Владимир Юровицкий

Содержание:

Историческое развитие энергетики
Достоинства и недостатки ядерного топлива
Органичный путь развития ядерной энергетики
Примеры использования ядерно-энергетических устройств
Роль России в создании подземного индустриального развития

В 1980 году автор написал работу "Три великих ошибки двадцатого века". В качестве первой ошибки в области науки он назвал Общую теорию относительности Эйнштейна. В качестве второй в области техники - ядерную энергетику, в качестве третьей в области обществоведения - идеи и практику коммунизма.

Историческое развитие энергетики

Для того, чтобы показать, что нынешняя ядерная энергетика есть действительно ошибочный путь развития энергетики рассмотрим ее историческое развитие.
Энергетика, т.е. использование топлива для целей обогрева жилища, приготовления пищи, для использования его для разнообразных производственных целей известно еще на заре человечества. Еще древний человек пользовался для этой цели костром, пользовался теплыми источниками и т.п.
И для этой цели использовались специальные энергетические устройства. Причем очень важно, что между видом топлива и энергетическим устройством существует тесная связь. Для каждого вида топлива использовалось собственное энергетическое устройство.
Например, в качестве самого первого топлива использовался хворост. И соответственно для этой цели было разработано соответствующее энергетическое устройство - очаг в центре кибитки или шатра. 
С появлением металлических инструментов появилась возможность рубить и пилить деревья, и в качестве топлива появились дрова. И для использования этого топлива появилось новое энергетическое устройство, например, в России - русская печь. Рассмотрим на этом примере, как тонко приспособлен этот энергетический агрегат к свойствам топлива. Дерево имеет малую зольность, поэтому русская печь является однокамерной. Дрова имеют малую плотность упаковки в печи, проблема доступа воздуха к горючему не представляет проблемы, потому и нет специальной заботы о поступлении воздуха к дровам. Дрова быстро прогорают, золы мало, и она имеет малую теплоемкость, потому русская печь имеет большие теплоаккумулирующие массы, сложную систему дымоходов.
Появился уголь. И для него был разработан новый энергетический агрегат, например, обычная угольная плита. Уголь в топке расположен очень плотно, воздухоподвод к горящему топливу затруднен, потому для его улучшения эта печь имеет колосники и нижнюю камеру, через которую снизу поступает воздух. Зольность высока, потому эта нижняя камера выполняет одновременно и роль золоприемника. Теплоемкость золы чрезвычайно высока, потому нет необходимости иметь специальные теплоаккумулирующие массы, теплоаккумуляция происходит в самом слое раскаленной золы. 
Появился газ. И имеем новое изменение энергетического устройства в виде, к примеру, бытовой газовой плиты. Описывать ее и показывать, как она приспособлена к характеристикам топлива вряд ли стоит. Появился новый энергетический агент - электричество, и появились новые энергетические устройства, например, настольная электрическая плита, духовка, электрический калорифер, СВЧ-печь.
Итак, мы видим, что и в бытовой энергетике имеет место пластичное приспособление к свойствам топлива.
Аналогично происходит и в большой энергетике. Для использования химического твердого и жидкого топлива была разработана водопаровая теплоэлектростанция, для газового топлива - газотеплотурбинная электростанция, для воды - гидроэлектростанция и т.д.
Но вот появился новый вид топлива - ядерное топливо. Вскорости появились и первые энергетические устройства на ядерной энергии. 
И какую схему решили применить для ее использования? Применили схему водопаровой теплоэлектростанции, разработанной для химического топлива. 
Но ведь по своим свойствам уголь и ядерное топливо совершенно разтличны.

Достоинства и недостатки ядерного топлива

Рассмотрим достоинства и недостатки ядерного топлива по сравнению с химическим.
Ядерное топливо является высококонцентрированным топливом. Его калорийность превышает калорийность угля в сотни раз. Как-нибудь эта особенность используется в энергетике? Если и используется, то только в военном деле, например, в энергетических устройствах подводных лодок. Но в большой энергетике практически никак не используется. 
Ясно, что угольные электростанции должны размещаться из условий простоты и дешевизны доставки топлива. Ядерные электростанции вовсе не связаны с этим требованием. Но размещены ядерные электростанции практически там же и так же, как и тепловые на химическом топливе. Никаких специфических условий размещения ядерных электростанций не имеют.
Энергопреобразование в ядерном топливе идет в твердой фазе и не нуждается в использовании кислорода атмосферного воздуха, в отличие от химического топлива. Поэтому необходимость доступа громадных количеств воздуха к тепловой станции на угле или других химических энергоносителях непосредственно определяет возможность их размещения только на поверхности земли. Но ведь ядерное топливо вообще не нуждается в воздухе. И потому соответствующая станция вовсе не обязана размещаться на поверхности земли. Но современные ядерные станции все размещены на ее поверхности, как и химические.
Теплообмен в химическом энергоагрегате от топлива к рабочему телу идет через промежуточную газовую среду. Объем этой газовой среды весьма велик, температура ее плавно меняется от полутора-двух тысяч до ста градусов. Поэтому здесь в рабочем пространстве много места, легко поместить устройства для работы с последовательными фазами превращения рабочего вещества - от холодной питательной воды до перегретого пара, используя противоток движения газа и рабочего тела.
Но в ядерном реакторе реакция идет в твердом теле, передача к рабочему телу идет непосредственно от твердого тела, внутренних градиентов температуры практически нет, реакционный объем очень мал, потому условия для работы в этом пространстве с несколькими фазами рабочего тела очень неблагоприятны. Предельная температура внутри рабочего объема существенно ниже, чем в химическом агрегате. Соответственно и ниже тепловое кпд ядерной станции, а использование нескольких фаз в таком ограниченном объеме создает большие трудности и очень неблагоприятные условия работы конструкционных материалов. 
Тепловая станция на угле дает громадный объем отходов - золы, которая портит экологию, но не является смертельно опасной субстанцией. Поэтому складирование отходов возможно самым простейшим способом - открытым хранением в отвалах. И для уменьшения затрат на доставку этих отходов на хранение необходимо размещением этой станции на поверхности земли. Но в ядерной энергетике объем отходов гораздо, на порядки меньше, но они супертоксичны и опасны. Опасна их перевозка, храниться они должны очень длительное время (столетия и даже тысячелетия) и в закрытых условиях. Но одновременно отходы являются и ценным сырьем. Но как-то эти характеристики топлив отражены в конструкциях станций? Нет.
Химическая электростанция является опасным объектом, но ее опасность локальна. Катастрофы планетарного масштаба в них невозможны. Ядерная электростанция потенциально опасна с уровнем возможности катастроф планетарного масштаба. Поэтому обычный уровень безопасности для таких объектов недостаточен. И безопасность от аварий катастрофического характера должна быть не внешней, а внутренней, физической. Никакое нагромождение внешних систем безопасности не может дать полного решения этой проблемы. Ни купола, ни резервирование систем защиты. Это показал Чернобыль. Ведь представим, что Чернобыль произошел со станцией, находящейся под колпаком. Тогда проблема глушения реактора могла бы стать еще более сложной. Но в существующих схемах защита является внешней по отношению к самому процессу.
Более того, мы можем утверждать, что никогда существующая ядерная энергетика не может стать абсолютно надежной. Дело в том, что прогресс техники будет автоматически действовать в направлении повышения ее технических и экономических характеристик. А это требует повышения энергетических нагрузок в реакторе. Длительный характер безаварийной работы будет способствовать тому, что такое повышение будет пусть и медленно, но происходить. И где гарантия, что однажды порог надежности не будет превзойден и катастрофа не произойдет? Повторим, катастрофа планетарного масштаба. Второго Чернобыля мир может просто не перенести. Предположим, что Чернобыль произошел еще раз в России. Даже трудно представить, как бы стали ликвидировать такую аварию. Ведь смертников-ликвидаторов мог еще найти или послать СССР, но в нынешней России никто не пошел бы на это дело. Даже страшно представить, что бы случилось, если бы Чернобыль случился еще раз. Может быть, миру очень повезло, что этот ужасный, но, возможно, необходимый опыт Человечество получило на исходе эпохи социализма. Рыночная экономика, общество прав человека с такой катастрофой, думается, вообще бы не справилось. 
Более того, может ли существующая ядерная энергетика быть защищена от умышленных действий по вызову такой катастрофы? Тоже нет. А разве может все Человечество зависеть от того, что в некий момент не появится маньяк, который будет иметь возможность и желание его уничтожить. Да, сейчас тоже есть принципиальная возможность уничтожить все человечество с помощью ядерного и термоядерного оружия. Но это всего лишь нынешний этап развития, можно быть уверенным, что проблема полной ликвидации ядерного оружия на земле будет решена в течение ближайших двадцати лет. А ведь ядерная энергетика на сотни, а может и тысячи лет. Принципиальная, физическая невозможность катастрофических аварий даже в результате умышленных действий есть абсолютная необходимость в развитии ядерной энергетики, но существующий путь этого условия не обеспечивает.
Таким образом, мы можем придти к заключению, что существующая ядерная энергетика пошла по самому простому пути - приспособлению энергетики на химическом топливе к новому топливу. В нынешней ядерной энергетике не используются достоинства ядерного топлива и не нейтрализованы его недостатки. Вот почему мы можем с полной уверенностью заявить, что нынешняя ядерная электростанция не органична и не адекватна используемому топливу.

Органичный путь развития ядерной энергетики

Органичный и адекватный самому характеру ядерного топлива ядерный энергетический процесс разработан автором еще в 1979 году. Была подана соответствующая заявка во ВНИИГПЭ, заявочный процесс по которой, однако, так и не был завершен. В начале восьмидесятых годов этот энергетический процесс обсуждался автором с Андреем Дмитриевичем Сахаровым, который в своих работах также склонялся к нему в последних публикациях.
Посмотрим, как достоинства и недостатки ядерного топлива формируют сам энергетический процесс.
Компактность и концентрированность ядерного топлива позволяют размещать собственно ядерно-тепловую часть станции в таких условиях, где проблема доставки его может быть достаточно сложной по сравнению с доставкой его на угольную электростанцию. Так как воздух не является рабочим агентом, то возможно размещение в местах с затрудненным поступлением воздуха или даже вообще в местах отсутствия его доступа. Необходима полная защиты от последствий даже самой катастрофической аварии поверхности земли. Всем этим условиям отвечает подземное расположение ядерной электростанции. 
Но подземные ядерные электростанции известны, и они оказываются слишком дороги. Но вовсе не обязательно размещать под землей всю ядерную электростанцию. Достаточно разместить только наиболее опасную часть, в которой происходит ядерно-тепловое преобразование энергии. А теплоэлектрическую часть можно разместить и на Земле. Эта часть не представляет опасности. В результате приходим к идее размещение под землей только ядерного реактора, а генераторную часть на поверхности. Другими словами, получаем разделенную по вертикали электростанцию. Ядерный реактор находится под землей, а получаемый рабочий агент - пар - подается на поверхность, где его энергия и преобразуется в электричество.
Но разделив по вертикали единую ядерную электростанцию, мы сразу же включаем в действие новый физический агент - гравитационное поле. И это поле должно уже входить в саму технологию в качестве существенной характеристики процесса. Другими словами, саму глубину заложения ядерного реактора необходимо выбирать не только из соображений безопасности, но и из технологических. Ведь именно глубина заложения определяет технологические параметры станции - давление, а, следовательно, и температуру рабочего тела. В качестве циркуляционной силы может использоваться сила гравитационная, которая действует абсолютно надежно, чего не скажешь о циркуляционных насосах. В результате мы приходим к схеме ядерной электростанции, в которой в главных контурах циркуляции теплоносителей вообще нет никаких механических устройств, что резко повышает надежность ядерной электростанции. Поддержание давление осуществляется давлением столба жидкости, размещенного от поверхности земли до места заложения ядерного реактора. Более того, существуют способы мультипликации этого давления. Но первичный источник этого давления есть именно столб жидкости.
Но конкретная глубина размещения выбирается из функциональных характеристик устройства.

Примеры использования ядерно-энергетических устройств

Простейший случай - использование ядерной энергии для целей теплоснабжения. В этом случае достаточно расположения ядерного реактора на глубине 200-300 метров. Пар с давлением 15-25 атмосфер вполне может подаваться в домовые бойлерный для отопления жилья и производственных объектов. Причем сам реактор может располагаться в центре города, что сводит к минимуму коммуникации и потери. Ясно, что под землей на глубине 200 метров абсолютно надежная защита реактора обеспечена. Тем более, что в этом случае нет никаких подвижных механических устройств. Можно было бы для отопления городов с населением до ста тысяч человек использовать ядерные реакторы, устанавливаемые на подводных лодках. Думается, что подземные ядерные станции теплоснабжения, как наиболее простые, и должны начать эру подземной ядерной энергетики. 
Сам реактор находится постоянно под замком, присутствия обслуживающего персонала под землей не требуется, все управление ведется с поверхности. Даже если и произойдет катастрофа с ядерным реактором, то выход радиации на поверхность может быть полностью исключен, а ликвидация аварии осуществляется тампонированием самой реакторной полости с земли тампонажной смесью с добавлением соответствующих нейтроннопоглощающих реагентов. В таком состоянии реактор может спокойно находиться сотни и тысячи лет до своей полной нейтрализации.
Если требуется полнофункциональная ядерная электростанция, то глубина размещения реакторов должна быть порядка двух-трех тысяч метров. Отметим, что уже существуют шахты такой глубины. Более того, можно просто использовать сами отработанные шахты для размещения в них реакторов, а развитое внутреннее пространство использовать для различных подсобных служб, в том числе для хранения радиоактивных отходов. Отметим, что нынешние очень серьезные требования к хранилищам могут быть ослаблены. Ведь речь идет не о могильнике, а о цехе в работающей станции, который находится под постоянным наблюдением. 
При этом надо отметить, что вся подземная инфраструктура станции должна делаться из расчета срока службы не пятьдесят лет, как в современных ядерных станциях, а века и тысячелетия. Ибо срок службы такой инфраструктуры не ограничен, как не ограничен срок службы метрополитена. 
Впрочем, возможны ядерные электростанции с размещением и на меньших глубинах, например, с использованием мультипликации давления или комплексированием ядерной и химической станций. Ядерная станция осуществляет получение пара, а его перегрев и доведение до рабочих кондиций осуществляется уже наверху с использованием химического топлива.
Наконец, такая станция может использоваться и как станция получения пресной воды. И тогда также не требуется глубокого ее залегания, так как в этом случае низкие технические параметры процесса энергопреобразования выгодны, так как позволяют получить больше пресной воды. 
Сам ядерный реактор является всего лишь кипятильником, вовсе нет нужды использовать в нем процесс перегрева пара. А при необходимости перегрев пара можно осуществлять на поверхности с помощью газового или жидкого топлива, в результате чего можно придти к созданию комплексных ядерно-химических электростанций. 
Отбор первичной минерализованной воды может осуществляться из подземных пластов. Это приводит к тому, что в окрестности места отбора создается воронка депрессии внутреннего подземного давления, в которую будут двигаться подземные воды. Это также можно использовать с пользой. Сейчас проблема захоронения загрязненных вод является очень острой. Отметим также, что наши загрязнители могут стать ценным сырьем для наших потомков. Поэтому можно осуществлять закачку этих вод в подземные пласты, из которых происходит отбор воды для работы ядерной станции на периферии ее воронки депрессии. Этим самым мы управляем направлением распространения этих вод в подземном пространстве. Движение будет идти по направлению к водозабору. При этом сточные воды будут фильтроваться в подземном слое, оставляя в нем свои примеси, создавая, фактически, техногенное месторождение тех или иных веществ, которые сейчас не могут быть утилизированы, для будущих поколений, а очищенная вода поступает на водозабор, где подвергается тепловой обработке, деминерализации и поступает вновь на поверхность. Таким образом, получаем кругооборот воды, в котором загрязнения осаждаются в техногенных месторождениях и в будущем могут стать предметом разработки. Этим самым решаются и проблемы экологии.
В значительной части решается также и проблема теплового загрязнения атмосферы. Избыточное тепло теперь будет поглощаться не атмосферой, а подземным пространством, которое имеет очень большую теплоемкость и повышение его температуры на несколько градусов никакого вреда в ближайшие сотни или даже тысячи лет вряд ли может иметь хоть какие-то последствия. 
Так как в подземном пространстве имеется развитая инфраструктура работа с радиационно-опасными веществами, то в подземную окрестность таких станций могут быть перенесены все подобного рода работы. А с поверхности земли вся работа с радиоактивными веществами должна быть почти полностью удалена.
Но можно пойти и дальше. Мы имеем развитое подземное пространство с хорошей системой утилизации отходов, с хорошим доступом, с высокой энергонасыщенностью. Туда в близлежащее подземное пространство могут быть перенесены и другие опасные производства, убирая их с поверхности земли. В результате мы получаем совершенно новую цивилизацию, в которой поверхность земли остается лишь для проживания человека, для биосферы и неопасных и экологически безвредных производств, а все вредные и опасные производства переносятся под землю. Мы получаем новую цивилизацию, цивилизацию охраны природы, биосферы, атмосферы и воды. И стимулятором создания этой цивилизации будет именно ядерная энергетика. 
Расчеты показывают, что в принципе с помощью ядерной энергии можно даже восстановить Аральское море, можно заново наполнить пересохшие реки. Другими словами, именно ядерная энергия сможет восстановить и очистить нашу землю от того загрязнения и обезображивания, которое явилось следствием развития наземной индустрии в течение всей предшествующей истории Человечества.
Таким образом, подземное индустриальное развитие - вот ключевое слово нового тысячелетия. Движущей силой этого развития явится подземная ядерная энергетика.

Роль России в создании подземного индустриального развития

В СССР был накоплен достаточно большой и ценный опыт в области подземного размещения производства. Причем такое размещение осуществлялось именно в области ядерной промышленности. Например, ядерный центр в районе Красноярска, размещенный под землей. 
Таким образом, именно Россия может и должна стать ведущей страной в области строительство подземной индустрии. И начинать необходимо именно со строительства подземных и подземно-наземных ядерных энергетических установок.
Отметим следующий момент. Считается, что строительство подземных ядерных объектов дороже наземных. На самом деле эти расчеты совершенно неверны.
Для того, чтобы правильно учесть стоимость существующей ядерной энергетики надо учесть два фактора:
1. Затраты на ликвидацию ядерной станции после окончания срока ее действия. По приблизительным оценкам эти затраты составляют величину самой стоимости ее строительства.
2. Затраты на возмещение ущерба от возможной катастрофической аварии типа чернобыльской.
Произведем ориентировочный подсчет этих затрат. Общий ущерб от чернобыльской аварии по порядку величины может быть оценен в десять триллионов долларов. Здесь и сами работы по ликвидации аварии, и ущерб, причиненный здоровью как самих ликвидаторов, так и населения, причем распространяющийся не только на живущих, но и на их потомство, смерть множества людей, вывод из хозяйственного оборота громадных территорий на сотни лет, радиоактивное заражение сравнительно небольшой интенсивности территорий, составляющих заметную долю всей территории земли (в России, скандинавских странах, в Европе и т.д.). 
На момент чернобыльской аварии в мире было порядка ста ЯЭС. На двух из них произошли катастрофические аварии - на Чернобыльской и в Тримайл-Айленд. На последней по случайности она не развилась до масштабов чернобыльской. Вот почему мы можем сказать, что до эпохи чернобыля вероятность катастрофической аварии составляла 0.01, т.е. одна станция из ста могла испытать аварию с катастрофическими последствиями.
После чернобыля надежность ЯЭС была существенно повышена. Примем даже самый оптимистический вариант, что надежность повышена на два порядка. В результате вероятность катастрофы стала уже 0.0001. Таким образом, в каждую ядерную станцию необходимо заложить 0.0001 часть стоимости ущерба катастрофической аварии, которая составляет величину порядка 10 триллионов долларов. Умножая эту величину на вероятность аварии 0.0001, получаем, что математическое ожидание убытка от такой аварии составляет 1 млрд. долларов на одну станцию.
Итак, если принять, что стоиомсть строительства современной ЯЭЯ составляет величину порядка 1 млрд. долларов, то необходимо добавить еще столько же на работы по ее ликвидации после срока окончания срока ее службы и 1 млрд. долларов на страхование от катастрофы типа чернобыльской. Получаем в итоге 3 млрд. доллров - вот реальная стоимость строительства одной ЯЭС, т.е. как минимум в три раза больше капитальных затрат на строительство.
Если исходить из таких расчетов, отражающих истинную стоимость ЯЭЯ, то легко придти к выводу, что подземная энергетика бесспорно почти на порядок окажется дешевле.
Более того, при строительстве подземных станций резко уменьшается потребность в дорогостоящих конструкционных материалах, например, металлах. Ведь основным несущим материалом, принимающим нагрузки, становится сама земная порода, а внешние конструкции приобретают преимущественно изолирующие функции. 
Отметим также важную роль подземной ядерной энергетики, которую она может сыграть в упрочении режима нераспространения ядерного оружия и военных ядерных технологий. Дело в том, что сам ядерный реактор в подземном пространстве может работать под замком, в безлюдном режиме с полным управлением, вынесенным на поверхность. В результате можно такие станции размещать в любых странах на условиях работы их под замком, а работы по их перезагрузке и иному обслуживанию периодического характера осуществлять только под контролем соответствующих органов, например МАГАТЭ. Этим самым проблема нераспространения военных ядерных технологий, накопления расщепляющих материалов решается достаточно эффективно.
Уже сейчас надо начинать эти работы. Уже сейчас можно начать разработку подземных ядерных станций, начиная такую работу с простейших подземных ядерных станций теплоснабжения с небольшой глубиной заложения и используя производящиеся промышленностью реакторы для подводных лодок, естественно, модернизируя их для размещения в подземном пространстве. И Россия способна начать эти работу. Это особенно важно для российской энергетики, так как новое строительство наземных ядерных электростанций встречает самое активное сопротивление населения и если не начать такое строительство в самое кратчайшее время, то российская энергетика через десять-двадцать лет испытает коллапс, связанный с недостатком генерирующих мощностей, а ядерная энергетика и ядерно-строительная индустрия просто погибнет.
Отметим как положительный момент принятие Думой в первом чтении закона о ввозе в страну отработанного ядерного топлива. 
Таким образом, перед ядерной энергетикой России встают новые и сложные задачи. Она может и должна занять ведущие позиции в новом этапе мирового индустриального развития - подземного индустриального развития. Для этого у нее есть все - есть научные разработки, есть опыт, есть соответствующая индустрия. Остается решить только проблемы финансирования этих работ. А это может быть также сделано путем преобразования денежной системы на основе предложений, заключенных в работах автора, в частности в работе "Панацея для России".
23.12.00  http://yur.ru/technics/GlabalWorld.htm