Загадки звездных островов. Книга 2 (сборник) - Виталий Севастьянов

В том, что атомная энергетика к концу столетия станет основным источником энергии, у большинства ученых не вызывает сомнений. По данным Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЕ), уже сейчас в мире действуют 272 атомные электростанции, которые вырабатывают более 8 процентов всей производимой на нашей планете электроэнергии. К 1985 году более 400 атомных электростанций будут вырабатывать уже примерно 17 процентов электроэнергии. Но переход к атомной энергетике породит и немало проблем. Главная из них — захоронение отходов атомных электростанций (шлаков от распада урана, которые сильно радиоактивны). Период полураспада отходов около 300 лет, а современные контейнеры для их хранения обеспечивают герметичность в течение 75—100 лет. Но и такой срок не всегда обеспечивается: в печати сообщались случаи о нарушении герметичности американских контейнеров и, как следствие, повышении уровня радиации в некоторых местах захоронения в океане. При массовом использовании атомной энергии создается угроза радиоактивного заражения нашей планеты. Ситуация настолько серьезная, что разработаны проекты транспортировки ядерных отходов на космических кораблях в район Солнца. До 2000 года курс на Солнце возьмут более 300 таких кораблей. Широкое использование атомных электростанций приведет также к распространению плутонии — одного из компонентов ядерной реакции. Это затруднит контроль над распространением атомного оружия. Выдающийся советский физик, лауреат Нобелевской премии Петр Капица, много работавший над изучением физических процессов с большой плотностью энергии, настроен оптимистично: "Люди ищут и, несомненно, найдут пути преодоления возникающих трудностей. Думается, лучшим выходом из создавшегося положения следует считать получение энергии путем термоядерного синтеза ядер дейтерия и трития. Когда этот процесс удастся довести до стационарного состояния, то все перечисленные трудности, которые возникают при использовании урана, исчезнут, потому что термоядерный процесс нс даст в ощутимых количествах радиоактивных шлаков, не представляет большой опасности при аварии и не производит продуктов для бомб. И наконец, запас дейтерия в природе еще больше, чем запас урана. Но трудности осуществления управляемой термоядерной реакции далеко еще не преодолены.

Хорошо известно, что для полезного получения термоядерной энергии ионы в плазме должны иметь очень высокую температуру — более ста миллионов градусов. Главная трудность связана с тем, что нагрев плазмы происходит под действием на нее электрического поля и при этом практически вся энергия воспринимается электронами, которые плохо передают ее ионам. С ростом температуры эта передача становится все менее эффективной. Но, думается, эти трудности удастся преодолеть и термоядерная проблема будет со временем решена".

Термоядерный синтез открывает доступ к практически неиссякаемому источнику энергии — ядерной энергии легких элементов. Здесь вместо урана имеют дело с дейтерием и тритием — изотопами легчайшего элемента — водорода.

Дейтерий широко распространен в природе. Его кладовая — вода озер и океанов. Второй компонент, тритий, в природе не встречается, зато он рождается в самих реакторах, при облучении лития нейтронами. Общее содержание лития в земной коре составляет около 100 миллионов тонн. Чтобы представить, насколько хватит его запасов для будущего термояда, достаточно сказать, что всего 0,1 грамма смеси дейтерия с тритием дает энергию, эквивалентную 500 литрам бензина. Впоследствии, когда будут достигнуты необходимые для термоядерного синтеза температурные режимы, в реакцию можно будет вовлекать обычный водород, бор и другие распространенные в природе элементы.

При термоядерном синтезе ядер дейтерия и трития с образованием гелия в энергию превращается 0,6 процента их первоначальной массы покоя. Если бы этот процесс синтеза удалось использовать для производства энергии, то он оказался бы примерно в шесть раз эффективнее процесса деления урана.

Напомню, об интересном прогнозе, сделанном более ста двадцати лет назад. 7 мая 1862 года, в день открытия Всемирной выставки в Лондоне, газета "Таймс" опубликовала прогнозы развития человечества на сто лет вперед. Самым нереальным и несерьезным, по общему мнению, было предсказание, что через сто лет человечество откроет способ горения воды и это открытие станет угрозой для всей жизни на планете.

Велико было бы удивление авторов прогноза, если бы они узнали, что именно это предсказание окажется ближе всех к истине. Наука нашего времени на подходе решения проблемы термоядерного синтеза, в ходе которого и будет "гореть" вода, а точнее, содержащийся в ней тяжелый водород — дейтерий. По прогнозу ведущих специалистов разных стран, который был еще раз подтвержден на X Европейской конференции, проходившей в Москве в 1981 году, первые термоядерные электростанции дадут энергию на рубеже XX и XXI веков.

В одном, правда, отношении авторы более чем столетнего прогноза оказались не правы: угрозы для жизни на Земле это горение не представляет. Важным достоинством термоядерных установок является их безопасность. В реакторе всегда будет находиться небольшое количество топлива, поэтому невозможна самопроизвольно разгоняющаяся ядерная реакция, как это происходит при взрыве водородной бомбы.

Энергетический взрыв породил угрозу "теплового загрязнения" окружающей среды. Почти вся энергия, потребляемая человеком, превращается в конечном счете в тепло, которое нагревает атмосферу. Лишь незначительная доля производимой энергии в виде разного рода излучений, как, например, радиоволн, световой радиации и т. п., уходит в космическое пространство. Но не всякая энергия термически загрязняет нашу планету, то есть дополнительно, помимо Солнца, нагревает ее. Распространенные виды потребляемой человеком энергии — гидроэнергия и энергия, заключенная в древесине и в других продуктах сельскохозяйственного производства, — есть результат преобразования энергии солнечной радиации, ежегодно поглощаемой Землей. Использование таких источников энергии не меняет теплового баланса Земли, эти калории учтены в естественном тепловом балансе планеты. Однако "сбалансированные" источники составляют лишь небольшой процент от всей расходуемой человеком энергии. Основными ее поставщиками остаются горючие ископаемые: уголь, нефть, природный газ. Они тоже, можно сказать, законсервированная энергия нашей звезды. Только эти запасы были заложены сотни миллионов лет назад, в другой эпохе. Их связь с энергией Солнца, питающей Землю, давно порвалась. Атмосфера "забыла" о той дозе солнечной радиации, которая осталась похороненной в недрах Земли и превратилась в уголь, нефть, природный газ. Потому, сжигая их, человек привносит в атмосферу дополнительное тепло, не учтенное природой в своем тепловом балансе.

Дополнительно нагревает Землю и энергия, вырабатываемая атомными станциями. В будущем к тепловым загрязнителям присоединится и термоядерная энергетика.

Немалую лепту в нагрев Земли вносит и углекислый газ атмосферы, основная доля которого образуется при сжигании горючих ископаемых. Дело в том, что увеличение концентрации углекислого газа в воздухе усиливает так называемый парниковый эффект.

Наша планета похожа на гигантскую теплицу-парник. Это подметил еще в конце прошлого века шведский ученый Сванте Аррениус. Роль парникового стекла выполняют углекислый газ и водяные пары, содержащиеся в атмосфере. Как и обычнее стекло в парнике, атмосфера прозрачна для видимого света. Солнечные лучи поглощаются земной поверхностью и нагревают ее, а нагретая Земля излучает уже тепловые лучи. Углекислый газ и водяные пары атмосферы, как стекло в парнике, задерживают излучаемое Землей тепло. За счет этого происходит и повышение температуры окружающего воздуха до тех пор, пока не установится динамическое равновесие. В этом суть атмосферного парникового эффекта. Он играет заметную роль в климатических изменениях. Например, в прошлые геологические эпохи в Гренландии была пышная растительность. Ученые предполагают, что отчасти такой климат был следствием повышенной активности вулканов, выбрасывающих в атмосферу углекислый газ.

Климатологи предсказывают, что через 100–200 лет при сохранении существующего темпа потребления энергии производимое человеком тепло вызовет глобальные изменения климата на всей планете. К 2050 году растают льды в Арктике. Начнется разрушение Гренландского и Антарктического ледников. Повысится уровень Мирового океана. Произойдет перераспределение осадков. Житницы планеты окажутся под угрозой засух. Не исключено, что интенсивное таяние полярных льдов ускорит процесс потепления, и человечество не успеет подготовиться к новым климатическим условиям. Последствия потепления предсказать сейчас невозможно.