Знание-сила, 2001 № 06 (888) - [8]
А нельзя ли каким-либо образом искусственно снизить радиоактивность атомных шлаков и тем самым вообще избавиться от долговременных радиационных «могильников»? Если к тому же удастся так изменить устройство атомных электростанций, чтобы они работали значительно ниже критического уровня «на острие ножа», это сделало бы атомную энергию гарантированно безопасной и планета на многие сотни и даже тысячи лет имела бы неиссякаемый источник энергии.
Оказывается, эта, с первого взгляда совершенно фантастическая задача вполне разрешима и, более того, близка к практическому осуществлению. Надежды физиков связаны с «промышленной алхимией» – переработкой долгоживущих радиоактивных изотопов в ядра с коротким временем жизни внутри так называемых электроядерных трансмутаторов.
Вообше говоря, перерабатывать долгоживущие радиоактивные атомные ядра в короткоживушие можно уже внутри самих атомных реакторов, подобрав такой режим их работы, когда основная часть нейтронов внутри атомного топлива обладает достаточно большой энергией для того, чтобы раскалывать наиболее опасные тяжелые изотопы ядерных шлаков на более легкие. К сожалению, различие между количеством образующихся и расщепляемых тяжелых шлаков невелико, и переработка уже накопленных нами шлаков займет, по-видимому, несколько сотен лет. К тому же, поскольку реакторы-трансмутаторы всегда работают «налезвии ножа», по- прежнему остается пугающая опасность крупных атомных аварий.
Однако, если через специальную щель внутри реактора ввести пучок движущихся с большими скоростями протонов или других частиц, они будут бомбардировать атомные ядра, вышибая из них дополнительные нейтроны, и тогда реактор, получив такую «подсветку», сможет работать значительно ниже «острия ножа» – в безопасном режиме. Ему не нужно соблюдать строгий баланс рождающихся и поглошаемых нейтронов – недостаток покрывается пучком бомбардирующих частиц из расположенного рядом ускорителя. Реактор не способен взорваться.
Он может работать с большой примесью радиоактивных шлаков, которые расщепляются нейтронами, превращаясь (трансмутируя) в более легкие ядра, радиоактивность которых спадает за сравнительно короткий отрезок времени. «Могильники» становятся ненужными.
Гибридная система «ускоритель плюс безопасный реактор», который в силу недогрузки ядерным горючим никогда, ни при каких условиях не может «сорваться» в режим самоускоряюшейся цепной реакции, будет производить большое количество энергии и одновременно уничтожать, трансмутировать свои радиоактивные отходы. Более того, такая система может переработать и уже накопленные радиоактивные шлаки.
Впервые идея электроядерных трансмутаторов была независимо (в условиях глубокой секретности!) выдвинута американским физиком Лоуренсом и российским академиком Семеновым. Экспериментально идея была подтверждена в начале пятидесятых годов на ускорителе в подмосковном (в то время тоже секретном, известном лишь небольшому числу людей) городе физиков Дубне. Это сделата группа ученых во главе с недавно умершим академиком В. Гольданским – в то время молодым, веселым научным сотрудником. Там же, в Дубне, была создана первая математическая модель трансмутатора, позволившая заменить трудные и дорогостоящие опыты на ускорителях математическим экспериментом на ЭВМ.
Сегодня в мире не работает еще ни одна электроядерная установка, хотя в нескольких странах разработано около десятка проектов больших и малых электроядерных устройств. Одно из них будет построено в Дубне. Для этого будет использован тот же ускоритель, на котором группой Гольданского были выполнены первые электроядерные эксперименты, когда-то самый крупный в мире. Он проработал более полувека и почти выработал свой «научный ресурс»- сегодня у нас в России и в других странах работают более мощные и совершенные машины. Однако дубненский ветеран может послужить мощным источником протонов для электроядер ной установки.
Это будет сравнительно небольшое устройство, производящее столько же тепла, сколько выделяют его одновременно работающие 15-20 бытовых электроплиток. Немного по сравнению с мощностью атомных электростанций, однако вполне достаточно, чтобы в безопасных условиях и за сравнительно небольшую цену проверить расчеты теоретиков. Все это поможет более уверенно проектировать полномасштабные промышленные электроядерные комплексы.
В отличие от пионерских опытов Гольданского, использовавших уран, ядерным топливом в новой дубненской установке будет смесь урана и плутония. Это позволит также отработать технологию экономически выгодной, а главное, экологически безопасной утилизации запасов плутония – начинки атомных боеприпасов.
Нобелевский лауреат Карл Руббиа с группой сотрудников спроектировал промышленную электроядерную установку с тепловой мощностью 500 мегаватт. Предполагается, что ее построят в Испании. Она будет производить электроэнергию и перерабатывать радиоактивные отходы нескольких испанских атомных электростанций. Уже выполнены предварительные эксперименты, в ходе которых под пучок ускоренных протонов была поставлена часть отработавшего свой срок атомного реактора и было показано, что развивающийся в нем каскад ядерных реакции соответствует предсказаниям теоретиков.
