Сотня атомных лет
Сотня атомных лет
О том, чем жили, живут и будут жить атомная физика и энергетика в мире и в Украине. О том, над чем работали и работают украинские физики-ядерщики, есть ли сегодня реальная альтернатива мирному атому и будет ли она через столетие, рассказывает доктор физико-математических наук, создатель и многолетний руководитель (с 1993 по 2011 год) Государственного научно-инженерного центра систем контроля и аварийного реагирования, заместитель директора компании «АЭСкар» Людвиг Литвинский.
Наиболее важной датой в истории физики твердого тела является 8 июня 1912 года. В этот день в Баварской академии наук в Мюнхене слушался доклад «Интерференция рентгеновских лучей». В первой части доклада немецкий физик, будущий лауреат Нобелевской премии Макс фон Лауэ выступил с изложением элементарной теории дифракции рентгеновских лучей на периодическом атомном ряду. Во второй части доклада Вальтер Фридрих и Пауль Книппин сообщили о первых экспериментальных наблюдениях дифракции рентгеновских лучей в кристаллах. Эта работа показала, что рентгеновские лучи являются волнами, а кристаллы состоят из периодических рядов атомов. Этот день принято считать днем рождения современной физики твердого тела, которая дала старт формированию электроники, материаловедению и получению новых материалов: композитов и наноструктур, квазикристаллов и аморфных твердых тел.
Параллельно в 1912 году в Копенгагене другой известнейший физик, тоже лауреат Нобелевской премии, Нильс Бор завершал работу над моделью атома (он опубликовал ее годом позже). В 1913-м была создана усовершенствованная рентгеновская трубка и первая модель счетчика Гейгера, способного измерять радиоактивность.
И вот прошло сто лет, мир пережил несколько аварий на атомных электростанциях, а дискуссии об использовании мирного атома не прекращаются. Не остается в стороне и Украина, где у истории атомной энергетики, как у медали, есть две стороны: Чернобыль и успешная эксплуатация 15 атомных водо-водяных энергетических реакторов и трех исследовательских (в Киеве, Севастополе и Харькове).
— Какие перспективные научные направления в ядерной физике разрабатываются сейчас в Украине? Или девяностые подкосили эту сферу?
— Есть целый пласт задач по фундаментальной физике, по спектроскопии. На действующем исследовательском реакторе в Киеве, в Институте ядерных исследований, была пара уникальных установок, лучших в мире по состоянию на момент распада СССР. Да, 1990-е нас затормозили: не было финансирования, не было возможности проводить работы, хотя они были весьма и весьма востребованы в мире. Это — нейтронная физика и ядерная спектроскопия.
«Мы оперируем временем принятия решений для оператора АЭС в десятки секунд. А идеалом являются даже не часы, а сутки»
Отдельная тема — ядерная астрофизика. Там неопределенностей больше, чем известных параметров. Начиная от возраста Вселенной и заканчивая современными моделями взрывов звезд. В этом направлении ведутся работы и в киевском Институте ядерных исследований, и в Национальном научном центре «Харьковский физико-технологический институт» (ХФТИ).
Перспективно также радиационное материаловедение, в том числе для создания ядерного топлива.
— На какие направления исследований в области реакторных технологий стоит обратить внимание уже сегодня?
— Сегодня и российские, и западные проекты сконцентрированы на эволюционных реакторах, которые мало что изменяют в существующих подходах. А есть инновационные модели реакторов более далекой перспективы. Скажем, гомогенные реакторы (в качестве ядерного топлива в них используется однородная жидкость, например, расплав, содержащая делящийся изотоп урана; в современных реакторах топливо твердое. — «Эксперт»). Это то, что может быть реализовано на следующем этапе. И может оказаться, что такие реакторы гораздо более эффективны, чем нынешние. С физической точки зрения это уже очевидно, но по уровню технологической, инженерной проработки они на порядок, на два отстают от эволюционных проектов.
— Возможность эксплуатации таких типов реакторов сегодня звучит как фантастика.
— Это не фантастика. Наличие научной инфраструктуры будет автоматически двигать эти проекты. Если со временем мы не откажемся вообще от ядерной генерации. Именно поэтому я считаю, что современные реакторы — не лучшее решение. Ведь они, если не брать в расчет технологию CANDU (там в качестве топлива используется природный уран без обогащения, а в качестве замедлителя — тяжелая вода. — «Эксперт»), заставляют нас двигаться по лезвию бритвы. Мы оперируем временем принятия решений для оператора АЭС в десятки секунд. А идеалом являются даже не часы, а сутки.
Мечта о термояде
— Время от времени первые лица заявляют об участии Украины в проекте ITER — международного экспериментального термоядерного реактора, в котором принимают участие ЕС, США, Япония, Россия, Индия, Китай и Южная Корея. Каково ваше мнение по поводу перспектив термоядерного синтеза?
— Когда я семнадцатилетним мальчишкой поступал в университет на кафедру ядерной физики, то слышал, что еще пять-семь лет — и прототип будет реализован. Когда я окончил университет и поступал в аспирантуру, говорили, что еще пять-семь лет — и прообраз термояда появится. Когда я бросил заниматься фундаментальной ядерной физикой и перешел в атомную энергетику, мне называли те же сроки.
— Но прогресс вроде есть, разработчики утверждают, что еще лет десять — и…
— На мой взгляд, речь не может идти о десяти годах. Если всё будет успешно развиваться — будет найден путь по так называемому теплому синтезу (слияние ядер при температуре чуть более тысячи градусов; при взрыве водородной бомбы синтез, то есть термоядерная реакция, идет при миллионах градусов. — «Эксперт»). Если такой прорыв состоится, то для промышленной разработки потребуется как минимум двадцать лет.
Бесспорно, синтез будет реализован, уж больно привлекательна сама по себе идея, энергетически и экологически она несопоставимо выгоднее, чем реакция деления (см. «Термоядерный век»). Вопрос — когда.
Самое интересное, что Украина тоже участвует в этом направлении. Здесь работают наши теоретики. У нас достаточно сильная школа, которая занималась вопросами синтеза, — это киевский Институт ядерных исследований. Участвовать в таких проектах, вне зависимости от сроков их реализации, есть смысл по одной простой причине — это развитие национального интеллекта, развитие специалистов.
— А другие направления международного сотрудничества у украинской ядерной науки есть?
— Наиболее яркий пример по ядерной энергетике — это фундаментальные исследования по безнейтринному распаду. Особый интерес представляет безнейтринный двойной бета-распад. Есть ядра, которые стабильны, но энергетически не запрещен их распад на другие стабильные ядра. Там всё измеряется в эквиваленте периоду полураспада или времени жизни, которые гораздо больше возраста Вселенной. У нас возраст Вселенной 1010 лет, а сейчас исследуются периоды на уровне 1020 лет.
Эти фундаментальные исследования дают нам выход на нетрадиционную физику высоких энергий. Речь идет о тех частицах, для обнаружения которых за сумасшедшие деньги построен ЦЕРНовский ускоритель (адронный коллайдер. — «Эксперт»).
На самом деле эту проблему можно решить гораздо менее затратно другим способом, обнаружив те мезоны (класс элементарных частиц. — «Эксперт»), которые не так просто найти на обычных ускорителях, даже ускорителях на встречных пучках. Это фундаментальная ядерная физика, причем очень глубокая ее часть — свойства пространства, свойства элементарных частиц.
Я знаю, что в ХФТИ есть серьезные наработки. Там люди занимаются заряженными частицами. ХФТИ много лет ведет и корпуса реакторов, и радиационное материаловедение. Это и анализ металла, и ядерное топливо, причем не только и не столько для ВВЭРов, сколько перспективные и альтернативные виды. Харьковчане традиционно входили в круг тех институтов, которые еще со времен СССР занимались перспективными ядерными реакторами не завтрашнего дня, а послезавтрашнего.
— А кооперация по разработкам в нейтронной физике (занимается изучением строения вещества с помощью зондирования его нейтронами, а также исследованием самих нейтронов) у нас есть?
— Была. Школа нейтронной физики в Украине если не умерла, то при смерти. Отсутствие в 1990-х годах финансирования привело к тому, что старики ушли, а молодежь так и не пришла. Единицы специалистов, которые были, просто рассеялись и занимаются кто чем.
— А что государство?
— Сейчас какое-то финансирование на науку появилось. Но если ты уже один раз утратил школу, ее очень трудно или почти невозможно восстановить.
Вместо и вместе с атомом
— Вы упомянули почти фантастические направления исследований. Какое из них, по вашему мнению, может прийти на смену атомной энергетике?
— Скорее всего — и это не близкая перспектива, но обозримая, — будут обнаружены альтернативные методы транспортировки энергии и/или ее накопления. Пока нет дешевых способов беспроводной транспортировки. И нет недорогих аккумуляторов большой емкости. А когда их стоимость будет экономически выгодна, появится очень простое решение — размещаете сеть тонкопленочных солнечных батарей в космосе и транспортируете дешевую энергию на Землю.
— Но это тоже технология двойного назначения? Такая транспортировка сможет переносить не только мирную энергию, но и разрушающие энергетические заряды?
— Я привел фантастическую идею. Хотя, действительно, ее можно реализовать не только в энергетике, но и для создания оружия. Но тут я, пожалуй, оптимист. Потому что в течение как минимум 20 тысяч лет, а по последним исследованиям, и ста тысяч, человечество себя старательно уничтожало, и ничего, живем.
— Если говорить об атоме, сложно не вспомнить Чернобыль. Есть ли перспективы у территории или это уже мертвая зона? С одной стороны, здесь Украина может решать проблему отходов, с другой — природа там прекрасно восстановилась.
— Что касается тридцатикилометровой зоны, то ее из особого статуса, в общем-то, уже можно выводить. У меня дача на этой территории, я живу там всё лето. Нормально.
А «десятка» (десятикилометровая зона. — «Эксперт») не восстановилась, и она не будет реанимирована еще столетие. Было бы глупо не использовать ее под потенциально грязную технологию. Мне, кажется, что все новые объекты имеет смысл строить там. Это касается и исследовательского реактора, и завода по топливу, и хранилищ радиоактивных отходов, и отработавшего ядерного топлива. А может, и новых энергоблоков.
— А угрозы?
— Если в реакторе может произойти ядерная авария, то максимум, что может случиться в хранилище — радиационная авария. А это другие масштабы. Накопленный опыт по сухим хранилищам говорит о том, что там авария, подобная Фукусиме или Чернобылю, принципиально невозможна. Поэтому она может быть локализована в пределах «десятки».
Та же история, что и с объектом «Укрытие-2». Когда меня спрашивают, какое решение лучшее, я говорю: «Пусть ”Укрытие” рушится. Пыль за ”десятку” не выйдет, разлетится на два километра. При самых худших погодных условиях — аж на восемь. При том количестве денег, которые туда вложены, и том количестве шума, который поднимается с нулевыми результатами, это было бы оптимальным решением. Это же касается и нового проекта ”Арка”».
Реальному риску подвергается персонал Чернобыльской атомной станции. Уберите его, выгрузите полностью отработавшее ядерное топливо — и всё. Больше никакой угрозы ни для кого нет.
— А грунтовые воды? Ведь это стандартный козырь алармистов.
— Ну, загрязняются грунтовые воды в радиусе 500 метров. Тысяча метров — через сто лет.
— То есть до Днепра не дойдут?
— Нет. И так есть чему доходить. Повторюсь, единственная серьезная, действительно серьезная угроза — это угроза персоналу. Но ее надо было ликвидировать еще в 1990-х годах, потому что они уже четверть века под Богом ходят.