7.4.3. Реакторы-размножители и другие направления ядерной энергетики

Ограниченные запасы урана-235 стимулировали разработку реакторов, использующих в качестве ядерного топлива более распространенное горючее. Речь идет, в первую очередь, об уране-238. Дело в том, что при облучении быстрыми нейтронами в результате ядерных реакций уран-238 превращается в плутоний-239, который может быть использован в качестве ядерного горючего. В реакторах, описанных выше, вклад подобной реакции невелик, поскольку для поддержания цепной реакции на ядрах урана-235 необходимы медленные, так называемые тепловые, нейтроны. Реакторы на быстрых нейтронах работают несколько по иной схеме. Ядерная энергия высвобождается в результате деления ядер изотопа плутоний-239, некоторое количество которого загружается в реактор вместе с ураном-238. Испускаемые при этом нейтроны захватываются ядрами урана-238, которые превращаются в ядра плутония-239. Тем самым, происходит постоянное воспроизводство ядерного топлива за счет урана-238. При определенных условиях реализуется расширенное воспроизводство плутония-239, т.е. количество образующегося плутония-239 больше, чем расщепившегося. Избыток образовавшегося плутония-239 может использоваться для запуска новых реакторов как на быстрых, так и на медленных нейтронах. Такие реакторы получили название реакторов-размножителей. Запасов урана-238 должно, по оценкам, хватить на несколько тысяч лет.

Экспериментальные или промышленные реакторы-размножители уже построены в России, Великобритании, Германии, Японии и Франции. К ним относится, например, реактор БН-600 на Белоярской АЭС, реактор БН-350 в городе Шевченко на полуострове Мангышлак в Казахстане, а также реактор БН-800 на строящейся Южно-Уральской АЭС.

Сторонники реакторов-размножителей утверждают, что уровень их безопасности гораздо выше, чем у обычных ядерных реакторов. Но при неполадках в системе безопасности или охлаждения (в качестве охладителя используется жидкий натрий) в этих реакторах возможен небольшой ядерный взрыв. Возможное радиоактивное загрязнение будет более опасным из-за большого количества долгоживущего изотопа плутоний-239. Наконец, используемый в качестве охладителя жидкий натрий огнеопасен, и любая его утечка может привести к пожару, что и случалось неоднократно на многих экспериментальных реакторах.

Кроме того, плутоний-239 легче, чем уран-235, обогащать и использовать для производства ядерного оружия, что может привести к его "расползанию" по всему миру. В настоящее время Договор о нераспространении ядерного оружия подписали 134 страны, в том числе страны, официально обладающие ядерным оружием, – Россия, США, Великобритания, Франция и Китай. Однако к договору не присоединились, например, такие страны, как Индия, Израиль, Южно-Африканская Республика, Пакистан, обладающие по неофициальным данным почти 200 единицами ядерного оружия. По меньшей мере, еще семь стран – Аргентина, Бразилия, Ливия, Сирия, Ирак, Иран и Кувейт – активно ищут пути создания ядерного оружия или его приобретения на "черном" рынке. Для создания атомной бомбы, равной той, что была сброшена на Нагасаки, требуется 10 кг плутония-239, а для небольшой атомной бомбы достаточно всего 2,2 кг плутония-239 или 5 кг урана-235. Наконец, ядерным оружием могут завладеть и отдельные преступные группировки или группы террористов, последствия чего в комментариях не нуждаются.

Все это в сочетании с более высокой стоимостью электроэнергии не позволяет однозначно рассматривать реакторы-размножители в качестве альтернативы обычным реакторам.

Кроме производства электроэнергии, ядерная энергия может использоваться и иным образом. Ядерные реакторы можно использовать в качестве источников высокотемпературного тепла для металлургии (восстановление железной руды, производство цинка, алюминия, в порошковой металлургии), химической промышленности (например, для производства удобрений), для получения водорода путем расщепления метана или разложения воды. Подобный реактор построен в Германии для прямого восстановления железной руды, в качестве охладителя в нем используется гелий, имеющий на выходе температуру 1000 C. Билибинская АЭС служит не только для выработки электроэнергии, но и для получения низкотемпературного бытового тепла. Разрабатывается проект строительства плавучей атомной теплоэлектростанции для Певека на Чукотке с двумя реакторными установками.

Перспективным представляется использование ядерных энергетических установок в качестве источников энергии для опреснения морской и засоленной подземной воды. Примером такого использования атомной энергии служит атомная опреснительная установка в городе Шевченко в Казахстане, запущенная в 1974 году и служащая как для опреснения воды, так и для снабжения города электроэнергией.

Большое распространение получили маломощные радиоизотопные источники тока, использующие энергию радиоактивного - или-распада. Например, на метеорологических спутниках США используется источник тока на основе-радиоактивного изотопа плутоний-238 (Pu-238, период полураспада 86,4 года) с мощностью 25 Вт и временем непрерывной работы 5 – 10 лет. При использовании короткоживущих изотопов, например, кюрия-242 (Cm-242) с периодом полураспада 163 суток, получают изотопные источники тока с относительно небольшим сроком службы, но с более высокой мощностью (до 100 Вт). В России в течение многих лет для автоматических метеорологических станций используются источники тока на основе-радиоактивных изотопов церий-144 (мощность до 200 Вт) или стронций-90. Источник тока на основе-радиоактивного изотопа полоний-210 (Po-210, период полураспада 138,4 суток) использовался на советских луноходах.