. К таким последствиям в первую очередь будет относиться новый подъем всех тех отраслей промышленности, где стоимость энергии является важным элементом в формировании себестоимости товарной продукции или выполняемых работ. Так, в различных отраслях промышленности строительных материалов, (цементная, керамическая) расходы на энергию составляют 20–30 % общих эксплуатационных расходов. К косвенным последствиям будет относиться также внедрение новых производственных процессов, которые в свою очередь позволят применять новые технологические приемы, сейчас считающиеся нерентабельными.

Все это даст толчок развитию экономики, что повлечет за собой увеличение потребления (по мнению некоторых американских специалистов, оно может увеличиться в 2,5 раза). Но последствием, имеющим, как нам кажется, еще большее значение, будет изменение географического размещения промышленности. Оно вызовет некоторые изменения социального порядка, на которых мы теперь коротко остановимся.

 

II. Социальная сторона проблемы

Эта сторона проблемы является, без сомнения, самой важной и самой интересной. Ввиду ее большой сложности мы ограничимся здесь лишь самыми общими соображениями.

1. Изменения в мировой экономической географии.

Как мы видели выше, стоимость транспортировки топлива практически не будет участвовать в формировании себестоимости киловатт-часа электроэнергии, вырабатываемой на атомных электростанциях. Иными словами, в будущем стоимость атомной энергии не будет зависеть от места выработки.

Некоторые ученые и экономисты считают, что строительство атомных электростанций в пустынных районам может привести к миграции в эти районы населения. Однако это будет иметь какое-то значение лишь в далеком будущем, а до тех пор люди, по-видимому, будут жить там же, где живут и сейчас. Они согласятся переселиться на новые земли лишь в случае крайней необходимости, так как привычка оказывается подчас сильнее всяких соображений. Через 50 лет, если верить предсказаниям, численность населения земного шара удвоится.

Возможно, что как раз в тот момент люди начнут серьезно задумываться над вопросом миграции из перенаселенных в еще незанятые места. История знает много подобных примеров, и мужество отважных пионеров может превратить земли, считающиеся сейчас непригодными для жизни человека, в цветущие районы.

Согласно мнению других специалистов, атомная энергия не вызовет какого-либо значительного переселения в новые районы, даже если эти районы будут обеспечены всем необходимым. Напротив, этот новый источник энергии позволит поднять жизненный уровень некоторых народов, живущих в лишенных природных богатств районах. Иначе говоря, атомная энергия позволит поднять жизненный уровень в слаборазвитых странах, но не сможет заставить жить человека там, где он сейчас не живет. Действительно, причины миграций очень сложны, и если переселения были довольно частым явлением в древности, то вот уже в течение многих веков народы сидят на одних и тех же местах, выбранных ими из-за благоприятных условий для жизни человека. Переселение часто означает разрыв с прошлым, и люди решаются на него лишь в самых крайних случаях.

2. Улучшение жизни трудящихся.

Использование атомной энергии, по всей вероятности, не приведет к росту безработицы. В самом деле, опыт показывает, что происходит перемещение капитала и рабочей силы, примером чего может служить недавно созданная электронная промышленность.

В будущем обществе, как нам кажется, специалистов будет больше, а неквалифицированных рабочих — меньше. И это является новым важным фактором.

Будущий мир будет миром квалифицированных рабочих и инженеров, и это обстоятельство уже сейчас ставит во Франции проблему правильного ориентирования молодежи. США и Россия встали, по-видимому, на правильный путь и поняли важность перемен, которые произойдут в рабочей среде на протяжении жизни ближайших двух поколений. Мы приведем некоторые очень, красноречивые цифры, относящиеся к 1954 году. Количество людей, имеющих ученую степень, во Франции составляло 3900 человек, то есть 90 человек на миллион жителей. В США ученую степень имели 31 700 человек, то есть 195 человек на миллион жителей, в то время как в Советском Союзе — 48 тыс., или 236 человек на миллион жителей! В области ядерной энергии во Франции работает примерно 2 тыс. специалистов, в Англии — 5 тыс. и в США — 130 тыс. Распределение этих специалистов по различным профессиям в США выглядит примерно так: химиков — 30 %, механиков — 23, физиков и электриков — 18, биологов — 12, прочих профессий — 17 %.

Из всего этого следует вывод, что уже сейчас нужно готовиться к предстоящим переменам. Замена рабочих инженерами неизбежно вызовет изменения в условиях жизни и даже во взглядах рабочих. Нужно надеяться, что для большинства людей эти глубокие изменения приведут к улучшению условий жизни.

3. Наконец, можно надеяться, что атомный век сблизит народы.

Этот вывод, может быть, несколько поспешный. Есть основания думать, что в будущем люди смогут лучше понимать тех, кого их предки считали своими вечными врагами, но эта эволюция умов потребует, безусловно, длительного времени. Возможно, что через несколько поколений и в этой области будет достигнут большой прогресс.

Сближение народов начнется, по всей вероятности, в экономической области. Мы уже говорили, что для того, чтобы начать использование атомной энергии, потребуются большие капиталовложения. Большинство стран окажется не в состоянии предпринять строительство атомных электростанций по финансовым соображениям, и чтобы не отстать слишком сильно в своем техническом развитии, они вынуждены будут искать сотрудничества со своими соседями.

Франция владеет крупными урановыми месторождениями, англичане умеют обогащать уран, Норвегия дешево производит тяжелую воду, в Германии имеется большое количество выдающихся химиков, Швейцария и Голландия делают замечательные точные приборы. Следовательно, надо полагать, что тесное сотрудничество между различными странами в области атомной энергии даст прекрасные результаты.

Представляет ли для Франции интерес вступление в такую международную организацию? Все зависит от того, может ли Франция своими силами создать хорошую атомную промышленность. Для этого потребуются очень большие средства, поэтому нам кажется, что разумное сотрудничество с другими странами вполне приемлемо. Разве мало писалось о том, что Франция не может поспевать за быстрым прогрессом техники? Некоторые специалисты утверждают даже, что наши маркульские реакторы устарели прежде, чем они вступили в строй. И действительно, они будут работать на природном уране, в то время как в США, насколько нам известно, стараются сейчас использовать в качестве ядерного топлива обогащенный уран. Это, впрочем, и явилось главной причиной того, что американцы не пожалели громадных средств для строительства десятка заводов по производству обогащенного урана. Возникает вопрос: если Франция будет предоставлена самой себе, не будет ли она обречена на вечное отставание в области ядерной техники, которая развивается особенно быстрыми темпами?

Контакты по линии техники помогут укрепить связи и другого характера. Когда народы привыкнут к постоянному общению между собой, они поймут, что большинство их наследственных предрассудков отжило и что в действительности они не так далеки друг от друга, как это им кажется.

Народы поймут, что они одинаково смотрят на многие вещи и вполне могут жить в дружбе и согласии. Экономическое сотрудничество, к которому вначале вынудила атомная энергия, позволит надеяться и на политическое сотрудничество, которое до сих пор было очень трудно осуществить из-за полного непонимания реальной обстановки и невежества людей.

В настоящее время (середина 1956 года) в области использования атомной энергии в мирных целях в Европе существуют две международные организации:

1) Европейская организация по ядерным исследованиям. Эта организация, созданная в 1953 году, объединяет 12 европейских государств. Ее постоянным местопребыванием является Швейцария, где в Мерене, недалеко от Женевы, строится много сооружений для ядерных исследований.

2) Европейское общество по атомной энергии, основанное в 1953 году. Оно объединяет 8 государств, центр его находится в Лондоне.

Из будущих международных организаций нужно назвать Организацию европейского экономического сотрудничества, местом пребывания которой будет Париж. Для руководства ею будет создан специальный комитет. Чтобы не допустить применения расщепляющихся материалов в военных целях, будет создано контрольное бюро. Предприятия, входящие в эту организацию, будут заниматься в основном разделением изотопов урана, производством плутония, строительством новых опытных образцов реакторов и, возможно, завода по производству тяжелой воды.

Наконец, следует назвать Евратом (Европейская комиссия по атомной энергии), включающий 6 государств, объединенных уже в Обществе угля и стали.

Эта комиссия будет ведать вопросами разведки радиоактивных руд и давать разрешение на строительство и эксплуатацию ядерных установок.

В заключение необходимо упомянуть Международное агентство по атомной энергии, решение о создании которого было единодушно принято на заседании Генеральной Ассамблеи Организации Объединенных Наций в декабре 1955 года.

Создание подобных международных организаций ставит для стран, являющихся их членами, проблему передачи части своих национальных прерогатив международным органам. Конечно, это связано с очень большими трудностями, но в области техники добиться соглашения, несомненно, легче, чем в любой другой области.

 

Проблемы защиты от радиоактивных излучений возникают на различных ступенях использования атомной энергии:

— на низшей ступени, к которой относится, например, добыча урана, являющегося основным видом ядерного горючего;

— и на высшей ступени, связанной с эксплуатацией ядерных реакторов.

Проблемы защиты на каждой из этих ступеней отличаются друг от друга. Мы не будем затрагивать здесь вопроса защиты от радиоактивных излучений в урановых рудниках, а скажем лишь несколько слов об условиях безопасности и гигиены труда на атомных заводах.

 

I. Защита от радиоактивных излучений на атомных заводах

1) Дозы радиоактивных излучений чаще всего выражаются в рентгенах.

Различные международные комиссии установили, что для работающих на атомных заводах допустимая недельная доза облучения равна 0,3 рентгена. Эта доза, по утверждению специалистов, никоим образом не вредит человеческому организму. Укажем, что за всю свою жизнь человек получает в среднем дозу около 40 рентгенов.

2) Работа в атомной промышленности представляется нам менее опасной, чем во многих других отраслях промышленности. Действительно, американская статистика показывает, что количество несчастных случаев атомной промышленности примерно вдвое меньше, чем в большинстве других отраслей. Так, в 1953 году в атомной промышленности на 100 тыс. человек приходилось 13 несчастных случаев со смертельным исходом, в то время как в других отраслях промышленности — в среднем 26.

С 1942 по 1950 год, то есть за 8 лет, в США было зарегистрировано только 2 случая облучения со смертельным исходом и 13 случаев сильного облучения. В 1954 году в США на предприятиях, подведомственных Комиссии по атомной энергии, приходилось в среднем 2,5 несчастных случая на 1 млн. человеко-часов работы. Эти блестящие результаты были получены благодаря введению чрезвычайно строгих правил, которые, впрочем, весь персонал охотно выполняет. Однако есть основание опасаться, что постоянное стремление к сокращению себестоимости атомной энергии приведет к тому, что вопросами безопасности станут заниматься меньше.

3) Вредному воздействию радиоактивных излучений подвергается не только обслуживающий персонал атомных заводов. Большой опасности подвергаются также те, кто имеет дело с радиоактивными отходами, занимается транспортировкой радиоактивных изотопов или работает с ними. Аналогичные проблемы возникают на химических заводах, обрабатывающих облученный уран. Поэтому необходимо организовать строгий контроль за тем, чтобы доза облучения на этих заводах не превышала допустимых норм. Предусматривается также установка специальных вентиляционных устройств, в помещениях должна поддерживаться абсолютная чистота, а работникам надлежит носить специальную защитную одежду.

 

II. Защита гражданского населения

Французскую службу гражданской обороны особенно интересует проблема защиты проживающего в непосредственной близости от атомных заводов населения в связи с заражением воздуха, почвы и воды радиоактивными отходами атомного производства, удаление которых связано с большими трудностями.

Но прежде, чем говорить о радиоактивных отходах, скажем несколько слов о генетических последствиях радиоактивного облучения.

1. Генетические последствия радиоактивного облучения.

Изучение этого вопроса находится лишь в начальной стадии, хотя ему, безусловно, должно придаваться первостепенное значение. Радиоактивные излучения могут воздействовать на гены — элементы, которые содержатся в очень большом количестве в хромосомах живых клеток. Гены определяют физические особенности как животных, так и растений. Соединяясь, гены мужских и женских клеток придают новые свойства поколению. Иногда происходят непредвиденные изменения наследственности, которые называются мутациями. Известно, что эти изменения являются причиной различных аномалий и отклонений наследственности. Ученый Мюллер в 1927 году доказал, что рентгеновские лучи способствуют мутациям; радиоактивные излучения, во всяком случае, увеличивают вероятность мутаций. Они могут «отравлять» гены, как обычные химические вещества, разрушать их или изменять их природу в результате ионизации, а также разделять хромосомы на несколько частей. Хромосомы, естественно, стремятся вновь соединиться. Однако не исключена возможность, что одна или две хромосомы, содержащие каждая один или несколько генов, пропадут, и это вызовет мутацию.

Способность вызывать мутации представляет большую опасность для человечества, так как они, как правило, приводят к вырождению вида. Эта опасность усугубляется еще кумулятивным характером мутаций, которые, по мнению специалистов, могут передаваться от одной особи на несколько поколений. Поэтому, учитывая серьезные последствия этого явления, нужно заняться его тщательным изучением.

2. Проблема радиоактивных отходов.

Самым важным вопросом является вопрос о продуктах деления в ядерных реакторах. Что делать с этими продуктами?

Некоторые из них, а именно те, которые имеют большой период полураспада, в недалеком будущем смогут найти широкое применение. Поэтому сейчас намечается производить разделение радиоактивных отходов, из которых будут выделять стронций 90, имеющий период полураспада 25 лет, и цезий 137, период полураспада которого равен 33 годам. Директор английского атомного центра в Харуэлле Джон Коккрофт считает, что Великобритания будет производить в год свыше 2 т радиоактивных отходов. Один цезий 137 будет обладать такой же радиоактивностью, как несколько тысяч килограммов радия.

В будущем эти продукты смогут использоваться в производстве пластмасс, для стерилизации продовольственных товаров и медикаментов и, может быть, даже будут служить топливом в автомашинах наших внуков!

Предположим, что все интересующие человека продукты извлечены. Что же делать с оставшимися веществами, которые являются настоящими отходами?

Нужно стараться держать эти отходы в наиболее концентрированном виде, чтобы облегчить обращение с ними. Их следует поместить в специальные резервуары, где в результате естественного распада они постепенно потеряют свою активность. Этот метод можно использовать для элементов с малым периодом полураспада, например для натрия 24 (15 часов), иода 131 (8 дней) и фосфора 32 (14 дней).

Если речь идет о небольших количествах жидких радиоактивных отходов, то их в некоторых случаях можно спускать прямо в подземные отстойники. Разумеется, при этом суммарная доза радиации в каждом отдельном случае не должна превышать допустимой величины. Точно так же нужно следить за тем, чтобы количество удаляемых одновременно подобным образом отходов не было больше определенной нормы. Эти меры предосторожности позволят избежать создания высокого уровня радиоактивности в отстойниках.

Если жидких радиоактивных отходов накапливается так много, что их нельзя спускать, то следует развести в них цемент и делать бетонные плиты такой толщины, чтобы их было удобно впоследствии вывезти. Предполагают даже изготавливать из радиоактивных отходов так называемые «атомные спагетти»: разводят глину, к ней примешивают радиоактивные отходы и затем все это подвергают обжигу в печах.

Когда реактор G-1 заработает на полную мощность, в его активной зоне, имеющей заряд урана в 100 т, будет создаваться активность, соответствующая примерно 100 т радия.

В 2000 году, когда, как полагают, 3/4 общих энергетических потребностей будут покрываться за счет атомной энергии, количество радиоактивных отходов достигнет 3 тыс. т, что по радиоактивности будет соответствовать 75–100 тыс. т радия, или 75–100 млрд. кюри.

Были предложения закапывать радиоактивные отходы в землю, топить их в морских глубинах. Это последнее решение, по-видимому, приемлемо, нужно только установить международные правила его выполнения. Некоторые остряки предлагали даже помещать радиоактивные отходы в ракеты и посылать эти ракеты на Луну!

Газообразные отходы, перед тем как они будут выброшены в атмосферу, должны пройти через фильтры, с которыми потом поступают так же, как и с твердыми радиоактивными отходами. Выпуск газов должен происходить на такой высоте, чтобы они рассеялись в атмосфере и не могли попасть в здания через окна и вентиляционные трубы.

Хотя эти вопросы не являются в данный момент неотложными, их следует поставить, чтобы власти могли уже теперь наметить мероприятия на будущее, которое, может быть, гораздо ближе, чем мы думаем.

Именно поэтому Национальная служба гражданской обороны занимается измерением радиоактивности атмосферы. С этой целью она установила связь с Центром по атомной энергии и французской метеорологической службой. Было заказано 8 приборов «Пабар», которые должны быть установлены на различных метеорологических станциях (Париж, Ренн, Нанси, Клермон-Ферран, По, Дюнкерк, Аяччо, Алжир). Впрочем, Комиссариат по атомной энергии уже установил несколько таких приборов в районах исследовательских атомных центров (Сакле, Маркуль) для измерения степени заражения местности и воздуха радиоактивными отходами. Новые приборы переданы в распоряжение метеорологических станций. Все данные об искусственной радиоактивности будут регистрироваться самопишущими приборами и передаваться Национальной службе гражданской обороны, которая будет сообщать о них всем заинтересованным органам. В случае, если радиоактивность превысит определенный уровень, об этом немедленно сообщается в префектуру для принятия необходимых мер.

Было заказано также около десятка других приборов, позволяющих измерять уровень радиоактивного заражения воды.

Иными словами, речь идет о создании густой сети постов, покрывающих всю территорию страны и обеспечивающих полную безопасность населения.