Атомная энергия
Атомная энергия отличается от других видов энергии, прежде всего, своей концентрацией: при делении 1 г ядер урана выделяется энергия ~8 • 1010 Дж — примерно в три миллиона раз больше, чем при сгорании 1 г угля (~3 • 104 Дж). А это — главное условие успешной реализации термодинамических процессов с выделением тепла и выполнением работы. Кроме того, запасы энергии в ядерном топливе (уран и торий) в миллионы раз превышают запасы энергии в органическом топливе. Наконец, ядерная энергетика не загрязняет биосферу Земли выбросами окислов азота, углекислого и сернистого газов. По совокупности этих причин атомной энергии нет альтернативы в обозримой исторической перспективе.
Конечно, заманчиво было бы использовать энергию солнечного излучения, мощность которого на поверхности Земли (~5 • 1023 Дж/год или ~1017 Вт) в три тысячи раз превышает прогнозируемые потребности будущего. Однако солнечная энергия слишком рассеяна (в среднем ~160 Вт/м2 на уровне Земли), чтобы ее можно было эффективно использовать. Именно по этой причине энергию солнечного излучения несомненно будут использовать (и уже используют) для локальных нужд, но основой всей энергетики будущего она вряд ли станет. Энергия ветра и рек (в сущности, та же энергия солнечного излучения) играла важную роль до эпохи пара и электричества, но теперь ее вклад в мировую энергетику невелик (~7%) и не может быть существенно повышен.
Сегодня энергию ядра используют, главным образом, для производства электричества, и ее вклад в электрические мощности мира составляет ~17%. Мировое производство электроэнергии в начале XXI в. выросло почти в сто раз по сравнению с началом индустриальной эры (1930 г.), и нынешняя доля его потребления (~15%) будет несомненно расти: электричество — универсальный и самый удобный для пользования вид энергии. К тому же его можно передавать на большие расстояния и довести до каждого дома. Ядерная энергия, в силу уникальной ее концентрации, идеально приспособлена для централизованного производства электроэнергии. Она может покрыть все потребности в электричестве и, кроме того, большую часть потребностей транспорта, отопления и промышленной химии. В этом случае резко снизятся выбросы СО2 в атмосферу Земли, а нефть и газ будут сохранены будущим поколениям как исходное сырье для многочисленных химических производств: пластмасс, лекарств, синтетических материалов и т.д. («Нефть не топливо, — жечь можно и ассигнации», — убеждал современников Менделеев еще в конце XIX в. А полвека спустя Петр Леонидович Капица писал, что в будущем «...о сжигании угля, торфа и пр. в топках будут говорить как о варварстве...»).
Все эти аргументы и факты общедоступны и хорошо известны, и, тем не менее, люди повсеместно сопротивляются строительству АЭС, по этому поводу устраиваются референдумы и демонстрации, уходят в отставку правительства. Причина этого явления — не только в неосведомленности большей части людей относительно природы атомной энергии: как правило, они отождествляют ее с атомной бомбой. Суть возражений грамотных противников атомной энергии значительно серьезнее и кратко сводится к утверждению: она слишком дорога и опасна. По многим причинам: опасность ядерных аварий; проблема радиоактивных отходов; риск попадания ядерного оружия в руки террористов.
Проблемы эти реальны, и честные профессионалы признают, что они не надуманы и, главное, до сих пор не решены. Эмоциональные протесты «зеленых» мало способствуют их решению, а ученые — «атомщики» редко снисходят до серьезных дискуссий с дилетантами: значительно чаще (и часто свысока) они лишь комментируют особенно нелепые пассажи «зеленых». Но уже сам накал страстей в этом споре свидетельствует, что обе стороны не вполне убеждены в своей правоте, и что не все так благостно в «атомном королевстве», как это часто пытаются представить грамотные, но не очень добросовестные апологеты атомной энергии. Более того, даже в самом ядерном сообществе нет единства во взглядах на будущее: одна его часть полагает, что возникший кризис можно преодолеть путем усовершенствования нынешней структуры атомной энергетики, другая настаивает на коренной ее перестройке на базе новых принципов, и, прежде всего, на основе быстрых реакторов нового поколения.
Атомная энергия, став частью большой энергетики, перестала быть чисто научной проблемой, и теперь ее будущее определяют не столько физики, сколько политики и экономисты, которые и стали арбитрами в споре ученых-ядерщиков с обеспокоенной общественностью. Для того, чтобы в этих спорах родилась истина, надо, прежде всего, уйти от двойных стандартов и не предъявлять атомной энергетике требований заведомо более жестких, чем другим видам техники. Нет слов, пример Чернобыля трагичен: 134 человека были госпитализированы с острой лучевой болезнью, 32 из них умерли в течение года и еще многие тысячи живут в ожидании неизвестных последствий малых доз радиации; эвакуированы сотни деревень, а общий экономический ущерб оценивается в ~10 млрд. долл. Но при этом никому не приходит в голову запретить автомобили, хотя каждый год только на дорогах России гибнет до 40 тыс. человек. Такие крупные аварии — не специфика ядерной энергетики, это плата за гигантскую концентрацию энергии. Взрыв на химическом комбинате в Бхопале (Индия) в 1984 г., унес жизни сразу 3300 человек и еще 200 тыс. пострадало от поражений зрения и дыхательных путей. Однако никто не потребовал на этом основании закрыть всю химическую промышленность. Точно так же прорыв плотины в Италии в 1964 г., когда единовременно погибли 500 человек, не остановил строительства гидростанций по всему миру. И мало кто знает, что 1 ГВт электричества в год, выработанный на угольных станциях, стоит жизни ~300 человек, в то время как на атомных — в пятьсот раз меньше. По оценкам, от загрязнения атмосферы ежегодно погибает ~3 млн. человек, а через 20 лет это число утроится, — тысяча Чернобылей ежедневно. Одним словом, за энергию надо платить, а как много — зависит от остроты и срочности проблемы. Абсолютную безопасность обеспечить невозможно, можно только понизить риск возникновения аварий — один из уроков Чернобыля! Чернобыльская авария вот уже 20 лет служит одним из главных аргументов «против» в спорах о будущей атомной энергетики, и, может быть, это главный урон, который она нанесла человеческому сообществу: в нынешних условиях эта задержка может обернуться большими и невосполнимыми потерями.
Радиоактивные отходы — еще одна проблема, которую нужно профессионально решать, а не пугать ею домохозяек и депутатов парламента. Прежде всего, надо усвоить разницу между отработавшим (облученным) ядерным топливом, (ОЯТ) и «ядерной золой» — радиоактивными отходами (РАО). Парламентские баталии, истерики в прессе и дебаты на телевидении в основе своей обусловлены именно непониманием этой разницы. ОЯТ на 95% состоят из урана-238, годного к многократному повторному использованию, и только на 5% — из «ядерной золы». Причем ~1/5 «золы» — это плутоний-239 — ценнейшее топливо и ядерная взрывчатка, ради которой и была в свое время создана вся атомная индустрия, о остальные 4/5 — смесь сотни изотопов тридцати различных радиоактивных элементов, среди которых у всех на слуху стронций-90, цезий-137, технеций-99, йод-129. Но по-настоящему опасны не они, а так называемые трансурановые элементы (изотопы плутония, нептуния, и, особенно, америция и кюрия), которых в РАО всего ~2%, то есть ~0.1% от веса отработавшего ядерного топлива. Атомная станция электрической мощностью 1 ГВт (гигаватт = 109 Вт) сжигает в год примерно 1 т урана, то есть производит ~1 т РАО, которые включают в себя ~200 кг плутония -239 и ~20 кг трансуранов. А вся ядерная энергетика мира (~360 ГВт) производит в год ~10 тысяч т ОЯТ, ~400 т РАО, ~80 т плутония и ~7 т (один трейлер) трансуранов. Для сравнения: одна тепловая станция равной мощности за год работы оставляет после себя ~300 тыс. т золы — больше, чем все ОЯТ (~200 тыс. тонн), накопленное в мире за все 50 лет существования ядерной энергетики. В этом ОЯТ содержится 10 тыс. т РАО, в том числе ~2 тыс. т плутония и ~200 т (~4 вагона) трансуранов.
Сегодня ученые еще не пришли к согласию, что делать с этими отходами: закапывать их глубоко в Землю, выбрасывать в космос или пережигать в реакторах. Но и это не причина, чтобы немедленно запретить энергию ядра: ядерная энергетика еще в самом начале своего развития и надо искать способы решения ее проблем, а не причины, по которым следует удушить ее в колыбели. И еще не ясно, что опаснее: локализованные и контролируемые отходы ядерной энергетики, массированное загрязнение атмосферы выбросами тепловых станций или же миллиарды т моющих средств, которые со временем могут полностью отравить почву и водоемы планеты. (Ежегодная масса «ядерной золы» от АЭС в мире не превышает ~1% от прироста токсичных химических отходов). К этому надо добавить также регулярные экологические катастрофы при авариях танкеров, неизбежные при перевозке миллионов тонн нефти. Кстати, в угле урана в десять раз больше, чем в среднем по Земле, поэтому радиоактивность дымовых шлейфов ТЭЦ многократно превышает радиационный фон в окрестностях АЭС. (Об этом факте «зеленые» почему-то вспоминать не любят.)