Атомная проблема - Филлип Рэн

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.

Глава VIII

Принцип действия и возможности ядерного реактора

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.

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.

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.